DOI :10.7500/AEPS20130816002
新一代智能变电站继电保护故障可视化分析方案
李宝伟1,
2
,倪传坤1,李宝潭1,文明浩2,王一莉1,黄继东1(1.
许继集团有限公司,河南省许昌市461000;2.
强电磁工程与新技术国家重点实验室,华中科技大学,湖北省武汉市430074)摘要:阐述了新一代智能变电站中继电保护故障记录信息流方案,指出了继电保护故障可视化分
析的应用方式三分析了电力系统图形描述规范(G 语言)表达图形的方法,并对继电保护逻辑图进行了研究和抽象三在此基础上,提出一种应用G 语言表达继电保护逻辑图的方法,并进一步提出了继电保护故障可视化分析的整套方案三该方案中,继电保护装置采用G 语言对其保护逻辑图进行自描述,后台服务器采用通用的G 语言解析工具对继电保护装置的逻辑图形文件进行解析和可视化回放分析三该方案解决了不同厂家设备间的兼容性和互操作性问题,以及保护逻辑图与保护程序不匹配的问题,具有软件处理简单二通用性强二可靠性高二易于实现的优点三关键词:智能变电站;继电保护;G 语言;可视化;故障分析
收稿日期:2013-08-16;修回日期:2013-10-28三
0一引言
继电保护装置作为电力系统的重要组成部分,在系统发生故障时快速切除故障设备,从而保证了系统的安全运行,但若其不正确动作也会对系统造
成危害[1]
三电力系统故障分析和继电保护动作行为评价,一直是继电保护工作者所面临的问题三传统的故障分析方法一般是打印保护装置动作报告二动
作录波,查看故障录波器录波进行分析[2],不仅较为
繁琐,而且只能看到保护装置最终的动作状态,无法对其内部工作情况以及潜在问题进行分析三
新一代智能变电站提出全面支撑调控一体,助
力电网发展方式转变[
3]
三基于一体化信息平台方式[4]
的智能告警及故障信息综合分析决策技术是智
能变电站高级应用的重要技术之一[
5-6]
三在故障情况下对包括事件顺序记录信号及保护装置二故障录波等数据进行数据挖掘二多专业综合分析,并将故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示三
智能变电站信息规范提出,保护装置动作时应将内部关键逻辑动作情况生成中间节点信息,并且要求中间节点信息满足逻辑图展示要求,以时间为线索,可清晰再现故障过程中各保护功能元件的动作逻辑及先后顺序,通过对保护装置内部保护逻辑的分析,防止潜在问题的存在三考虑到各厂家装置内部逻辑存在差异,各厂家应提供可嵌入调用的展示软件,与装置型号匹配三但所定义的中间节点文件仅包含节点动作状态,没有保护逻辑图以及保护逻辑图与中间节点数据的关联关系,如果保护逻辑
图及其关联关系包含在展示软件中,在实际工程应
用中会存在数据和保护逻辑图的匹配问题,而且不同厂家提供的逻辑图风格也存在差异三
本文分析了新一代智能变电站的继电保护故障记录信息流方案,给出了继电保护故障可视化分析的应用模型三研究了电力系统图形描述规范(G 语言)表达电力系统图形的方法,以及继电保护逻辑图三在此基础上,提出一种继电保护逻辑图的自描述方法,并给出一种继电保护故障可视化分析方案三
1一全站保护信息流
图1所示为新一代220kV 智能变电站的继电保护故障记录信息流方案三
图1一220kV 智能变电站保护信息流Fi g .1一Protection information flow in 220kV
smart substation
37 第38卷一第5期2014年3月10日Vol.38一No.5Mar.10,2014
一一图中:数据11为继电保护装置的动态逻辑及中间节点信息,数据接收方为监控主机二Ⅰ区数据通信网关机(调度中心)二动态记录装置;数据12为故障录波信息,用于分析展示,数据接收方为Ⅱ区数据通信网关机(调度中心)二综合应用服务器三
根据保护动作记录信息流分析继电保护故障可视化分析的应用方式,综合应用服务器采集装置的中间节点数据,基于可视化展示技术,结合保护装置逻辑图及其内部各级监视点的数据进行分析三
2一G语言概述
针对基于可缩放矢量图形(SVG)的公共图形交换格式无法直接表达电力系统图形和模型一体化等不足,国家电力调度控制中心提出了电力系统图形描述规范(G语言)三G语言是在IEC61970-453基于公共信息模型(CIM)的图形交换基础上,所发展起来的应用于电力系统的一种新型的图形描述语言[7]三G
语言是一种基于标记的遵循可扩展标记语言(XML)标准的纯文本语言[8]三G语言除定义了基本绘图元素外,还将一些常用的电网图形符号定义为标准的图元模板,以简化图形生成和解析过程三为描述各图元之间的连接关系,G语言还定义了端子和连接线,并定义了图形的颜色显示和消隐方法三因此,G语言具备了描述普通动态二维图形的能力三仅显示图形不是目的,显示图形是为了将数据更加形象和直观地展示出来,因此,就需要将图形与数据进行关联三G语言中每个图元均定义了关键字ke y id,用于和数据对象关联,很好地解决了此问题三G语言以图形方式表达电力设备和电网的相关信息,支持高效存取电力图形和模型关联数据,支持不同系统二厂家和电力企业之间的电力图形和模型关联数据的交换,通用性强[9]三因此,需要对继电保护逻辑图进行研究和抽象,研究使用G语言对继电保护逻辑图进行描述的方法三
3一保护逻辑图的描述方法
本文对继电保护逻辑图进行分析和研究,对其基本组成元素进行抽象,并采用G语言对其进行描述三
3.1一保护逻辑图分析
继电保护的原理可抽象为阈值比较二逻辑判别二动作计时3个部分三以纵联差动保护为例,装置中间节点动作逻辑示意图如图2所示三图中组成元素为:逻辑 与 二逻辑 或 二逻辑 非 二状态输入二状态输出和连线,对其抽象后可将图形文件分为数据输入二逻辑判别和连线3种类型三其中,数据输入取自中间节点文件,逻辑判别为内部判别功能,连线为各数据输入和逻辑判别之间的逻辑关系三
图2一纵联差动保护逻辑示意图
Fi g.2一Lo g ic dia g ram of lon g itudinal
differential p rotection
因此,可以用连线来表达各节点间的逻辑关系,而将数据输入和逻辑判别均作为基本元件来引用三3.2一保护逻辑图的基本图元
将保护逻辑图的各节点元素均设计为基本元件模板,实际图形中应用时引用模板中的元件三每个元件都有id和ke y id属性,初始值均为-1三id用于描述实例化的元件在图形中的序号,ke y id用于关联中间节点文件数据二传递数值和判断结果三因此可定义图2中所引用到的基本元素模板三
基本绘图元素包括以下几种三①连接线:包含3个ke y id,其中ke y id1取连线左侧端子的id, ke y id2取连线右侧端子的id,ke y id3取连线左侧端子的ke y id三②端子:用于连线,每个端子包含2个ke y id,输入端子的ke y id1取连接线的ke y id3, ke y id2用于逻辑 非 判别,输出端子的ke y id1取本元件的ke y id,ke y id2保留三端子不用于绘图操作,仅包含在基本图元中三
基本图形元素包括以下几种三①状态量输入: ke y id取中间节点文件中的状态通道
号,包含一个
输出端子,输出端子的ke y id取中间节点文件中对
应通道号中的值三②状态量输出:ke y id为中间节
点文件中的状态信号通道号,包含一个输入端子,输
入端子的ke y id取中间节点文件中对应通道号中的
值三③ 与/或 门:ke y id为自定义,包含逻辑 与/
或 判断,创建空间存储判断结果,包含输入和输出
端子,最大支持8进1出三输入端子包含 非 门判
断,输入端子id取连接线的id,输出端子id取本元
件的ke y id三各基本图元含位置坐标属性,图元实例
化后该属性用于描述该元件在图形中的放置位置三
对于连接线,由于其可能存在多个拐点,因此含多个
位置属性,用于表达连接线的位置关系三
47
2014,38(5)一
3.3一保护逻辑图的逻辑关系
使用预定义的基本绘图元素和基本图形元素进行绘图操作,根据连接线决定各图元之间的连接关系,并将连接关系存储在图元实例中三基本图形元素的id用于描述实例化的元件在图形中的序号, ke y id用于关联中间节点文件数据二传递数值和判断结果三
以图3为例,图中Y3与外部元件逻辑关系如下:管脚1输入为零序差动A相动作标志,值为1;管脚2输入为A相电流互感器断线标志,值为0,取其反逻辑;Y3逻辑判别为 与 ,因此Y3的ke y id为Y3判别结果1;输出端子ke y id取Y3的ke y id,值为1三因此,保护逻辑图的逻辑关系包含在各基本图形元素和连接线内部三
图3一基本图元逻辑关系示意图
Fi g.3一Lo g ic dia g ram of basic p rimitives
3.4一中间节点文件
中间节点文件后缀为.mid(中间文件)和.des (描述文件)三.mid文件存储相对时标二模拟量和开关量通道值三.des文件用于描述.mid文件的数据存储格式,.des文件包含两部分内容:第1部分用于说明中间文件.mid的格式,包括序号二模拟量名称二模拟量数据类型二模拟量量纲二开关量(数字量)名称和开关量(数字量)数据类型;第2部分存储基于G语言的保护逻辑图三
描述部分用des标记,图形部分用G标记三.des 文件结构见附录A图A1三其中,Analo g List部分为.mid文件中模拟量存储通道描述,Lo g icList部分为.mid文件中状态量存储通道的描述,G部分用于可视化分析的保护逻辑图三保护逻辑图中给出了一个输入状态(Status)二一个逻辑元件(Lo g ic)以及两者之间的连接线(ConnectLine)示例三
4一故障可视化分析方案
4.1一故障信息的生成
继电保护装置动作或启动后产生5个动作记录文件,分别为故障录波文件.cf g和.dat二中间节点文件.des和.mid二动作情况简报文件.hdr,故障信息文件的传输方式采用DL/T860的文件服务三保护装置每次启动或动作同时生成故障录波和中间节点文件,两者所记录的时间段完全一致三故障录波文件仅包含本次动作情况的概要信息三中间节点文件不仅包含故障录波文件中的所有信息,而且包含装置内部保护逻辑的具体动作情况,以及用于可视化回放的保护逻辑图形三故障录波主要用于初步的故障分析,而中间节点文件则主要用于详细和深入的故障分析三
4.2一事故可视化分析
保护逻辑可视化分析功能嵌入故障录波分析工具中,以时间为线索,结合故障录波文件二中间节点文件和故障简报进行综合事故分析,可清晰再现故障过程中各保护功能元件的动作逻辑及先后顺序三保护逻辑图可视化分析时,各中间节点动作情况在图形中采用高亮显示,图形绘制风格在基本图元中定义三每个图元包含一个属性state,用于表示该图元状态个数的属性三图元中内部对象包含属性sta,用于表示图形元素所属状态,以及图元定义时的所有图形元素对象三图元模板中内部对象可根据sta的值对该对象进行条件绘制,因此,图形便可根据不同的值显示不同的显示风格三
为了显示简洁,仅将连接线根据其ke y id3的值进行条件绘制,sta为0时绘制黑色线,sta为1时绘制红色线三
4.3一互操作方法
保护逻辑图采用G语言的方式进行自描述,综合应用服务器可使用通用的G图形处理工具进行解析,因G语言为应用于电力系统的一种标准的图形描述语言,因此,可以实现不同厂家间的互操作三但考虑到实际工程应用中不同厂家可能有不同的使用习惯,分以下2种情况来分析互操作方式三1)如果配合厂家也采用G语言的方式,则直接就可以配合,不需要做额外的工作,而且可以保证故障分析显示风格的一致性三
2)如果配合厂家采用其他方式,则提供一个可执行可视化故障分析插件,调用即可,无论该工程有多少型号装置,仅需要一个插件即可,无需按装置型号提供多个插件三可视化分析软件应附加参数调用,通过运行 .exe file 调取波形三文件名file为全路径文件名,带.cf g后缀三
5一实际应用
采用上述继电保护逻辑图自描述方案开发了保护逻辑图的G语言生成模块,并将其集成到可视化逻辑设计软件中[10]三在保护程序编译时,根据程序设置自动生成用于可视化回放的G语言保护逻辑
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四研制与开发四一李宝伟,等一新一代智能变电站继电保护故障可视化分析方案
图形文件,且该文件包含在保护程序代码中,从而严格保证了保护程序和可视化保护逻辑图的一致性三保护装置在启动录波时自动产生中间节点文件,可视化保护逻辑图形内容自动生成到.des文件中三采用基于G语言的继电保护逻辑图自描述方
案开发了与其配套的解析模块,并将其集成在波形分析工具中,同时波形分析工具增加保护逻辑图可视化故障回放功能,在打开故障录波文件时自动打开中间节点文件,进行故障波形和可视化保护逻辑图同步回放分析三
整个过程如图4所示三保护装置启动或动作时自动生成故障录波二中间节点以及故障简报文件,并生成扰动通知,故障录波器通过文件服务从保护调取故障信息文件,故障录波器再将故障信息文件上送三因此,在故障录波器二综合应用服务器或调度端均可进行故障可视化分析三
图4一故障可视化分析应用模型
Fi g.4一A pp lication model of fault visualization anal y sis 故障可视化分析的实际效果见附录A图A2三该方案已在新一代智能变电站就地化保护二故障录波器和综合应用服务器中成功应用,其互操作性和可推广实施价值得到了充分验证三
6一结语
本文提出了一种继电保护故障可视化分析方案,该方案中继电保护装置采用电力系统图形描述规范(G语言)对其保护逻辑图进行自描述,后台服务器采用通用的G语言解析工具便可对其保护逻辑图进行解析和可视化回放分析三该方案从根本上解决了不同厂家设备间的兼容性和互操作性问题,同时解决了保护程序和保护逻辑图不匹配的问题,并且软件处理简单二通用性强二可靠性高二易于实现,利于推广应用三
附录见本刊网络版(htt p://ae p s.s g e p ri.s g cc. https://www.doczj.com/doc/8b11986056.html,/ae p s/ch/index.as p x)三
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李宝伟(1984 ),男,通信作者,硕士,工程师,主要研究方向:继电保护三E-mail:libaowei@x j g https://www.doczj.com/doc/8b11986056.html,
倪传坤(1980 ),男,硕士,高级工程师,主要研究方向:继电保护三
李宝潭(1988 ),男,助理工程师,主要研
究方向:电力
系统自动化三
(编辑一章黎)
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2014,38(5)一
四研制与开发四一李宝伟,等一新一代智能变电站继电保护故障可视化分析方案
Anal y sis Scheme for Rela y Protection Fault Visualization in New Generation Smart Substation LI Baowei1,2,N I Chuankun1,LI Baotan1,WEN Min g hao2,WANG Li1,HUANG J idon g1
(1.XJ Grou p Cor p oration,Xuchan g461000,China;2.State Ke y Laborator y of Advanced Electroma g netic
En g ineerin g and Technolo gy,Huazhon g Universit y of Science and Technolo gy,Wuhan430074,China) Abstract:The information flow scheme for rela y p rotection fault recordin g in the new g eneration of smart substation is described.The a pp lication mode of fault visual anal y sis for rela y p rotection is p ointed out.The g ra p hic ex p ression method based on g ra p hical descri p tion s p ecifications of p ower s y stem(G lan g ua g e)is anal y zed.Based on the abstraction of rela y p rotection lo g ic dia g ram,a method is p ut forward b y usin g G lan g ua g e to ex p ress rela y p rotection lo g ic dia g ram.A whole p acka g e of fault visual anal y sis for rela y p rotection is further p ro p osed,in which the p rotection lo g ic dia g ram is self-described with G lan g ua g e,and the lo g ic dia g ram document is resolved and re p la y ed visuall y b y the common G lan g ua g e anal y zin g tool on the backend server.The scheme has radicall y solved not onl y the com p atibilit y and intero p erabilit y p roblems between different e q ui p ment manufacturers,but also the mismatch p roblem between lo g ic dia g ram and p rotection p ro g ram,demonstratin g its advanta g e of sim p licit y,versatilit y,hi g h reliabilit y,and eas y im p lementation.
Ke y words:smart substation;rela y p rotection;G lan g ua g e;visualization;fault anal y sis
?????????????????????????????????????????????????(上接第49页一continued from p a g e49)
Evaluation and Anal y sis of Hierarchical Total Su pp l y Ca p abilit y for Distribution Networks
LIU J ian1,YI N Qian g2,Z HANG Zhihua1
(1.Shaanxi Electric Power Research Institute,Xi an710054,China;
2.School of Electrical and Control En g ineerin g,Xi an Universit y of Science and Technolo gy,Xi an710054,China) Abstract:To identif y the ma j or elements reducin g the total su pp l y ca p abilit y(TSC)of distribution networks,a famil y of hierarchical TSC indices is established.The feeder level TSC,transformer level TSC,TSC j ointl y conditioned b y feeders and transformers,the second transmission line level and com p rehensive TSC are defined,res p ectivel y.A set of matchin g indices are defined to identif y the matchin g de g ree of the TSC of the devices in ad j acent levels.A series of indices of fullness de g ree are also defined to re p resent the difference between the actual load and the load in the ideal condition with maximum TSC on devices.The methodolo gy for findin g the factors reducin g the TSC of distribution networks based on the p ro p osed indices is described.An exam p le is g iven to demonstrate the p ro p osed a pp roach in detail showin g its feasibilit y and effectiveness. This work is su pp orted b y S p ecial Fund of Ke y Science and Technolo gy Pro j ects of State Grid Cor p oration of China. Ke y words:distribution networks;substation;total su pp l y ca p abilit y(TSC);evaluation;N-1criterion
?????????????????????????????????????????????????法美德三国人员制得高质量石墨烯纳米带
近日,一支由法二美二德三国研究机构和大学组成的国际研究团队利用新方法合成了宽度仅为40nm的高质量石墨烯纳米带,并成功在室温下验证了其非凡的导电性能三据悉,此前的石墨烯纳米带边缘较为粗糙,这严重影响了其导电性,是阻碍石墨烯纳米带电子传输的一大障碍三为解决这一问题,研究人员在碳化硅晶体上切割出边缘整齐的带状凹槽,并直接在这些凹槽上制备石墨烯纳米带三在测试新制备纳米带导电性的实验中,其常温下的电子迁移率是应用于计算机内存的硅半导体的1000倍三?摘自‘科技日报“?
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新一代智能变电站继电保护故障可视化分析方案
作者：李宝伟， 倪传坤， 李宝潭， 明浩， 王莉， 黄继东， LI Baowei， NI Chuankun， LI Baotan， WEN Minghao， WANG Li， HUANG Jidong
作者单位：李宝伟,LI Baowei(许继集团有限公司，河南省许昌市 461000; 强电磁工程与新技术国家重点实验室，华中科技大学，湖北省武汉市 430074)， 倪传坤,李宝潭,王莉,黄继东,NI
Chuankun,LI Baotan,WANG Li,HUANG Jidong(许继集团有限公司,河南省许昌市,461000)，
明浩,WEN Minghao(强电磁工程与新技术国家重点实验室，华中科技大学，湖北省武汉市
430074)
刊名：
电力系统自动化
英文刊名：Automation of Electric Power Systems
年，卷(期)：2014(5)
本文链接：https://www.doczj.com/doc/8b11986056.html,/Periodical_dlxtzdh201405014.aspx