趙瑋杰，張凱玲

（1.牡丹江醫(yī)學(xué)院供電中心，黑龍江 牡丹江 157011；2.黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司，黑龍江 牡丹江 157011）

云計算中電網(wǎng)并行故障算法

趙瑋杰1，張凱玲2

（1.牡丹江醫(yī)學(xué)院供電中心，黑龍江 牡丹江 157011；2.黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司，黑龍江 牡丹江 157011）

繼電保護整定一體化已經(jīng)成為一種趨勢，云計算可以為一體化提供強大的資源支持。建立一體化整定系統(tǒng)，既可以充分利用資源，又能夠降低維護成本，增強系統(tǒng)實時性。本文對云計算模式下電網(wǎng)模型的構(gòu)建、維護、展示以及在此基礎(chǔ)上衍生出的并行分塊故障算法進行研究。

云計算；并行；故障計算；模型；調(diào)度

1　電網(wǎng)模型的構(gòu)建

我國電網(wǎng)調(diào)度分為五級，即國調(diào)、網(wǎng)調(diào)、中調(diào)、地調(diào)和縣調(diào)，繼電保護專業(yè)同樣對應(yīng)為五級，各級調(diào)度系統(tǒng)中，一般只建立本級調(diào)度監(jiān)控范圍內(nèi)詳細的電力網(wǎng)絡(luò)模型，外網(wǎng)部分采用等值處理方式。

在云計算平臺下的一體化的整定系統(tǒng)中，各級保護單位按不同用戶權(quán)限登錄，整個電網(wǎng)統(tǒng)一建模，不同用戶只能操作自己管轄范圍內(nèi)的電網(wǎng)模型，上級保護可以看到全網(wǎng)電網(wǎng)模型和對本單位所轄區(qū)域數(shù)據(jù)的操作和維護。各區(qū)域負責(zé)建立和維護自己的圖形和數(shù)據(jù)，各調(diào)度自身的電網(wǎng)不是孤立的，與其他調(diào)度之間也有電氣聯(lián)系，在建立各自的電網(wǎng)時，對外部電網(wǎng)采取多點等值的方法，得到與實際電網(wǎng)等價的電網(wǎng)圖。

當(dāng)上級調(diào)度需要下級調(diào)度的數(shù)據(jù)和圖形時，只需提出要求，系統(tǒng)即對圖形進行拆分和拼接即可生成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。而一般情況下，系統(tǒng)設(shè)備按照IEC 61970的CIM規(guī)范來進行定義，所以要得到全網(wǎng)模型就需要對各單位所建立的CIM模型進行相應(yīng)的拼接和拆分。

2　故障計算并行算法

各級調(diào)度建立和維護自己的電網(wǎng)，通過拼接和拆分得到全網(wǎng)的電網(wǎng)模型，本級調(diào)度的電網(wǎng)內(nèi)分為內(nèi)部節(jié)點和邊界節(jié)點，外部電網(wǎng)節(jié)點為外部節(jié)點。內(nèi)部節(jié)點組成內(nèi)部區(qū)域I，邊界節(jié)點組成邊界區(qū)域B，外部節(jié)點也就是即將被等值掉的區(qū)域稱為被等值區(qū)域E。如圖1所示，電網(wǎng)圖中，I為內(nèi)部區(qū)域，E1、E2均為外部電網(wǎng)構(gòu)成E，所有聯(lián)絡(luò)線就是邊界區(qū)域B，其中I和B是要保留的區(qū)域，消去外部區(qū)域E。

圖1　實例網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)上文中對各區(qū)域的定義可以得到電網(wǎng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣如式（1）所示。其中電流為各節(jié)點電流的輸入值列向量，電壓為各節(jié)點的電壓列向量。

根據(jù)節(jié)點開路抑制原理，要求得到外部區(qū)域的等值系統(tǒng)，也就是要對其節(jié)點進行開路抑制，即IE=0，所以可得：

代入式（1）得：

式（3）即為開路抑制外部節(jié)點后新求出的矩陣。和原來的比較，得出等值系統(tǒng)和聯(lián)絡(luò)線的參數(shù)。新的邊界導(dǎo)納陣為：

對于一個實際的大電網(wǎng)，要求得多點等值系統(tǒng)，主要通過以下幾個步驟來實現(xiàn)。

首先是基于實際區(qū)域進行分塊，針對全網(wǎng)元件，根據(jù)電網(wǎng)管理轄區(qū)進行區(qū)域識別，包括普通區(qū)域和特定區(qū)域。普通區(qū)域是指所分成的子系統(tǒng)A、B、C等（包含邊界母線）；特定區(qū)域是指所有的分割線路（包括邊界線路和聯(lián)絡(luò)線）。從數(shù)學(xué)模型上來講，只要各個區(qū)域是互相解耦的網(wǎng)絡(luò)，就可以任意進行區(qū)域的劃分，但是根據(jù)電網(wǎng)管理轄區(qū)來分區(qū)更符合實際情況。第二步是對區(qū)域電網(wǎng)進行等值計算。首先將各區(qū)域進行節(jié)點編號，并得到全網(wǎng)連續(xù)節(jié)點編號，得到全網(wǎng)的連接關(guān)系。第三步計算區(qū)域在邊界的系統(tǒng)鏈支及等值系統(tǒng)。對圖1所示區(qū)域I來說，系統(tǒng)鏈支及等值系統(tǒng)的求解步驟如下。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到不計各聯(lián)絡(luò)線的區(qū)域I的節(jié)點導(dǎo)納矩陣Ydi，然后求逆得到不計各聯(lián)絡(luò)線的區(qū)域I的節(jié)點阻抗矩陣Zdi，從Zdi中找到與邊界節(jié)點有關(guān)的元素形成矩陣ZBBi；再通過求逆得到其逆矩陣YBBi。因為節(jié)點阻抗矩陣的對角元的意義是等于從本節(jié)點向整個網(wǎng)絡(luò)看進去的等值阻抗，非對角原則為互阻抗。所以可以按上述方法求解鏈支和等值系統(tǒng)。

用M表示YBBi中節(jié)點m的自導(dǎo)納與節(jié)點m與其他邊界節(jié)點的互導(dǎo)納之和；用N表示-YBBi中兩節(jié)點m、n之間的互導(dǎo)納；那么該區(qū)域在節(jié)點m的等值系統(tǒng)阻抗等于1/M；該區(qū)域在節(jié)點m、n之間的等值鏈支阻抗等于1/N。

顯然，利用該方法，即可求得各區(qū)域在各邊界點的等值，圖1所示系統(tǒng)可以等值為如圖2所示系統(tǒng)。

圖2　研究模型等值網(wǎng)絡(luò)

各下級調(diào)度的等值系統(tǒng)，采取全網(wǎng)計算模型，也就是將各下級調(diào)度的電網(wǎng)拓撲圖以及上級調(diào)度的電網(wǎng)拓撲圖，經(jīng)過拆分和拼接得到全網(wǎng)的電網(wǎng)拓撲圖，然后再根據(jù)全網(wǎng)模型進行系統(tǒng)等值的計算，得到該下級網(wǎng)絡(luò)精確的電網(wǎng)系統(tǒng)等值。

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.08.043

TM744

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2015-02-09