“2016第三屆軌道交通供電系統(tǒng)技術(shù)大會(huì)”演講報(bào)告圖文版已在“電氣技術(shù)”微信（微信號(hào)：dianqijishu）上陸續(xù)發(fā)布，請(qǐng)感興趣的讀者掃描下方二維碼，進(jìn)行關(guān)注閱讀。

龍?jiān)矗ū本╋L(fēng)電工程技術(shù)有限公司的研究人員田文奇、馮江哲、孔祥啟，在2016年第12期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)缺少繼電保護(hù)技術(shù)人才和配套措施，定值計(jì)算不規(guī)范、定值管理不到位的現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)了風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算管理系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的功能架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)以及系統(tǒng)功能解決方案。

該系統(tǒng)能夠快速對(duì)風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)定值進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也能促進(jìn)風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)定值計(jì)算和管理的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，保障風(fēng)電場(chǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的持續(xù)推進(jìn)以及大氣污染防治條例的進(jìn)一步落實(shí)，風(fēng)電在國(guó)家能源供給中的比例將進(jìn)一步提高，確保風(fēng)電平穩(wěn)安全運(yùn)行成為保障國(guó)家能源安全的重要課題之一。然而，風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)的重要性一直以來(lái)未受到應(yīng)有的重視。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)并未建立起繼電保護(hù)定值的管理與技術(shù)體系，定值計(jì)算不規(guī)范、定值管理不到位的現(xiàn)象普遍存在。

風(fēng)電場(chǎng)缺少繼電保護(hù)方面的技術(shù)人才和配套措施，較電網(wǎng)和火力發(fā)電廠有著較大的差距，進(jìn)行繼電保護(hù)方面的技術(shù)能力建設(shè)十分迫切。開(kāi)發(fā)風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算管理系統(tǒng)，有助于快速對(duì)風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)定值的正確性進(jìn)行核算，同時(shí)也能促進(jìn)風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)定值計(jì)算和管理的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，保障風(fēng)電場(chǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

國(guó)內(nèi)外沒(méi)有針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)。現(xiàn)有的繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)僅適用于傳統(tǒng)的電網(wǎng)及發(fā)電廠，沒(méi)有充分考慮風(fēng)電場(chǎng)的特點(diǎn)，因此，不能對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的繼電保護(hù)定值進(jìn)行準(zhǔn)確全面的計(jì)算。有關(guān)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)故障的仿真和試驗(yàn)研究在國(guó)內(nèi)外都做了大量工作[1-8]，但這些基礎(chǔ)研究的結(jié)論如何應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)定值的計(jì)算卻缺少系統(tǒng)研究。

如何將針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的定值計(jì)算原則跟軟件系統(tǒng)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合也缺少相關(guān)研究。風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算管理系統(tǒng)的成功開(kāi)發(fā)，不僅使其成為國(guó)內(nèi)外首套風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)定值整定計(jì)算專用軟件，也對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，本文將對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 系統(tǒng)的功能架構(gòu)

風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算管理系統(tǒng)按功能分為以下模塊，如圖1所示：圖形建模：以各風(fēng)電場(chǎng)電氣一次設(shè)備實(shí)際接線為基礎(chǔ)，建立風(fēng)電場(chǎng)電氣模型。以設(shè)備銘牌形式輸入?yún)?shù)，根據(jù)需要將設(shè)備等值為不同狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型（包括穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)）。對(duì)于風(fēng)電機(jī)組，通過(guò)風(fēng)機(jī)廠家提供的技術(shù)參數(shù)，建立故障時(shí)能夠提供短路電流的風(fēng)電機(jī)組模型。

故障計(jì)算：以風(fēng)電場(chǎng)電氣模型為基礎(chǔ)，模擬任意位置發(fā)生不同故障時(shí)的情況，查看相應(yīng)狀態(tài)下的故障量信息?；陲L(fēng)電場(chǎng)的故障錄波數(shù)據(jù)，對(duì)故障進(jìn)行反演計(jì)算，定位故障位置和確定故障類型，方便風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行故障排查和處理。

整定計(jì)算：根據(jù)故障量、給定的整定原則和計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)保護(hù)裝置的定值計(jì)算功能，并且整定原則和計(jì)算方法能夠編輯和修改；根據(jù)保護(hù)裝置型號(hào)，從已有的保護(hù)裝置庫(kù)中選擇保護(hù)功能和定值項(xiàng)；根據(jù)保護(hù)裝置硬件構(gòu)成，采用層次結(jié)構(gòu)來(lái)描述保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)管理：保護(hù)裝置的定值單可以進(jìn)行定制，主要功能包括定值單中定值的修改、定值單的流轉(zhuǎn)、定值單查詢、定值單打印等功能。定值單的流轉(zhuǎn)過(guò)程包括試算、錄入、校核、審核、簽發(fā)、執(zhí)行、生效等一系列的過(guò)程。不同角色的用戶可對(duì)定值單進(jìn)行相關(guān)的審批操作，執(zhí)行完相應(yīng)的操作后，定值單自動(dòng)流轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)。對(duì)現(xiàn)有定值單的保護(hù)動(dòng)作情況及保護(hù)范圍進(jìn)行仿真，通過(guò)報(bào)告或圖形化方式直觀表示，便于技術(shù)人員理解和調(diào)整。

圖1 功能架構(gòu)

2 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1  風(fēng)電場(chǎng)模型的建立

風(fēng)電場(chǎng)一次設(shè)備與傳統(tǒng)變電站的主要區(qū)別在于風(fēng)電機(jī)組，因此風(fēng)電機(jī)組的模型是建立風(fēng)電場(chǎng)模型的關(guān)鍵技術(shù)之一。本系統(tǒng)能夠按照風(fēng)電場(chǎng)所在地區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)整定原則的要求考慮或不考慮風(fēng)電機(jī)組提供的短路電流。當(dāng)考慮風(fēng)電機(jī)組的短路電流時(shí)，能夠方便地按照直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組和雙饋型風(fēng)電機(jī)組建立風(fēng)電機(jī)組的模型，輸出短路電流參與故障計(jì)算。

通過(guò)建立圖元和元件模型，實(shí)現(xiàn)圖形化建模。各元件模型參數(shù)維護(hù)實(shí)現(xiàn)圖形化，并且能自動(dòng)進(jìn)行元件參數(shù)計(jì)算，為故障計(jì)算及定值整定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型。

2.2  基于風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)配置的自定義平臺(tái)

利用“專家系統(tǒng)”技術(shù)，建立各種保護(hù)的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和整定計(jì)算知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的快速建模，根據(jù)裝置說(shuō)明書(shū)和整定原則，自動(dòng)生成計(jì)算書(shū)和定值單。各保護(hù)裝置模型統(tǒng)一保存在數(shù)據(jù)庫(kù)自定義平臺(tái)中，所有風(fēng)場(chǎng)建模時(shí)可共享使用。

2.3  定值管理

建立集團(tuán)內(nèi)部統(tǒng)一的定值單管理平臺(tái)，風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)人員以及各級(jí)管理人員可按照不同權(quán)限查看或編輯定值單、計(jì)算書(shū)。同時(shí)，對(duì)于人工計(jì)算或系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算的定值，可以在風(fēng)電場(chǎng)模型中設(shè)置不同故障進(jìn)行保護(hù)定值及裝置的仿真校核，統(tǒng)計(jì)定值的保護(hù)范圍、靈敏度，校驗(yàn)保護(hù)配置的合理性，考察是否能滿足對(duì)設(shè)備的保護(hù)以及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的整定要求，對(duì)于無(wú)法滿足要求的定值向技術(shù)人員、管理人員進(jìn)行提示。

3 系統(tǒng)功能解決方案

3.1  圖形建模

圖形建模功能主要完成系統(tǒng)一次設(shè)備的電氣參數(shù)錄入與計(jì)算、系統(tǒng)的拓?fù)溥B接關(guān)系、運(yùn)行方式設(shè)置、保護(hù)功能配置等，如圖2所示。

系統(tǒng)可以繪制并存儲(chǔ)風(fēng)電機(jī)組、外部等效系統(tǒng)、升壓變壓器、接地變壓器、場(chǎng)用變壓器、并聯(lián)電容器、SVG連接變、箱變、斷路器、線路、母線、聯(lián)絡(luò)線等電氣元件的圖形。通過(guò)建模功能，可以建立系統(tǒng)一次接線圖。同時(shí)，系統(tǒng)具有以下圖形編輯功能：

（1）能靈活添加、刪除、修改各元件，能實(shí)現(xiàn)圖形的移動(dòng)、拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、著色、拷貝、粘貼等；（2）能夠編輯文字標(biāo)簽、藝術(shù)字；（3）具備塊選擇、塊移動(dòng)、塊復(fù)制、塊粘貼功能；（4）具有放大、縮小、恢復(fù)等功能。

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸入及計(jì)算功能，所有元件按統(tǒng)一規(guī)范的格式建立參數(shù)列表，如名稱、電壓等級(jí)、原始參數(shù)、標(biāo)幺參數(shù)等?？芍苯虞斎牖蚋鶕?jù)公式計(jì)算故障計(jì)算和整定計(jì)算所需的各種電氣元件的正序標(biāo)幺值、負(fù)序標(biāo)幺值、零序標(biāo)幺值等參數(shù)。

系統(tǒng)能根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際設(shè)備給定的保護(hù)裝置配置線路、變壓器、風(fēng)電機(jī)組、母線、電容器、電抗器等元件的保護(hù)裝置。

圖2 圖形建模界面

3.2  故障計(jì)算

故障計(jì)算是整定計(jì)算的基礎(chǔ)，系統(tǒng)提供一個(gè)開(kāi)放的且功能強(qiáng)大的故障分析計(jì)算平臺(tái)，能模擬各種短路故障情形，能輸出任意支路的故障電流、電壓。能方便地通過(guò)圖形或表單方式選擇故障點(diǎn)設(shè)置，能以文件或圖形形式顯示計(jì)算結(jié)果，如圖3所示（1#集電線路50%處A、B相間短路）。

系統(tǒng)可用于所有電壓等級(jí)的故障計(jì)算，計(jì)算規(guī)模不受限制且結(jié)果精確。采用規(guī)范化的補(bǔ)償計(jì)算方法，支持任意復(fù)雜的故障計(jì)算，支持電網(wǎng)的等值計(jì)算，支持過(guò)渡電阻的輸入，支持圖形化的故障計(jì)算設(shè)置。計(jì)算分析的電氣量可自定義，并提供計(jì)算結(jié)果的可視化表示，同時(shí)可根據(jù)用戶設(shè)置對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行篩選或統(tǒng)計(jì)列表輸出。

可在給定的運(yùn)行方式下，計(jì)算線路各種故障類型下本線始端、本線末端、相鄰元件末端的電流極值，可計(jì)算變壓器各側(cè)母線、變壓器其他側(cè)相鄰線路末端、變壓器本側(cè)母線出線末端故障電流極值，如圖4所示。

圖3 故障模擬圖形顯示

圖4 故障信息綜合顯示

3.3  保護(hù)模型建立

建立風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)模型分為兩步，第一步根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)實(shí)際硬件配置建立風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)配置模型；第二步采用專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)建立單個(gè)保護(hù)裝置的模型，可分為兩種類型：一是采用繼電保護(hù)原理、國(guó)家制定的相關(guān)規(guī)程、導(dǎo)則，作為該裝置模型的知識(shí)源；另一種是采用不同裝置廠家出具的裝置說(shuō)明書(shū)作為該裝置模型的知識(shí)源。

根據(jù)保護(hù)裝置硬件構(gòu)成，采用層次結(jié)構(gòu)來(lái)描述保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)，保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)層次由六層構(gòu)成，如圖5所示。

圖5 保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)層次

3.4  整定計(jì)算

整定計(jì)算以故障計(jì)算為基礎(chǔ)，抓取整定原則中需要的電氣量信息，按照保護(hù)模型中設(shè)定好的整定原則公式進(jìn)行計(jì)算，整定計(jì)算流程如圖6所示。整定時(shí)可自動(dòng)整定，生成完整的計(jì)算書(shū)和定值單，也可以單步手動(dòng)整定，逐步生成計(jì)算書(shū)和定值單。在整定過(guò)程中同步顯示計(jì)算書(shū)，能清楚地看到每步操作的記錄，計(jì)算書(shū)可以編輯、保存、載入、復(fù)制、打印。

裝置的定值項(xiàng)整定完畢后，計(jì)算結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)，按照定值單模版格式生成Word或Excel格式定值單文件。

圖6 整定計(jì)算流程圖

3.5  保護(hù)定值校核

已有定值可以通過(guò)填寫(xiě)通用模板輸入，或根據(jù)保護(hù)設(shè)備型號(hào)的不同從設(shè)備庫(kù)中選擇專用模板輸入；通過(guò)設(shè)置典型故障，可觀察該定值狀態(tài)下各保護(hù)裝置的動(dòng)作情況，校驗(yàn)定值設(shè)置的合理性；根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果，輸出定值校驗(yàn)書(shū)，計(jì)算過(guò)程、校驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)改進(jìn)措施有詳細(xì)的說(shuō)明。

3.6 數(shù)據(jù)管理功能

提供風(fēng)電場(chǎng)一、二次設(shè)備參數(shù)、定值整定計(jì)算書(shū)、定值單、模擬故障信息等數(shù)據(jù)的查詢和管理功能，各種數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出至office文檔并打印。

4 結(jié)論

多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)的保護(hù)定值計(jì)算十分不規(guī)范，許多新投運(yùn)的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)法找到有能力的定值計(jì)算單位，風(fēng)電行業(yè)對(duì)風(fēng)電保護(hù)定值計(jì)算的需求十分迫切。每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的接線方式、電氣配置以及系統(tǒng)參數(shù)都不盡相同，人工計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)定值費(fèi)時(shí)費(fèi)力，技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)和水平不同也容易出現(xiàn)紕漏。

風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算管理系統(tǒng)按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)定值進(jìn)行計(jì)算，保障了定值計(jì)算的準(zhǔn)確性，降低了風(fēng)電企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，促進(jìn)了風(fēng)電場(chǎng)安全生產(chǎn)。