Die ontwerp van 'n onderstasie reëlbeskermingsfoutinligtingsopsporingsisteem
I. Inleiding
In die afgelope jare, met die voortdurende uitbreiding van die skaal van die kragnet, speel onderstasies, as kritieke nodusse in die kragstelsel, 'n belangrike rol om deur hul veilige en stabiele bedryf die betroubaarheid van die hele kragnet te verseker. Ondersteuningsbeskerming dien as die eerste lyn van verdediging vir die veilige bedryf van onderstasies. Die akkuraatheid en vinnigheid van ondersteuningsbeskerming is direk verband hou met die stabiliteit van die kragstelsel. Daarom is dit van groot belang om die foute-inligting van die onderstasie se ondersteuningsbeskermingstelsel effektief op te spoor, potensiële foute tydig te identifiseer en aan te spreek, om die veilige bedryf van die kragstelsel te waarborg.
Tradisionele metodes vir die opsporing van ondersteuningsbeskermingfoute berus hoofsaaklik op handmatige inspeksies en gereelde instandhouding. Hierdie metodes is nie net tydrowend en arbeidsintensief nie, maar kan ook nie real-time monitering bereik nie. As gevolg hiervan is hulle vatbaar vir die misloop van vroeë foutsegnale. Met die voortdurende ontwikkeling van inligtingstegnologie, veral die vooruitgang in rekenaartegnologie en kommunikasietegnologie, het moderne onderstasie-ondersteuningsbeskermingfout-opsporingsstelsels begin outomatiese metodes gebruik. Deur middel van real-time data-insameling kan hierdie stelsels real-time monitering van die toestand van die ondersteuningsbeskerming bereik en vinnig foute lokaliseer.
Daarom stel hierdie artikel 'n onderstasie-ondersteuningsbeskermingfout-opsporingsstelsel voor wat gebaseer is op moderne inligtingstegnologie en verduidelik in detail sy hardewarestruktuur, sagtewareontwerp en eksperimentele resultate.
II. Ontwerp van die Stelselhardewarestruktuur
(1) Hoofrekenaar
Die ontwerp van die hoofrekenaar beïnvloed direk die prestasie van die hele stelsel. Sy hardewarestruktuur maak gebruik van die C8051F040 enkelchipmikroprosessor as die kernprosessor. Die C8051F040 enkelchipmikroprosessor is 'n hoogpresterende en lae-energie gemengde-signal mikrokontroller wat ryk aan perifeerhulpbronne integreer, insluitend analoge en digitale I/O-porse, teler/teller, UART, SPI, en I2C-kommunikasiekoppelvlakke, onder andere. Hierdie eienskappe maak die C8051F040 hoogst geskik as die kernprosessor van die hoofrekenaar, in staat om die vereistes van hoëspoeddata-verwerking en komplekse beheerlogika te bevredig.
Om die real-time moniteringvermoë van die stelsel te verseker, word 'n hoogpresterende moniteringseenheid in die ontwerp van die hoofrekenaar ingesluit. Hierdie eenheid sluit tipies 'n hoëspoed ADC (Analoog-na-Digitale Omsetter), DAC (Digitale-na-Analoog Omsetter), sowel as spannings/stroommoniteringssirkuite in. Dit kan elektriese parameters in real-time insamel en omsit, akkurate dataondersteuning bied vir foutdiagnose.
Terselfdertyd moet die hoofrekenaar kommunikeer met die nederrekenaar en die afgeleë moniteringsentrum. Die ontwerp sluit verskeie kommunikasiekoppelvlakke in, soos RS-232, RS-485, en Ethernet. Hierdie koppelvlakke verseker die vinnige oordrag van data en die vermoë van afgeleë beheer.
Om operateurs in staat te stel om die stelsel te moniteer en te beheer, word die hoofrekenaar ook toegerus met 'n mens-masjien interaksie-koppelvlak, gewoonlik bestaande uit 'n LCD-skerm en 'n toetsbord. Operateurs kan hierdie koppelvlakke gebruik om die stelselstatus in real-time te sien.
(2) Isolasiemonitoring Sensor
Om die verbouingsvereistes van die DC-stelsels in ou kragstasies en onderstasies te bevredig, het die personeel 'n hoëpresisie ontkoppelbare isolasiemonitoring sensor ontwerp. Deur gevorderde elektroniese tegnologieë en materiaal te gebruik, kenmerk hierdie sensor met hoë sensitiviteit, hoë stabiliteit, en 'n lang lewensduur, en kan dit selfs in swaar omgewings stabiel funksioneer.
Hoë presisie is 'n sleutelleistandmaatstaf van die isolasiemonitoring sensor. Deur gevorderde opsporingalgoritmes en elektroniese komponente te gebruik, kan dit minute isolasieveranderinge akkuraat opspoor, wat die akkuraatheid en tydigheid van foutinligting verseker.
Deur die thermiese isolasie-toerusting van die DC-stelsels in ou kragstasies en onderstasies te verbeter en hoëpresisie ontkoppelbare isolasiemonitoring sensore te gebruik, kan die veiligheid van die stelsel aansienlik verbeter word. Hierdie sensore het die vermoë om hoëpresisie opsporing uit te voer en kan spoedig isolasiefoute opspoor, wat daardeur effektief die voorkoms van ongelukke verseker.
(3) Vroeë Waarskuwing Opsporingsmodule
Om die akkuraatheid en reaksiespoed van vroeë waarskuwings te verbeter, integreer hierdie module gewoonlik 'n dubbele meganisme van aktiewe vroeë waarskuwing en pasiewe vroeë waarskuwing.
Aktiewe vroeë waarskuwing verwys na die stelsel se proaktiewe opsporing van elektriese parameters. Sodra die parameters afwyk van die normale reeks, sal 'n vroeë waarskuwingsignaal onmiddellik getrig word. Aktiewe vroeë waarskuwing berus gewoonlik op hoëpresterende sensore en data-insameenhede. Hierdie toestelle kan kruissende parameters soos stroom, spanning, en frekwensie in real-time moniteer en die relevante data deur ingeboude algoritmes analiseer om vas te stel of daar potensiële foutrisiko's bestaan. Pasiewe vroeë waarskuwing, aan die ander kant, behels die analise van relevante elektriese parameters en die uitsending van 'n vroeë waarskuwingsignaal nadat die stelsel buitekommandos ontvang. Byvoorbeeld, wanneer die ondersteuningsbeskermingtoestel in die onderstasie funksioneer, sal die pasiewe vroeë waarskuwingmodule onmiddellik geactiveer word om die rede van die funksionering te analiseer en te bepaal of verdere verwerkingsmaatreëls nodig is, soos in Figuur 1 getoon.
Figuur 1 Hardewarestruktuurontwerp
In die hardewarestruktuurontwerp van die vroeë-waarskuwing-opsporingsmodule, kan die kombinasie van aktiewe vroeë waarskuwing en pasiewe vroeë waarskuwing die stelsel se vroeë waarskuwingvermoë en reaksiespoed aansienlik verhoog. Aktiewe vroeë waarskuwing kan elektriese parameters in real-time moniteer en vinnig potensiële foutrisiko's identifiseer; terwyl pasiewe vroeë waarskuwing vinnig kan reageer wanneer spesifieke gebeure plaasvind en 'n grondige analise van die foutredes kan uitvoer.
Om hierdie twee vroeë-waarskuwingmetodes effektief te kombineer, moet die volgende klienelemente in die hardewareontwerp oorweeg word:
Keuse van sensore en data-insameenhede: Hoëpresisie sensore en data-insameenhede moet gekies word om dataakkuraatheid te verseker.
Dataverwerking en -analisevermoëns: Die vroeë-waarskuwingsmoniteringmodule moet met sterke dataverwerkings- en -analisevermoëns toegerus wees om vinnig abnormal data te identifiseer en vroeë-waarskuwingsoordele te maak.
Kommunikasiekoppelvlakke en -protokolle: Die module moet verskeie kommunikasiekoppelvlakke en -protokolle ondersteun om dataverversing met ander stelsels of toestelle te vergemaklik.
Betroubaarheid: Die hardewareontwerp moet verseker dat die module in ekstreme omgewings stabiel kan funksioneer en noodsaaklike veiligheidsmaatreëls moet aangewend word om misbedryf en ongeoorloofde toegang te verhoed.
III. Stelselsagtewareontwerp
(1) Simulasie Modellering van Foutlast Karakteristieke
Die kern van die onderstasie-ondersteuningsbeskermingfout-opsporingsstelsel lê in sy sagtewarestruktuurontwerp, veral die konstruksie van statiese en dinamiese lastmodelle. Hierdie modelle poog om die aktief- en reaktiefkrag van die last tydens stelselbedryf te beskryf, asook die stadige veranderinge in spanning en frekwensie, en word gewoonlik uitgedruk deur middel van polinoommodelle. Die statiese lastmodel word gewoonlik uitgedruk as:
waar P en Q respektiewelik aktief- en reaktiefkrag verteenwoordig, V is die spanning, P0, Q0, V0is die waardes in die referentiestaat, en n en m is die lastkarakteristiekkoëffisiënte.
Die dinamiese lastmodel is relatief kompleks. Dit neem die dinamiese reaksie van die last op veranderinge in spanning en frekwensie in ag, insluitend verskeie tydkonstantes om die reaksiespoed van die last op spanning- en frekwensieveranderinge te simuleer. Die dinamiese lastmodel kan uitgedruk word as 'n reeks differensiaalvergelykings wat die tempoverskil van lastkrag oor tyd beskryf.
In die sagtewarestruktuurontwerp word hierdie modelle geïntegreer in die ondersteuningsbeskermingfout-opsporingsstelsel om die bedryfstoestand van die onderstasie in real-time te moniteer en te analiseer. Die stelsel versamel real-time data, insluitend stroom, spanning, krag, ens., en gebruik hierdie modelle vir berekenings om wetenskaplik potensiële fouttoestande te identifiseer.
(2) Foutinligtingsinsameling
Om die betroubaarheid van ondersteuningsbeskermingtoestelle te verseker, is die ontwerp van die foutinligtingsopsporingsstelsel van besondere belang, veral die deel van foutinligtingsinsameling. Hierdie deel word gewoonlik verdeel in drie modules: stabiele-inligtingsinsameling, transiënt-inligtingsinsameling, en statuslêerbestuur.
Die stabiele-inligtingsinsamelingmodule is hoofsaaklik verantwoordelik vir die insameling van die elektriese parameters van die onderstasie tydens normale bedryf, soos spanning, stroom, krag, ens. Hierdie data is die basis vir die evaluering van die bedryfstoestand van die kragnet en is ook belangrik vir foutanalise en -voorspelling. Hierdie module sluit gewoonlik drie submodules in: data-insameling, data-verwerking, en data-opberging. Die data-insameling submodule verkry elektriese parameters in real-time deur middel van die koppelvlak met die onderstasie-moniteringstelsel; die data-verwerkingsubmodule voer 'n voorbereidende analise uit op die ingesamelde data, verwyder abnormal waardes, en formatteer die data; die data-opbergingsubmodule stoor die verwerkde data in 'n databasis vir latere analise.
Die transiënt-inligtingsinsamelingmodule fokus op die vang van transiënte gebeure in die kragnet, soos kortsluitings, open-lusse, en ander foute. Hierdie transiënte gebeure word dikwels gepaard gaan deur skerp veranderinge in elektriese parameters, dus is hoëspoed en hoëpresisie data-insameenhede nodig. Hierdie module sluit gewoonlik drie submodules in: hoëspoed data-insameling, transiënte gebeure-identifikasie, en gebeure-data-opberging. Die hoëspoed data-insameling submodule kan die veranderinge van elektriese parameters met 'n mikrosekonde-vlak resolusie rekord; die transiënte gebeure-identifikasie submodule bepaal of 'n fout plaasgevind het en identifiseer akkuraat die fouttipe volgens vooraf ingestelde algoritmes; die gebeure-data-opberging submodule stoor die geïdentifiseerde foutinligting in 'n spesifieke databasis, wat baie goed is vir grondige analise deur die personeel.
Die statuslêerbestuurmodule is verantwoordelik vir die bestuur en instandhouding van die statuslêers van die onderstasie-ondersteuningsbeskermingstoestelle, en dit rekord sleutelinligting soos die konfigurasiedetails, bedryfstoestand, en historiese foutrekords van die beskermingstoestelle in detail. Dit sluit hoofsaaklik vier submodules in: statuslêer generering, opdatering, navraag, en rugkopie. Die generering submodule genereer 'n initiële statuslêer volgens die werklike konfigurasie van die beskermingstoestelle; die opdatering submodule werf die statuslêer op wanneer die toestelparameters of -konfigurasie verander; die navraagsubmodule laat gebruikers toe om inligting in die statuslêer te vra; die rugkopiemodule maak regelmatig rugkopieë van die statuslêer om effektief dataverlies te vermy.
(3) Foutinligtingsopsporing
Wanneer die stasiebeheerlaag die waarskuwinformasie "A-lyn samengevoegde netwerkverbinding fout" van die ondersteuningsbeskerming ontvang, moet die stelsel onmiddellik die foutinligtingsopsporingsproses begin om te bevestig of hierdie waarskuwing die enigste bron is, dit wil sê, of ander toestelle ook soortgelyke waarskuwings uitgestuur het. In hierdie voorbeeld, as ander toestelle geen waarskuwings uitsend nie, sal die stelsel fokus op die inligting van "A-lyn samengevoegde netwerkverbinding fout".
Om foutinligting meer effektief te verwerk en te analiseer, ontwerp die stelsel vyf kombinasies van virtuele terminale en foutknoppe, soos in Tabel 1 getoon.
Elke virtuele terminal is verantwoordelik vir verskillende take, van die monitering van die netwerkverbindingstoestand tot die verskaffing van oplossings, wat 'n volledige foutafhandelingsproses vorm. Deur middel van die bogenoemde sagtewarestruktuurontwerp, kan die onderstasie-ondersteuningsbeskermingfout-opsporingsstelsel foutinligting effektief opspoor en die veilige bedryf van die onderstasie verseker. Veral wanneer die waarskuwing "A-lyn samengevoegde netwerkverbinding fout" ontvang word, kan die stelsel vinnig reageer en gepaste maatreëls neem om die impak van die fout op die kragstelsel te minimaliseer.
IV. Eksperimentele Verifikasie
(1) Netwerk Topologie Struktuur
Die netwerk topologie struktuurontwerp van die ondersteuningsbeskermingfout-opsporingsstelsel vir die 500 kV onderstasie wat in 2023 in bedryf gestel is, hou strikt aan die kernbeginsels van hoë betroubaarheid, hoë beskikbaarheid, en maklike instandhouding. Hierdie stelsel maak gebruik van 'n gerank en verdeelde netwerkargitektuur, en sy implementasie stapte is goed georganiseerd, hoofsaaklik insluitend die volgende skakels.
Data-insameling: Deur sensore en data-insameenhede wat by verskeie kritiese knope van die onderstasie geïnstalleer is, word die bedryfsdata van die ondersteuningsbeskermingstoestelle in real-time ingesamel.
Data-oordrag: Deur middel van netwerk kommunikasietegnologie word die ingesamelde data tydlik en akkuraat oorgeplaas na die data-verwerkingsentrum.
Data-analise: In die data-verwerkingsentrum word hoëpresterende rekenaars en professionele analisesagteware gebruik om die data te analiseer, abnormal patrone en potensiële foute te identifiseer.
Foutdiagnose: Sodra 'n abnormaliteit opgespoor word, voer die stelsel outomaties foutdiagnose uit om die tipe en plek van die fout te bepaal.
Waarskuwing en reaksie: Die stelsel stel die bedryfs- en instandhoudingspersoneel van die foutinligting in kennis deur middel van die waarskuwingsstelsel en verskaf voorlopige foutafhandelingsvoorstelle.
Foutafhandeling: Die bedryfs- en instandhoudingspersoneel kan vinnig maatreëls neem om die fout te hanteer volgens die foutinligting en voorstelle wat deur die stelsel verskaf word, en sodoende die stabiele bedryf van die kragnet verseker.
(2) Eksperimentele Resultate en Analise
Twee opsporingsstelsels is in die eksperiment gebruik: een is die konvensionele onderstasie-ondersteuningsbeskerming sekondêre sil op-line opsporingsstelsel gebaseer op die SCD-lêer, en die ander is die onderstasie-ondersteuningsbeskermingfout-opsporingsstelsel gebaseer op ruimtelike-tydelike analise. Beide stelsels is in dieselfde onderstasie-omgewing getoets om die vergelykbaarheid van die resultate te verseker [8].
Die eksperimentele data wys dat die maksimum isolasiespannings van die positiewe en negatiewe busbars wat deur die opsporingsstelsel gebaseer op die SCD-lêer gemeet is, onderskeidelik 192.1 V en 191.4 V is, terwyl die ooreenkomstige waardes wat deur die opsporingsstelsel gebaseer op ruimtelike-tydelike analise gemeet is, onderskeidelik 190.3 V en 210.23 V is. Die spesifieke data word in Tabel 2 getoon.
Uit die eksperimentele resultate kan dit gesien word dat die opsporingsstelsel gebaseer op ruimtelike-tydelike analise 'n ligte verlaagde maksimum isolasiespanning waarde vir die positiewe busbar het in vergelyking met die opsporingsstelsel gebaseer op die SCD-lêer, maar 'n ligte verhoogde waarde vir die negatiewe busbar. Dit dui daarop dat die opsporingsstelsel gebaseer op ruimtelike-tydelike analise in sekere situasies akkurater meetresultate kan lewer. Hierdie verskil is egter nie beduidend nie. Dus, om 'n meer indringende begrip van die prestasieverskille tussen hierdie twee stelsels te verkry, mag dit nodig wees om verdere en groot hoeveelhede eksperimentele data in te samel en te analiseer.
V. Gevolgtrekking
Die nuwe onderstasie-ondersteuningsbeskermingfout-opsporingsstelsel wat in hierdie artikel ontwerp en ondersoek is, kan die werksstatus van ondersteuningsbeskermingstoestelle in real-time moniteer, foutinligting outomaties analiseer en diagnoseer, en die foutinligting vinnig aan bedryfs- en instandhoudingspersoneel oorgedra deur middel van netwerk kommunikasietegnologie. Dit stel hulle in staat om vinnig maatreëls te neem om die uitbreiding van foute te voorkom en die veilige en stabiele bedryf van die kragstelsel te verseker.
