继电保护数字孪生技术应用展望

继电保护数字孪生技术应用展望

赵云泽

内蒙古电力（集团）有限责任公司锡林郭勒供电分公司内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市026000

摘要：在电气系统中，牵扯到的元件很多，包括了发电机、变压器、输电线路等。继电保护能够对电力系统的故障、危机、安全运行的异常工况进行及时掌控。因此，针对当前智能变电站中的继电保护装置在运维业务配置中存在效率低、设备运行故障诊断定位不够准确的问题，提出一种面向继电保护运维业务的继电保护数字孪生建模技术并进行应用探索。

关键词：继电保护；数字孪生技术；应用展望

引言

继电保护是保障坚强智能电网安全的第一道防线，全面提升继电保护设备的运维水平是必然要求。在当前的继电保护运维业务系统建设过程中，存在大量业务配置工作需要人工完成，效率低下；此外，实现对继电保护设备故障的快速、可靠、准确定位，对电网快速恢复运行具有重要意义。

1继电保护的基本原则

首先，继电保护是一个重要的环节，各个行业都要遵守这个环节，确保每一个环节都有自己的标准，有自己的选择，至于继电保护的选择，就是要根据继电保护中发生的故障，一旦发生了什么事情，就必须将其关闭，让其停止工作，这样才能避免给周围的电网带来更大的破坏。其次，基于快速动作的继电保护是合理的，在此过程中，当电网发生故障时，继电保护可以第一时间发现故障点，并可以自由地对故障部件进行切除，从而将线路故障给电网造成的损害降到最低。但是，在电网系统上，它是一个相当复杂的过程。因此，继电保护装置必须在某种程度上精确地判断出故障的位置，这将极大地提高电网的安全性和稳定性，同时可以确保后续的装置可以有所提高。在某些较为复杂的情况下，合理地对故障位置做出正确判定，进而提高了电网的稳定性和安全运行，因此，还必须对继电保护装置展开进一步改进，才能让它可以解决更为复杂的电网系统故障问题。

2继电保护数字孪生技术应用策略

2.1构建基于配电网拓扑结构的孪生模型

要将物理世界的配电网通过数据驱动实现管理，首先需要将物理电网形态准换为数字形态，也就是电网数字化。为实现配电网的仿真数据模型，按照配电网拓扑结构关系与电网实际运维相适应的数据关系，构建基于配电网拓扑结构的基础数据表。显然，配电网的拓扑结构数据表难以反映出配网的运行记录，因此根据不同专业的需求还需要构建设备运行的机理模型、电网调控的数据驱动模型等。为了真实反映出配电网的物理现实环境，还需要将三维实景地图与配网设备的地理坐标整合，实现配电网的可视化模型。

2.2关键技术融合

CBM负荷状态的综合在线评价、试验、油温状态自动检测分析等对系统采集的负荷各种工况异常动态检测分析数据实时进行在线分析与综合判断及自动计算，当发现系统的异常在线监测分析数据异常超过自动报警系统阈值时，则会自动发出告警;针对装置最近的一次离载运行/运行在线的运行数据进行的对比及告警分析，研判筛选出装置最近运行的每一次载离载/运行在线的运行数据中的对比偏差阈值为大于或者正负差30%或者以上的变压器台数，当这些的变压器台数均远远大于超过了该偏差阈值时，则将予以进行告警及分析;同时针对变压器与投运的设备年限进行对比与告警点的分析，以保证通过定期统计、分析出变压器设备年限的变化速度和实际变压器投入使用和运行时间情况的变化及其两者可能存在一定的时间正相关性差异情况来准确予以进行实时跟踪告警。主题数据分析层是一个以提升变压器设备主题数据分析层的大数据的深度信息挖掘处理能力模型为主要分析核心，全方位综合的实时数据分析研判，研判分析的服务内容应包括设备各类实时在线实时数据信息的采集监测、离机/实时在线实时数据信息的查询比较、设备性能异常告警的智能算法研判分析等。

2.3继电保护业务自配置

在继电保护生产阶段将建立的继电保护数字孪生模型作为基础模型存放到装置指定目录中，此目录支持通过IEC61850的文件服务进行访问。继电保护运维系统在需要接入智能继电保护装置时，首先通过IEC61850文件服务的方式获取继电保护装置中指定目录的文件列表；然后根据文件列表信息采用IEC61850文件服务的方式读取列表中所有文件到继电保护运维系统中；接着继电保护运维系统通过召唤的模型文件名称识别出该文件所描述的具体运维业务类型；继电保护业务系统根据模型文件名称所对应的运维业务类型启动对应的运维业务进程，解析运维业务模型文件，识别模型文件中的运维特征模型及对应的各种特征量，并根据这些内容开始运维任务；最后运维业务进程和继电保护之间进行实时数据交互，进入正常的运维业务运行状态。在继电保护运维系统接入智能继电保护系统的过程中，利用智能继电保护的数字孪生模型，实现了继电保护业务的自发现和自配置。

2.4研发表征配电网运行机理的算法模型

完成配电网孪生模型、信息感知和数据汇聚后，实际上只是完成了配电网的数字化基础准备工作，与物理电网管理驱动相类似，数字电网依赖于更加精准的数据驱动，定义数据阈值、策略、分析结果识别配网运行状态变化，为日常业务工作提供数据支撑，这些算法模型可以有效地将配电网运行机理表征为与业务操作的实际指导意见。但由于配电网专业班组关注的配网运行对象、操作流程不同，需要根据专业班组的实际场景研发不同的算法模型。比如线损算法、巡检算法、电费算法等，再细分到不同业务流程和具体的业务操作，则需要按照实际的业务实现方式构建算法模型，如无人机自动巡检算法模型、配网故障温度识别算法模型、远程抄表算法模型等，这些算法模型构成了智能配电网数据驱动的核心。

2.5智能继电保护设备故障快速诊断定位

继电保护的图形可视化监视是进行设备运行故障定位的快捷手段。在继电保护运维业务系统的建设阶段，通过读取继电保护装置中的信息物理融合模型，具备了通过图形可视化方式进行设备运行状态监视的能力，结合运行时智能继电保护装置与对应运维系统之间的实时数据交互，继电保护运维系统中实时展示继电保护装置自身及其各个部件的运行状态。当装置有异常发生时，自动弹出该继电保护装置图形界面，并在图形中突出展示异常部件及其异常数据，辅助运维人员进行设备故障定位，从而达到继电保护设备故障快速诊断定位的目的。以继电保护装置的插件温度诊断为例，基于继电保护装置的信息物理融合模型，当实时监测到继电保护装置的某插件温度超过阈值时，主动通过图形化的方式展示异常插件。

2.6数字控制技术

针对数字控制技术来说，是继电保护事业最新发展态势，借助数字控制方式能够大幅度提升继电保护效率。结合当前实际情况来看，可编程控制器被大范围应用到继电保护领域中，因为可编程控制器是比较复杂的元件，可编程门阵列则是一种现场编程元件，二者在继电保护领域中有着非常重要的作用。因为二者属于现代编程的集成电路，具备高集成度、功能性强等诸多特点，两者可以聚集在同一个芯片中，此类性能卓越的数字控制构件，实现了继电保护系统的变革，并且展现出强大生命力，保障了继电保护工作的高效性。

结语

总之，随著时代的发展与进步，我国已对电网的运行提出了更高的要求，同时需要更多的继电保护来支持电网的运行；再加上各个行业对电能需求的增加，这就导致了整个电网的品质需求在持续增加。因此，在电网运行中，继电保护装置起到了很大的影响，从而为电网的整体运行提供了可靠的安全性和稳定性保证，同时为数字孪生技术的发展提供了重要的理论依据和技术支撑。

参考文献

[1]周希伦.继电保护数字孪生技术应用展望[J].电子测试,2020(20):106~107+103.

[2]孙喜萍.继电保护数字孪生技术应用展望[J].通信电源技术,2020,37(02):114~115.