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[摘 要]继电保护整定一体化已经成为一种趋势，云计算可以为一体化提供强大的资源支持。建立一体化整定系统，既可以充分利用资源，又能够降低维护成本，增强系统实时性。本文对云计算模式下电网模型的构建、维护、展示以及在此基础上衍生出的并行分块故障算法进行研究。
[关键词]云计算；并行；故障计算；模型；调度
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.08.043
[中图分类号]TM744 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2015）08-0060-01
1 电网模型的构建
我国电网调度分为五级，即国调、网调、中调、地调和县调，继电保护专业同样对应为五级，各级调度系统中，一般只建立本级调度监控范围内详细的电力网络模型，外网部分采用等值处理方式。
在云计算平台下的一体化的整定系统中，各级保护单位按不同用户权限登录，整个电网统一建模，不同用户只能操作自己管辖范围内的电网模型，上级保护可以看到全网电网模型和对本单位所辖区域数据的操作和维护。各区域负责建立和维护自己的图形和数据，各调度自身的电网不是孤立的，与其他调度之间也有电气联系，在建立各自的电网时，对外部电网采取多点等值的方法，得到与实际电网等价的电网图。
当上级调度需要下级调度的数据和图形时，只需提出要求，系统即对图形进行拆分和拼接即可生成对应的网络。而一般情况下，系统设备按照IEC 61970的CIM规范来进行定义，所以要得到全网模型就需要对各单位所建立的CIM模型进行相应的拼接和拆分。
2 故障计算并行算法
各级调度建立和维护自己的电网，通过拼接和拆分得到全网的电网模型，本级调度的电网内分为内部节点和边界节点，外部电网节点为外部节点。内部节点组成内部区域I，边界节点组成边界区域B，外部节点也就是即将被等值掉的区域称为被等值区域E。如图1所示，电网图中，I为内部区域，E1、E2均为外部电网构成E，所有联络线就是边界区域B，其中I和B是要保留的区域，消去外部区域E。
根据上文中对各区域的定义可以得到电网的节点导纳矩阵如式（1）所示。其中电流为各节点电流的输入值列向量，电压为各节点的电压列向量。
（1）
根据节点开路抑制原理，要求得到外部区域的等值系统，也就是要对其节点进行开路抑制，即IE =0，所以可得：
UE=-YEE-1YBEUB （2）
代入式（1）得：
（3）
式（3）即为开路抑制外部节点后新求出的矩阵。和原来的比较，得出等值系统和联络线的参数。新的边界导纳阵为：
YBBnew=YBB-YEBYEE-1YBE （4）
对于一个实际的大电网，要求得多点等值系统，主要通过以下几个步骤来实现。
首先是基于实际区域进行分块，针对全网元件，根据电网管理辖区进行区域识别，包括普通区域和特定区域。普通区域是指所分成的子系统A、B、C等（包含边界母线）；特定区域是指所有的分割线路（包括边界线路和联络线）。从数学模型上来讲，只要各个区域是互相解耦的网络，就可以任意进行区域的划分，但是根据电网管理辖区来分区更符合实际情况。第二步是对区域电网进行等值计算。首先将各区域进行节点编号，并得到全网连续节点编号，得到全网的连接关系。第三步计算区域在边界的系统链支及等值系统。对图1所示区域I来说，系统链支及等值系统的求解步骤如下。
根据网络结构得到不计各联络线的区域I的节点导纳矩阵Ydi，然后求逆得到不计各联络线的区域I的节点阻抗矩阵Zdi，从Zdi中找到与边界节点有关的元素形成矩阵ZBBi；再通过求逆得到其逆矩阵YBBi。因为节点阻抗矩阵的对角元的意义是等于从本节点向整个网络看进去的等值阻抗，非对角原则为互阻抗。所以可以按上述方法求解链支和等值系统。
用M表示YBBi中节点m的自导纳与节点m与其他边界节点的互导纳之和；用N表示-YBBi中两节点m、n之间的互导纳；那么该区域在节点m的等值系统阻抗等于1/M；该区域在节点m、n之间的等值链支阻抗等于1/N。
显然，利用该方法，即可求得各区域在各边界点的等值，图1所示系统可以等值为如图2所示系统。
各下级调度的等值系统，采取全网计算模型，也就是将各下级调度的电网拓扑图以及上级调度的电网拓扑图，经过拆分和拼接得到全网的电网拓扑图，然后再根据全网模型进行系统等值的计算，得到该下级网络精确的电网系统等值。
[关键词]云计算；并行；故障计算；模型；调度
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.08.043
[中图分类号]TM744 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2015）08-0060-01
1 电网模型的构建
我国电网调度分为五级，即国调、网调、中调、地调和县调，继电保护专业同样对应为五级，各级调度系统中，一般只建立本级调度监控范围内详细的电力网络模型，外网部分采用等值处理方式。
在云计算平台下的一体化的整定系统中，各级保护单位按不同用户权限登录，整个电网统一建模，不同用户只能操作自己管辖范围内的电网模型，上级保护可以看到全网电网模型和对本单位所辖区域数据的操作和维护。各区域负责建立和维护自己的图形和数据，各调度自身的电网不是孤立的，与其他调度之间也有电气联系，在建立各自的电网时，对外部电网采取多点等值的方法，得到与实际电网等价的电网图。
当上级调度需要下级调度的数据和图形时，只需提出要求，系统即对图形进行拆分和拼接即可生成对应的网络。而一般情况下，系统设备按照IEC 61970的CIM规范来进行定义，所以要得到全网模型就需要对各单位所建立的CIM模型进行相应的拼接和拆分。
2 故障计算并行算法
各级调度建立和维护自己的电网，通过拼接和拆分得到全网的电网模型，本级调度的电网内分为内部节点和边界节点，外部电网节点为外部节点。内部节点组成内部区域I，边界节点组成边界区域B，外部节点也就是即将被等值掉的区域称为被等值区域E。如图1所示，电网图中，I为内部区域，E1、E2均为外部电网构成E，所有联络线就是边界区域B，其中I和B是要保留的区域，消去外部区域E。
根据上文中对各区域的定义可以得到电网的节点导纳矩阵如式（1）所示。其中电流为各节点电流的输入值列向量，电压为各节点的电压列向量。
（1）
根据节点开路抑制原理，要求得到外部区域的等值系统，也就是要对其节点进行开路抑制，即IE =0，所以可得：
UE=-YEE-1YBEUB （2）
代入式（1）得：
（3）
式（3）即为开路抑制外部节点后新求出的矩阵。和原来的比较，得出等值系统和联络线的参数。新的边界导纳阵为：
YBBnew=YBB-YEBYEE-1YBE （4）
对于一个实际的大电网，要求得多点等值系统，主要通过以下几个步骤来实现。
首先是基于实际区域进行分块，针对全网元件，根据电网管理辖区进行区域识别，包括普通区域和特定区域。普通区域是指所分成的子系统A、B、C等（包含边界母线）；特定区域是指所有的分割线路（包括边界线路和联络线）。从数学模型上来讲，只要各个区域是互相解耦的网络，就可以任意进行区域的划分，但是根据电网管理辖区来分区更符合实际情况。第二步是对区域电网进行等值计算。首先将各区域进行节点编号，并得到全网连续节点编号，得到全网的连接关系。第三步计算区域在边界的系统链支及等值系统。对图1所示区域I来说，系统链支及等值系统的求解步骤如下。
根据网络结构得到不计各联络线的区域I的节点导纳矩阵Ydi，然后求逆得到不计各联络线的区域I的节点阻抗矩阵Zdi，从Zdi中找到与边界节点有关的元素形成矩阵ZBBi；再通过求逆得到其逆矩阵YBBi。因为节点阻抗矩阵的对角元的意义是等于从本节点向整个网络看进去的等值阻抗，非对角原则为互阻抗。所以可以按上述方法求解链支和等值系统。
用M表示YBBi中节点m的自导纳与节点m与其他边界节点的互导纳之和；用N表示-YBBi中两节点m、n之间的互导纳；那么该区域在节点m的等值系统阻抗等于1/M；该区域在节点m、n之间的等值链支阻抗等于1/N。
显然，利用该方法，即可求得各区域在各边界点的等值，图1所示系统可以等值为如图2所示系统。
各下级调度的等值系统，采取全网计算模型，也就是将各下级调度的电网拓扑图以及上级调度的电网拓扑图，经过拆分和拼接得到全网的电网拓扑图，然后再根据全网模型进行系统等值的计算，得到该下级网络精确的电网系统等值。