基于PI數(shù)據(jù)庫的低頻減載在線監(jiān)測及輔助分析系統(tǒng)

鄭春瑩，龔向陽，李豐偉

（寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315010）

0 引言

電網(wǎng)發(fā)生惡性頻率事故時(shí)，低頻減載裝置能按頻率下降情況自動(dòng)切除部分次要負(fù)荷，使頻率迅速恢復(fù)到正?；蚪咏Ｋ?，是確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要防線。調(diào)度部門制定的低頻減載分配方案應(yīng)滿足任何運(yùn)行條件下的低頻減載投入率均在合格范圍并保證減載地的分布合理。浙江省電力公司頒發(fā)的《2010年浙江電網(wǎng)按頻率減負(fù)荷分配方案的通知》中規(guī)定，各輪次負(fù)荷投入率控制在100%～140%。

近年來寧波電網(wǎng)建設(shè)力度加大，主網(wǎng)及配網(wǎng)的接線變化頻繁。同時(shí)，電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)越來越強(qiáng)，負(fù)荷轉(zhuǎn)移頻繁，不同輪次間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移極易造成低頻減載配置容量不足或超限，尤其是寧波電網(wǎng)對低頻減載的監(jiān)測僅限于每月15日5點(diǎn)與10點(diǎn)的典型日斷面數(shù)據(jù)，未能實(shí)時(shí)全面地反映電網(wǎng)的低頻減載配置情況，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來一定的安全隱患。

寧波電網(wǎng)以220kV接入的電廠較多，電源支撐比較薄弱，因此要考慮“N-1”后電廠帶部分變電站形成小系統(tǒng)運(yùn)行的可能性。從增強(qiáng)小系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的角度出發(fā)，需要在正常運(yùn)行方式及檢修運(yùn)行方式下對特定區(qū)域的低頻減載配置容量進(jìn)行監(jiān)測和分析。為此，開發(fā)了基于PI數(shù)據(jù)庫的寧波電網(wǎng)低頻減載在線監(jiān)測及輔助分析系統(tǒng)，加強(qiáng)對低頻減載的分輪次分區(qū)域監(jiān)測，為檢修運(yùn)行方式提供輔助決策。

1 系統(tǒng)構(gòu)架及界面

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用4層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由客戶層、應(yīng)用層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)源層組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

（1）客戶層：通過客戶端瀏覽器和客戶端實(shí)時(shí)告警系統(tǒng)，負(fù)責(zé)處理與用戶（地調(diào)用戶、縣調(diào)用戶）之間的交互。

（2）應(yīng)用層：包括了系統(tǒng)的所有業(yè)務(wù)模塊，如參數(shù)設(shè)置、檢修設(shè)置、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、實(shí)時(shí)告警、各類報(bào)表等。

（3）業(yè)務(wù)邏輯層：是基于應(yīng)用層各業(yè)務(wù)模塊的邏輯算法，通過系統(tǒng)服務(wù)端和在線報(bào)表平臺基礎(chǔ)框架，提供上下層之間的數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

（4）數(shù)據(jù)源層：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲于PI數(shù)據(jù)庫，邏輯關(guān)系型數(shù)據(jù)存儲于SQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，分別通過API與ADO.net技術(shù)獲取數(shù)據(jù)。

1.2 系統(tǒng)界面

系統(tǒng)的界面友好，能夠在Web首頁實(shí)現(xiàn)寧波電網(wǎng)低頻減載分輪次分區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測，顯示內(nèi)容包括：

（1）寧波全網(wǎng)各輪次實(shí)時(shí)投入負(fù)荷和投入率，共8個(gè)輪次。

（2）當(dāng)日各輪次負(fù)荷投入率曲線和統(tǒng)調(diào)負(fù)荷曲線對比圖。

（3）指定某個(gè)分區(qū)，顯示該縣（市、區(qū)）各輪次的投入負(fù)荷以及所占負(fù)荷比。

（4）通過選擇變電站，顯示該變電站區(qū)域的各輪次負(fù)荷與所占負(fù)荷比。

（5）按給定的區(qū)域、變電站和整定值，顯示各變電站低頻減載投入線路的實(shí)際負(fù)荷明細(xì)。

2 系統(tǒng)功能

2.1 低頻減載計(jì)劃的智能分析

利用系統(tǒng)的智能分析功能，依據(jù)各變電站的負(fù)荷特性，制定低頻減載各輪次切負(fù)荷計(jì)劃方案，科學(xué)分配各種負(fù)荷特性的變電站和線路，并通過模擬驗(yàn)證方案的可行性，保障低頻減載各輪次計(jì)劃的合理性。

系統(tǒng)提供任意給定時(shí)間段的歷史斷面數(shù)據(jù)匯總，生成各輪次的低周投入率曲線，并與總負(fù)荷曲線進(jìn)行比較。該時(shí)間段可以是一天，如春節(jié)、國慶等特殊節(jié)假日，也可以是一個(gè)月。圖2所示為某年9月的49.00 Hz/20 s輪次投入率曲線。

圖29月低頻投入率

通過對長時(shí)間段的歷史投入率的統(tǒng)計(jì)分析，可以比較客觀地反映該輪次總體投入率。例如對圖2所示的49.00 Hz/20 s輪次九月份全月投入率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為該輪次分配方案總體投入率偏高，計(jì)劃退出110kV莊橋變電站低頻減載線路。模擬莊橋變電站低頻退出后的該輪次9月投入率曲線見圖3，可見莊橋變電站低頻減載退出后該輪次負(fù)荷投入率有所下降，但仍保持在合格范圍，并未越下限，故此方案是可行的。

圖3 調(diào)整后的9月低頻投入率

此外，由于該系統(tǒng)提供了完善的計(jì)算功能，可以統(tǒng)計(jì)任意指定區(qū)域的投入負(fù)荷比，在制定低頻減載分配方案時(shí)能參考各供區(qū)負(fù)荷，按負(fù)荷比例調(diào)整，如按每個(gè)縣局占全網(wǎng)的負(fù)荷比或每個(gè)220kV變電站占全網(wǎng)的負(fù)荷比來分配各區(qū)域的低頻投入負(fù)荷。

2.2 孤島系統(tǒng)的輔助決策

在電力系統(tǒng)發(fā)生故障造成部分線路停運(yùn)時(shí)，某些區(qū)域會(huì)失去與主網(wǎng)的聯(lián)系，形成孤島系統(tǒng)。如孤島內(nèi)的電廠發(fā)出的有功無法滿足負(fù)荷需求，就需要進(jìn)行切負(fù)荷操作。此時(shí)，原有的智能分配計(jì)劃可能無法滿足實(shí)際需求，需要通過系統(tǒng)的輔助決策功能為調(diào)度操作提供幫助。

對于孤島系統(tǒng)，如何將所有線路合理地劃分成若干個(gè)輪次進(jìn)行切負(fù)荷，是低頻減載的關(guān)鍵所在。利用基于PI數(shù)據(jù)庫的低頻減載在線監(jiān)測及輔助分析系統(tǒng)，可以查看各輪次中上述特殊供電區(qū)域變電站線路的負(fù)荷投入率，輔助運(yùn)行人員對孤島系統(tǒng)各輪次低頻減載計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化。

例如在檢修方式下寧波電網(wǎng)故障時(shí)，有可能造成華舜電廠帶220kV通濟(jì)、陽明、溪鳳3個(gè)變電站孤島運(yùn)行。當(dāng)區(qū)域負(fù)荷超電廠供電能力時(shí)，低頻減載必須匹配動(dòng)作，故對該區(qū)域的低周配置容量要進(jìn)行監(jiān)測。如2010年10月15日10∶00，通濟(jì)、陽明、溪鳳3個(gè)變電站供區(qū)負(fù)荷為545.36 MW，該區(qū)域低周投入統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 通濟(jì)、陽明、溪鳳區(qū)域低頻減載統(tǒng)計(jì)

2.3 負(fù)荷投入率的實(shí)時(shí)預(yù)警

系統(tǒng)能對負(fù)荷投入率超上/下限的輪次提供實(shí)時(shí)告警，使運(yùn)行人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。通過系統(tǒng)設(shè)置越限門檻值，一般留有2%～3%的裕度。

2.4 臺帳、報(bào)表的自動(dòng)建立和維護(hù)

通過設(shè)置所轄區(qū)域內(nèi)每個(gè)變電站每條線路的低頻減載裝置投入和結(jié)束時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)低頻減載裝置臺帳的自動(dòng)建立和維護(hù)，還能自動(dòng)生成多種類型的低頻減載統(tǒng)計(jì)報(bào)表，滿足多種分析需求和上報(bào)需求，節(jié)省了大量人力。

對每條線路設(shè)置減載投入和結(jié)束時(shí)間，有助于保存歷史數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)去掉新增的變電站和線路，從而獲取正確的歷史斷面數(shù)據(jù)。對低頻線路區(qū)域進(jìn)行設(shè)定，可為特定區(qū)域的低頻投入容量統(tǒng)計(jì)提供可能。對于縣調(diào)用戶，通過CIM中的線路名稱編號和E文件（由SCADA系統(tǒng)向PI系統(tǒng)傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一格式文件）中的測點(diǎn)編號實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)聯(lián)，避免了人工搜索測點(diǎn)號，使系統(tǒng)維護(hù)變得簡單直觀，便于該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

2.5 檢修計(jì)劃的負(fù)荷投入率預(yù)測

當(dāng)供電系統(tǒng)檢修時(shí)，應(yīng)確保低頻減載仍滿足浙江省電力公司的考核要求（負(fù)荷投入率在100%～140%）。通過本系統(tǒng)的檢修預(yù)測功能，可將調(diào)度部門制定的月度檢修計(jì)劃導(dǎo)入系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際檢修時(shí)間確定基準(zhǔn)時(shí)間，并依此自動(dòng)計(jì)算負(fù)荷投入率。如果預(yù)測值與考核要求存在偏差，則提示調(diào)度部門調(diào)整檢修設(shè)置，從而避免因同一時(shí)間同一輪次變電站檢修過于集中造成投入率偏低。

例如，某110kV變電站需要在11月10-13日因檢修而全部停運(yùn)，則可采用9月20-23日為基準(zhǔn)時(shí)間的數(shù)據(jù)計(jì)算得出負(fù)荷投入率（見表2）。計(jì)算方法為：以9月20-23日中每天的某一個(gè)時(shí)間斷面數(shù)據(jù)為依據(jù)，減去該變電站所有的低頻線路負(fù)荷。若某一天的負(fù)荷投入率過低（＜100%)，在報(bào)表中（見表3）就會(huì)以藍(lán)色字體顯示，說明該次檢修設(shè)置不夠合理，可以考慮投入檢修備用容量。若投入率過高（＞140%），則以紅色顯示。

表2 9月20-23日48.75/0.5輪次的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

低頻減載裝置在線監(jiān)測及輔助分析系統(tǒng)建立在PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提供了Web顯示、調(diào)度參數(shù)管理、線路管理、月度維護(hù)計(jì)劃導(dǎo)入管理、實(shí)時(shí)告警、報(bào)表系統(tǒng)等模塊。調(diào)度運(yùn)方人員通過該系統(tǒng)可以方便地進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行方式、檢修方式的制定及安排，監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析及調(diào)整。從業(yè)務(wù)層面上來說，該系統(tǒng)是一個(gè)行之有效的輔助工具，極大地提高了運(yùn)行人員低頻減載業(yè)務(wù)的日常維護(hù)和管理的效率。

表3 低頻減載檢修預(yù)測表

該系統(tǒng)為下年度各輪次低頻線路的分配提供了理論依據(jù)，同時(shí)為寧波電力主網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、防止事故的擴(kuò)大提供了重要的保證。

[1]李媛.220kV線路故障時(shí)35kV低周減載動(dòng)作分析[J].江西電力，2006，30（6）∶13-15.

[2]王君，王曉茹，謝大鵬，等.孤島系統(tǒng)的低頻減載方案研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（3）∶29-33.

[3]王忠，羅文杰.小火電廠與電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)過程中與低周減載裝置的匹配[J].機(jī)電信息，2009，36∶163，165.