區(qū)域及省級(jí)電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)探討與應(yīng)用

王婧 郝新新 李烜

1北京市電力公司朝陽(yáng)供電公司

2華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司

前言

區(qū)域及省級(jí)電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定自愈控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱區(qū)域在線穩(wěn)控）的功能是基于EMS提供的在線數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用安控主站提供的數(shù)據(jù)和WAMS數(shù)據(jù)，獲取電網(wǎng)當(dāng)前拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀況，分析和評(píng)估離線安全穩(wěn)定控制策略，計(jì)算在線安全穩(wěn)定控制策略，并下發(fā)給安全穩(wěn)定控制裝置執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的在線閉環(huán)控制，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平，使電網(wǎng)具有一定的故障后自動(dòng)恢復(fù)能力，提高電網(wǎng)的智能化、精益化控制水平。

區(qū)域在線穩(wěn)控的功能關(guān)系以及和區(qū)域及省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的關(guān)系如圖1。

圖1

區(qū)域在線穩(wěn)控系統(tǒng)分為調(diào)度端和安控裝置兩個(gè)部分。調(diào)度端部署在區(qū)域及省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)上，負(fù)責(zé)離線安控策略管理、在線數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估、離線安控策略分析與評(píng)估、在線安控策略計(jì)算、在線安控策略的下達(dá)和結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析等功能。安控裝置包括安控主站、子站和執(zhí)行站，安控主站功能包括運(yùn)行模式的切換、在線策略接受、在線策略檢驗(yàn)、在線定值工作、離線定值工作、策略的下達(dá)和執(zhí)行等。調(diào)度端與安控主站之間的通信負(fù)責(zé)調(diào)度端與安控系統(tǒng)的信息交互。

1 區(qū)域在線穩(wěn)控基本原理及檢測(cè)需求

本文以安裝至上承三回線路的區(qū)域在線穩(wěn)控為例，介紹其基本原理。

1.1 裝置功能概述

（1）模擬量采集：

1#從機(jī)采集：上都～承德三回線路（上承1/2/3線）三相電流、電壓信息；

2-4#從機(jī)采集：1#～6#機(jī)發(fā)變組高壓側(cè)三相電流、電壓信息；

（2）檢測(cè)本站運(yùn)行工況，包括電站發(fā)電機(jī)及出線運(yùn)行狀態(tài)和潮流信息；

（3）檢測(cè)上承1/2線單回跳閘故障，根據(jù)上承線路斷面功率，切除本站機(jī)組；

（4）通過(guò)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與主站端管理系統(tǒng)通信，將本站安全穩(wěn)定控制裝置的運(yùn)行狀態(tài)、定值等發(fā)送到調(diào)度端管理系統(tǒng)；

（5）裝置具有事故記錄、數(shù)據(jù)記錄、自動(dòng)打印、GPS衛(wèi)星接點(diǎn)對(duì)時(shí)等功能。

1.2 控制策略邏輯及邏輯功能

1.2.1 控制策略

控制策略詳見(jiàn)表1。

表1

1.2.2 切除機(jī)組原則

（1）所有的切機(jī)策略都是按臺(tái)數(shù)切機(jī)。每一臺(tái)機(jī)組都有一個(gè)切機(jī)優(yōu)先級(jí)，其范圍為0～6；優(yōu)先級(jí)從高到低依次為1～6，優(yōu)先級(jí)越高越容易被切，優(yōu)先級(jí)為0不能被切除；

（2）停運(yùn)的、允切壓板未投入的、已經(jīng)被切除的機(jī)組均不可切；

（3）機(jī)組優(yōu)先級(jí)定值清單里面有一個(gè)保留機(jī)組數(shù)：例如將其整定為2，即要保留2臺(tái)機(jī)組，最多可切4臺(tái)機(jī)組。只要是投運(yùn)的機(jī)組無(wú)論優(yōu)先級(jí)設(shè)為何值，允切壓板沒(méi)有投入的機(jī)組就會(huì)被考慮進(jìn)保留機(jī)組中。

1.3 故障判據(jù)

1.3.1 上承線投停運(yùn)判據(jù)

線路（主變）開(kāi)關(guān)分相跳閘位置接點(diǎn)接入裝置后，通過(guò)本側(cè)開(kāi)關(guān)分相跳閘位置接點(diǎn)判別線路（主變）投運(yùn)或通過(guò)電氣量判別線路（主變）投運(yùn)均認(rèn)為線路（主變）投運(yùn)。

（1）Pt≥Ps （有功功率大于等于定值）

（2）I≥Is（電流大于等于定值）

（3）本側(cè)邊開(kāi)關(guān)或中開(kāi)關(guān)跳閘位置個(gè)數(shù)不大于2

當(dāng)線路（主變）滿足(1)(2)(3)任一條件時(shí)，均判為線路（主變）投運(yùn)。

1.3.2 機(jī)組投停運(yùn)判據(jù)

當(dāng)機(jī)組功率大于投運(yùn)功率定值時(shí)，判為機(jī)組投運(yùn)。

Pt≥Ps （有功功率大于等于定值，默認(rèn)為200MW）

1.3.3 上承線跳閘判據(jù)

線路（主變）跳閘判別采用電氣量和本側(cè)開(kāi)關(guān)分相跳閘位置常閉輔助接點(diǎn)相結(jié)合的方法判別。當(dāng)滿足以下條件（1）～（7）時(shí)，判別為線路（主變）跳閘：

（1) 突變量啟動(dòng)（特殊應(yīng)用場(chǎng)合選用開(kāi)關(guān)量啟動(dòng)）

（2)Pt ≤ PS2（事故時(shí)有功功率應(yīng)小于投運(yùn)功率定值）

（3)有兩相電流 I≤IS1（電流應(yīng)小于投運(yùn)電流）

（4)t≥tS1滿足上述電氣量判據(jù)的確認(rèn)延時(shí)，默認(rèn)為20ms）

（5)本側(cè)邊開(kāi)關(guān)或中開(kāi)關(guān)任一相由0->1

（6)本側(cè)邊開(kāi)關(guān)至少有兩相在跳位

（7)本側(cè)中開(kāi)關(guān)至少有兩相在跳位

對(duì)于以上兩種跳閘判別邏輯，有以下說(shuō)明需要特別注意。

1.4 在線策略功能

1.4.1 安穩(wěn)裝置切換為在線狀態(tài)

安穩(wěn)裝置接收調(diào)度端在線定值后：

（1）校核定值內(nèi)容的CRC是否正確；

（2）校核定值內(nèi)容的格式是否正確（時(shí)間格式正確、功率定值從小到大排列、切除機(jī)組數(shù)范圍校核）；

（3）校核生效條件（斷面功率在范圍內(nèi)、投運(yùn)機(jī)組數(shù)目大于2小于8）。

所有條件校核完成后，裝置切換為在線狀態(tài)！

1.4.2 安穩(wěn)裝置切換為離線狀態(tài)

安穩(wěn)裝置在線狀態(tài)：

（1）校核生效條件是否合格（斷面功率在范圍內(nèi)、投運(yùn)機(jī)組數(shù)目大于2小于8）；

（2）在線策略功能壓板退出；

（3）調(diào)度端切換裝置為離線命令；

（4）告警1；

（5）與調(diào)度端通訊異常；

（6）定值內(nèi)容CRC錯(cuò)。

滿足以上任意一條件后，裝置切換為離線狀態(tài)！

通過(guò)上述邏輯功能的介紹可以看到，針對(duì)區(qū)域在線穩(wěn)控的檢測(cè)應(yīng)該主要包括：邏輯功能及其與調(diào)度端的通信功能。

而邏輯功能的檢測(cè)應(yīng)重點(diǎn)包括：線路投停的判別、跳閘判別以及策略表的檢測(cè)等內(nèi)容。

2 區(qū)域穩(wěn)控檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及分析

對(duì)以區(qū)域安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)為代表的電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置進(jìn)行檢測(cè)，目前主要有以下幾種檢測(cè)技術(shù)與方法：

（1）使用測(cè)試終端試驗(yàn)盒進(jìn)行檢測(cè)

該檢測(cè)方法是將試驗(yàn)盒的通訊接口與被試區(qū)域穩(wěn)控裝置相連，通過(guò)修改試驗(yàn)盒內(nèi)部試驗(yàn)參數(shù)模擬電網(wǎng)故障或異常來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的，該種檢測(cè)方法一般為設(shè)備廠家技術(shù)人員操作試驗(yàn)盒對(duì)其研發(fā)的區(qū)域穩(wěn)控進(jìn)行試驗(yàn)。

由于該種檢測(cè)技術(shù)是使用通訊數(shù)據(jù)而非真正的電氣量，并且是使用被試廠家的檢測(cè)儀器對(duì)其自身研發(fā)的設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，因此該試驗(yàn)缺少透明度和第三方試驗(yàn)設(shè)備的監(jiān)控，僅能作為一種輔助檢測(cè)的手段。

（2）使用繼電保護(hù)測(cè)試儀器進(jìn)行檢測(cè)

該檢測(cè)方法是使用繼電保護(hù)測(cè)試儀器通入可簡(jiǎn)單變化的電氣量至被試設(shè)備，開(kāi)展檢測(cè)。該種檢測(cè)方法一般為檢修調(diào)試人員對(duì)被試設(shè)備開(kāi)展年?；蛘{(diào)試時(shí)使用。操作簡(jiǎn)單、易于掌握，但無(wú)法模擬真實(shí)的系統(tǒng)故障以及異常情況，所開(kāi)展的檢測(cè)項(xiàng)目較少，不全面。

（3）使用物理動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)

物理動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)是將被試裝置與按比例縮小的電力系統(tǒng)實(shí)際物理元件聯(lián)成測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行檢測(cè)。其動(dòng)作結(jié)果可信，但動(dòng)模試驗(yàn)仿真規(guī)模小，較難模擬大規(guī)模電網(wǎng)，而且擴(kuò)展性、靈活性差。

（4）使用數(shù)字動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)

數(shù)字動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)是將被試裝置與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真分析系統(tǒng)聯(lián)成測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)模擬實(shí)際參數(shù)搭建的電網(wǎng)出現(xiàn)各種類型的故障，對(duì)被試裝置進(jìn)行檢測(cè)。其動(dòng)作結(jié)果可信，電網(wǎng)模型修改便捷、功能強(qiáng)大，但對(duì)設(shè)備及操作人員要求較高。

通過(guò)比對(duì)可以看出來(lái)，利用電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)開(kāi)展區(qū)域安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的檢測(cè)，克服了其他檢測(cè)技術(shù)存在的功能單一、透明度低、仿真規(guī)模小且靈活性差等缺陷，是電力系統(tǒng)一種真實(shí)、可靠、先進(jìn)的檢測(cè)手段。

3 區(qū)域穩(wěn)控檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

（1）模型的搭建

以區(qū)域及省級(jí)電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定自愈控制系統(tǒng)調(diào)度端電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式為基礎(chǔ)搭建數(shù)字模型，應(yīng)用搭建好的模型模擬不同種類電網(wǎng)運(yùn)行工況，包括線路投切、線路故障、變壓器故障、母線故障、系統(tǒng)振蕩等情況。下圖2為模型示意圖。

圖2

（2）試驗(yàn)接線

檢測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)接線如下圖3所示。

圖3

（3）試驗(yàn)方案的制定

依據(jù)區(qū)域在線穩(wěn)控系統(tǒng)的邏輯功能和工程應(yīng)用特點(diǎn)，制定檢測(cè)試驗(yàn)的具體內(nèi)容，應(yīng)包括：

a)離線邏輯功能

當(dāng)區(qū)域在線穩(wěn)控系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度端斷開(kāi)時(shí)，可通過(guò)模擬電網(wǎng)的正常運(yùn)行、線路檢修、各種類型短路、斷路器偷跳、電壓電流互感器斷線等運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)被試裝置的：

交流量及開(kāi)關(guān)量采樣測(cè)試

投停判別測(cè)試

穩(wěn)控系統(tǒng)策略、功能測(cè)試

CT、PT斷線功能測(cè)試

穩(wěn)控系統(tǒng)壓板功能測(cè)試

b）在線邏輯功能檢查

當(dāng)區(qū)域在線穩(wěn)控系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度端相連時(shí)，可通過(guò)模擬電網(wǎng)的正常運(yùn)行、線路檢修、各種類型短路、斷路器偷跳、電壓電流互感器斷線等運(yùn)行狀態(tài)以及調(diào)度端與被試設(shè)備的通訊運(yùn)行工況，檢測(cè)被試裝置的：

電氣量上送

狀態(tài)量上送

策略和定值的上送檢查

策略和定值的下發(fā)檢查

在線策略定值檢查

通訊功能檢查

4 總結(jié)

本文首先介紹了可應(yīng)用于實(shí)際工程的區(qū)域及省級(jí)電網(wǎng)在線穩(wěn)控系統(tǒng)的邏輯功能及其檢測(cè)需求，闡述了現(xiàn)行的幾種主要檢測(cè)技術(shù)手段及其方法并逐一分析各自的優(yōu)劣，重點(diǎn)論述了應(yīng)用電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真分析系統(tǒng)開(kāi)展區(qū)域在線穩(wěn)控系統(tǒng)檢測(cè)的步驟和方法。相信通過(guò)檢測(cè)后的區(qū)域在線穩(wěn)控裝置將作為電網(wǎng)的第二道防線安全、可靠運(yùn)行，為電網(wǎng)的穩(wěn)定和發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)保證。

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