考慮電網(wǎng)靜態(tài)安全的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)

王 勇 ，蘇大威 ，霍雪松 ，張 明 ，馮樹海 ，劉 俊

（1.中國電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 210003；2.國網(wǎng)江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024；3.國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

動態(tài)增容技術(shù)［1-2］在不突破現(xiàn)有安全規(guī)程的前提下，通過實時采集數(shù)據(jù)來計算線路當(dāng)前時刻的動態(tài)載流量，充分利用輸電線路客觀存在的隱性容量，能夠在負(fù)荷高峰時段帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，具有良好的應(yīng)用前景［3-6］。文獻(xiàn)［7］通過耐張段張力和微氣象數(shù)據(jù)來確定導(dǎo)線平均溫度和線路最大允許電流。文獻(xiàn)［8］對載流量的影響因素進(jìn)行分析，闡述了架空線路動態(tài)增容系統(tǒng)的安全判據(jù)和系統(tǒng)構(gòu)成。文獻(xiàn)［9］建立動態(tài)增容的數(shù)學(xué)模型，從調(diào)度系統(tǒng)獲取線路實時運行數(shù)據(jù)進(jìn)行線路增容分析和監(jiān)控。

目前對于動態(tài)增容的研究大多是基于輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對單個輸電線路進(jìn)行分析，研究的范圍主要集中在數(shù)據(jù)采集和計算方面。由于不具備完整的電網(wǎng)模型和運行方式，其僅能通過從調(diào)度系統(tǒng)遠(yuǎn)程獲取實時運行數(shù)據(jù)來監(jiān)控單條線路的安全，缺乏對電網(wǎng)安全的分析。而實際電網(wǎng)調(diào)度運行中，不僅需要考慮單個設(shè)備的安全，還需要保證整個電網(wǎng)運行時的靜態(tài)安全，這使得傳統(tǒng)的基于設(shè)備層面的動態(tài)增容計算結(jié)果在實際調(diào)度應(yīng)用時的準(zhǔn)確性和可信度都受到一定影響。

本文從實際調(diào)度運行的角度出發(fā)，針對電網(wǎng)調(diào)控的特點，提出了動態(tài)增容技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)的總體實施方案、框架設(shè)計和應(yīng)用功能。將原本各自獨立的裝置數(shù)據(jù)接入調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一建模與管理，對輸電線路動態(tài)載流量及電網(wǎng)斷面動態(tài)功率限額進(jìn)行實時計算與監(jiān)控，利用調(diào)控系統(tǒng)在電網(wǎng)模型和運行數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢，整合調(diào)控系統(tǒng)高級應(yīng)用軟件的核心模塊，對動態(tài)增容過程中的設(shè)備安全和電網(wǎng)安全進(jìn)行綜合評估，并對未來一段時間電網(wǎng)增容的必要性和可行性進(jìn)行預(yù)測。設(shè)計研發(fā)的動態(tài)增容系統(tǒng)已在南京地區(qū)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000）中投入實際應(yīng)用，為電網(wǎng)迎峰度夏提供了有力的技術(shù)支撐。

1 總體設(shè)計

1.1 應(yīng)用原則

電網(wǎng)調(diào)控的首要任務(wù)是保證電網(wǎng)運行的安全，因此，與傳統(tǒng)基于輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的動態(tài)增容技術(shù)相比，電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)的動態(tài)增容在總體目標(biāo)、監(jiān)控范圍、計算方法3個方面都存在一定差異，具體如表1所示。

表1 動態(tài)增容的應(yīng)用原則Table 1 Application principles of dynamic capacity increase

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

基于上述應(yīng)用原則，電網(wǎng)調(diào)控動態(tài)增容系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

動態(tài)增容系統(tǒng)部署在地區(qū)調(diào)度系統(tǒng)的安全Ⅱ區(qū)，總體包括數(shù)據(jù)處理、實時計算、增容分析和圖形可視化展示4個模塊。通過數(shù)據(jù)交互接口從輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中獲取裝置采集數(shù)據(jù)，基于本地服務(wù)總線接口從安全Ⅰ區(qū)獲取電網(wǎng)模型和實時運行方式數(shù)據(jù)，基于遠(yuǎn)程服務(wù)總線接口從上級調(diào)度獲取發(fā)電計劃和負(fù)荷預(yù)報數(shù)據(jù)用于生成電網(wǎng)預(yù)測斷面。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Overall structure of system

數(shù)據(jù)處理模塊對從外部接收到的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和微氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并建立數(shù)據(jù)與電網(wǎng)設(shè)備的映射，利用同一設(shè)備多個采樣數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系對數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識，識別并修正錯誤數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；從線路多個裝置采集數(shù)據(jù)中，依據(jù)數(shù)據(jù)類型對載流量的影響確定一組完整的計算數(shù)據(jù)用于計算。

實時計算模塊根據(jù)辨識后的線路參數(shù)實時計算線路的動態(tài)載流量，計算結(jié)果為后續(xù)的斷面計算、增容預(yù)測和電網(wǎng)安全評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定斷面定義，對包含動態(tài)增容線路的穩(wěn)定斷面進(jìn)行動態(tài)功率限額實時分析計算，為電網(wǎng)調(diào)控提供數(shù)據(jù)支撐。同時對線路電流、導(dǎo)線溫度、斷面功率限額等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)重載或者越限時及時給出預(yù)警信息。

增容分析模塊包括電網(wǎng)靜態(tài)安全評估和增容預(yù)測2個部分。首先從Ⅰ區(qū)獲取模型和方式數(shù)據(jù)構(gòu)建電網(wǎng)實時斷面，并在此基礎(chǔ)上疊加從上級調(diào)度獲取到的發(fā)電計劃和負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)，生成多時段電網(wǎng)預(yù)測斷面?；陔娋W(wǎng)實時斷面和線路載流量計算結(jié)果進(jìn)行增容過程的電網(wǎng)靜態(tài)安全實時評估；基于多時段電網(wǎng)預(yù)測斷面和載流量實時計算結(jié)果進(jìn)行未來一段時間內(nèi)電網(wǎng)增容分析，給出電網(wǎng)需增容時段以及對應(yīng)的增容線路和可增容量。

圖形可視化展示模塊基于基礎(chǔ)平臺的圖形功能對動態(tài)增容實時計算、評估預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行可視化展示；基于WEB基礎(chǔ)服務(wù)對動態(tài)增容畫面和功能進(jìn)行發(fā)布，省地均可通過Ⅲ區(qū)WEB客戶端登錄進(jìn)行查看。為使省地能夠進(jìn)行動態(tài)增容協(xié)同調(diào)控，將地調(diào)動態(tài)增容系統(tǒng)關(guān)鍵計算數(shù)據(jù)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式上送到省調(diào)調(diào)控系統(tǒng)中，為省調(diào)調(diào)控人員提供參考。

1.3 硬件結(jié)構(gòu)

動態(tài)增容基于D5000調(diào)控系統(tǒng)建設(shè)，在現(xiàn)有硬件和功能模塊上進(jìn)行擴(kuò)展。動態(tài)增容系統(tǒng)的典型硬件配置如圖2所示。動態(tài)增容可配置獨立的應(yīng)用服務(wù)器，也可與Ⅱ區(qū)其他應(yīng)用共用服務(wù)器。外部數(shù)據(jù)接入Ⅲ區(qū)，并經(jīng)由反向隔離裝置傳送到Ⅱ區(qū)，只需在外網(wǎng)到Ⅲ區(qū)、Ⅲ區(qū)到Ⅱ區(qū)的反向隔離裝置上配置開通相應(yīng)的端口。Ⅱ區(qū)需要通過服務(wù)總線從Ⅰ區(qū)獲取電網(wǎng)模型和實時數(shù)據(jù)，只需在Ⅰ、Ⅱ區(qū)防火墻中開通相應(yīng)服務(wù)程序的端口。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)Fig.2 Hardware structure of system

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 外部數(shù)據(jù)接入

設(shè)備狀態(tài)和微氣象采集數(shù)據(jù)首先接入輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。數(shù)據(jù)從輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中周期性地以文件方式導(dǎo)出并上送到調(diào)控系統(tǒng)中，經(jīng)接收解析后存入數(shù)據(jù)庫。

2.1.1 接入數(shù)據(jù)類型和周期

目前輸電線路數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置主要包括導(dǎo)線溫度監(jiān)測、微氣象監(jiān)測、導(dǎo)線弧垂監(jiān)測、桿塔傾斜監(jiān)測、污穢監(jiān)測裝置等。動態(tài)增容系統(tǒng)中接入的主要數(shù)據(jù)類型如表2所示。

表2 接入的數(shù)據(jù)類型和周期Table 2 Data types and acquisition period

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)要求的裝置采集周期通常為10 min，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生線路故障造成潮流大量轉(zhuǎn)移時，導(dǎo)線溫度將在較短時間內(nèi)迅速上升，無法滿足電網(wǎng)調(diào)控實時性要求。綜合考慮裝置的性能、設(shè)備監(jiān)控實時性要求，并結(jié)合目前調(diào)控系統(tǒng)靜態(tài)安全分析的計算周期，經(jīng)工程試驗選取，將裝置的采集周期縮短為1 min，同時相應(yīng)調(diào)整數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和處理周期。

2.1.2 數(shù)據(jù)接入方式

數(shù)據(jù)接入的總體流程如圖3所示。在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)部署后臺程序，以1 min為一個周期從數(shù)據(jù)庫中將最新裝置采集數(shù)據(jù)導(dǎo)出成E格式文件，文件名與文件內(nèi)容均包含數(shù)據(jù)采集時標(biāo)，每個裝置對應(yīng)一條數(shù)據(jù)記錄。文件以FTP方式推送到調(diào)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)WEB服務(wù)器的指定目錄下，經(jīng)由反向隔離裝置傳送到Ⅱ區(qū)動態(tài)增容服務(wù)器對應(yīng)目錄下。動態(tài)增容服務(wù)器上部署常駐文件接口程序，對文件進(jìn)行檢測、解析，寫入實時數(shù)據(jù)庫，同時調(diào)用觸發(fā)式采樣接口將數(shù)據(jù)寫入歷史數(shù)據(jù)庫。

圖3 數(shù)據(jù)接入流程圖Fig.3 Flowchart of data collection

2.2 數(shù)據(jù)處理與辨識

對統(tǒng)一接入調(diào)控系統(tǒng)的外部數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與辨識，包括缺失數(shù)據(jù)補充、風(fēng)向角轉(zhuǎn)換、異常數(shù)據(jù)修正等，具體包括以下方面。

a.當(dāng)導(dǎo)線溫度、環(huán)境溫度單個量測數(shù)據(jù)缺失時，利用這些數(shù)據(jù)緩慢變化的特性，以歷史采樣數(shù)據(jù)的移動平均值來進(jìn)行補充。以導(dǎo)線溫度為例，設(shè)裝置數(shù)據(jù)時刻n的數(shù)據(jù)xn缺失，從歷史數(shù)據(jù)庫中取出這個裝置數(shù)據(jù)的前 10 個采樣值 xn-1、xn-2、…、xn-10，計算其平均值n=（xn-1+xn-2+…+xn-10） /10，將其作為該裝置數(shù)據(jù)時刻n的采集數(shù)據(jù)。

b.裝置采集的風(fēng)向角以正北方向為基值，需轉(zhuǎn)換成與導(dǎo)線走向的夾角。首先對線路桿塔進(jìn)行建模，維護(hù)其與前后桿塔的角度（以正北方向為基準(zhǔn)），并維護(hù)裝置與桿塔的隸屬關(guān)系。接收到風(fēng)向角數(shù)據(jù)后，根據(jù)裝置對應(yīng)的桿塔模型計算風(fēng)向與前后導(dǎo)線的相對夾角（轉(zhuǎn)換成銳角），最后選擇正弦值［10］較小的角度作為最終的風(fēng)向角數(shù)據(jù)。

c.以線路為單位，將裝置數(shù)據(jù)按類型進(jìn)行整合。以導(dǎo)線溫度數(shù)據(jù)類型為例，假設(shè)線路i有M個溫度監(jiān)測裝置，則整合得到一組M個導(dǎo)線溫度數(shù)據(jù)。對這組數(shù)據(jù)采用平均值偏離法對其中的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。首先計算M個數(shù)據(jù)的平均值，并設(shè)定偏離門檻值（如20%），當(dāng)某個數(shù)據(jù)偏離平均值達(dá)到門檻值時，將該數(shù)據(jù)從組中剔除，每次剔除1個數(shù)據(jù)，重復(fù)該步驟，直到組中沒有異常數(shù)據(jù)，共剔除k個數(shù)據(jù)。

經(jīng)過數(shù)據(jù)辨識處理后，每種數(shù)據(jù)類型有M-k個數(shù)據(jù)，根據(jù)每種數(shù)據(jù)類型對導(dǎo)線載流量的貢獻(xiàn)，分別選擇使載流量和設(shè)備狀態(tài)最保守的數(shù)值，作為線路i數(shù)據(jù)辨識的最終結(jié)果。各種數(shù)據(jù)類型的取值原則如表3所示。

表3 不同數(shù)據(jù)類型的取值原則Table 3 Principle of data fetching for different data types

2.3 輸電線路動態(tài)載流量計算

經(jīng)過數(shù)據(jù)處理辨識，每條動態(tài)增容線路形成一組完整的計算和監(jiān)控數(shù)據(jù)。根據(jù)導(dǎo)線熱穩(wěn)定平衡方程分別計算導(dǎo)線允許溫度為70℃和80℃時對應(yīng)的動態(tài)載流量［11］。其中，70℃對應(yīng)了電網(wǎng)正常運行條件下的線路電流限值，用于正常情況下的線路安全監(jiān)控以及動態(tài)增容預(yù)測分析；80℃則對應(yīng)了電網(wǎng)故障狀態(tài)下的線路電流限值，用于計算電網(wǎng)斷面動態(tài)功率限額以及增容過程中N-1靜態(tài)安全評估。

按照本文數(shù)據(jù)處理方法計算出來的線路動態(tài)載流量結(jié)果是偏保守的，充分考慮了調(diào)控系統(tǒng)對于安全的要求。在實際工程應(yīng)用中，調(diào)控人員對線路動態(tài)載流量按照當(dāng)日的計算極小值進(jìn)行控制。

2.4 電網(wǎng)斷面動態(tài)功率限額計算

電網(wǎng)斷面監(jiān)控是調(diào)控運行的主要手段，斷面功率限額通常按斷面組中線路發(fā)生N-1故障時，其他線路不越故障電流限值的情況來考慮。受制于斷面限額，斷面集合中的線路在正常運行時通常無法達(dá)到其靜態(tài)電流限值，因此，僅計算線路的動態(tài)載流量在調(diào)控中并沒有實際意義，需對增容線路所屬的斷面動態(tài)功率限額進(jìn)行計算。

基于線路動態(tài)故障載流量計算結(jié)果（對應(yīng)導(dǎo)線允許溫度為80℃的載流量）進(jìn)行斷面功率動態(tài)限額計算。設(shè)斷面第i條線路的動態(tài)故障電流載流量為 If，i（i∈Sk），其中 Sk為斷面 k 的輸電線路集合。若該線路不具備動態(tài)增容條件，則If，i直接取靜態(tài)故障電流限值。取 If，i（i∈Sk）中的最小值 If，min作為基準(zhǔn)值，按將電流折算成斷面功率，其中 UN為額定電壓（kV），cos φ 為功率因數(shù)，w為斷面潮流轉(zhuǎn)移比［12］。

2.5 增容過程的電網(wǎng)靜態(tài)安全評估

通過斷面動態(tài)功率限額的計算能有效監(jiān)控增容過程中重要斷面的安全，但監(jiān)控范圍仍無法涵蓋電網(wǎng)中的非斷面線路。為保證增容過程中全網(wǎng)的靜態(tài)安全，需要對增容過程的電網(wǎng)靜態(tài)安全進(jìn)行實時評估和監(jiān)控。

從Ⅰ區(qū)狀態(tài)估計應(yīng)用中獲取電網(wǎng)模型和實時運行方式構(gòu)建電網(wǎng)實時分析斷面，對于動態(tài)增容線路，使用實時計算的線路動態(tài)故障電流限值替代數(shù)據(jù)庫中線路故障靜態(tài)電流限值，采用計及安全自動裝置的電網(wǎng)靜態(tài)安全分析方法［13］對電網(wǎng)靜態(tài)安全進(jìn)行分析。如果不出現(xiàn)線路或斷面越限情況，則此時增容過程是滿足電網(wǎng)靜態(tài)安全的。動態(tài)增容電網(wǎng)靜態(tài)安全評估計算周期為1 min。

2.6 動態(tài)增容預(yù)測分析

將動態(tài)增容的時間尺度由實時層面擴(kuò)展到預(yù)測層面，為調(diào)控人員的操作決策提供理論指導(dǎo)。動態(tài)增容預(yù)測包括2個部分：電網(wǎng)正常運行情況下，對未來一段時間增容必要性和可行性進(jìn)行分析；電網(wǎng)發(fā)生N-1故障造成線路電流突變情況下，預(yù)測線路達(dá)到極限溫度所需的時間。

2.6.1 線路和斷面運行風(fēng)險預(yù)測

每15 min為一個周期，滾動構(gòu)建未來1 h的4個電網(wǎng)預(yù)測斷面，基于潮流計算分析各時段可能出現(xiàn)的線路電流和電網(wǎng)穩(wěn)定斷面越限風(fēng)險。從外部氣象系統(tǒng)中獲取氣象預(yù)報信息并存入實時庫中，根據(jù)預(yù)測時段從庫中取出對應(yīng)的微氣象預(yù)測值，計算該時段線路的預(yù)測載流量。如果實際系統(tǒng)中不具備獲取外部預(yù)測數(shù)據(jù)的條件，考慮到微氣象條件在短期內(nèi)緩慢變化的特征，直接采用裝置實測值來替代氣象預(yù)測值進(jìn)行線路預(yù)測載流量的計算?；诟鲿r段線路預(yù)測載流量計算結(jié)果，判斷線路或斷面功率是否能夠消除對應(yīng)時段的越限風(fēng)險。

預(yù)測斷面采用實時電網(wǎng)斷面疊加預(yù)測時段發(fā)電計劃數(shù)據(jù)、負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)、檢修計劃數(shù)據(jù)的方式構(gòu)建。主要包括以下幾個步驟：

a.基于本地服務(wù)總線從Ⅰ區(qū)狀態(tài)估計應(yīng)用中獲取電網(wǎng)模型和實時運行方式構(gòu)建電網(wǎng)實時斷面作為4個預(yù)測斷面的基態(tài)斷面；

b.基于D5000遠(yuǎn)程服務(wù)總線從省調(diào)系統(tǒng)獲取日前發(fā)電計劃、超短期負(fù)荷預(yù)測、檢修計劃數(shù)據(jù)并解析寫入本地實時庫；

c.從計劃和預(yù)測數(shù)據(jù)中抽取對應(yīng)預(yù)測時段的數(shù)據(jù)，根據(jù)省地調(diào)控系統(tǒng)設(shè)備建立的映射關(guān)系，將解析到的設(shè)備數(shù)據(jù)疊加到基態(tài)斷面中。

2.6.2 故障狀態(tài)下導(dǎo)線溫升趨勢預(yù)測

電網(wǎng)故障導(dǎo)致潮流轉(zhuǎn)移，造成線路電流發(fā)生突變時，線路的熱穩(wěn)定平衡關(guān)系被打破，導(dǎo)線溫度將迅速攀升，調(diào)控人員需要了解導(dǎo)線溫度到達(dá)允許溫度（正常限值70℃，故障限值80℃）的大致時間，為事故處理提供支持。

基于輸電線路暫態(tài)熱穩(wěn)定方程進(jìn)行導(dǎo)線溫升趨勢分析。系統(tǒng)設(shè)置線路電流突變門檻值，正常情況下線路電流變化不觸發(fā)分析計算。發(fā)生線路電流突變時，采集當(dāng)前的微氣象條件、導(dǎo)線初始溫度、突變前電流、突變后電流數(shù)據(jù)作為輸入，基于四階龍格庫塔對暫態(tài)熱穩(wěn)定微分方程進(jìn)行分析求解，得到每個計算步長的導(dǎo)線溫度和對應(yīng)時間及導(dǎo)線最終的穩(wěn)定溫度和所需時間。將關(guān)鍵分析結(jié)果推送給調(diào)控人員，主要包括導(dǎo)線的最終穩(wěn)定溫度、導(dǎo)線溫度達(dá)到70℃所需的時間、導(dǎo)線溫度達(dá)到80℃所需的時間等。

2.7 動態(tài)增容省地協(xié)同控制

動態(tài)增容數(shù)據(jù)處理、分析計算等相關(guān)功能都在地調(diào)調(diào)控系統(tǒng)中進(jìn)行，而電網(wǎng)實際調(diào)控權(quán)是在省調(diào)，實際工程應(yīng)用中省調(diào)需要實時獲取地調(diào)動態(tài)增容相關(guān)計算結(jié)果作為調(diào)控操作依據(jù)。動態(tài)增容的省地協(xié)同控制主要從以下幾個方面進(jìn)行。

a.將動態(tài)增容系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、畫面、計算結(jié)果等實時同步到Ⅲ區(qū)WEB服務(wù)器，基于D5000的WEB發(fā)布服務(wù)進(jìn)行對外發(fā)布，地調(diào)、省調(diào)均可通過Ⅲ區(qū)WEB客戶端對動態(tài)增容的實時分析計算結(jié)果進(jìn)行查看。

b.基于D5000的遠(yuǎn)程調(diào)閱功能，省調(diào)D5000系統(tǒng)Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)都可以直接調(diào)閱地調(diào)的動態(tài)增容畫面，實時查看動態(tài)增容各模塊功能和計算結(jié)果。

c.將動態(tài)增容核心計算結(jié)果，包括輸電線路動態(tài)載流量、電網(wǎng)斷面動態(tài)功率限額、對應(yīng)的日最小值等，通過D5000數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，實時轉(zhuǎn)發(fā)到省調(diào)D5000系統(tǒng)Ⅰ區(qū)，并解析寫入對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；在省調(diào)對應(yīng)的線路和斷面監(jiān)控畫面上增加動態(tài)增容實時計算結(jié)果的展示，實現(xiàn)地調(diào)動態(tài)增容計算結(jié)果與省調(diào)調(diào)控系統(tǒng)的嵌入與融合。

3 工程應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)運行情況

基于上述設(shè)計方案，研發(fā)了基于電網(wǎng)調(diào)控的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)，并已成功應(yīng)用于南京地區(qū)D5000系統(tǒng)中。

選取南京下曉、曉中雙線進(jìn)行示范運行，雙線構(gòu)成一組穩(wěn)定斷面，是南京西環(huán)網(wǎng)重要的輸電通道。導(dǎo)線和輸電斷面的基本參數(shù)如表4所示。雙線共裝設(shè)了20套監(jiān)測裝置，與動態(tài)增容相關(guān)的裝置具體如表5所示。

裝置采集數(shù)據(jù)經(jīng)由輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)全部接入南京D5000系統(tǒng)，采集和接入周期均為1min。

2015年夏季負(fù)荷高峰期間，在已提前進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移的情況下，該斷面仍有5 d高峰時段的斷面功率越過了靜態(tài)功率限額，處于增容運行狀態(tài)。動態(tài)增容系統(tǒng)依據(jù)實時微氣象條件，很好地給出了對應(yīng)的斷面動態(tài)功率限額，并對增容過程的電網(wǎng)靜態(tài)安全實時評估，為電網(wǎng)調(diào)控操作提供了有力的技術(shù)支撐。

表4 導(dǎo)線和輸電斷面的基本參數(shù)Table 4 Parameters of transmission line and section

表5 線路監(jiān)測裝置的裝設(shè)情況Table 5 Installation of line monitoring devices

3.2 運行實例分析

在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和調(diào)控系統(tǒng)均部署了動態(tài)增容，對線路的動態(tài)載流量進(jìn)行實時計算。選取夏季高峰時段8月2日至8月4日下曉線實際運行數(shù)據(jù)，對2套系統(tǒng)的線路動態(tài)載流量計算結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。其中輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的計算周期為10 min，調(diào)控系統(tǒng)的計算周期為1 min。

圖4 線路載流量計算結(jié)果比對Fig.4 Comparison of calculative line current carrying capacity

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)以導(dǎo)線允許溫度為80℃進(jìn)行計算，調(diào)控系統(tǒng)以導(dǎo)線允許溫度為70℃進(jìn)行計算；輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)以微氣象裝置為單位獨立計算，并取結(jié)果較小值作為計算結(jié)果，調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)類型從所有微氣象裝置中選取保守值參與載流量計算。從計算結(jié)果可以看出，輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)計算結(jié)果偏樂觀，調(diào)控系統(tǒng)計算結(jié)果則偏保守，2套系統(tǒng)計算結(jié)果的總體趨勢基本一致。線路動態(tài)載流量極小值約為1270 A，計算結(jié)果表明，相比電流靜態(tài)限值1154 A，線路在夏季最嚴(yán)酷的氣象條件下，即使按載流量極小值進(jìn)行控制，線路仍有約10%的增容空間。

調(diào)控系統(tǒng)動態(tài)增容根據(jù)線路動態(tài)載流量對斷面的動態(tài)功率限額進(jìn)行實時計算。以8月5日高峰時段12∶00—14∶00電網(wǎng)實際運行數(shù)據(jù)為例，斷面運行曲線如圖5所示。當(dāng)日負(fù)荷高峰時段2 h，在無有效調(diào)節(jié)手段的情況下，斷面共計有53 min越過斷面靜態(tài)限值，處于增容狀態(tài)，增容時間接近50%，斷面實測最大功率約為670 MW。根據(jù)實時微氣象條件計算的斷面動態(tài)功率限額結(jié)果，該時段電網(wǎng)斷面功率最小值約710 MW，即使全時段按照極小值進(jìn)行斷面功率控制，系統(tǒng)仍有較大的增容空間，且根據(jù)動態(tài)增容電網(wǎng)靜態(tài)安全實時評估結(jié)果，電網(wǎng)運行滿足靜態(tài)安全要求。

圖5 電網(wǎng)斷面運行曲線Fig.5 Operating curves of grid section

4 結(jié)論

傳統(tǒng)基于輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的動態(tài)增容系統(tǒng)主要針對單個設(shè)備進(jìn)行分析，受電網(wǎng)模型和運行方式的制約，無法從全局角度進(jìn)行增容分析，其局限性主要表現(xiàn)在：無法分析增容過程中電網(wǎng)的靜態(tài)安全；沒有從調(diào)控安全的角度出發(fā)，增容計算結(jié)果偏樂觀，增加了相應(yīng)的調(diào)控風(fēng)險。本文從調(diào)控系統(tǒng)出發(fā)，將裝置數(shù)據(jù)接入調(diào)控系統(tǒng)并進(jìn)行整合辨識，基于整個電網(wǎng)進(jìn)行動態(tài)增容實時計算、安全評估和增容預(yù)測。本文建立的動態(tài)增容系統(tǒng)立足于電網(wǎng)層面，針對電網(wǎng)調(diào)控的特點和需求，克服傳統(tǒng)動態(tài)增容技術(shù)適用局限性，有效推進(jìn)動態(tài)增容在電網(wǎng)調(diào)控的實用化水平。

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