區(qū)域控制系統(tǒng)中備自投的協(xié)調(diào)控制方法研究與應(yīng)用

劉金生，梁文武

(1.廣州供電局有限公司，廣東廣州510620；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

目前在不同電壓等級(jí)電網(wǎng)中存在大量鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)電網(wǎng)，為了減少短路電流，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)電網(wǎng)一般采用中間開環(huán)運(yùn)行。當(dāng)其中一端電源側(cè)主變、母線或線路故障跳閘時(shí)，有可能導(dǎo)致多個(gè)變電站全站失壓，造成大面積停電。依靠傳統(tǒng)的站域備自投只能跳開開環(huán)點(diǎn)站主供線路，合上備用電源開關(guān)，挽救開環(huán)點(diǎn)一個(gè)廠站的負(fù)荷。為了避免該類事件的發(fā)生，在一次系統(tǒng)網(wǎng)架未完善前，很多地方考慮在鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)電網(wǎng)中裝設(shè)區(qū)域控制系統(tǒng)具備區(qū)域備自投、過載聯(lián)切等功能，在一定程度上減少故障停電的區(qū)域和時(shí)間，一次性恢復(fù)多個(gè)失壓廠站的供電，提高用戶供電可靠性〔1〕。區(qū)域控制系統(tǒng)如果只考慮在區(qū)域控制主站配置區(qū)域備自投，而站域控制子站不配置站域備自投，在通信中斷的情況下，區(qū)域備自投將會(huì)自動(dòng)閉鎖〔2〕，此時(shí)系統(tǒng)發(fā)生故障，開環(huán)點(diǎn)廠站的負(fù)荷也將無法挽救，因此在區(qū)域控制系統(tǒng)的建設(shè)中應(yīng)均具備區(qū)域備自投與站域備自投的功能，當(dāng)區(qū)域備自投失效時(shí)，如果系統(tǒng)發(fā)生故障可以繼續(xù)通過站域備自投的動(dòng)作挽救開環(huán)點(diǎn)廠站的負(fù)荷。但在區(qū)域控制系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)區(qū)域備自投與站域備自投之間的協(xié)調(diào)控制是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。文章從備自投邏輯上出發(fā)，通過區(qū)域控制系統(tǒng)中站間的信息交互，實(shí)現(xiàn)區(qū)域備自投與站域備自投之間的自動(dòng)協(xié)調(diào)控制。

1 區(qū)域控制系統(tǒng)總體框架

區(qū)域控制系統(tǒng)一般按照分層分布的原則來配置整個(gè)系統(tǒng)，不僅可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)穩(wěn)控系統(tǒng)的功能，也可實(shí)現(xiàn)區(qū)域備自投與站域備自投功能。正常情況下設(shè)置一個(gè)區(qū)域控制主站，若干個(gè)站域控制子站。區(qū)域控制主站接收各個(gè)子站上送的信息，在區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行信息進(jìn)行采集和處理，根據(jù)既定的控制策略，對(duì)整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的負(fù)荷、潮流進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，通過對(duì)站域控制子站下發(fā)控制命令，完成整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的控制功能，如區(qū)域備自投功能。站域控制子站通過就地采集和控制設(shè)備進(jìn)行電流、電壓量的采集，完成站域范圍內(nèi)的所有控制功能，如站域備自投等；其與區(qū)域控制主站進(jìn)行互動(dòng)，發(fā)送主站所需的本站信息，接收主站的控制命令后對(duì)站域范圍內(nèi)的設(shè)備實(shí)施控制〔2－3〕。其系統(tǒng)框架如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)中區(qū)域備自投與站域備自投之間的協(xié)調(diào)控制通過區(qū)域控制主站與站域控制子站間的通信完成。

圖1 區(qū)域控制系統(tǒng)框架

2 區(qū)域備自投與站域備自投協(xié)調(diào)控制方法

2.1 區(qū)域控制系統(tǒng)對(duì)備自投的要求

在區(qū)域控制系統(tǒng)中，當(dāng)區(qū)域控制主站區(qū)域備自投與站域控制子站的站域備自投兩種功能均具備時(shí)，區(qū)域備自投與站域備自投之間的動(dòng)作行為配合關(guān)系應(yīng)自動(dòng)采用主輔模式，即在系統(tǒng)故障造成一個(gè)或多個(gè)變電站失壓時(shí)，優(yōu)先考慮區(qū)域備自投動(dòng)作，隔離故障合上備用電源，恢復(fù)系統(tǒng)中所有失壓廠站的供電；當(dāng)區(qū)域備自投由于通信中斷或其他原因閉鎖，以及區(qū)域備自投在動(dòng)作過程中失敗時(shí)，則由站域備自投動(dòng)作恢復(fù)開環(huán)點(diǎn)廠站的供電，避免所有失壓站均無法恢復(fù)供電。

2.2 傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略

在現(xiàn)有的一些區(qū)域控制系統(tǒng)中，區(qū)域備自投與站域備自投之間、高電壓等級(jí)與低電壓等級(jí)備自投之間的協(xié)調(diào)控制，主要通過時(shí)間上進(jìn)行配合，相互之間設(shè)置一個(gè)時(shí)間級(jí)差ΔT，但在實(shí)際應(yīng)用中主要存在以下幾個(gè)問題:

1)當(dāng)區(qū)域備自投在故障前由于通信或其他原因閉鎖不具備動(dòng)作條件時(shí)，站域備自投的動(dòng)作時(shí)間不變，固定比區(qū)域備自投動(dòng)作延長(zhǎng)一個(gè)時(shí)間級(jí)差，如區(qū)域備自投動(dòng)作時(shí)間為T，則站域備自投任何情況下的動(dòng)作時(shí)間均為T＋ΔT，無法在區(qū)域備自投閉鎖時(shí)不經(jīng)時(shí)間級(jí)差快速恢復(fù)開環(huán)點(diǎn)的供電；

2)如果時(shí)間級(jí)差設(shè)置不合理，站域備自投可能與區(qū)域備自投同時(shí)動(dòng)作成功，從而失去了區(qū)域備自投的動(dòng)作效果，導(dǎo)致非開環(huán)點(diǎn)失壓站的供電無法恢復(fù)，擴(kuò)大了停電范圍；

3)在實(shí)際應(yīng)用中還發(fā)現(xiàn)，不同廠家或不同型號(hào)備自投之間在備自投啟動(dòng)到隔離故障的等待延時(shí)期間，由于延時(shí)計(jì)數(shù)器處理原則不同，當(dāng)系統(tǒng)故障后由于保護(hù)重合閘或者小電源支撐等原因〔4〕，延時(shí)期間出現(xiàn)短時(shí)電壓不滿足無壓的條件；如果區(qū)域備自投或高電壓等級(jí)備自投延時(shí)計(jì)數(shù)器歸零，滿足無壓條件后重新計(jì)時(shí)，而站域備自投或低電壓等級(jí)備自投計(jì)數(shù)器保持不變，待滿足無壓條件后繼續(xù)計(jì)時(shí)，從而會(huì)導(dǎo)致站域備自投比區(qū)域備自投先動(dòng)〔5〕，低電壓等級(jí)備自投比高電壓等級(jí)備自投先動(dòng)的情況，出現(xiàn)嚴(yán)重失配的情況。

為了防止上述情況的發(fā)生，同時(shí)滿足快速恢復(fù)供電的要求，因此在區(qū)域控制系統(tǒng)具備站間通信的條件下，主要從備自投邏輯上解決區(qū)域備自投與站域備自投之間的協(xié)調(diào)控制關(guān)系，并且在區(qū)域備自投閉鎖的情況下，自動(dòng)提高站域備自投的動(dòng)作速度，其動(dòng)作時(shí)間設(shè)置與區(qū)域備自投保持一致。

2.3 優(yōu)化后的協(xié)調(diào)控制策略

以圖2鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)電網(wǎng)為例，詳細(xì)介紹一下區(qū)域備自投與站域備自投之間的協(xié)調(diào)控制關(guān)系。圖2開環(huán)點(diǎn)位于2號(hào)變電站的125開關(guān)處。

圖2 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)電網(wǎng)接線

正常情況下，區(qū)域控制主站的區(qū)域備自投與2號(hào)變電站站域控制子站的站域備自投均處于充電狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)K1點(diǎn)發(fā)生永久性故障時(shí)，區(qū)域備自投與2號(hào)變電站的站域備自投均滿足啟動(dòng)條件啟動(dòng)，區(qū)域備自投在啟動(dòng)后立刻向2號(hào)變電站的站域備自投持續(xù)下發(fā) “暫?！泵?，并執(zhí)行后續(xù)區(qū)域備自投隔離故障跳1號(hào)變電站122開關(guān)的邏輯；而2號(hào)變電站站域備自投在隔離故障延時(shí)到達(dá)時(shí)，由于一直收到區(qū)域備自投下發(fā)的 “暫?！泵睿拐居騻渥酝陡綦x故障跳2號(hào)變電站的124開關(guān)。如果區(qū)域備自投后續(xù)動(dòng)作失敗時(shí)，區(qū)域備自投則停止下發(fā) “暫?！泵?，2號(hào)變電站站域備自投當(dāng)收到的“暫停”命令消失后立刻隔離故障跳開124開關(guān)，并執(zhí)行后續(xù)站域備自投動(dòng)作邏輯，恢復(fù)開環(huán)點(diǎn)2號(hào)變電站的供電，此時(shí)1號(hào)變電站失壓；如果區(qū)域備自投跳1號(hào)變電站122開關(guān)隔離故障成功，且后續(xù)合開環(huán)點(diǎn)2號(hào)變電站125開關(guān)成功恢復(fù)1號(hào)變電站與2號(hào)變電站的供電，則區(qū)域備自投立刻向2號(hào)變電站站域備自投下發(fā) “閉鎖”令，并停止下發(fā)“暫停”令，2號(hào)變電站站域備自投收到 “閉鎖”令后則立刻閉鎖并放電，結(jié)束動(dòng)作。具體的協(xié)調(diào)控制流程如圖3所示。

圖3 區(qū)域備自投與站域備自投之間的協(xié)調(diào)控制流程

如果在電網(wǎng)K1點(diǎn)發(fā)生永久性故障前，區(qū)域備自投由于通信中斷或其他原因閉鎖無法啟動(dòng)時(shí)，則不向2號(hào)變電站站域備自投下發(fā)任何命令，2號(hào)變電站站域備自投直接動(dòng)作恢復(fù)2號(hào)變電站的供電。實(shí)現(xiàn)上述區(qū)域備自投與站域備自投之間協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵技術(shù)是如何確保站域備自投在隔離故障前收到區(qū)域控制主站的 “暫?！毙盘?hào)。因此在系統(tǒng)發(fā)生永久性故障時(shí)，區(qū)域備自投啟動(dòng)應(yīng)不晚于站域備自投啟動(dòng)。站域備自投啟動(dòng)邏輯傳統(tǒng)主要做法是同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件即可啟動(dòng)〔6〕:主供電源滿足無壓無流條件；母線滿足無壓條件。

由于區(qū)域控制主站獲取了整個(gè)鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)的全部信息，可以準(zhǔn)確快速定位故障點(diǎn)，因此區(qū)域備自投啟動(dòng)主要依靠故障定位成功即啟動(dòng)，其故障定位滿足以下任意一個(gè)條件即可以確認(rèn)系統(tǒng)故障點(diǎn)，以圖2為例:①電源1與電源2之間出現(xiàn)線路運(yùn)行開關(guān)位置由合到分且無電流，則認(rèn)為該線路或相鄰母線發(fā)生故障；②失壓廠站到開環(huán)點(diǎn)之間的所有廠站均滿足無電壓無電流條件，則認(rèn)為靠近電源側(cè)首個(gè)失壓站前發(fā)生故障。

以上兩個(gè)故障定位條件，如果均滿足時(shí)，則以離開環(huán)點(diǎn)近的故障點(diǎn)作為最終故障點(diǎn)。與站域備自投啟動(dòng)比較，一般情況下條件①快于站域備自投的啟動(dòng)條件；條件②與站域備自投的啟動(dòng)條件類似，理論上應(yīng)同時(shí)啟動(dòng)。另外實(shí)際工程應(yīng)用區(qū)域備自投與站域備自投從啟動(dòng)到隔離故障過程中都設(shè)有故障隔離延時(shí)定值，因此可以確保站域備自投在隔離故障前收到區(qū)域備自投的 “暫?！毙盘?hào)，從而準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)相互之間的協(xié)調(diào)控制。

2.4 優(yōu)化后協(xié)調(diào)控制策略的優(yōu)點(diǎn)

區(qū)域備自投與站域備自投之間的協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行優(yōu)化后的主要特點(diǎn)是無需人為整定區(qū)域備自投與站域備自投之間的時(shí)間級(jí)差，其優(yōu)點(diǎn)主要有:

1)可以減少專業(yè)管理人員定值整定壓力，提高工作效率，避免由于級(jí)差時(shí)間設(shè)置不合理導(dǎo)致站域備自投優(yōu)先動(dòng)作，擴(kuò)大失壓范圍；

2)無需考慮不同廠家故障隔離延時(shí)計(jì)數(shù)器的處理差異，提高了不同廠家或不同型號(hào)設(shè)備之間配合的安全性與可靠性；

3)相比原來的區(qū)域備自投系統(tǒng)，無需新增設(shè)備成本及站間通信資源；

4)從電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，提高了電網(wǎng)供電可靠性。

3 展望

文章所提出的區(qū)域備自投與站域備自投之間的協(xié)調(diào)控制方法，目前已經(jīng)在廣州 “增城－廟嶺－遷崗－科城－木棉”220 kV鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)區(qū)域備自投系統(tǒng)中成功應(yīng)用。雖然該控制策略提高了區(qū)域備自投與站域備自投之間的協(xié)調(diào)性，以及電網(wǎng)供電可靠性，但如何驗(yàn)證其策略正確性的試驗(yàn)手段有限。目前主要是根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)搭建RTDS系統(tǒng)模型RTDS試驗(yàn)或者利用電網(wǎng)進(jìn)行傳統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證，這兩種試驗(yàn)方法試驗(yàn)效率均低，且傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)大。下階段將就如何提高試驗(yàn)效率及規(guī)避電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，與相關(guān)廠家進(jìn)行研究。

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