電廠機組一次調(diào)頻參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：隨著國家電網(wǎng)對供電質(zhì)量要求的不斷提高，電力行業(yè)采用了多種技術(shù)手段保證電網(wǎng)頻率相對穩(wěn)定，而一次調(diào)頻作為核心手段備受關(guān)注、應(yīng)用廣泛。但由于電力調(diào)度中心一般通過遠(yuǎn)程系統(tǒng)實現(xiàn)杜宇電廠一次調(diào)頻性能的監(jiān)督和考核，考慮到電廠環(huán)境的復(fù)雜性，其出具的考核結(jié)果經(jīng)常和實際調(diào)頻結(jié)果不一致， 因此提出一種基于電廠環(huán)境的一次調(diào)頻考核系統(tǒng)，其是通過Winpcap數(shù)據(jù)抓包監(jiān)聽采集PMU裝置的一次調(diào)頻相關(guān)參數(shù)，并針對電廠實際一次調(diào)頻機組的性能量化考核參數(shù)貢獻(xiàn)電量的計算方法， 通過以龍游電廠的機組實時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，給出相應(yīng)考核結(jié)果，實現(xiàn)了對其機組一次調(diào)頻情況的考核分析。

關(guān)鍵詞：一次調(diào)頻;電網(wǎng)頻率;Winpcap;在線監(jiān)測

DOI：10. 11907/rjdk. 181876

中圖分類號：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2019）001-0108-04

Abstract： With the constant improvement of the national power grid for power supply quality requirements， the electric power industry has adopted many technical means to ensure the grid frequency is relatively stable， and primary frequency control， as one of the most important of methods has had wide attention and application. But because the electric power dispatching center employs the remote system to achieve a power plant of the cuckoo primary frequency control performance of the supervision and examination， considering the complexity of the power plant environment， the issue of the assessment results are often inconsistent with the actual frequency modulation. So in order to solve this problem， this paper proposes an assessment system of primary frequency control based on power plant environment，which uses Winpcap data capture and interception to collect the primary frequency-related parameters of the PMU device， and uses the power contribution calculation method for the performance of the power plant's actual primary frequency modulation unit. According to the corresponding assessment results， the assessment and analysis of the primary frequency modulation of the unit was realized based on the real-time data of the unit of Longyou Power Plant.

0 引言

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行對國家工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響，其穩(wěn)定運行由多個因素決定，其中最主要的是電網(wǎng)頻率需保持在[50Hz±f死區(qū)]范圍內(nèi)[1-8]，因此電力系統(tǒng)采取多種技術(shù)保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，由于一次調(diào)頻對電網(wǎng)頻率波動的響應(yīng)速度較快，且調(diào)節(jié)范圍較大，所以被廣泛運用于維持電網(wǎng)穩(wěn)定中。但是由于過去電廠沒有相應(yīng)的滿足現(xiàn)場環(huán)境要求的一次調(diào)頻系統(tǒng)，只能完全按照省級調(diào)度中心下發(fā)的一次調(diào)頻指令調(diào)整機組負(fù)荷，而省調(diào)度中心往往沒有考慮到電廠實際經(jīng)濟(jì)利益[9-13]，所以電廠為追求經(jīng)濟(jì)利益不會一直完全響應(yīng)省調(diào)度公司的一次調(diào)頻投入投出信號。因電廠一次調(diào)頻錯誤響應(yīng)導(dǎo)致的嚴(yán)重后果很多，例如錦蘇直流雙極閉鎖事件[14-16]，事故發(fā)生的主要原因是部分機組的一次調(diào)頻能力被電廠削弱，嚴(yán)重影響到頻率擾動的恢復(fù)速度，最終導(dǎo)致華東地區(qū)電網(wǎng)頻率波動較大，造成了不必要的經(jīng)濟(jì)和財產(chǎn)損失。因此建設(shè)符合電廠需求的一次調(diào)頻在線監(jiān)測考核系統(tǒng)很有必要[17-18]。高林等[19]提出面對電網(wǎng)突發(fā)擾動如何判斷機組能否快速響應(yīng)的算法，能夠有效地給出機組一次調(diào)頻評估結(jié)果，但是對于如何采集一次調(diào)頻數(shù)據(jù)的方法則有所欠缺。鄭濤等[20]提出一種基于PMU的實時數(shù)據(jù)采集方法，該方法能較為準(zhǔn)確地采集到PMU數(shù)據(jù)，但是對于PMU裝置的接入可能會引起省調(diào)主站故障。

針對以上問題，本文提出一次調(diào)頻參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案，其通過Winpcap動態(tài)鏈接庫和PMU中的配置幀文件，基于TCP/IP協(xié)議對發(fā)往主站的數(shù)據(jù)包進(jìn)行捕獲和分析解碼，并將解碼后數(shù)據(jù)送入PI實時數(shù)據(jù)庫，Web端通過從PI數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)，并根據(jù)華東電網(wǎng)兩個細(xì)則的計算方法推導(dǎo)得出評估效率較高、滿足電廠需要的計算方法，通過該方法進(jìn)行一次調(diào)頻考核分析，且考慮到二次安防。本文基于偵聽的方式進(jìn)行PMU數(shù)據(jù)獲取，不會對PMU裝置產(chǎn)生任何握手連接等操作，極大地避免了安全隱患。

1 一次調(diào)頻監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)需求分析

通過綜合考慮和時間需要，本文采用基于Web的.net框架進(jìn)行系統(tǒng)界面設(shè)計，從用戶實際需要出發(fā)，系統(tǒng)必須提供電網(wǎng)頻率、機組有功出力等有關(guān)一次調(diào)頻考核的實際信息，且考慮到電廠業(yè)務(wù)擴張和機組等設(shè)備的更新維護(hù)，要求系統(tǒng)提供能夠及時更新和維護(hù)的功能模塊，方便電廠和省調(diào)度公司工作人員及時、準(zhǔn)確地對相關(guān)信息進(jìn)行添加、刪除和修改等操作，并且可以通過界面進(jìn)行機組額定功率、電網(wǎng)額定頻率等配置信息的編輯。此外系統(tǒng)還需要提供針對一次調(diào)頻的最終考核計算結(jié)果，以報表的形式實時顯示。本文設(shè)計的一次調(diào)頻在線監(jiān)測系統(tǒng)分為6個部分，分別是數(shù)據(jù)接口和預(yù)處理模塊、一次調(diào)頻信息實時監(jiān)控模塊、一次調(diào)頻考核計算模塊、報表模塊及Web界面。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

綜合考慮電廠的實際情況和已有設(shè)備架構(gòu)，選擇如圖2所示的系統(tǒng)硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，一次調(diào)頻計算所需的參數(shù)由兩部分獲取，一部分從電廠安全I(xiàn)區(qū)的DCS系統(tǒng)、AGC系統(tǒng)等采集的數(shù)據(jù)通過原有OPC服務(wù)器，進(jìn)入防火墻后傳入安全I(xiàn)I區(qū)PI實時數(shù)據(jù)庫。剩余的有關(guān)電網(wǎng)頻率和一次調(diào)頻理論值等參數(shù)均需要從PMU裝置中獲取，主要是通過光纖收發(fā)器和交換機將接口機與PMU子站發(fā)往主站的數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像傳輸，經(jīng)過解包后的數(shù)據(jù)通過防火墻策略控制后送往II區(qū)PI實時數(shù)據(jù)庫。而II區(qū)PI數(shù)據(jù)庫經(jīng)過鏡像后可將數(shù)據(jù)送往安防等級較低的III區(qū)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲。本文將一次調(diào)頻在線監(jiān)測平臺部署于Ⅲ區(qū)的Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器中。外界的訪問和維護(hù)基于III區(qū)兩臺服務(wù)器進(jìn)行。

2 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)采集

由于一次調(diào)頻計算中幾個重要參數(shù)由同步相量測量裝置（Phase Measurement Unit， PMU）進(jìn)行測量，直接發(fā)往各地調(diào)度中心，因此在電廠DCS數(shù)據(jù)庫中并未存放相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且考慮到安防因素?zé)o法直接接入PMU裝置，所以需要通過對PMU裝置子站到主站的數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行偵聽，以捕獲對應(yīng)的數(shù)據(jù)包。該操作可保證采集到的數(shù)據(jù)與省調(diào)收到的數(shù)據(jù)一致，提高考核結(jié)果的準(zhǔn)確性。

數(shù)據(jù)偵聽主要借助Winpcap進(jìn)行，通過Winpcap動態(tài)鏈接庫捕獲數(shù)據(jù)包，由于PMU子站和主站的通信協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，因此定義數(shù)據(jù)包格式如下：

按照TCP/IP協(xié)議進(jìn)行分析后，需對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分解，按照電力系統(tǒng)實時動態(tài)傳輸規(guī)約的協(xié)議要求，對TCP/IP數(shù)據(jù)包中的data bolck進(jìn)行分析，將有關(guān)電網(wǎng)頻率和一次調(diào)頻理論值等相量、模擬量數(shù)據(jù)保存在SQL數(shù)據(jù)庫中，然后將SQL數(shù)據(jù)發(fā)送給II區(qū)PI實時數(shù)據(jù)庫，以通過防火墻控制策略，其中轉(zhuǎn)發(fā)PI實時數(shù)據(jù)庫的代碼如下所示：

2.2 一次調(diào)頻考核計算分析

根據(jù)華東電網(wǎng)的兩個細(xì)則規(guī)定，一次調(diào)頻考核是通過計算一次調(diào)頻貢獻(xiàn)率[K]實現(xiàn)的，即：

其中[Hi]為機組實際積分電量，[He]為機組理論積分電量，一次調(diào)頻的考核是以當(dāng)電網(wǎng)超出頻率死區(qū)范圍后開始計算的。因此，[Hi]可表示為：

其中[P0]為電網(wǎng)頻率超出調(diào)頻死區(qū)時刻的機組實際出力，[t0]為電網(wǎng)頻率超出調(diào)頻死區(qū)的時刻，[tt]為電網(wǎng)頻率回到調(diào)頻死區(qū)范圍的時刻，[Pt]為一次調(diào)頻動作內(nèi)對應(yīng)時刻機組的實際有功出力。如果調(diào)頻時間跨度少于15s，則該次頻率波動過程不予統(tǒng)計，且調(diào)頻時間最大長度為60s，Sgn[（x）]為符號函數(shù)。

在高頻少發(fā)或者低頻多發(fā)的情況下，實際積分電量為正值;反之，高頻多發(fā)或者低頻少發(fā)的情況下實際積分電量為負(fù)值。另外理論上機組一次調(diào)頻的積分電量[He]可表示為：

[f（t）]為對應(yīng)電網(wǎng)頻率變化超過死區(qū)頻率差的絕對值，即MCR為機組額定有功出力;[f（n）]為電網(wǎng)額定頻率50Hz;[f（t）]為對應(yīng)[t]時刻的電網(wǎng)頻率（Hz）;[kc]為機組轉(zhuǎn)速不等率。兩個細(xì)則規(guī)定若K < 0.5，則計為1次不合格;反之，則合格。最終將考核結(jié)果存入本地數(shù)據(jù)庫。

3 一次調(diào)頻在線運行

根據(jù)實際需要，本文選擇B/S架構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計，通過JS框架下的網(wǎng)頁形式進(jìn)行一次調(diào)頻相關(guān)信息展示和查看。系統(tǒng)主要功能包括電網(wǎng)頻率實時顯示和一次調(diào)頻結(jié)果顯示等。為與電廠無紙化辦公對接，系統(tǒng)允許將一次調(diào)頻結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel文件。詳細(xì)界面如圖3、圖4所示。

4 結(jié)語

本文設(shè)計的基于PMU裝置的一次調(diào)頻在線監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)電廠實際網(wǎng)絡(luò)拓補結(jié)構(gòu)和工作需要，采取B/S架構(gòu)，通過數(shù)據(jù)偵聽的方式獲取有關(guān)參數(shù)信息，以Web界面形式進(jìn)行計算展示。系統(tǒng)已在浙江龍游電廠進(jìn)行安裝和調(diào)試，經(jīng)過實際監(jiān)測發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)、滿足了電廠實際需要，并且在安全性和可靠性方面也得到了電廠肯定。同時由于使用數(shù)據(jù)偵聽的方式實現(xiàn)了PMU數(shù)據(jù)采集，能夠最大程度避免系統(tǒng)安全問題的產(chǎn)生，可方便電力企業(yè)和省調(diào)度公司對電廠一次調(diào)頻投入情況進(jìn)行考核，杜絕發(fā)電安全事故的發(fā)生。

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（責(zé)任編輯：江 艷）