淺談電力物聯(lián)網(wǎng)在穩(wěn)定控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

南京國電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司 孫 丹

電力物聯(lián)網(wǎng)旨在電力系統(tǒng)所有環(huán)節(jié)互聯(lián)，所有業(yè)務(wù)一條線，所有數(shù)據(jù)采集同源，所有設(shè)備可監(jiān)控，所有信息可共享，能夠借助大平臺對大數(shù)據(jù)批量處理并加以應(yīng)用，以期電力系統(tǒng)形成可控、可觀、可用的多維視角下的物聯(lián)網(wǎng)。安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)第二道防線，是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，在電力物聯(lián)網(wǎng)信息共享背景下，穩(wěn)控系統(tǒng)以外的其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)均可應(yīng)用于穩(wěn)控系統(tǒng)，以此來提高穩(wěn)定控制水平。

1 基于PMU 采集的在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)

在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)可從穩(wěn)控裝置或SCADA 獲取電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，但在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，由于通常穩(wěn)控裝置布點(diǎn)較少，或者SCADA/EMS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)測量周期為秒級且不帶時(shí)標(biāo)等，導(dǎo)致在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)在推廣時(shí)存在數(shù)據(jù)來源受限的問題。隨著電力物聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)，借用同步相量測量裝置PMU 布點(diǎn)多、采樣精度高且?guī)r(shí)標(biāo)的特點(diǎn)，可將各個(gè)廠站的PMU 通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入到在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)中。基于PMU 數(shù)據(jù)采集在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)具體工作過程如下：

PMU 將采樣精度高且?guī)r(shí)標(biāo)的電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上送到在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)；在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)處理從PMU 獲得電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在一定的時(shí)間間隔下進(jìn)行電網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)；電網(wǎng)的故障判別仍由現(xiàn)場的穩(wěn)控裝置來進(jìn)行，穩(wěn)控裝置實(shí)時(shí)判別出有故障時(shí)，將故障信息上送至在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)。

在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)優(yōu)先處理電網(wǎng)的故障信息，若是在狀態(tài)估計(jì)時(shí)刻接收到元件的故障信息，則需停止?fàn)顟B(tài)估計(jì)，并根據(jù)最近一次狀態(tài)估計(jì)結(jié)果，進(jìn)行該運(yùn)行方式下故障的超實(shí)時(shí)仿真分析；在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)若預(yù)測到電網(wǎng)可能會(huì)失穩(wěn)的情況，需給出具體的、確定的、優(yōu)化的穩(wěn)定控制措施；穩(wěn)控措施的執(zhí)行仍由現(xiàn)場的穩(wěn)控裝置來實(shí)現(xiàn)，在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策系統(tǒng)最后需要將計(jì)算得到的安全穩(wěn)定控制措施發(fā)送到現(xiàn)場的穩(wěn)控裝置來執(zhí)行。

2 在線實(shí)時(shí)定值整定

在穩(wěn)控系統(tǒng)元件熱穩(wěn)定值整定過程中，需根據(jù)春夏秋冬平均氣溫進(jìn)行季節(jié)調(diào)整，元件包括架空線路、電纜、變壓器等。以新疆北疆為例，根據(jù)北疆氣侯特點(diǎn)，夏季（每年4月16日至10月14日）平均氣溫按25℃考慮，冬季（每年10月15日至次年4月15日）平均氣溫按10℃考慮。架空線路額定電流的取值均是在相應(yīng)溫度下的元件允許最大持續(xù)電流。元件過負(fù)荷告警電流、過負(fù)荷動(dòng)作電流和過負(fù)荷動(dòng)作功率均是在相應(yīng)溫度額定電流的基礎(chǔ)上計(jì)算獲取。然而實(shí)際情況下氣溫是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的量，隨季節(jié)、天氣、早晚可能隨時(shí)變化，根據(jù)季節(jié)平均氣溫進(jìn)行調(diào)整的方法存在局限性。

在電力物聯(lián)網(wǎng)背景下，穩(wěn)控系統(tǒng)可進(jìn)行元件熱穩(wěn)定值的在線實(shí)時(shí)整定。通過元件測溫傳感器獲取氣溫實(shí)時(shí)信息，并傳送至穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)，穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)定周期地（如每半小時(shí)一次）計(jì)算元件額定電流和過載定值，通過穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)自動(dòng)更新現(xiàn)場穩(wěn)控裝置定值。通過對穩(wěn)控元件過載定值的實(shí)時(shí)整定，可在穩(wěn)控動(dòng)作時(shí)減少切負(fù)荷量或切機(jī)組量，提高設(shè)備利用率。

穩(wěn)控系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)定值整定方法如下：元件光纖溫度傳感器用于采集元件表面溫度，并將溫度信息上送給安裝于本站的穩(wěn)控主站、子站或執(zhí)行站；氣象環(huán)境檢測儀用于采集氣象實(shí)時(shí)信息，并將氣象信息上送給本站的穩(wěn)控主站、子站或執(zhí)行站；穩(wěn)控子站或執(zhí)行站將元件表面溫度和氣象實(shí)時(shí)信息上送給穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)；穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)定周期的選取元件兩側(cè)采集的較低溫度，根據(jù)摩爾根公式計(jì)算元件載流量，根據(jù)載流量計(jì)算過負(fù)荷控制熱穩(wěn)定值；穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)自動(dòng)找到包含元件過載定值所對應(yīng)的穩(wěn)控裝置、邏輯設(shè)備、區(qū)號，上傳定值清單，根據(jù)事先確定的清單位置，用計(jì)算得到的過負(fù)荷控制熱穩(wěn)定值替換，形成新的定值清單、下裝到穩(wěn)控主站、子站或執(zhí)行站。

3 電源側(cè)減出力控制、時(shí)間同步裝置與穩(wěn)控系統(tǒng)現(xiàn)場測試聯(lián)調(diào)

穩(wěn)控系統(tǒng)針對不同類型的故障，采取切機(jī)、切負(fù)荷、局部解列、快速減出力等控制措施。在實(shí)際工程中切機(jī)、切負(fù)荷最常用，而快速減機(jī)組出力控制主要是針對送端電網(wǎng)的線路或主變等元件過載的熱穩(wěn)定問題。當(dāng)元件過載量不是很大時(shí)，通過穩(wěn)控裝置對機(jī)組進(jìn)行減出力控制措施來代替直接切機(jī)措施，從而減小控制代價(jià)和成本，并減少對發(fā)電設(shè)備的損傷。

對具有大機(jī)組、大負(fù)荷、小網(wǎng)的電網(wǎng)，系統(tǒng)內(nèi)單機(jī)、單負(fù)荷容量占比較大，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用不足，整體運(yùn)行情況惡劣，對穩(wěn)控系統(tǒng)較依賴。機(jī)組或負(fù)荷跳閘引起的頻率問題突出，系統(tǒng)可切機(jī)組或負(fù)荷的顆粒度較大，切機(jī)、切負(fù)荷時(shí)對應(yīng)的功率不平衡量較大，過切或欠切嚴(yán)重。單一切機(jī)、切負(fù)荷措施較難滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，不能很好的發(fā)揮第二道防線的作用。對機(jī)組一次調(diào)頻性能良好的電網(wǎng)，通過穩(wěn)控系統(tǒng)與機(jī)組DEH 通信，機(jī)組具體可調(diào)量由DEH 發(fā)送給穩(wěn)控系統(tǒng)。在網(wǎng)內(nèi)發(fā)生機(jī)組或負(fù)荷跳閘后，通過快速減機(jī)組出力，解決切機(jī)或切負(fù)荷后功率不平衡量較大造成的頻率穩(wěn)定問題。

3.1 穩(wěn)控系統(tǒng)與DEH 系統(tǒng)接口方案

考慮穩(wěn)控雙套系統(tǒng)分別接收每臺機(jī)組DEH 系統(tǒng)的可下調(diào)功率量信號，穩(wěn)控考慮采用4～20mA 信號接收該信號，但系統(tǒng)的調(diào)頻能力需要在DEH 系統(tǒng)給出的容量基礎(chǔ)上乘以保守系數(shù)（如：假若保守系數(shù)是0.9，DEH 發(fā)給穩(wěn)控系統(tǒng)表示有8%的可調(diào)整量，則穩(wěn)控系統(tǒng)認(rèn)為的可調(diào)整量為8%×0.9=7.2%）；穩(wěn)控設(shè)置切機(jī)過切門檻值，切機(jī)控制措施先按照最優(yōu)切原則尋找，若找到的是欠切機(jī)組、或過切且小于過切門檻值機(jī)組則執(zhí)行該切機(jī)命令；若找到的是過切且大于過切門檻值機(jī)組則不予執(zhí)行該措施，而是按照最優(yōu)欠切原則再重新尋優(yōu)切除相應(yīng)的機(jī)組。

穩(wěn)控系統(tǒng)下發(fā)下調(diào)機(jī)組出力命令給DEH 系統(tǒng)，考慮采用開關(guān)量分檔考慮。如：對于大容量機(jī)組每檔按照占機(jī)組1%容量來設(shè)計(jì)，對于小容量機(jī)組每檔按照占機(jī)組2%容量來設(shè)計(jì)；考慮十分鐘Tset1，將前面信息清掉。一個(gè)整組內(nèi)，第一次使用的調(diào)頻能力按照定值考慮，第二次調(diào)頻時(shí)則需要將第一次調(diào)頻量累加后的總量發(fā)給DEH 系統(tǒng)；穩(wěn)控下發(fā)降機(jī)組出力命令，下調(diào)量分配原則按照每臺機(jī)組可調(diào)量的一定比例，分給每臺機(jī)組；按照分檔原則，裝置的一個(gè)啟動(dòng)周期內(nèi)（5s），后續(xù)需要切除已下調(diào)出力的機(jī)組，該機(jī)組切除的量由裝置修正。

隨著新能源快速調(diào)節(jié)能力的提高和儲(chǔ)能全投全放模式的應(yīng)用，也可將新能源設(shè)定運(yùn)行點(diǎn)和儲(chǔ)能設(shè)定運(yùn)行點(diǎn)接入穩(wěn)控系統(tǒng)。根據(jù)穩(wěn)控需要對新能源、儲(chǔ)能設(shè)定運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行快速控制。

3.2 時(shí)間同步裝置與穩(wěn)控系統(tǒng)現(xiàn)場測試聯(lián)調(diào)

由于現(xiàn)場的穩(wěn)控系統(tǒng)通常分布在不同的廠站，穩(wěn)控系統(tǒng)現(xiàn)場聯(lián)調(diào)涉及的穩(wěn)控設(shè)備較多、地理位置分散且距離相對較遠(yuǎn)，使得穩(wěn)控系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗(yàn)聯(lián)調(diào)工作在很大程度上依賴于現(xiàn)場調(diào)試人員的遠(yuǎn)程通話，測試效率低。在電力物聯(lián)網(wǎng)背景下將時(shí)間同步裝置應(yīng)用于穩(wěn)控系統(tǒng)，可解決穩(wěn)控系統(tǒng)因?yàn)樗婕霸O(shè)備較多、地理位置分散造成的測試問題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級的現(xiàn)場聯(lián)合測試。

現(xiàn)場聯(lián)調(diào)具體的方法如下：利用時(shí)間同步裝置將分布在不同廠站的系統(tǒng)測試儀和所有的現(xiàn)場穩(wěn)控裝置置于統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)之下；將位于不同分布位置測試人員將系統(tǒng)測試儀根據(jù)預(yù)先設(shè)定的電氣量或開關(guān)量信息進(jìn)行同步輸出；針對不同的測試內(nèi)容，由測試人員采用系統(tǒng)測試儀模擬不同的故障類型并輸出；現(xiàn)場的穩(wěn)控系統(tǒng)根據(jù)既定的控制策略判別故障動(dòng)作并出口；最后由位于穩(wěn)控主站或調(diào)度主站的測試人員，通過穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)查看全網(wǎng)的穩(wěn)控動(dòng)作情況，判斷安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)動(dòng)作的正確與否，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級的現(xiàn)場聯(lián)合測試。