四川特高壓交直流電網安全運行保障技術框架研究

龐曉艷，李 建，張 蓓，劉柏私

(四川電力調度控制中心，四川 成都 610041)

1 智能防御系統的建設愿景

遠距離、大規模交直流混合送端電網安全運行保障關鍵技術的研究旨在充分利用大電網安全穩定在線防御技術的已有成果，結合遠距離、大規模交直流混合送端電網特點，分析其存在的安全穩定問題，進行整體框架研究、關鍵技術與應用功能研究，并根據送端電網實際情況分步實施，從而構建完善的大規模交直流混合送端電網安全運行保障技術體系［1］。

安全運行保障體系應達到以下要求。

1)完備的分析預警與輔助決策功能，在已有的在線安全穩定防御框架基礎上進行完善，針對送端電網存在的各類安全穩定問題進行分析預警，并給出輔助決策建議;考慮故障引發安控裝置的動作情況，評估安控裝置的切負荷量違反599 號令的風險;

2)能進行不同輸電斷面傳輸功率極限的協調優化，計及不同輸電斷面的交互影響，同時利用交直流、多直流通道的協調，提升大規模電力的送出能力;

3)具備集中協調控制的能力，在調度中心站對送端電網內分層分區的安控系統進行協調，提升安控系統的適應性與經濟性;

4)提升電網應對嚴重故障模式的能力，實現對于群發性故障或連鎖故障模式的分析預警，以及通過交直流、多直流通道的協調控制，構建集中協調的安控系統等分析、控制手段，應對嚴重故障模式;

5)提升電網應對外部災害的能力，通過災害信息采集、災害引發電力設備故障的機理研究，在線自動生成災害相關故障集與候選控制措施集，實現應對災害的預警與輔助決策功能，為調度運行人員應對災害提供支撐;

6)提供便捷的分析研究手段，通過送、受端電網多時間尺度數據的高效整合，以及分析結果的及時反饋，便于送端電網調度運行人員對不同時間尺度下對電網的安全穩定性進行研究;

7)提升多級調度協調控制能力，通過數據交互、數據整合、在線分析、控制決策等環節的協調技術研究，提升送端電網調度中心與上、下級調度機構的協同分析控制的能力，爭取更大范圍的調度控制資源保障送端電網的安全穩定性，并降低安全穩定問題的控制代價。同時，能夠為外部電網以及全局的安全穩定分析、控制提供支持。

總之，智能防御系統的建設能夠有效提升電網調度運行控制決策水平，提升電網安全穩定水平。

2 設計理念和原則

針對遠距離、大規模交直流混合送端電網存在的安全穩定問題，傳統的在線防御系統未能針對性地予以解決，需要在框架體系、信息采集、分析預警、控制決策等層面加以提升［2］。智能防御系統應能夠在傳統的在線防御框架基礎上，針對性地解決送端電網存在的如下問題。

1)目前送端電網安控系統分層分區就地控制，難以實現大范圍內的由災害或電網內部因素所引發的多點群發性故障或相繼故障的有效防御，需要從全局角度加以考慮，綜合利用中心站所采集的全局信息和候選可用措施，進行協調決策，并通過已有的安控系統進行實施;

2)送端電網內部往往有較大規模的電廠群(水、火、風或者風火打捆等)，通過送出通道連接到送端電網主網架，然后通過交直流通道輸送到遠方受端電網。對于這些送端電網內部的輸電斷面之間、外送的聯絡線斷面之間以及內/外部斷面之間需要統一協調，避免不利的交互影響并提升各斷面的整體輸電能力;

3)對于大規模的電廠群串聯送出情況，應考慮電源特點及安全約束，實現串聯通道上不同電廠間的協調控制，以及不同串聯通道間的協調優化調度與控制;

4)對于交直流、多直流通道間需要統一的協調以發揮直流的緊急調制能力，提升安全穩定程度及外送能力;

因此，為達成智能防御系統建設的目標愿景，智能防御系統的設計嚴格遵循“集中協調，分層分區決策控制”的設計理念與總體原則。

基于該理念設計的智能防御系統能夠實現同一串聯通道的電廠之間的協調控制、多輸電通道間的協調優化控制，交直流、多直流協調控制，安控系統之間協調，多級調度間的協調分析與控制，自適應外部環境的安全穩定防御，極大地提升了電網安全穩定防御的智能化水平。

3 系統總體架構

為滿足遠距離、大規模交直流混合送端電網安全、經濟運行與控制的需求，以確保電網安全穩定運行，提升大規模交直流混合送端電網電力集中送出能力為總體目標，提出了大規模交直流混合送端電網智能防御系統的應用功能框架，如圖1 所示。該框架遵循已提出的“集中協調，分層分區決策控制”的設計理念與總體原則，能夠綜合利用送端電網和外部電網各類控制資源和手段，實現送端電網運行策略的在線自適應優化，預防控制、緊急控制措施的分層分區決策與集中協調優化［3］。

該框架以送端電網調度中心功能框架為核心，同時為適應大范圍資源優化利用、電網結構整體性、運行控制一體化和局部安全穩定影響擴大化等遠距離、大規模送端電網典型需求與特征，設計了與送端電網調度中心相匹配的上級和下級調度中心的功能框架，從而實現多級調度機構的有效協同，提升送端電網安全穩定性，降低安全穩定控制的代價，同時降低送端電網故障對外部電網的影響。其中，送端電網一般有多個下級調度機構，而上級調度機構只考慮送端電網的直接上級調度。

3.1 送端電網調度中心功能

在送端電網調度中心，應用功能配置覆蓋送端電網的三道防線，實現對于導則規定的各級別故障的有效防御，同時考慮災害引發的送端電網內或連同外部電網在內的大范圍連鎖故障的有效防御。

智能防御系統的第一道防線涵蓋了送端電網基態、超短期、操作前、日計劃等不同時間尺度下的安全穩定綜合預警、調度運行優化和控制輔助決策功能［4］。這里的基態包括電網實時狀態、預想故障后和實際故障后三類狀態，其中實時狀態和預想故障后狀態是基于電網的狀態估計數據周期性的計算。而實際故障后的快速預警與輔助決策則是在送端電網或外部電網實際發生故障后快速啟動，形成可靠的故障后電網工況數據并快速分析實際故障后電網的安全穩定問題，并給出消除安全穩定問題的預防控制措施，為調度運行人員進行事故的應急處理提供輔助決策。

智能防御系統的第二道防線對送端電網分層、分區穩控系統，包括直流功率緊急調制等控制手段，進行統一協調，實現穩控系統策略和定值適應性的在線校核，根據送端電網實時運行工況和分層、分區穩控裝置的狀態，對策略和定值進行在線優化并下發到裝置，從而為實現送端電網分層、分區穩控系統的策略協調優化提供統一協調的機制和技術手段［5］。

圖1 智能防御系統應用功能框架

送端電網往往大量配置的高周切機、失步解列等第三道防線裝置，智能防御系統的第三道防線功能基于實時信息實現對這些裝置定值的在線校核，并對電源集中區域的第三道防線的定值進行統一協調，避免由于定值不合理導致的過控甚至引發安全穩定問題。此外，對于電網中已經出現的不安全現象，如支路過載、電壓越限、低頻振蕩等，智能防御系統應能夠給出輔助決策措施或進行在線的閉環控制以快速消除不安全現象，這類功能也屬于第三道防線的范疇。

3.2 上級調度中心功能

對上級調度中心而言，為有效實現與送端電網以及其他調度中心的協同防御，應當配置的應用功能可歸結為以下幾類。

(1)電網工況數據、分析結果數據的整合與處理功能。依據在線實測數據校核并修正電網基礎參數，提高在線計算數據的準確性;針對不同調度機構EMS 的電網運行數據時標不一致，基于多調度機構實時數據整合在線安全防御計算數據;針對不同調度管轄電網的安全穩定特點，結合調度運行控制的實際，選取外網數據并進行在線等值，進行局部電網實時數據異常(如通信中斷、量測值異常)的評價及其實用處理。

(2)安全穩定綜合預警與輔助決策功能。針對大電網多級調度協同運行控制的需求，將對所轄電網的在線安全穩定性影響顯著的外網運行工況納入實時監視范圍，例如關聯輸電通道狀態;配置旨在挖掘電網大范圍輸電能力的在線調度決策功能，以及安全穩定快速分析和輔助決策功能，以實現與下級調度的有效協同。

圖2 大規模交直流混合送端電網智能防御系統預期目標及關鍵技術

(3)在線緊急控制協調優化。配置穩控系統緊急控制優化功能，基于整合后所轄各級電網(含送端電網)工況數據和穩控系統策略、定值，在線優化緊急控制策略，并下發到所轄的穩控裝置或者下級電網的穩控裝置。其中，不僅需要監視安控裝置投運狀態及其實際控制對象的運行狀況，還要監視安控裝置在值控制策略及控制后電網的安全穩定水平。

3.3 下級調度中心功能

對下級調度中心而言，為有效實現自身的安全穩定防御以及與上級(即送端電網)的協同防御，應當配置的應用功能可歸結為以下幾類。

(1)電網工況數據、分析結果數據的整合與處理功能。根據上級調度(即送端電網)發送的外部工況數據，選取外網數據并進行在線等值，進行局部電網實時數據異常(如通信中斷、量測值異常)的評價及其實用處理。

(2)安全穩定綜合預警與輔助決策功能。根據下級調度的實際需求，可選擇配置旨在挖掘電網輸電能力的在線調度決策功能，以及安全穩定快速分析和輔助決策功能，以實現與上級調度的有效協同。由于調度級別較低，因而所考慮的安全穩定問題往往較上級調度簡單，因而配置的安全穩定預警功能與輔助決策功能可少于上級調度。

(3)在線緊急控制協調優化。可選擇配置穩控系統緊急控制優化功能，基于整合后的電網工況數據和穩控系統策略、定值，在線優化緊急控制策略，并下發到所轄穩控裝置，同時，可以接收上級下發的控制策略和定值。

智能防御系統的預期目標、關鍵技術及與大規模交直流混合送端電網安全穩定特性關聯關系如圖2 所示。

4 結論

四川電網已形成了特高壓交直流混聯電網，未來還將形成特高壓交直流并列運行的格局。為此，對四川特高壓交直流電網安全運行保障技術框架進行了研究，對指導四川電網防御控制系統的實施具有一定的參考作用。

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［2］薛禹勝.綜合防御由偶然故障演化為電力災難——北美“8.14”大停電的警示［J］.電力系統自動化，2003，27(18):1－5.

［3］陳相宜，陳允平，李春艷，等.構建大電網安全防御體系——歐洲大停電事故的分析及思考［J］.電力系統自動化，2007，31(1):4－8.

［4］李碧君，許劍冰，徐泰山，等.大電網安全穩定綜合協調防御的工程應用［J］.電力系統自動化，2008，32(6):25－30.

［5］汪際峰，沈國榮.大電網智能化的若干關鍵問題［J］.電力系統自動化，2012，36(1):10－16.

［6］薛禹勝，肖世杰.綜合防御高風險的小概率事件:對日本相繼天災引發大停電及核泄漏事件的思考［J］.電力系統自動化，2011，35(8):1－11.