探究基于EMS的區(qū)域備自投控制技術(shù)在地區(qū)電網(wǎng)快速復(fù)電中的應(yīng)用

何寶華

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526040）

探究基于EMS的區(qū)域備自投控制技術(shù)在地區(qū)電網(wǎng)快速復(fù)電中的應(yīng)用

何寶華

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526040）

在地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)中，從電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和可靠性考慮，可以應(yīng)用基于EMS的區(qū)域備自投控制技術(shù)，構(gòu)建相應(yīng)的區(qū)域備自投系統(tǒng)，對常規(guī)備自投裝置的固定邏輯動作以及有限使用范圍等問題進(jìn)行解決，對備自投的功能進(jìn)行拓展，從而充分體現(xiàn)出智能電網(wǎng)的智能化特點和優(yōu)勢。本文從我國電網(wǎng)備自投裝置應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，對基于EMS的區(qū)域備自投控制技術(shù)在地區(qū)電網(wǎng)快速復(fù)電中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討，希望能夠為電力技術(shù)人員提供一些參考。

EMS；區(qū)域備自投；地區(qū)電網(wǎng)；快速復(fù)電；應(yīng)用

1.基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)描述

EMS指能源管理系統(tǒng)，其能夠確保能源的合理利用，提升電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。而在電力網(wǎng)絡(luò)中，基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)共享模型、信息以及圖形，系統(tǒng)自身的功能可以使得其在檢測到電網(wǎng)斷電的同時，檢測電網(wǎng)狀態(tài)，通過智能分析和判斷，自動投切備用電源，從而實現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)的快速復(fù)電。該系統(tǒng)能夠更好地實現(xiàn)快速復(fù)電，減輕調(diào)控運行壓力，提高工作效率。

在SCADA接收到相應(yīng)的變電站運行數(shù)據(jù)信息后，可以將其整理后一起傳輸?shù)交贓MS的區(qū)域備自投系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過信息的整理和分析，判斷電網(wǎng)運行方式，實現(xiàn)對于相關(guān)設(shè)備模型充電、放電、閉鎖等動作指令的生成。而系統(tǒng)結(jié)合保護(hù)信息綜合分析判斷，一旦檢測到電網(wǎng)故障的發(fā)生，需要某個模型動作時，系統(tǒng)會自動判斷動作條件并釋放相應(yīng)的動作指令，結(jié)合SCADA遙控功能控制相關(guān)設(shè)備動作，從而實現(xiàn)備用電源自動投入的目的。這里的控制方案是由區(qū)域備自投系統(tǒng)自動生成的，可以直接閉環(huán)控制，也可以經(jīng)過調(diào)度人員的分析和確認(rèn)后執(zhí)行。

2.基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)在地區(qū)電網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1系統(tǒng)框架

基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)，主要是將區(qū)域備自投作為單獨的功能模塊嵌入EMS系統(tǒng)，應(yīng)遵循IEC 61970 CIM的模型標(biāo)準(zhǔn)，具備主流的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。通過建模工具以人工或自動方式定義區(qū)域備自投模型，采用狀態(tài)估計對遙測、遙信數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并利用處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行充電條件、放電條件判斷和生成動作邏輯。區(qū)域備自投生成的動作邏輯經(jīng)EMS的電網(wǎng)分析模塊校正后，由SCADA下發(fā)操作指令。采用區(qū)域備自投系統(tǒng)嵌入EMS系統(tǒng)的緊耦合模式，有利于優(yōu)化接口、統(tǒng)一模型，利用數(shù)據(jù)過濾、權(quán)限鎖定等多重技術(shù)手段降低維護(hù)風(fēng)險和誤控風(fēng)險，以達(dá)到保證安全、提高效率的目的。

2.2總體要求

在EMS系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域備自投自動建模，并利用SCADA采集的各變電站遙信、遙測等實時信息判斷區(qū)域備自投的充電條件、放電條件，在滿足備自投動作條件時生成控制指令，由SCADA以遙控操作的方式斷開工作電源、小電源和部分負(fù)荷，投入備用電源。

2.3系統(tǒng)功能

（1）自動建模功能：區(qū)域備自投應(yīng)支持自動建模功能，通過獲取實時電網(wǎng)狀態(tài)，根據(jù)變電站內(nèi)的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，智能地識別并生成不同的備自投模型，同時能夠適應(yīng)局部雙回線、小水電上網(wǎng)等復(fù)雜電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。每條模型均經(jīng)過備自投建模、模擬測試、現(xiàn)場測試3個環(huán)節(jié)驗證后單獨封裝。封裝后不可再進(jìn)行現(xiàn)場更改，從技術(shù)上消除了模型定值調(diào)整出錯的風(fēng)險，有效保障了區(qū)域備自投模型的安全性。

（2）數(shù)據(jù)采集功能：一是遙信采集范圍，包括了斷路器的運行狀態(tài)、110kV串供出線刀閘的狀態(tài)、220kV變電站變中刀閘的狀態(tài)，以及線路保護(hù)、母差保護(hù)、失靈保護(hù)的動作信號；二是遙測采集范圍，包括變壓器的P、Q、I值，母線電壓以及110kV及以上電壓等級線路的P、Q、I、U值等。區(qū)域備自投系統(tǒng)運行計算所需數(shù)據(jù)建立專用遠(yuǎn)動通道，采用獨立數(shù)據(jù)表進(jìn)行標(biāo)識，大幅提高信息的及時性，確保電網(wǎng)故障狀態(tài)下遠(yuǎn)動機變化遙信大量上送時，區(qū)域備自投系統(tǒng)仍然能夠快速獲取遙測遙信數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)預(yù)處理功能：區(qū)域備自投系統(tǒng)應(yīng)該具備針對SCADA遙測、遙信數(shù)據(jù)的識別和檢測等預(yù)處理功能，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和真實性。通常來講，區(qū)域備自投的數(shù)據(jù)預(yù)處理功能意義僅僅針對備自投模型涉及的遙測量、遙信量進(jìn)行檢測和辨識，借此來提高數(shù)據(jù)預(yù)處理的性能，數(shù)據(jù)預(yù)處理功能應(yīng)包括遙測遙信不匹配、RTU狀態(tài)、刷新周期等檢測和辨識判據(jù)。通過數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，可以檢測到可疑遙信量或遙測量，在這種情況下，應(yīng)立即閉鎖或放電相應(yīng)的備自投功能，并通過告警信號提示調(diào)度員或自動化技術(shù)人員處理。

（4）動作邏輯功能：一方面，是對動作邏輯的校核，主要是結(jié)合EMS的電網(wǎng)分析功能，針對相應(yīng)的動作邏輯進(jìn)行安全校驗，保證系統(tǒng)的正常動作；另一方面，是對動作邏輯的執(zhí)行，區(qū)域備自投系統(tǒng)中，動作邏輯的執(zhí)行可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制，可以通過人工設(shè)置相應(yīng)的控制方式。一般情況下，開環(huán)控制方式可以自動對區(qū)域備自投動作序列進(jìn)行生成，同時通過告警信息詢問調(diào)度員是否執(zhí)行動作序列，閉環(huán)控制方式則是自動生成策略，通過SCADA自動執(zhí)行，并對事件的相關(guān)信息進(jìn)行記錄。SCADA系統(tǒng)采用遙控隊列管理、超時遙控命令自動重發(fā)、RTU分組管理等技術(shù)，提高遙控成功率。為了保證系統(tǒng)的可靠運行，減少失誤動作，日常運行需要自動化技術(shù)人員持續(xù)做好區(qū)域備自投系統(tǒng)充電、放電、閉鎖以及遙控等環(huán)節(jié)的安全管控。

2.4性能指標(biāo)

基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)必須滿足以下性能指標(biāo)：

（1）可靠性：可靠性是確保系統(tǒng)運行效果的關(guān)鍵所在，具體來講，一是必須能夠?qū)崿F(xiàn)無擾動切換，即在對主電源和備用電源進(jìn)行投切時，應(yīng)該盡可能避免對于電網(wǎng)其他設(shè)備的擾動；二是必須將區(qū)域備自投應(yīng)用服務(wù)主備切換的時間控制在30s以內(nèi)。

（2）實時性：一方面，備自投控制命令開始下發(fā)到結(jié)果正確顯示到畫面上的時間不能超過30s，另一方面，區(qū)域備自投單次計算時間不超過5s。

（3）可用性：在系統(tǒng)構(gòu)建完成后，需要做好相應(yīng)的檢測和模擬工作，保證動作邏輯的正確率能夠達(dá)到100%，備自投運行率不低于95%。

2.5系統(tǒng)測試

（1）模擬測試：立足區(qū)域電網(wǎng)的實際運行情況，在相應(yīng)的機房內(nèi)模擬真實的環(huán)境，對區(qū)域備自投系統(tǒng)的性能進(jìn)行測試。由系統(tǒng)模擬故障信息，經(jīng)EMS系統(tǒng)前置模塊傳輸，并由SCADA處理后，發(fā)送到區(qū)域備自投模塊，模塊在對信息進(jìn)行分析后，下發(fā)相應(yīng)的策略，經(jīng)前置模塊將SCADA的遙控命令發(fā)送到模擬系統(tǒng)，由系統(tǒng)做出反饋，檢測區(qū)域備自投系統(tǒng)的邏輯、性能實用效果。

（2）現(xiàn)場測試：選擇兩站串供三站作為模型，進(jìn)行現(xiàn)場測試。對以往的電網(wǎng)故障進(jìn)行分析，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的電網(wǎng)故障類型，一是變電站或配網(wǎng)線路出現(xiàn)故障，保護(hù)裝置、備自投裝置以及開關(guān)機構(gòu)等均正確動作，信號傳輸正常；二是變電站或配網(wǎng)線路出現(xiàn)故障，其他環(huán)節(jié)正常，就地備自投動作錯誤；三是變電站或配網(wǎng)線路出現(xiàn)故障，保護(hù)拒動引發(fā)越級動作，其他環(huán)節(jié)正確；四是開關(guān)機構(gòu)運行錯誤，出現(xiàn)偷跳現(xiàn)象，其他環(huán)節(jié)正確；五是變電站或配網(wǎng)線路出現(xiàn)故障，保護(hù)裝置、備自投裝置以及開關(guān)機構(gòu)等均正確動作，信號傳遞異常。現(xiàn)場測試主要驗證備自投系統(tǒng)動作邏輯及遙控對象出口的正確性，在變電站端采用動模測試儀來模擬開關(guān)狀態(tài)量及各種信號數(shù)字量，電流電壓模擬量則通過繼保測試儀外部加入。為實現(xiàn)多站同時啟動程序，采用GPS觸發(fā)裝置進(jìn)行約時觸發(fā)，實現(xiàn)故障發(fā)生的統(tǒng)一時限。為模擬電網(wǎng)故障狀態(tài)，采用雪崩測試模擬大量遙信遙測信號。

結(jié)語

在實際應(yīng)用案例中，區(qū)域備自投系統(tǒng)能夠在電網(wǎng)故障失電數(shù)秒內(nèi)完成遙測遙信采集，迅速形成策略啟動自動控制，通過完整的遙控周期逐級送電，快速實現(xiàn)電網(wǎng)復(fù)電。系統(tǒng)性能指標(biāo)全部達(dá)到相應(yīng)的要求，表明該系統(tǒng)在地區(qū)電網(wǎng)快速復(fù)電中有著良好的適用性，可以起到預(yù)期的效果，保證了供電的可靠性。總而言之，在地區(qū)電網(wǎng)中，應(yīng)用基于EMS的區(qū)域備自投控制技術(shù)，是立足電網(wǎng)的具體情況，構(gòu)筑相應(yīng)的區(qū)域備自投系統(tǒng)，并從模擬環(huán)境和現(xiàn)場實際環(huán)境兩個方面對系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行測試，確保其狀態(tài)穩(wěn)定，效果良好。系統(tǒng)能夠有效提高鏈?zhǔn)浇泳€中長距離多站串供的電網(wǎng)方式的供電可靠性，彌補變電站就地備自投應(yīng)用的局限，為地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行提供良好的保障。

[1]林永昌．基于EMS的廣域備自投關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用[D]．華南理工大學(xué)，2012：11-24．

[2]張杰明，黃達(dá)文，潘嘉琪．區(qū)域備自投控制技術(shù)在地區(qū)電網(wǎng)EMS中的應(yīng)用[J]．廣東電力，2015，28（10）：47-52．

[3]劉育權(quán)，劉金生，董凱達(dá)．基于實時信息的區(qū)域備自投控制系統(tǒng)[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（17）：131-135．

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