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.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

目前在不同電壓等級電網(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)運行。當(dāng)其中一端電源側(cè)主變、母線或線路故障跳閘時，有可能導(dǎo)致多個變電站全站失壓，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)點站主供線路，合上備用電源開關(guān)，挽救開環(huán)點一個廠站的負(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)域和時間，一次性恢復(fù)多個失壓廠站的供電，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)域備自投將會自動閉鎖〔2〕，此時系統(tǒng)發(fā)生故障，開環(huán)點廠站的負(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，如果系統(tǒng)發(fā)生故障可以繼續(xù)通過站域備自投的動作挽救開環(huán)點廠站的負(fù)荷。但在區(qū)域控制系統(tǒng)中如何實現(xiàn)區(qū)域備自投與站域備自投之間的協(xié)調(diào)控制是一個技術(shù)難點。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，實現(xiàn)區(qū)域備自投與站域備自投之間的自動協(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系統(tǒng)，不僅可實現(xiàn)傳統(tǒng)穩(wěn)控系統(tǒng)的功能，也可實現(xiàn)區(qū)域備自投與站域備自投功能。正常情況下設(shè)置一個區(qū)域控制主站，若干個站域控制子站。區(qū)域控制主站接收各個子站上送的信息，在區(qū)域范圍內(nèi)對電網(wǎng)運行信息進(jìn)行采集和處理，根據(jù)既定的控制策略，對整個區(qū)域電網(wǎng)的負(fù)荷、潮流進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，通過對站域控制子站下發(fā)控制命令，完成整個區(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，發(fā)送主站所需的本站信息，接收主站的控制命令后對站域范圍內(nèi)的設(shè)備實施控制〔2－3〕。其系統(tǒng)框架如圖1所示，整個系統(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，區(qū)域備自投與站域備自投之間的動作行為配合關(guān)系應(yīng)自動采用主輔模式，即在系統(tǒng)故障造成一個或多個變電站失壓時，優(yōu)先考慮區(qū)域備自投動作，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)域備自投在動作過程中失敗時，則由站域備自投動作恢復(fù)開環(huán)點廠站的供電，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、高電壓等級與低電壓等級備自投之間的協(xié)調(diào)控制，主要通過時間上進(jìn)行配合，相互之間設(shè)置一個時間級差ΔT，但在實際應(yīng)用中主要存在以下幾個問題:

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作條件時，站域備自投的動作時間不變，固定比區(qū)域備自投動作延長一個時間級差，如區(qū)域備自投動作時間為T，則站域備自投任何情況下的動作時間均為T＋ΔT，無法在區(qū)域備自投閉鎖時不經(jīng)時間級差快速恢復(fù)開環(huán)點的供電；

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

3)在實際應(yīng)用中還發(fā)現(xiàn)，不同廠家或不同型號備自投之間在備自投啟動到隔離故障的等待延時期間，由于延時計數(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〕，延時期間出現(xiàn)短時電壓不滿足無壓的條件；如果區(qū)域備自投或高電壓等級備自投延時計數(shù)器歸零，滿足無壓條件后重新計時，而站域備自投或低電壓等級備自投計數(shù)器保持不變，待滿足無壓條件后繼續(xù)計時，從而會導(dǎo)致站域備自投比區(qū)域備自投先動〔5〕，低電壓等級備自投比高電壓等級備自投先動的情況，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，自動提高站域備自投的動作速度，其動作時間設(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)點位于2號變電站的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點發(fā)生永久性故障時，區(qū)域備自投與2號變電站的站域備自投均滿足啟動條件啟動，區(qū)域備自投在啟動后立刻向2號變電站的站域備自投持續(xù)下發(fā) “暫停”命令，并執(zhí)行后續(xù)區(qū)域備自投隔離故障跳1號變電站122開關(guān)的邏輯；而2號變電站站域備自投在隔離故障延時到達(dá)時，由于一直收到區(qū)域備自投下發(fā)的 “暫停”命令，禁止站域備自投隔離故障跳2號變電站的124開關(guān)。如果區(qū)域備自投后續(xù)動作失敗時，區(qū)域備自投則停止下發(fā) “暫停”命令，2號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)站域備自投動作邏輯，恢復(fù)開環(huán)點2號變電站的供電，此時1號變電站失壓；如果區(qū)域備自投跳1號變電站122開關(guān)隔離故障成功，且后續(xù)合開環(huán)點2號變電站125開關(guān)成功恢復(fù)1號變電站與2號變電站的供電，則區(qū)域備自投立刻向2號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時，則不向2號變電站站域備自投下發(fā)任何命令，2號變電站站域備自投直接動作恢復(fù)2號變電站的供電。實現(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 “暫停”信號。因此在系統(tǒng)發(fā)生永久性故障時，區(qū)域備自投啟動應(yīng)不晚于站域備自投啟動。站域備自投啟動邏輯傳統(tǒng)主要做法是同時滿足以下兩個條件即可啟動〔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鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)的全部信息，可以準(zhǔn)確快速定位故障點，因此區(qū)域備自投啟動主要依靠故障定位成功即啟動，其故障定位滿足以下任意一個條件即可以確認(rèn)系統(tǒng)故障點，以圖2為例:①電源1與電源2之間出現(xiàn)線路運行開關(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)首個失壓站前發(fā)生故障。

以上兩個故障定位條件，如果均滿足時，則以離開環(huán)點近的故障點作為最終故障點。與站域備自投啟動比較，一般情況下條件①快于站域備自投的啟動條件；條件②與站域備自投的啟動條件類似，理論上應(yīng)同時啟動。另外實際工程應(yīng)用區(qū)域備自投與站域備自投從啟動到隔離故障過程中都設(shè)有故障隔離延時定值，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 “暫停”信號，從而準(zhǔn)確實現(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

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)化后的主要特點是無需人為整定區(qū)域備自投與站域備自投之間的時間級差，其優(yōu)點主要有:

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

2)無需考慮不同廠家故障隔離延時計數(shù)器的處理差異，提高了不同廠家或不同型號設(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，但如何驗證其策略正確性的試驗手段有限。目前主要是根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)搭建RTDS系統(tǒng)模型RTDS試驗或者利用電網(wǎng)進(jìn)行傳統(tǒng)試驗驗證，這兩種試驗方法試驗效率均低，且傳統(tǒng)的實驗方法電網(wǎng)風(fēng)險大。下階段將就如何提高試驗效率及規(guī)避電網(wǎng)風(fēng)險，與相關(guān)廠家進(jìn)行研究。

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