湖南電網安全穩定控制系統現狀分析

王優優， 朱維鈞， 梁文武， 吳晉波

(1. 長沙民政職業技術學院， 湖南 長沙410004；2. 國網湖南省電力有限公司電力科學研究院， 湖南 長沙410007)

0 引言

隨著我國堅強智能電網建設快速推進, 國家電網有限公司(以下簡稱國網) 高度重視提升電網二次系統技術水平, 作為第一道防線的繼電保護的標準化工作已于2013 年完成, 其他兩道防線的電網安全自動裝置(尤其是電網安全穩定控制裝置)的整治工作也被列入國網國家電力調控中心( 以下簡稱國調) 的重點工作。 國調近5 年共組織召開了10 余次電網安全自動裝置( 簡稱: 安自裝置) 標準化工作會議, 發布了《 電網安全自動裝置標準化設計規范》 《電網安全自動裝置檢驗規范》 《電網安全自動裝置信息規范》 和《電網安全穩定控制裝置專業檢測管理辦法》 等一攬子管理規定和技術標準, 明確了穩控裝置管轄職責、 適用范圍、 標準化設計、 檢驗檢測、 規約信息等5 個方面的頂層要求, 此舉旨在進一步規范安自裝置的全過程專業管理, 同時也將標志著電網安全穩定控制裝置(簡稱: 穩控裝置) 的工作重點不僅僅停留在穩定策略的正確性上, 而是向裝置管理進行延伸, 以確保各項管理思路、 穩定策略、 技術要求可以得以精準執行。

1 穩控系統的定義

1.1 穩控裝置的定義

穩控裝置是指, 為保證電力系統在遇到大擾動時的穩定性而在電廠或變電站內裝設的控制設備,實現切機、 切負荷、 快速減出力、 直流功率緊急提升或回降等功能, 是保持電力系統安全穩定運行第二道防線的重要設施。 穩控裝置可分為控制主站和執行子站等類型, 站間通信方式一般采用數字報文的形式傳遞運行信息及控制策略。

1.2 安全穩定控制系統的定義

安全穩定控制系統( 以下簡稱穩控系統) 是指, 采用穩控裝置及切機、 切負荷、 斷開聯絡線等緊急控制措施, 確保電網在發生概率較低的嚴重故障時能繼續保持穩定運行。 一般由兩個及以上廠站的穩控裝置通過通信設備聯絡構成執行緊急控制措施的系統, 實現區域或更大范圍電力系統的安全穩定控制。 穩控系統是保證電網安全穩定運行的重要系統, 屬于防止電網穩定破壞和大面積停電事故的第二道防線。

2 湖南電網穩控系統現狀

目前湖南電網穩控系統的控制策略采用離線決策方式確定, 即事先對電網各種預想的運行方式下預定事故進行人工分析計算, 以確定穩控系統的控制策略并形成策略表, 該控制策略以策略表形式固化在穩控裝置的軟件中。 穩控裝置根據當前系統的運行方式和故障情況進行檢測判斷, 在策略表中查詢后執行相應的控制措施。 然而, 離線決策方式并不能適應電網所有的運行情況。 如今發展方向是一種控制策略實現方式——在線決策方式, 即由穩控系統自動對當前電網的運行方式和故障情況進行分析計算, 以形成控制策略, 然后通過通信手段實時將策略表下發到穩控裝置主站或子站中, 由其在線、 實時、 快速地執行控制策略[1-14]。

隨著500 kV 電網的飛速發展, 湖南電網已經形成了以500 kV 變電站為中心的智能型區域性綜合安全穩定控制系統, 在運的穩控系統有18 個,其中有9 個系統主站設置于主網變電站側, 分別是祁韶直流穩控、 鄂湘聯絡線穩控、 湘中內部斷面穩控、 岳陽電力外送穩控、 湘西南外送穩控、 蘇耽變穩控、 零陽變穩控、 向陽變穩控、 胡家坪變穩控,其余9 個系統設置于電廠, 分別是五強溪電廠穩控、 金竹山B 廠穩控、 柘溪電廠穩控、 鳳灘電廠穩控、 東江電廠穩控、 大唐石門電廠穩控、 耒陽電廠穩控、 凌津灘電廠穩控和江埡電廠穩控。

湖南電網的穩控系統先后經歷過多期建設, 穩控裝置配置種類眾多、 廠家品牌林立, 部分裝置老化嚴重, 整個穩控系統的建設缺乏統一的整體規劃, 既不利于集中管理, 也越來越難以滿足大運行體系在線監測分析、 調控一體化和精益化管理的要求。 對照引言所述的技術要求, 存在很多問題。

1) 裝置標準化差。 裝置在功能配置、 硬件接口、 上送信息及技術原則等方面的標準化程度較低。 裝置硬件種類多達11 個, 各變電站的穩控裝置軟件、 硬件均為定制版本, 不同廠家裝置、 同廠家不同型號裝置、 同廠家不同時期同型號裝置的在功能配置、 組網方式、 通道類型、 策略表格式、 上送信息(動作信息、 告警信息、 變位信息) 等方面均不統一、 不規范。

2) 管理體系不夠健全和規范。 入網測試和管理方面, 未嚴格按照公司要求對新、 改、 擴建工程及策略發生變化后投入運行的穩控系統進行RTDS數模仿真驗證, 未做到產品統一檢測, 統一發布。

3) 系統建設缺乏規劃。 穩控裝置執行站用于解決某一特定安穩問題而獨立配置, 部分變電站中存在多套執行站, 裝置并行運行, 造成系統復雜、資源浪費、 運維成本上升等問題。

4) 微機化率、 光纖化率低。 單繼電器型裝置、 載波通道的仍然存在一定比率, 分別為7. 69%和6. 56%, 與其建立聯系的穩控主站、 子站無法實時監視通道狀況、 裝置信息, 只能進行“盲運行”。

5) 老舊設備占比高。 有7 臺裝置運行年限超過10 年, 占10. 77%, 存在一定的安全隱患, 應制定計劃予以更換。

3 穩控集中監控系統建設

信息是分析和決策的基礎。 為了充分利用穩控裝置采集到的電網故障、 裝置運行信息, 更好地為系統運行服務, 實現穩控裝置管理由離線向在線進行轉變是必然趨勢[2]。

穩控集中監控系統通過調度數據網采集廠站端穩控裝置的運行信息, 實現穩控信息的集中監測及應用分析功能, 通過D5000 系統獲取電網實時運行數據, 利用ADPSS 仿真系統實現穩控策略的動態校核及優化。 監控系統的采集結構如圖1 所示,廠站端穩控裝置采集的信息主要包括:

1) 狀態量, 包括裝置投退狀態、 裝置閉鎖信號、 壓板狀態等開關量和當前運行方式等數字量；

2) 模擬量, 穩控裝置統計的可切負荷量、 可切機組量、 直流最大可提升量和最大可回降量；

3) 總動作信號, 穩控裝置總動作信號采用告警直傳進行上送, 告警級別為事故；

4) 裝置異常發生和消失告警, 采用告警直傳進行上送, 異常發生告警級別為異常, 異常消失告警級別為告知；

5) 定值和策略表描述文件, 包括穩控裝置的定值和策略表, 文件格式符合《電力系統方式描述語言規范》；

6) 錄波數據文件, 包括裝置啟動和動作時生成的COMTRADE 標準格式文件。

圖1 穩控集中監控系統采集原理

功能可包括穩控裝置數據信息處理、 運行監視、 裝置錄波召喚與顯示、 定值與策略表召喚與顯示、 當值策略控制量不足告警、 基于ADPSS 和實時電網運行數據的策略動態校核及優化調整等高級應用功能。

1) 數據信息處理功能。 接收穩控裝置上送的壓板狀態、 允切狀態、 可控量、 當前運行方式、 通道狀態、 異常告警、 動作等信息[3]； 根據多個穩控裝置的動作和異常狀態匯總統計穩控站點和穩控系統的動作和異常狀態； 根據穩控系統中各個穩控裝置的投退狀態、 閉鎖狀態和裝置間的通道狀態統計穩控系統的投退狀態。

2) 運行信息監視功能。 結合穩控裝置的地理分布圖和通道聯系圖, 實時顯示裝置運行/ 退出、是否有異常、 是否有動作等運行狀態； 監視壓板投退狀態、 元件允切狀態、 可切負荷量、 可切機組量、 直流最大可提升量和最大可回降量等信息； 監視穩控裝置的當前運行方式。

3) 事件告警監視功能。 利用調度端的告警窗顯示穩控裝置的動作報告、 異常告警事件； 按照廠站、 裝置、 開始時間和結束時間組合查詢穩控裝置各類異常和動作等事件的歷史信息。

4) 錄波召喚與顯示功能。 手工召喚錄波列表文件、 錄波數據文件； 根據接收到的穩控裝置總動作信號動作的告警消息自動召喚穩控裝置最近發生的動作錄波文件[4]； 根據穩控裝置上送的故障錄波數據繪制曲線圖, 并能進行通道顯示的選擇、 波形的放大和縮小。

5) 定值與策略表召喚與顯示功能。 手工召喚裝置的定值和策略表描述文件； 按文本或表格方式顯示從裝置召喚的定值和策略表描述文件。

6) 當值控制策略在線識別。 根據電網的當前運行方式數據和穩控裝置的運行信息以及策略表文件, 判斷在當前電網運行工況下是否滿足穩控模型空間內的故障約束、 方式約束和潮流約束等約束條件, 如果滿足條件, 則進行預想故障下的控制策略、 執行策略和控制措施的解析、 進行控制量的分配, 直到獲取所有滿足控制要求的控制措施。

7) 當值策略控制量不足告警功能。 根據在當前電網運行工況下識別出的穩控當值策略結果, 將當值策略中各個預想故障的需控制量與穩控裝置實際可控制量進行比較, 若控制量不足(即當值策略的需控制量大于實際可控制量) 則給出告警。

8) 策略動態校核及優化調整功能。 在當值策略不滿足運行方式的要求時, 應根據仿真計算的結果動態調整優化穩控策略, 并將新生成的策略發給穩控系統集中監控平臺, 并具備遠方下發到裝置執行的能力。 由于該功能涉及到裝置的遠程控制, 影響較大, 不僅需要嚴格的審批流程, 也需要技術上的保障。 因此, 就實際應用來說可以考慮先具備技術條件實現功能[5]。

4 對比分析穩控集中監控系統的三種建設方式

1) 基于D5000 系統平臺在線實現。 穩控裝置的信息采集、 在線策略的校核及優化、 策略的下發執行均在D5000 系統中實現。 該方式的優點是裝置信息及D5000 系統中的電網實時數據采集、 策略下發和控制渠道較為方便； 缺點是目前D5000系統中尚沒有集成ADPSS 仿真系統的功能, 需公司統一將該功能在D5000 系統部署后方可實現。

2) 另建獨立系統離線實現。 將系統部署在調度數據網的Ⅲ區, 通過數據中心將穩控裝置信息及D5000 系統的電網實時數據轉發到電網數據中心,與ADPSS 系統接口, 全部功能在電網數據中心實現, 最終將告警信息及策略優化信息離線推送至調控中心的業務平臺。 其優點是與ADPSS 仿真系統接口較為容易, 缺點是數據采集存在較大延時, 而且校核后的結果無法實現自動閉環。

3) 保留監測功能基于D5000 系統平臺實現。將D5000 相關數據通過數據中心轉發到電網數據中心的ADPSS 系統進行策略的校核和優化, 監測系統預留與ADPSS 系統的接口, 用于將策略的校核結果推送到D5000 監測模塊, 再執行策略的下發執行。 這種方式優點是僅需考慮D5000 系統平臺及ADPSS 仿真系統的現有條件, 比較容易實現。但涉及多個系統、 環節, 交互存在壁壘, 且電網數據中心只能部署在安全Ⅲ區, 而穩控監測系統功能部署在Ⅱ區, 需要具備反向的數據接口。

綜合來看, 當資金充裕時可以考慮方式1, 整體統籌建設, 可以較徹底解決問題； 若在D5000系統統一建設大環境下, 無法取得政策支持可以考慮方式2； 當資金費用無法達到預期是方式3 可以作為較好的選擇。

5 結語

國網穩控專業的工作重點由 “ 重策略” 向“抓執行” 發生了轉變, 本文從策略計算、 控制方式、 結構部署、 存在問題等內容詳細分析了湖南電網穩控系統的現狀, 提出并綜合對比三種安全穩定控制集中監控系統建設思路, 用于實現變電站穩控運行狀態的在線監視、 控制和集中管理。 但無論哪種解決方案, 在信息集中監測、 策略校核優化、 策略在線下發等方面均存在技術難題, 此外, 還需投入較大人力、 財力和物力, 后續可以采取“ 統一規劃、 分步實施” 方式, 用3 ～5 年時間滾動予以完成。