基于PMU的電網振蕩監控系統的應用

肖 臻

（廣西電網有限責任公司百色供電局，廣西 百色 533000）

0 引 言

隨著電力改革的進一步深化，區域電網給主電網帶來諸多新問題，如弱聯系的電網區域間的低頻振蕩。區域電網屬于典型的“大機小網大負荷”，網架結構薄弱，同塔雙回路輻射型網架結構，電壓、頻率穩定性差。在電網弱聯系狀態下運行，區域電網負荷波動極易失去穩定。區域電網與主電網聯系如圖1所示。

傳統電力系統的數據采集及監控系統（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）側重于對穩態監測，對動態過程無法有效監測。PMU能夠獲得同一時間下大型互聯電力系統中的穩態信息和動態信息，為電力系統區間動態監視、分析并決策提供數據基礎，在電力系統振蕩分析及抑制方面有廣闊的前景[1]。本文通過電網振蕩監控系統對基于PMU的電網振蕩監控系統的構成進行綜述，結合電網振蕩監控系統應用情況，分析提出下一步的改進方向。

1 系統概述

1.1 PMU原理

PMU是一種多功能信號采集系統，能實時測量相角、電壓和電流，進行功率的實時計算。其中相角測量是PMU技術關鍵，1 ms時間誤差會帶來18°工頻相角誤差，GPS信號與國際標準時間同步誤差小于1μs，可以滿足相位測量精度要求[1]。相角是反映系統穩定性重要狀態量，同步發電機并網運行后的功角用來觀察和判斷該機組和電力系統并列運行穩定性。因此，準確實時地測量相角對系統穩控非常重要。

1.2 系統配置

電網振蕩監控系統（如圖2所示）主要包括：調度主站、變電站子站；主站包括數據采集及處理服務器、工作站；子站包括PMU裝置和穩控裝置（失步解列裝置）。

主站主要實現區域電網與主網間的功率波動檢測、區域電網與主網聯絡線的低頻振蕩檢測。主站判斷功率波動或低頻振蕩后通過PMU裝置向子站穩控裝置（失步解列裝置）發送裝置總PMU動作信號1（主站dP動作信號）和對應線路的PMU動作信號2（主站df動作信號）；PMU自身裝置包含線路低頻振蕩檢測功能，判為低頻振蕩后向穩控裝置（失步解列裝置）發送對應線路的PMU動作信號2，作為主站低頻振蕩判別模塊的后備；穩控裝置（失步解列裝置）主要用于系統的出口執行。

2 系統應用

2.1 系統邏輯

電網振蕩監控系統主站分為4個功能檢測模塊：功率偏移檢測模塊、頻率偏移檢測模塊、弱阻尼模態密度法模塊、在線Prony分析法模塊。根據出口邏輯需求，目前系統發送跳閘出口的有以下3種情況：

（1）主站檢測線路有功偏移量之和（ΔP總）超過閥值70 MW，則發告警和跳閘出口命令；

（2）在線Prony分析法檢測到如老區站老六城106線阻尼比小于0.03，能占比大于0.4，發主站告警。在滿足此條件基礎上，若弱阻尼模態密度法檢測到老六城線連續8組以上弱阻尼模態占比超過閥值或者頻率偏移檢測到老六城線有新的振蕩模式，則發告警和跳閘出口命令；

（3）在線Prony分析法檢測到如老六城線阻尼比小于0.01，能占比大于0.4，則發告警和跳閘出口命令。

子站失步解列裝置在接收主站系統的跳閘命令后，須經本地功率突變或本地瞬時功率防誤判據后出口跳閘。

當系統監測到沙坡站的112線、110線、108線、106線和老區站的老六城106線總功率突變量ΔP總大于主站總功率突變定值ΔP定值或者振蕩檢測主站低頻振蕩偏移Δf啟動，同時站端穩控裝置（失步解列裝置）檢測到有聯絡線功率突變ΔP本地啟動信號，站端穩控裝置（失步解列裝置）可啟動跳閘功能，跳開站端聯絡線開關；各聯絡線電流達到啟動定值也能啟動穩控裝置（失步解列裝置）的跳閘功能，跳開站端聯絡線開關，實現解列。穩控裝置（失步解列裝置）動作邏輯如圖3所示。

2.2 系統運行情況

電網振蕩監控系統于2016年1月完成系統聯調后，開始投入試運行，按經驗值將主站ΔP設為40 MW，設置依據區域電網內最大單機容量（24 MW）的1.5倍，考慮一定的裕度，老區站失步解列裝置作為本地判據有功偏移量設為25 MW，考慮略高于老六城線接入的最大單機容量。三次對主站系統程序進行更新設置，修改系統模式頻率偏差閥值，修正系統的有功偏移計算方法，消除了電磁合環引起的誤告警；將老區站失步解列裝置有功偏移展寬時間由1 s調整為20 s，確保主站告警信號與老區子站失步解列裝置同步動作；根據系統運行監測到原有主站ΔP總動作值偏低，不能可靠躲過非區域電網原因造成的功率突變，將振蕩監控系統主站ΔP由40 MW調整為70 MW。

2017年2月23日，百礦電廠#1 發電機組由FCB運行模式同期并網產生大擾動，主電網與區域電網聯絡線老六城線負荷倒送17 MW，百礦鋁廠相繼快速投入6臺整流變，持續勵磁涌流擾動誘發振蕩(如圖4所示）。調度通過電網振蕩監控系統監測到有功最大突變量299 MW，發現低頻振蕩并下令區域電網立即采取措施抑制振蕩，相繼投運了兩臺空氣壓縮機后產生的較大無功需求，振蕩很快消失。

2.3 系統問題及應對措施

電網振蕩監控系統是采用微擾動振蕩模式偏移識別新技術，輔以聯絡線功率prony分析功能，判斷為負阻尼或弱阻尼并且功率振蕩幅值達到定值時，通過PMU發令給解列裝置出口。在監控不明機組并網方面發揮了重要作用，但在電解鋁陽極效應、500 kV線路發生短路故障時均存在誤動的可能。一旦裝置誤動造成聯絡線跳閘，損失負荷將超過5×105kW，達到較大電力安全事故。因此僅依靠振蕩監控系統實施關口跳閘，并不十分嚴謹，需要在區域電網、主電網增設同步和異步振蕩解列裝置快速隔離振蕩源，在明確解列邊界條件下完善電網解列策略，以確保電網的安全穩定運行。

4 結 論

基于PMU的電網振蕩監控系統自試運行以來，對區域電網引起的異常情況均能有效監測，為調度員判斷電網振蕩提供了有利工具，有序應對了區域電網的多起事故事件，有效保障了主電網用電安全，對保障社會穩定發展起到了積極作用，體現了良好的社會效益。