淺談電力物聯網在穩定控制領域中的應用

南京國電南自電網自動化有限公司 孫 丹

電力物聯網旨在電力系統所有環節互聯，所有業務一條線，所有數據采集同源，所有設備可監控，所有信息可共享，能夠借助大平臺對大數據批量處理并加以應用，以期電力系統形成可控、可觀、可用的多維視角下的物聯網。安全穩定控制系統作為電力系統第二道防線，是保證電力系統安全穩定運行的重要組成部分，在電力物聯網信息共享背景下，穩控系統以外的其他系統聯網數據均可應用于穩控系統，以此來提高穩定控制水平。

1 基于PMU 采集的在線實時穩控決策系統

在線實時穩控決策系統可從穩控裝置或SCADA 獲取電網的運行狀態數據，但在電網實際運行中，由于通常穩控裝置布點較少，或者SCADA/EMS 系統數據測量周期為秒級且不帶時標等，導致在線實時穩控決策系統在推廣時存在數據來源受限的問題。隨著電力物聯網的推進，借用同步相量測量裝置PMU 布點多、采樣精度高且帶時標的特點，可將各個廠站的PMU 通過調度數據網接入到在線實時穩控決策系統中。基于PMU 數據采集在線實時穩控決策系統具體工作過程如下：

PMU 將采樣精度高且帶時標的電網各個節點的實時運行數據通過調度數據網上送到在線實時穩控決策系統；在線實時穩控決策系統處理從PMU 獲得電網運行數據，在一定的時間間隔下進行電網的狀態估計；電網的故障判別仍由現場的穩控裝置來進行，穩控裝置實時判別出有故障時，將故障信息上送至在線實時穩控決策系統。

在線實時穩控決策系統優先處理電網的故障信息，若是在狀態估計時刻接收到元件的故障信息，則需停止狀態估計，并根據最近一次狀態估計結果，進行該運行方式下故障的超實時仿真分析；在線實時穩控決策系統若預測到電網可能會失穩的情況，需給出具體的、確定的、優化的穩定控制措施；穩控措施的執行仍由現場的穩控裝置來實現，在線實時穩控決策系統最后需要將計算得到的安全穩定控制措施發送到現場的穩控裝置來執行。

2 在線實時定值整定

在穩控系統元件熱穩定值整定過程中，需根據春夏秋冬平均氣溫進行季節調整，元件包括架空線路、電纜、變壓器等。以新疆北疆為例，根據北疆氣侯特點，夏季（每年4月16日至10月14日）平均氣溫按25℃考慮，冬季（每年10月15日至次年4月15日）平均氣溫按10℃考慮。架空線路額定電流的取值均是在相應溫度下的元件允許最大持續電流。元件過負荷告警電流、過負荷動作電流和過負荷動作功率均是在相應溫度額定電流的基礎上計算獲取。然而實際情況下氣溫是一個動態變化的量，隨季節、天氣、早晚可能隨時變化，根據季節平均氣溫進行調整的方法存在局限性。

在電力物聯網背景下，穩控系統可進行元件熱穩定值的在線實時整定。通過元件測溫傳感器獲取氣溫實時信息，并傳送至穩控集中管理系統，穩控集中管理系統定周期地（如每半小時一次）計算元件額定電流和過載定值，通過穩控集中管理系統自動更新現場穩控裝置定值。通過對穩控元件過載定值的實時整定，可在穩控動作時減少切負荷量或切機組量，提高設備利用率。

穩控系統在線實時定值整定方法如下：元件光纖溫度傳感器用于采集元件表面溫度，并將溫度信息上送給安裝于本站的穩控主站、子站或執行站；氣象環境檢測儀用于采集氣象實時信息，并將氣象信息上送給本站的穩控主站、子站或執行站；穩控子站或執行站將元件表面溫度和氣象實時信息上送給穩控集中管理系統；穩控集中管理系統定周期的選取元件兩側采集的較低溫度，根據摩爾根公式計算元件載流量，根據載流量計算過負荷控制熱穩定值；穩控集中管理系統自動找到包含元件過載定值所對應的穩控裝置、邏輯設備、區號，上傳定值清單，根據事先確定的清單位置，用計算得到的過負荷控制熱穩定值替換，形成新的定值清單、下裝到穩控主站、子站或執行站。

3 電源側減出力控制、時間同步裝置與穩控系統現場測試聯調

穩控系統針對不同類型的故障，采取切機、切負荷、局部解列、快速減出力等控制措施。在實際工程中切機、切負荷最常用，而快速減機組出力控制主要是針對送端電網的線路或主變等元件過載的熱穩定問題。當元件過載量不是很大時，通過穩控裝置對機組進行減出力控制措施來代替直接切機措施，從而減小控制代價和成本，并減少對發電設備的損傷。

對具有大機組、大負荷、小網的電網，系統內單機、單負荷容量占比較大，系統旋轉備用不足，整體運行情況惡劣，對穩控系統較依賴。機組或負荷跳閘引起的頻率問題突出，系統可切機組或負荷的顆粒度較大，切機、切負荷時對應的功率不平衡量較大，過切或欠切嚴重。單一切機、切負荷措施較難滿足安全穩定運行的要求，不能很好的發揮第二道防線的作用。對機組一次調頻性能良好的電網，通過穩控系統與機組DEH 通信，機組具體可調量由DEH 發送給穩控系統。在網內發生機組或負荷跳閘后，通過快速減機組出力，解決切機或切負荷后功率不平衡量較大造成的頻率穩定問題。

3.1 穩控系統與DEH 系統接口方案

考慮穩控雙套系統分別接收每臺機組DEH 系統的可下調功率量信號，穩控考慮采用4～20mA 信號接收該信號，但系統的調頻能力需要在DEH 系統給出的容量基礎上乘以保守系數（如：假若保守系數是0.9，DEH 發給穩控系統表示有8%的可調整量，則穩控系統認為的可調整量為8%×0.9=7.2%）；穩控設置切機過切門檻值，切機控制措施先按照最優切原則尋找，若找到的是欠切機組、或過切且小于過切門檻值機組則執行該切機命令；若找到的是過切且大于過切門檻值機組則不予執行該措施，而是按照最優欠切原則再重新尋優切除相應的機組。

穩控系統下發下調機組出力命令給DEH 系統，考慮采用開關量分檔考慮。如：對于大容量機組每檔按照占機組1%容量來設計，對于小容量機組每檔按照占機組2%容量來設計；考慮十分鐘Tset1，將前面信息清掉。一個整組內，第一次使用的調頻能力按照定值考慮，第二次調頻時則需要將第一次調頻量累加后的總量發給DEH 系統；穩控下發降機組出力命令，下調量分配原則按照每臺機組可調量的一定比例，分給每臺機組；按照分檔原則，裝置的一個啟動周期內（5s），后續需要切除已下調出力的機組，該機組切除的量由裝置修正。

隨著新能源快速調節能力的提高和儲能全投全放模式的應用，也可將新能源設定運行點和儲能設定運行點接入穩控系統。根據穩控需要對新能源、儲能設定運行點進行快速控制。

3.2 時間同步裝置與穩控系統現場測試聯調

由于現場的穩控系統通常分布在不同的廠站，穩控系統現場聯調涉及的穩控設備較多、地理位置分散且距離相對較遠，使得穩控系統的現場試驗聯調工作在很大程度上依賴于現場調試人員的遠程通話，測試效率低。在電力物聯網背景下將時間同步裝置應用于穩控系統，可解決穩控系統因為所涉及設備較多、地理位置分散造成的測試問題，實現系統級的現場聯合測試。

現場聯調具體的方法如下：利用時間同步裝置將分布在不同廠站的系統測試儀和所有的現場穩控裝置置于統一的時標之下；將位于不同分布位置測試人員將系統測試儀根據預先設定的電氣量或開關量信息進行同步輸出；針對不同的測試內容，由測試人員采用系統測試儀模擬不同的故障類型并輸出；現場的穩控系統根據既定的控制策略判別故障動作并出口；最后由位于穩控主站或調度主站的測試人員，通過穩控集中管理系統查看全網的穩控動作情況，判斷安全穩定控制系統動作的正確與否，實現系統級的現場聯合測試。