舟山電網的安全穩定控制系統

倪秋龍，王強強，王 超，王 棟，陳海榮

（1.浙江電力調度通信中心，杭州 310007；2.國電南京自動化股份有限公司，南京 211100；3.舟山電力局，浙江 舟山 316000）

220 kV春曉-昌洲雙線投產后，舟山海島電網通過220 kV春曉-昌洲線路及兩回110 kV線路接入浙江主網。由于高低壓電磁環網的存在，220 kV線路跳閘后，負荷轉移將導致110 kV線路過載運行。

為了提高舟山電網220 kV和110 kV電磁環網運行方式下聯絡線的輸送能力，裝設220 kV舟山電網穩定控制系統（以下簡稱穩控系統）[1]。這一穩控系統需要考慮多種運行方式和擾動情況，為了快速、安全、可靠地實現穩定控制功能要求，采用了先進的組態式策略表實現方法和分布式穩控測試技術。

1 穩定問題分析

舟山區域主網接線見圖1，220 kV春曉-昌洲雙回線路為同塔架設線路，可能同時故障跳閘。為了避免220 kV線路跳閘時舟山孤網運行，110 kV線路不能開斷運行。

圖1 區域電網接線示意圖

采用220 kV/110 kV電磁環網運行方式，存在著不穩定問題。數字仿真計算結果表明，在高負荷時段，舟山電網潮流受入過載；而在低負荷時段，舟山電網潮流送出過載。在高峰負荷時，若220 kV兩線跳閘，舟山電網110 kV兩回線路將嚴重過載。在雙回110 kV線路解環運行情況下，還要考慮220 kV線路兩回跳閘時頻率不穩定問題[1]。

為了解決舟山電網與浙江主網在大功率交換情況下存在的不穩定問題，需在舟山電網裝設穩控系統，在春曉-昌洲雙線同時跳閘、110 kV聯絡線嚴重過負荷時，采取緊急控制措施快速消除過負荷，防止110 kV聯絡線路聯鎖跳閘。

2 穩控系統組成

穩控系統由SSC500系列安全穩定控制裝置及通信系統構成。調度端、主站、多個子站和執行站之間通過通道相聯，相互交換系統運行信息，傳遞控制命令，實現集中式或分布式控制[2]。

根據穩定控制方案要求和舟山電網現有電網技術條件，穩控系統采用主、子站的兩層結構。主站設置在昌洲220 kV變電站，子站設置在大豐、岑港110 kV變電站、舟山發電廠和其它切負荷子站，穩控系統的配置見圖2，3。

穩控系統采用雙套配置，A套和B套之間完全獨立運行，各自出口。兩套系統分別通過不同的通道聯接，一套采用專用光纖，另一套采用復用2M通道。

主站采用SSC510XA型安全穩定控制裝置，可接入24路模擬量和6路光纖通信接口。子站采用SSC510F型安全穩定控制裝置，可接入36路模擬量，2路光纖通信接口。各廠站通過GXC-200型通信接口裝置接入2M復用通道。

圖2 穩控系統A套配置

圖3 穩控系統B套配置

3 穩定控制功能

線路與主變過負荷分為兩類：事故過負荷與緩慢過負荷。緩慢過負荷是由負荷增長引起的，緩慢過負荷可以由調度員人工處置，事故過負荷是由線路、機組跳閘造成的。

舟山電網穩控系統只考慮事故過負荷情況，可能出現的過負荷有：

（1）220 kV平行線中一回線突然跳閘。

（2）電磁環網高壓側線路跳閘，潮流向低壓側轉移。

（3）突然失去大電源，引起潮流重新分布。

過負荷突變量啟動后，根據功率方向采取切機或切負荷措施。以下以昌洲變為例，介紹主站功能。

昌洲變主站裝置負責采集220 kV春曉-昌洲雙線信息、收集子站上傳信息，進行邏輯判斷、發出動作指令。

通過設置在昌洲變主站的線路檢修壓板來判斷線路投退狀態，即未投入檢修壓板則認為線路處于投運狀態。通過判斷線路投退方式來判斷當前舟山電網的運行方式；通過電氣量來判斷線路是否跳閘（采用無故障跳閘判據）。

當主站判斷220 kV春曉-昌洲雙線跳閘時，若過載切負荷，分5輪切除負荷（按延時分輪）；過載切機分1輪切機（按延時分輪）；低頻切負荷按故障前受入功率分5級切除負荷；高頻切機按故障前送出功率分3級切機。系統與主網解列時，在昌洲主站和舟山發電廠分別發出報警信號。

當曉昌4R19、曉洲4R20任一線有功功率超過告警定值，且延續時間超過告警時間定值時，昌洲主站裝置發出過功率告警，此時對已投入檢修壓板的線路電氣量不作判斷。

裝置根據檢修壓板投入方式進行正常方式及檢修方式的區分。裝置同時對所采集的線路電氣量進行判斷，當通過電氣量判斷的線路投入狀態與檢修壓板投入狀態不一致時，發出裝置電氣/檢修不一致告警信號。

4 穩控系統的控制策略表

穩控系統根據事故前電網運行方式及有關送電斷面的功率、發生故障的元件及故障類型，查找預先存放在裝置內的控制策略表。當查詢到滿足條件的策略時，執行對應的措施。

4.1 穩控策略表實現原理

通常穩控系統對離線策略表的處理方法和具體的工程緊密相關，一般而言對于一個不同的工程都要重新設計策略表的格式，編寫相應的輸入軟件和穩控裝置查詢程序，或將策略表邏輯直接編程到穩控裝置的查詢程序中。由于經常需要重新設計軟件，加大了穩控系統投入工程的開發周期和工作量[3]。

為了解決穩控系統開發方法上存在的不足，進行了以下研究工作：

（1）研究并提出了一種具有廣泛通用性的規范化策略表格式。

（2）基于規范化策略表格式，開發了用戶界面友好、功能強大的策略表輸入軟件。

（3）開發了模塊化強、功能穩定、易于擴展的安全穩定控制裝置。

4.2 穩控策略表格式

為了便于表達穩控策略，策略表采用樹形存儲結構。系統正常運行時，判斷系統接線方式和潮流方式，并切換至該運行方式下的控制策略分表；電網故障時，按故障前確定的運行方式查詢控制措施。

一條穩控策略描述為：在某種接線方式、潮流方式下出現某種擾動時，需要采取某種指定的控制措施。接線方式、潮流方式、擾動方式和控制措施為一條策略的4個策略元素。每種策略元素都由若干個相應的策略元素單元按邏輯“與”的關系組合而成。

接線方式：線路/主變/機組投退狀態，母聯開關位置。

潮流方式：線路/主變/斷面輸送功率，機組出力。

擾動方式：故障或頻率、電壓異常。

控制措施：各種功率控制、輪級控制、遠切控制。

4.3 策略表示例

舟山穩控系統考慮了正常運行方式和各種檢修運行方式。除了表1中所示正常方式和春曉-昌洲雙線檢修運行方式外，穩控系統還對220 kV春曉-昌洲雙線同停方式以及2回110聯網通道中的單線或兩線停電方式均設計了控制策略。

表1 策略表示例

根據穩定設計方案要求，制定穩定控制策略表，實現了近六百余條穩定控制策略。采用策略表輸入軟件編輯策略表，生成策略編碼，并下載到穩控系統中。

穩控系統的策略定值、控制策略和廠站之間實時交換的數據都采用組態式配置實現，可靠性高，易于修改和擴充功能。如過負荷的輪次，輸出的切負荷輪次命令，都可以根據現場要求進行配置，而不需要修改策略表結構和策略表查詢程序。各條控制策略之間還可以相互約束，以實現順序控制、互斥控制等復雜的應用要求。

5 穩控系統的測試技術

穩控系統涉及多個廠站，需要同時在昌洲變、大豐變、岑港變接入模擬量，如果采用傳統的保護測試方法，需要多臺保護測試儀進行試驗，對保護測試儀輸出還有同步要求。

5.1 傳統穩定測試方法

為了對穩控系統進行聯合測試，可通過測試程序或電力仿真軟件產生多數元件所需數值，向穩控系統以通信方式輸入數字量。

這種測試方式對穩控系統的AD（模擬信號轉換為數字信號的回路）采樣回路及濾波算法沒有辦法完全驗證，在測試結束后還需要換上真正的運行程序。顯然測試程序與真正的運行程序CRC（循環冗余）校驗碼是不一樣的，這樣也不利于用戶的程序版本管理。

5.2 分布式測試系統

該測試系統包含運行于PC機（個人計算機）的測試控制軟件、交換機以及若干臺SSC510T多功能測試裝置構成，如圖4所示。測試控制軟件通過以太網統一管理多個測試裝置。測試裝置通過交換機可以靈活擴展，滿足不通規模的穩控工程的需求。

圖4 分布式穩控測試系統結構圖

測試控制軟件具有遞變、狀態序列、模擬常見故障等繼電保護測試儀軟件常用的功能，特別是狀態序列非常適合于穩控策略表的驗證過程。

采用此測試系統，在短短2天內完成了工廠試驗工作。現場調試階段在5天內完成了570多條控制策略表驗證工作。

6 穩控系統的可靠性設計

穩控系統需要集中切除大量負荷或遠切機組，因此對穩控系統的可靠性要求很高。為提高穩控系統的可靠性，采取了以下措施：

（1）系統采用雙套設計，避免一套故障退出運行時，穩定控制功能失效。

（2）過負荷增加突變量啟動元件，對于負荷增長造成的緩變型過載，穩控系統不會啟動，可以避免誤動。

（3）當舟山電網與系統解列運行時，切負荷按解列前輸電斷面功率進行選切，同時還要結合頻率異常（低頻或高頻元件）判斷，防止誤動。

（4）主站與子站之間交換的命令采用光纖通道，并且第1套系統和第2套系統分別采用專用通道和復用通道，避免在通道出現故障時穩定控制功能失效。

（5）主站與子站之間交換的命令采用三幀確認，能夠有效避免誤動。

7 結語

舟山電網安全穩定控制系統是舟山-大陸聯網工程的重要組成部分，系統采用國內領先的通用化組態式開發方式以及分布式穩控測試系統技術。在舟山加快推進群島新區建設、地區用電負荷快速增長的背景下，該系統應用后將充分發揮220 kV聯網線路的輸電能力，為舟山海洋經濟的發展提供安全穩定的電力發揮重要作用。

[1]吳一峰，吳國忠.220 kV交流聯網線投運后舟山電網安全穩定控制系統研究[J].機電工程，2010，27（11）:119-122.

[2]倪秋龍，陸春良，葉琳.湖州電網安全穩定控制系統的研究[J].浙江電力，2009，28（1）:31-34.

[3]倪秋龍，陸春良，戴彥.浙江電網安全穩定措施回顧與展望[J].浙江電力，2005，33（3）:31-34.