負(fù)荷轉(zhuǎn)供在線輔助決策系統(tǒng)在大型電網(wǎng)中的應(yīng)用

潘凱巖 劉仲堯

（東方電子股份有限公司，山東 煙臺 264000）

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營的深入開展，電力系統(tǒng)的調(diào)度和控制變得越來越復(fù)雜。尤其是在電網(wǎng)發(fā)生故障時，大量的遙測、遙信及保護(hù)信號信息往往使調(diào)度員難以在短時間內(nèi)做出正確及時的處理。保證供電可靠性的重要手段之一是在變電站內(nèi)配置備自投裝置[1]，但在一些特殊情況下如由于站內(nèi)備自投裝置不能正常動作或針對串供運(yùn)行模式即使站內(nèi)備自投裝置動作依然會出現(xiàn)設(shè)備失電的情況[2],本文針對電網(wǎng)中的故障情況給出通用的判斷規(guī)則并針對定位出的故障設(shè)備分析其影響范圍，給出最終的負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案。

針對電網(wǎng)中出現(xiàn)的設(shè)備過載情況，文獻(xiàn)[3]提出通過改變發(fā)電機(jī)有功出力、及調(diào)節(jié)變壓器分接頭的方法來消除過載情況，但對發(fā)電機(jī)功率的調(diào)節(jié)一般屬于省級電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度職責(zé)，所以對地區(qū)調(diào)度來說還具有一定局限性。文獻(xiàn)[4]提出通過自動負(fù)荷控制方法來消除設(shè)備的過載情況，但會引起部分用戶的停電運(yùn)行的情況，文獻(xiàn)[5]通過采用變壓器負(fù)荷自動轉(zhuǎn)移技術(shù)，利用110kV聯(lián)絡(luò)線路和站內(nèi)備自投裝置解決了330kV變壓器的過負(fù)荷運(yùn)行情況，但對電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化不能很好地自適應(yīng)，不能從全網(wǎng)的角度計(jì)算轉(zhuǎn)移后是否會引起其它設(shè)備的過負(fù)荷運(yùn)行。本文根據(jù)全網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行情況，給出了220kV線路、220kV穩(wěn)定斷面、220kV主變、110kV線路及110kV主變過載時相應(yīng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案，實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行情況表明，本文提出的方法具有一定的通用性及實(shí)用性。

1 故障定位

在電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)電網(wǎng)中有設(shè)備發(fā)生故障時，首先需要根據(jù)EMS系統(tǒng)提供的保護(hù)信號、開關(guān)跳閘信息及遙測（有功、無功、電流、電壓等）等綜合信息來定位發(fā)生故障的具體設(shè)備。文獻(xiàn)[6-7]針對配電網(wǎng)中的故障設(shè)備給出了相應(yīng)的故障定位方法，以下給出輸電網(wǎng)根據(jù)保護(hù)信號等信息來定位故障的通用規(guī)則，本規(guī)則針對串供運(yùn)行方式的，但也適用于普通接線方式。

1.1 故障定位的通用規(guī)則

如圖1，A站與E站為220kV變電站，B站、C站及D站為110kV電壓等級變電站。開環(huán)點(diǎn)為開關(guān)7DL，其他開關(guān)處于合位。以下分為以下幾種情況來確定故障點(diǎn)的具體位置。

圖1 三個站串供的情況

1）如果線路兩側(cè)保護(hù)均動作，則說明故障必定發(fā)生在線路上。如圖1所示，若1DL、2DL保護(hù)（配置了縱差保護(hù)）均動作，則說明K1點(diǎn)故障。

2）如果母線配置了母差保護(hù)，若母差保護(hù)動作，則故障必定發(fā)生在母線上。如圖1所示，如果已知2M 配置了母差保護(hù)，若該母差保護(hù)動作，則說明K2點(diǎn)故障。為避免恢復(fù)供電時合于故障母線，此時需要閉鎖對該站的恢復(fù)供電。

3）如果進(jìn)線未配置縱差保護(hù)，母線也未配置母差保護(hù)，并且本站進(jìn)線開關(guān)也無保護(hù)（即使有保護(hù)但受方向限制），當(dāng)母線上發(fā)生故障時，只能依靠進(jìn)線的對側(cè)開關(guān)保護(hù)動作來識別。但是，若故障點(diǎn)發(fā)生在進(jìn)線上，進(jìn)線的對側(cè)開關(guān)保護(hù)也會動作。也就是說，在這種保護(hù)配置的情況下，若進(jìn)線對側(cè)開關(guān)保護(hù)動作，則無法區(qū)分故障是發(fā)生在進(jìn)線上還是母線上。如圖1所示，如果已知L1無縱差保護(hù)，2M也無母差保護(hù)，若 1DL保護(hù)動作，則無法區(qū)分是K1點(diǎn)故障還是K2點(diǎn)故障。在這種情況下，若母線上發(fā)生故障，最終會導(dǎo)致策略操作開關(guān)合閘于故障，依靠后加速保護(hù)跳開。

4）如果進(jìn)線未配置縱差保護(hù)，但母線配置了母差保護(hù)，若僅有進(jìn)線對側(cè)開關(guān)保護(hù)動作，則說明故障點(diǎn)必定發(fā)生在進(jìn)線上。如圖1所示，如果已知L1無縱差保護(hù)，2M 有母差保護(hù)但未動作，僅有 1DL保護(hù)動作，則必定是K1點(diǎn)故障。

5）如果本站串供出線開關(guān)保護(hù)動作但未跳閘，而本站進(jìn)線對側(cè)開關(guān)保護(hù)動作并跳閘，則說明本站串供出線故障且開關(guān)失靈。如圖1所示，若3DL保護(hù)動作但未跳開，且1DL保護(hù)動作并跳開，則說明K3點(diǎn)故障且3DL開關(guān)失靈。

6）對于串供回路本身無故障，但串供的源端故障從而造成110kV串供站失電的情況。不考慮500kV站的主變故障或220kV母線故障，不考慮 220kV站的220kV進(jìn)線故障。考慮220kV站的220kV母線故障或主變故障或110kV母線故障。針對這種情況，220kV站的主變保護(hù)、220kV母差保護(hù)、110kV母差保護(hù)的動作信號接入EMS系統(tǒng)。故障的判斷條件：①110kV母差保護(hù)動作且串供出線開關(guān)分位；②220kV母差保護(hù)動作或主變保護(hù)動作，且B站母線無壓。

1.2 故障定位的通用邏輯實(shí)現(xiàn)

根據(jù) 1.1中的故障定位的通用規(guī)則，可按如下通用邏輯來定位最終的故障點(diǎn)以恢復(fù)供電。

1）尋找第2開環(huán)點(diǎn)，第2開環(huán)點(diǎn)是有開關(guān)跳閘并與原始開環(huán)點(diǎn)最近的位置點(diǎn)。

2）如果第2開環(huán)點(diǎn)與原始開環(huán)點(diǎn)之間有開關(guān)的保護(hù)信號動作，則判斷有開關(guān)保護(hù)信號動作的點(diǎn)即為最終故障點(diǎn)（此種情況對應(yīng)于開關(guān)失靈的情況）。

3）如果第2開環(huán)點(diǎn)與原始開環(huán)點(diǎn)之間的設(shè)備無保護(hù)信號動作，則判斷第2開環(huán)點(diǎn)即為最終的故障點(diǎn)。

2 停電負(fù)荷轉(zhuǎn)供

通過故障定位模塊確定故障設(shè)備后，啟動停電負(fù)荷轉(zhuǎn)供處理模塊，首先分析故障設(shè)備影響的范圍，然后對失電的設(shè)備進(jìn)行恢復(fù)供電得到相應(yīng)的復(fù)電方案并需要對方案進(jìn)行潮流校核以驗(yàn)證方案是否會引起其它的設(shè)備過載。

停電負(fù)荷轉(zhuǎn)供可分析的設(shè)備包括 10kV母線、110kV主變、110kV線路及220kV主變等。

3 過載負(fù)荷轉(zhuǎn)供

文獻(xiàn)[8]對支路開斷引起的潮流分布進(jìn)行了詳細(xì)的研究，這里給出相應(yīng)設(shè)備重載對應(yīng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案。重載監(jiān)控設(shè)備包括110kV主變、110kV線路、220kV主變、220kV線路及220kV控制斷面等。負(fù)荷轉(zhuǎn)供的總原則是給出的方案可將重載設(shè)備需要轉(zhuǎn)移的負(fù)荷正常轉(zhuǎn)移同時不引起新的設(shè)備過載。給出的操作開關(guān)包括110kV線路開關(guān)、110kV母聯(lián)開關(guān)、主變各側(cè)開關(guān)、10kV母聯(lián)開關(guān)等。

3.1 110kV主變過載轉(zhuǎn)供方案

110kV主變過載時通常無相應(yīng)的轉(zhuǎn)移方案，只能檢測是否可通過操作10kV母聯(lián)開關(guān)以消除過載，如果不能消除主變過載一般只能按文獻(xiàn)[4]的方法給出10kV部分負(fù)荷切除方案以消除設(shè)備的過載。

對如圖2所示的比較特殊的接線方式可通過組合策略實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的均分處理。圖2中，假設(shè)為母線A供電的主變（1#變）過載，如果單純將母線A的負(fù)荷轉(zhuǎn)移至由為B,C母線供電的主變（2#變），則很有可能會引起2#主變過載，針對這種情況，可將開關(guān)1閉合，2#主變與母線C之間的開關(guān)斷開，同時將開關(guān)2閉合，這樣母線A從母線B處獲得電源，而母線C不再由2#變壓器供電，而是通過開關(guān)2 從母線D處獲得電源，這樣處理后，原來帶母線B、C的2#變壓器改為帶母線A、B，原來帶母線D的變壓器（3#變）改為帶母線 C、D，負(fù)荷在 2#變與3#變兩變壓器之間實(shí)現(xiàn)了均分。

圖2 110kV主變過載轉(zhuǎn)供

3.2 110kV線路過載轉(zhuǎn)移方案

110kV線路過載首先根據(jù)過載量大小首先判斷110kV線路所帶負(fù)荷是否可能正常轉(zhuǎn)供，如果不能轉(zhuǎn)供，則給出相應(yīng)的提示，如果可以轉(zhuǎn)供，則給出轉(zhuǎn)供方案，如閉合相應(yīng)的母聯(lián)開關(guān)等操作方案，同時進(jìn)行潮流校核以判斷給出的方案是否會引起設(shè)備的過載。

對110kV變電站存在串供的情況，也可能進(jìn)行跨站操作進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移。

1）普通運(yùn)行方式

圖3所示為普通的雙端供電、單端運(yùn)行的情況。220kVA站給其中一個 110kV變電站供電，110kV變電站的備用側(cè)電源為220kVE站。 如果L3過載，可給出的方案是閉合7DL，斷開6DL校驗(yàn)是否可以進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移及進(jìn)行相應(yīng)的過載校驗(yàn)判斷備用電源側(cè)設(shè)備是否過載。

圖3 普通運(yùn)行方式

2）串聯(lián)供電方式

串聯(lián)供電模式典型模式如圖 4所示為 3個110kV變電站串供運(yùn)行的情況），通用的，如圖中L1過載，則可能給出的方案包括合7DL，斷開6DL（轉(zhuǎn)移D站），或合7DL斷開4DL（轉(zhuǎn)移D站和C站）等操作方案。（具體的方案要根據(jù)線路L1的過載量即需要轉(zhuǎn)移的負(fù)荷量大小來確定）。

圖4 串供運(yùn)行方式

3）雙回線運(yùn)行方式

如果雙回線過載并需要轉(zhuǎn)移一定的負(fù)荷量，首先將雙回線做為一個簡單的控制斷面組來考慮，同時進(jìn)行轉(zhuǎn)移，不能設(shè)置只轉(zhuǎn)移其中的一條線路，不能將負(fù)荷從雙回線中的一條轉(zhuǎn)移到另一條上。

圖5 雙回線運(yùn)行方式

110kV線路過載轉(zhuǎn)移方案操作的開關(guān)可能為110kV線路開關(guān)或110kV母聯(lián)開關(guān)。

3.3 220kV主變過載轉(zhuǎn)移方案

220kV主變過載轉(zhuǎn)移首先根據(jù)過載量大小，統(tǒng)計(jì)220kV變電站中110kV母線側(cè)所連的110kV線路，得到與過載量最接近的110kV線路集合，將這些線路由其它電源點(diǎn)轉(zhuǎn)供電，針對每條線路的轉(zhuǎn)供方案則一般來說相當(dāng)于 3.2中的普通運(yùn)行方式，串供運(yùn)行方式或雙回線運(yùn)行方式等情況。主變的最終轉(zhuǎn)供方案為這些線路的轉(zhuǎn)供方案的組合。

針對不同的轉(zhuǎn)供方案需要進(jìn)行潮流校核以檢查是否會引起新的設(shè)備過載，另外在確定220kV主變的轉(zhuǎn)供方案時要從本變壓器側(cè)進(jìn)行供電的阻斷，以避免備用電源是同一變壓器的情況。

3.4 220kV線路過載轉(zhuǎn)供方案

220kV線路通常是按環(huán)網(wǎng)接線方式運(yùn)行，當(dāng)其中某條線路過載，則方案給出的原則是按過載線路的功率流向首先確定本線路所帶的220kV廠站，受電側(cè)廠站，將受電側(cè)的220kV廠站中的部分110kV廠站進(jìn)行轉(zhuǎn)移。同時進(jìn)行潮流校核。

如圖6所示，如果220kVA 站與220kV B站之間的線路過載，則將2220kVB或2220kVD站中相應(yīng)的110kV線路所帶的負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，同時進(jìn)行潮流校核。如果2220kV B 站與220kV D站之間的線路過載，則一般來說只能將220kVD站中相應(yīng)的110kV線路轉(zhuǎn)移，同時進(jìn)行潮流校核。

針對具體過載線路，在確定了相應(yīng)的轉(zhuǎn)移的220kV變電站后，還需要確定準(zhǔn)確的負(fù)荷轉(zhuǎn)移量，轉(zhuǎn)移的負(fù)荷量可根據(jù)靈敏度的方法來確定，對AA與B站之間的線路過載情況，分別求出220kVB站母線及220kVVD站母線的有功注入對220kV線路AB之間的線路有功的靈敏度，再根據(jù)具體的過載量得到相應(yīng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移量。

圖6 220kVV 線路環(huán)網(wǎng)運(yùn)行圖

3.5 220kVV穩(wěn)定斷面過載轉(zhuǎn)供方案

在地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行過程中，用戶往往更關(guān)心的是穩(wěn)定斷面是否過載，經(jīng)常會出現(xiàn)某條220kV線路不過載，但其所在的穩(wěn)定斷面卻超過運(yùn)行限值了。

圖7 220kV穩(wěn)定斷面運(yùn)行示意圖

如圖7所示，區(qū)域AA與區(qū)域B之間可能包含多條線路，用戶可根據(jù)需要將其中的部分線路定義為一組穩(wěn)定斷面。對于穩(wěn)定斷面的過載轉(zhuǎn)供處理，比較簡單的處理方法是求得與溫度斷面中各線路一次相鄰的廠站220kV母線的有功注入對220kV穩(wěn)定斷面組的靈敏度。通過靈敏度計(jì)算來分析相應(yīng)的有功注入的改變對穩(wěn)定斷面過載的影響程度，最終得到有效的有功注入點(diǎn)及相應(yīng)的轉(zhuǎn)移量。

4 在線控制

4.1 起動停電負(fù)荷轉(zhuǎn)供分析

電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，首先根據(jù)故障定位模塊來確定具體的故障設(shè)備，并啟動停電負(fù)荷轉(zhuǎn)供模塊給出相應(yīng)的策略，策略通常為開關(guān)的合分狀態(tài)，在調(diào)動員確認(rèn)的情況下可直接遙控執(zhí)行來對失電的設(shè)備恢復(fù)供電。

4.2 起動過載負(fù)荷轉(zhuǎn)供分析

在實(shí)時態(tài)下用戶可對重載設(shè)備進(jìn)行部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移以消除設(shè)備的過載情況，軟件根據(jù)用戶輸入的負(fù)荷轉(zhuǎn)移量大小自動給出不同的負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案，用戶可進(jìn)一步根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況選擇合適的方案，在對方案確認(rèn)后，軟件可直接執(zhí)行遙控命令對重載設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移以消除重載情況。

5 結(jié)論

本文針對電網(wǎng)正常運(yùn)行方式下中可能出現(xiàn)的停電故障及設(shè)備過載情況給出了相應(yīng)的停電負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案及過載負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案，用戶可在EMMS研究態(tài)模式下對故障設(shè)備進(jìn)行模擬得到相應(yīng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案，同時負(fù)荷轉(zhuǎn)供輔助決策系統(tǒng)也可做為獨(dú)立的模塊被DTS系統(tǒng)調(diào)用，用來對調(diào)度員進(jìn)行培訓(xùn)，還可以在實(shí)時態(tài)下以開環(huán)的模式運(yùn)行，為調(diào)度員提供在線輔助決策支持功能從而實(shí)現(xiàn)在線負(fù)荷轉(zhuǎn)供的功能。

現(xiàn)場運(yùn)行情況表明本文提出的負(fù)荷轉(zhuǎn)供處理方法已經(jīng)在廣州供電局得到了實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)行情況表明本文提出的負(fù)荷轉(zhuǎn)供處理方法是合理的，可以在事故情況下給出合理的負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案，可保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

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