區域及省級電網在線安全穩定控制系統檢測技術探討與應用

王婧 郝新新 李烜

1北京市電力公司朝陽供電公司

2華北電力科學研究院有限責任公司

前言

區域及省級電網在線安全穩定自愈控制系統（以下簡稱區域在線穩控）的功能是基于EMS提供的在線數據，綜合運用安控主站提供的數據和WAMS數據，獲取電網當前拓撲結構和運行狀況，分析和評估離線安全穩定控制策略，計算在線安全穩定控制策略，并下發給安全穩定控制裝置執行，實現電網安全穩定控制系統的在線閉環控制，提高電網安全穩定水平，使電網具有一定的故障后自動恢復能力，提高電網的智能化、精益化控制水平。

區域在線穩控的功能關系以及和區域及省級電網調度技術支持系統的關系如圖1。

圖1

區域在線穩控系統分為調度端和安控裝置兩個部分。調度端部署在區域及省級電網調度支持系統基礎平臺上，負責離線安控策略管理、在線數據質量評估、離線安控策略分析與評估、在線安控策略計算、在線安控策略的下達和結果統計與分析等功能。安控裝置包括安控主站、子站和執行站，安控主站功能包括運行模式的切換、在線策略接受、在線策略檢驗、在線定值工作、離線定值工作、策略的下達和執行等。調度端與安控主站之間的通信負責調度端與安控系統的信息交互。

1 區域在線穩控基本原理及檢測需求

本文以安裝至上承三回線路的區域在線穩控為例，介紹其基本原理。

1.1 裝置功能概述

（1）模擬量采集：

1#從機采集：上都～承德三回線路（上承1/2/3線）三相電流、電壓信息；

2-4#從機采集：1#～6#機發變組高壓側三相電流、電壓信息；

（2）檢測本站運行工況，包括電站發電機及出線運行狀態和潮流信息；

（3）檢測上承1/2線單回跳閘故障，根據上承線路斷面功率，切除本站機組；

（4）通過電力調度數據網與主站端管理系統通信，將本站安全穩定控制裝置的運行狀態、定值等發送到調度端管理系統；

（5）裝置具有事故記錄、數據記錄、自動打印、GPS衛星接點對時等功能。

1.2 控制策略邏輯及邏輯功能

1.2.1 控制策略

控制策略詳見表1。

表1

1.2.2 切除機組原則

（1）所有的切機策略都是按臺數切機。每一臺機組都有一個切機優先級，其范圍為0～6；優先級從高到低依次為1～6，優先級越高越容易被切，優先級為0不能被切除；

（2）停運的、允切壓板未投入的、已經被切除的機組均不可切；

（3）機組優先級定值清單里面有一個保留機組數：例如將其整定為2，即要保留2臺機組，最多可切4臺機組。只要是投運的機組無論優先級設為何值，允切壓板沒有投入的機組就會被考慮進保留機組中。

1.3 故障判據

1.3.1 上承線投停運判據

線路（主變）開關分相跳閘位置接點接入裝置后，通過本側開關分相跳閘位置接點判別線路（主變）投運或通過電氣量判別線路（主變）投運均認為線路（主變）投運。

（1）Pt≥Ps （有功功率大于等于定值）

（2）I≥Is（電流大于等于定值）

（3）本側邊開關或中開關跳閘位置個數不大于2

當線路（主變）滿足(1)(2)(3)任一條件時，均判為線路（主變）投運。

1.3.2 機組投停運判據

當機組功率大于投運功率定值時，判為機組投運。

Pt≥Ps （有功功率大于等于定值，默認為200MW）

1.3.3 上承線跳閘判據

線路（主變）跳閘判別采用電氣量和本側開關分相跳閘位置常閉輔助接點相結合的方法判別。當滿足以下條件（1）～（7）時，判別為線路（主變）跳閘：

（1) 突變量啟動（特殊應用場合選用開關量啟動）

（2)Pt ≤ PS2（事故時有功功率應小于投運功率定值）

（3)有兩相電流 I≤IS1（電流應小于投運電流）

（4)t≥tS1滿足上述電氣量判據的確認延時，默認為20ms）

（5)本側邊開關或中開關任一相由0->1

（6)本側邊開關至少有兩相在跳位

（7)本側中開關至少有兩相在跳位

對于以上兩種跳閘判別邏輯，有以下說明需要特別注意。

1.4 在線策略功能

1.4.1 安穩裝置切換為在線狀態

安穩裝置接收調度端在線定值后：

（1）校核定值內容的CRC是否正確；

（2）校核定值內容的格式是否正確（時間格式正確、功率定值從小到大排列、切除機組數范圍校核）；

（3）校核生效條件（斷面功率在范圍內、投運機組數目大于2小于8）。

所有條件校核完成后，裝置切換為在線狀態！

1.4.2 安穩裝置切換為離線狀態

安穩裝置在線狀態：

（1）校核生效條件是否合格（斷面功率在范圍內、投運機組數目大于2小于8）；

（2）在線策略功能壓板退出；

（3）調度端切換裝置為離線命令；

（4）告警1；

（5）與調度端通訊異常；

（6）定值內容CRC錯。

滿足以上任意一條件后，裝置切換為離線狀態！

通過上述邏輯功能的介紹可以看到，針對區域在線穩控的檢測應該主要包括：邏輯功能及其與調度端的通信功能。

而邏輯功能的檢測應重點包括：線路投停的判別、跳閘判別以及策略表的檢測等內容。

2 區域穩控檢測技術現狀及分析

對以區域安全穩定控制系統為代表的電網安全自動裝置進行檢測，目前主要有以下幾種檢測技術與方法：

（1）使用測試終端試驗盒進行檢測

該檢測方法是將試驗盒的通訊接口與被試區域穩控裝置相連，通過修改試驗盒內部試驗參數模擬電網故障或異常來進行檢測的，該種檢測方法一般為設備廠家技術人員操作試驗盒對其研發的區域穩控進行試驗。

由于該種檢測技術是使用通訊數據而非真正的電氣量，并且是使用被試廠家的檢測儀器對其自身研發的設備進行試驗，因此該試驗缺少透明度和第三方試驗設備的監控，僅能作為一種輔助檢測的手段。

（2）使用繼電保護測試儀器進行檢測

該檢測方法是使用繼電保護測試儀器通入可簡單變化的電氣量至被試設備，開展檢測。該種檢測方法一般為檢修調試人員對被試設備開展年?；蛘{試時使用。操作簡單、易于掌握，但無法模擬真實的系統故障以及異常情況，所開展的檢測項目較少，不全面。

（3）使用物理動態模擬系統進行檢測

物理動態模擬試驗是將被試裝置與按比例縮小的電力系統實際物理元件聯成測試系統，進行檢測。其動作結果可信，但動模試驗仿真規模小，較難模擬大規模電網，而且擴展性、靈活性差。

（4）使用數字動態模擬系統進行檢測

數字動態模擬試驗是將被試裝置與電力系統實時仿真分析系統聯成測試系統，通過模擬實際參數搭建的電網出現各種類型的故障，對被試裝置進行檢測。其動作結果可信，電網模型修改便捷、功能強大，但對設備及操作人員要求較高。

通過比對可以看出來，利用電力系統實時數字仿真系統開展區域安全穩定控制系統的檢測，克服了其他檢測技術存在的功能單一、透明度低、仿真規模小且靈活性差等缺陷，是電力系統一種真實、可靠、先進的檢測手段。

3 區域穩控檢測技術的應用

（1）模型的搭建

以區域及省級電網在線安全穩定自愈控制系統調度端電網系統運行方式為基礎搭建數字模型，應用搭建好的模型模擬不同種類電網運行工況，包括線路投切、線路故障、變壓器故障、母線故障、系統振蕩等情況。下圖2為模型示意圖。

圖2

（2）試驗接線

檢測系統試驗接線如下圖3所示。

圖3

（3）試驗方案的制定

依據區域在線穩控系統的邏輯功能和工程應用特點，制定檢測試驗的具體內容，應包括：

a)離線邏輯功能

當區域在線穩控系統與電網調度端斷開時，可通過模擬電網的正常運行、線路檢修、各種類型短路、斷路器偷跳、電壓電流互感器斷線等運行狀態，檢測被試裝置的：

交流量及開關量采樣測試

投停判別測試

穩控系統策略、功能測試

CT、PT斷線功能測試

穩控系統壓板功能測試

b）在線邏輯功能檢查

當區域在線穩控系統與電網調度端相連時，可通過模擬電網的正常運行、線路檢修、各種類型短路、斷路器偷跳、電壓電流互感器斷線等運行狀態以及調度端與被試設備的通訊運行工況，檢測被試裝置的：

電氣量上送

狀態量上送

策略和定值的上送檢查

策略和定值的下發檢查

在線策略定值檢查

通訊功能檢查

4 總結

本文首先介紹了可應用于實際工程的區域及省級電網在線穩控系統的邏輯功能及其檢測需求，闡述了現行的幾種主要檢測技術手段及其方法并逐一分析各自的優劣，重點論述了應用電力系統實時數字仿真分析系統開展區域在線穩控系統檢測的步驟和方法。相信通過檢測后的區域在線穩控裝置將作為電網的第二道防線安全、可靠運行，為電網的穩定和發展提供強有力的技術保證。

[1]楊冠成.電力系統自動裝置原理.水利電力出版社

[2]電力系統繼電保護實用技術問答. 中國電力出版社

[3]王梅義.大電網系統技術.中國電力出版社

[4]孫光輝.區域穩定控制中若干技術問題.電力系統自動化

[5]宋錦海.安全穩定控制裝置的發展現狀與展望.電力系統自動化

[6]劉志,雷為明.京津南部電網區域安全穩定控制系統的研究和實施.中國電機工程學報