基于OPEN3000系統的低周減載實時控制方法

沈誠亮，羅志偉，唐 明

（國網浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

基于OPEN3000系統的低周減載實時控制方法

沈誠亮，羅志偉，唐 明

（國網浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

由于傳統的低周減載裝置無法進行實時調整，為確保電網安全運行的第三道防線得到100%落實，減輕人工操作量，降低誤操作的可能性，提出了基于OPEN3000系統的低周減載實時控制方法。該方法具有動態優化和實時控制兩大功能，能根據OPEN3000中相關線路的潮流數據進行優化配置，并利用遙控功能實現對相關低周減載功能的實時投退，在確保第三道防線安全可靠的同時，減輕相關人員的工作量，提高電網的安全運行水平。

低周減載；OPEN3000；自動調節；實時控制

頻率是電力系統運行最重要的參數之一，頻率的變化直接反映整個電網的有功出力及負荷情況，超過正常范圍的頻率將對發電機和電網安全帶來嚴重影響。因此,如何將系統頻率控制在一個合理的范圍內是電網運行的主要任務之一。低周減載作為電網安全運行的第三道防線，是一種防止頻率崩潰的有效方法，在電網發生罕見的嚴重復雜故障后，對防止系統因頻率崩潰造成大面積停電事故具有重大意義。

1 低周減載裝置運用現狀

1.1 保護原理

目前最常用的低周減載保護裝置動作原理主要是：當頻率低于預先設定的整定值時，切除部分負荷；如果頻率繼續下降，再切除一部分負荷，直到頻率恢復，即通常所謂的逐輪次切除。其動作邏輯如圖1所示。

圖1 低周減載動作邏輯

低周減載動作條件由若干外部閉鎖條件及內部邏輯判斷條件組成，當無外部閉鎖條件且系統頻率低于整定值后，減載裝置經一定延時后出口跳閘，切除相關負荷，以確保電網的安全運行。

1.2 減載方案

低周減載所切的負荷量是在各種運行方式下，當故障發生時，找出實際可能發生的最大功率缺額來確定的。動作時的減載方案大致分為3類：傳統法、半適應法、自適應法。

（1）傳統法是根據系統運行數據預測可能會出現的事故，再提出延時和切負荷的方案。其切除負荷數只與整定方案有關，當系統發生變化后，其動作情況不發生變化。

（2）半適應法是根據低周減載裝置動作時，系統頻率的變化速度來決定具體切負荷數量。該方法需要測量系統頻率在通過某個整定頻率點時的速度，這一速度越高則切除的負荷也就越多，反之則越少。

（3）自適應法是基于頻率微分和系統頻率響應模型建立的，根據簡化的系統頻率響應模型進行計算，根據頻率的變化情況及系統參數計算出需要切除的負荷數。

1.3 3種減載方案的優缺點比較

3種方案各有優缺點（見表1），從經濟性及實際效果來看，傳統法仍是被廣泛采用的低周減載方案，但是其“離線整定”的特性，使之很難適應現代電網的快節奏變化。

隨電網的復雜化與運行方式的多樣化，在線路的運行方式改變后，低周減載裝置的投入情況均需進行相關校驗、調整，以保證減載容量的100%投入，此外還需要大量的人力進行低周減載裝置的投退工作，增加了勞動量的同時更是增加了電網運行的安全風險，帶來了不安全因素。

1.4 運用中存在的問題

目前湖州電網主要采用分布式的低周減載裝置，整定的依據是：根據每年浙江省調度中心（簡稱省調）下達的浙江電網按頻率減負荷分配方案，切負荷總數整定在100%～140%的范圍內，各輪次則由相關負荷的重要程度來確定。在電網實際運行中，由于缺乏有效的實時調節手段，目前傳統法的低周減載裝置在實際運用過程中主要存在以下問題：

（1）電網運行中低周減載投入的容量隨線路負荷的變化而改變，預計切除負荷與實際可切除負荷存在較大差異，電網安全運行的第三道防線要求難以時時刻刻做到100%落實，電網運行的安全可靠性得不到充分保證。

（2）目前大多數低周減載裝置采用的是分布式方式接入于10 kV饋線，10 kV饋線的特點是負荷小、分布廣。由此在需要調整低周減載備用線路時，面臨著現場操作量大和操作時間長的現象，同時還存在誤操作的風險。

（3）傳統的非實時低周減載控制方法既耗費了大量的人力物力，又難以保證電網100%的安全可靠，嚴重制約電網安全的保障與工作效率的提高。

表1 減載方案優缺點比較

2 基于OPEN3000的解決方法

2.1 低周減載的控制

傳統法的低周減載裝置由于其分布式地裝設在10 kV線路上，具有天然的獨立性；同時低周減載作為電網的第三道防線，需要對電網的實時負荷進行統籌安排，建立統一的防范體系，這是低周減載防線的整體性要求。

如何通過可靠、簡單、經濟的方式使裝置的獨立性與系統的整體性有效融合，避免低周減載容量投入不足帶來的安全隱患以及減少人工操作的勞動強度，這就需要利用已有的廣域實時信息系統平臺——OPEN3000來協調指揮分布在電網各個角落的低周減載裝置，使它們之間協同工作，提升電網的智能化程度及安全運行水平。

2.2 低周減載控制系統原理

該控制系統以OPEN3000中的SCADA（數據采集與監控系統）采集到的電網實時數據為基礎，通過低周減載子系統的處理，最后經SCADA出口，實現電網低周減載裝置的實時控制，如圖2所示。

圖2 基于OPEN3000的低周減載實時控制系統原理

控制流程如下：

（1）數據采集。利用SCADA的遙測、遙信功能，實現對電網運行數據的實時采集。

（2）數據濾波。對SCADA提供的實時數據進行濾波處理，剔除具有明顯跳變特征的壞點，防止不正確的數據影響后續處理的結果。

（3）動態分區。利用線路兩端的開關位置的遙信量，對負荷情況進行動態的分區處理，將負荷精確分配到220 kV片區下的110 kV變電站。

（4）優化計算。根據分區的結果以及負荷情況，結合上級下發的低周減載負荷分配情況，對線路低周減載裝置的定值區間、軟壓板投退進行實時控制，確保低周減載各輪次的負荷容量100%投入，同時避免不必要的投切及短時間內的多次投切。

（5）結果校驗。對低周減載投切壓板的優化結果進行安全性、合理性校驗，并將相關減載負荷與上級下發的減載負荷進行核對，確保低周減載子系統整個處理過程的準確性。

（6）遙控接口。利用SCADA的遙控功能，根據低周減載子系統的處理結果對各減載壓板的投退狀態進行實時控制，確保控制命令能切實有效地落實到各個減載裝置上。

（7）自檢校驗。對低周減載子系統的各個模塊的功能完好性進行循環自檢；同時將電網遙信量與控制命令比較，確保遙控命令100%執行到位。

（8）人工干預。作為低周減載子系統的一個補充，在低周減載子系統出現故障后，OPEN3000實時告警窗口將發出相關告警信息，調控人員立即介入處理相關故障缺陷，確保在系統出現故障后，能通過人工調整保證電網的安全穩定運行。

2.3 具體實現方法

（1）在省調規定配置不同輪次容量的前提下，對于不同輪次適當增加備用容量，以每輪次增加10%～20%容量為宜，將增加的這一部分負荷作為機動負荷，用于該輪次所切線路負荷變化后，填補對應的缺額，確保該輪次的容量100%投入。

（2）以100%投入的原則設置實時控制策略，避免某一輪次中的低周減載容量過低或過高；當容量不足時，應具備相應的告警功能，確保低周減載這道防線100%投入。

（3）控制過程實行分層分區控制原則：即以1座220 kV變電站所轄區域為1個單元劃分，進行分區域實時自動控制，將每個輪次的減載容量平均分配到各個區域，避免集中在1個區域內大量切除負荷。

（4）由OPEN3000的低周減載實時控制裝置實時判斷電網低周減載容量的投入情況，并利用遙控功能以投退低周減載軟壓板方法進行實時容量自動調整。

基于OPEN3000的低周減載實時控制系統網絡拓撲結構見圖3。該低周減載實時控制系統所需硬件簡單，僅在原OPEN3000的基礎上增加2臺低周減載服務器（一主一備），具有成本低、易于維護的特點。

圖3 低周減載實時控制系統網絡拓撲結構

2.4 計算評估

（1）對小系統進行評估。例如，500 kV變電站下應考慮220 kV發電廠及其負荷形成小系統的低周容量分配是否合理，能否保證供需平衡。同理，220 kV變電站應考慮110 kV發電廠及其負荷形成的小系統。

（2）通過對小系統的各種故障暫態分析和計算，對小系統的低周容量進行分析評估。

（3）對區域內低周總容量以及各輪級容量進行分析和評估后給出自動控制策略。

2.5 遠方控制方式

低周減載實時控制系統的遠方控制方式是該系統的關鍵環節之一，對于不同時期建造的變電站，宜采取不同的通信方式進行相關裝置的遙控：

（1）針對傳統的變電站，宜采用IEC 104+103的數據通信方式。

（2）針對智能化（數字化）變電站，宜采用IEC 61850的數據通信方式。

低周減載遠方控制系統應具有遠方在線更改低周減載裝置定值、投退軟壓板等功能；能實時對通道及裝置通信工況進行監視，確保相關信息鏈路的完整性；同時應提供廠站或裝置遠程控制閉鎖、解閉鎖功能，當系統進行定值遠程修改或壓板投退操作時，應自動屏蔽其他裝置對該設備的控制。遠方遙控/修改定值流程如圖4所示。

圖4 遠方遙控/修改定值流程

低周減載實時控制系統在進行人工操作時，應滿足以下要求：

（1）相關用戶進行人工操作前應由系統對用戶身份、權限進行驗證，根據不同的身份給予不同的操作權限。

（2）提供簡潔明了的狀態顯示和修改操作界面，采取確認設備編號的方式防止誤操作。

（3）在數據修改/壓板投退過程中，系統應完整記錄整個操作流程的每個步驟，包括操作人、操作時間、操作前后的狀態、操作結果等信息。

（4）操作時每一步應有提示，每一步的操作結果有相應的響應，確保操作到位。

2.6 低周減載實時控制方法的優點

這一控制方法成功地將低周減載裝置的獨立性與低周減載防線的整體性相統一，主要優點如下：

（1）應用OPEN3000的實時控制功能并依據變電站10 kV饋線保護屏所具備的低周減載軟壓板現場實際條件，在預置的調控策略范圍內實現低周減載容量的實時控制，以達到100%地滿足上級下達的電網低周減載容量要求。

（2）可以100%地實現上級調度下達的低周減載容量在線投入，能有效加固電網安全第三道防線，防止電網崩潰，為確保電網安全穩定運行發揮重要作用。

（3）可以避免運行人員到現場操作低周減載的投入與退出，降低生產運行成本并能大幅提高工作效率。

（4）可以降低因二次操作和交通等因素產生的安全生產風險。

3 結語

隨著智能化技術的發展，低周減載裝置以及其他自動保護裝置必將向智能化、網絡化發展。但是，在實際電網中考慮到技術可靠性、經濟、人力等因素，傳統非智能設備仍然會在未來較長的一段時間內占主導地位。基于OPEN3000的低周減載實時控制方法，能以較低的成本提供較可靠的電網自動實時減載控制。

低周減載裝置的獨立性與系統的整體性可以通過OPEN3000得到很好的統一，通過相關模塊的數據優化處理，實現整個電網的實時自動減載控制，增加工作效率的同時降低了事故風險，為電網運行的安全性與穩定性提供了強有力的保障。

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（本文編輯：陸 瑩）

A Real-time Control Method for Low-cycle Load Reduction Based on OPEN3000 System

SHEN Chengliang，LUO Zhiwei，TANG Ming
（State Grid Huzhou Power Supply Company，Huzhou Zhejiang 313000，China）

Since the traditional low-cycle load reduction equipment can not be adjusted in real time，a real-time control method for low-cycle load reduction based on OPEN3000 system is proposed to fully implement the third defense line for operation safety of power grid，reduce manual work and lower the probability of misoperation. The method has two major functions，namely dynamic optimization and real-time control，and can make optimal configuration according to the power flow data of the correlative line in the OPEN3000 system；it can also achieve the real-time switching of low-cycle load reduction with its remote control function，assuring the safety and reliability of the third defense line，reducing the work load of the relevant people and improving the operation safety of power grid.

low-cycle load reduction；OPEN3000；automatic regulation；real-time control

TM866

B

1007-1881（2015）07-0026-04

2015-06-05

沈誠亮（1988），男，助理工程師，從事電力系統自動化工作。