安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)策略優(yōu)化方法探討

任 佳

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518001)

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)策略優(yōu)化方法探討

任 佳

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518001)

針對穩(wěn)控系統(tǒng)在變電站和發(fā)電廠的實際應(yīng)用情況，從降低切負荷減供比例入手，提出了安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)策略優(yōu)化方法；并結(jié)合電網(wǎng)運用中的實際案例，介紹了緊急控制監(jiān)視的實現(xiàn)方法及緊急控制風(fēng)險的評估方法，指出可依靠穩(wěn)控設(shè)備硬件升級或高級功能開發(fā)應(yīng)用來改進穩(wěn)控策略制定的科學(xué)性。

區(qū)域電網(wǎng)；安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)；策略優(yōu)化；穩(wěn)控硬件

0 引言

根據(jù)國務(wù)院第599號令《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理條例》，對發(fā)生的事故應(yīng)立即采取措施進行處置。安全事故等級劃分的一個最重要的判定項就是事故造成電網(wǎng)減供負荷的比例。

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)(簡稱“穩(wěn)控系統(tǒng)”)采取的控制措施主要是切負荷措施。如果穩(wěn)控系統(tǒng)能夠根據(jù)電網(wǎng)的當(dāng)前運行狀態(tài)，在實際切負荷前，通過評估切除負荷后電網(wǎng)的安全性及切負荷所造成的事故等級，以此優(yōu)化切負荷策略，從而在電網(wǎng)減供負荷最小的情況下保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，具有重要意義。以下通過探討穩(wěn)控系統(tǒng)策略的優(yōu)化方案，確保優(yōu)化策略的科學(xué)性，以達到保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定的最優(yōu)效果。

1 穩(wěn)控系統(tǒng)策略優(yōu)化方案

1.1 優(yōu)化思路

在調(diào)度系統(tǒng)(OPEN3000)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對本電網(wǎng)區(qū)域的第2，3道防線安穩(wěn)裝置的信息接入，并結(jié)合調(diào)度系統(tǒng)電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲、實時數(shù)據(jù)及采集的安控數(shù)據(jù)，在調(diào)度系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上構(gòu)建安全穩(wěn)定緊急控制監(jiān)視及風(fēng)險評估應(yīng)用功能，如圖1所示。

根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)運行實時數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)值策略的切負荷量，調(diào)整切負荷邏輯后，評估計算采用不同調(diào)整方法后的實切負荷量，并綜合評定執(zhí)行不同方法的安全穩(wěn)定裕度及事故事件等級，從而獲得最佳穩(wěn)控系統(tǒng)策略優(yōu)化方案。

圖1 安全穩(wěn)定緊急控制監(jiān)視及風(fēng)險評估流程

1.2 實現(xiàn)緊急控制運行監(jiān)視功能

主要實現(xiàn)安穩(wěn)裝置的信息接入、穩(wěn)控系統(tǒng)運行狀態(tài)的在線監(jiān)視以及運行信息的綜合管理。

現(xiàn)采取以下方式實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)的運行監(jiān)視功能。

(1) 數(shù)據(jù)采集。采集分布在各地的安穩(wěn)裝置上送的各種信息。

(2) 通信監(jiān)視。可監(jiān)視安穩(wěn)裝置與調(diào)度端系統(tǒng)之間的通訊狀態(tài)，監(jiān)視裝置與裝置之間的通訊通道狀態(tài)，并提供通道報文監(jiān)視調(diào)試工具。

(3) 裝置信息監(jiān)視。可查看安穩(wěn)裝置的壓板狀態(tài)、異常信號、定值等運行信息，還可對裝置的定值進行手工召喚。

(4) 采集元件運行數(shù)據(jù)的監(jiān)視。可實時顯示安穩(wěn)裝置采集的線路、機組、主變壓器的運行數(shù)據(jù)和投停狀態(tài)、有功功率。

(5) 裝置事件和動作告警。當(dāng)裝置發(fā)生開入信號變位、壓板投退或動作時，可產(chǎn)生告警提醒管理人員。

(6) 動作錄波顯示。采集安穩(wěn)裝置發(fā)生動作后上送的錄波數(shù)據(jù)，并提供專業(yè)的錄波顯示工具進行查看。

(7) 歷史事件查詢。可存儲裝置發(fā)生的開入信號變位、壓板投退等普通事件和異常、定值變化、動作等告警信息。

1.3 實現(xiàn)在線評估和風(fēng)險評估功能

主要實現(xiàn)對安穩(wěn)裝置當(dāng)值策略的在線評估和風(fēng)險評估。在線評估當(dāng)值策略中的措施能否順利執(zhí)行；風(fēng)險評估安穩(wěn)裝置切除負荷后能否保證電網(wǎng)的安全，并進一步評估切除負荷后的事故等級，以便采取最優(yōu)策略。

當(dāng)發(fā)生下列2種情況造成區(qū)域電網(wǎng)安穩(wěn)系統(tǒng)切除本地負荷時，應(yīng)考慮進行風(fēng)險評估。

1.3.1 上級電網(wǎng)下發(fā)切負荷控制命令(當(dāng)值策略)

根據(jù)上級電網(wǎng)提供的最嚴(yán)重故障情況下需要切除該分區(qū)的最大負荷量△Pmax，綜合考慮△Pmax和安穩(wěn)裝置的當(dāng)值策略、可切負荷量，可計算出安穩(wěn)系統(tǒng)實際切除的負荷量△P′。

基于實時工況數(shù)據(jù)進行安全穩(wěn)定評估和事故等級評估，通過調(diào)整切負荷動作時間、切負荷順序等，評估計算不同方法調(diào)整后的實切負荷量△P，在安全穩(wěn)定裕度和事故事件等級滿足要求的前提下，將最大負荷量△Pmax逐步遞減顯示，得出最佳方案。需切負荷量評估表示例如表1所示。

表1 需切負荷量評估表示例

當(dāng)某電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)子站收到控制主站下達的切負荷量50 MW命令，按照切負荷當(dāng)值策略，需執(zhí)行下屬5個穩(wěn)控執(zhí)行站各切除負荷10 MW的策略。

基于實時工況數(shù)據(jù)，通過調(diào)整切負荷動作時間、切負荷順序等，計算各穩(wěn)控執(zhí)行站可減少的切負荷量及由此風(fēng)險評估可引發(fā)的安全事故等級，綜合評定該穩(wěn)控執(zhí)行站實際要切除的負荷量。表2舉例說明了風(fēng)險評估后的取優(yōu)數(shù)據(jù)。

表2 風(fēng)險評估后的取優(yōu)數(shù)據(jù)

通過調(diào)整切負荷動作時間、切負荷順序等措施，表2中的控制策略3實切負荷量最小，但由于潮流重新分配，造成某線路過載風(fēng)險引發(fā)V級電網(wǎng)安全事件，所以排除策略3；策略1和策略2的風(fēng)險評估結(jié)果為正常，不會產(chǎn)生電網(wǎng)安全風(fēng)險，但考慮到策略1的實切負荷量比策略2要少，故最終選擇策略1。

通過控制策略的調(diào)整和風(fēng)險評估取優(yōu)后，由原來5個執(zhí)行站各切除負荷10 MW，即共切除50 MW的策略，改為執(zhí)行站1先切除10 MW，執(zhí)行站2，3，4，5延遲動作1 s，潮流重新分配后執(zhí)行站2，3，4，5切除30 MW，即前后2次共切除40 MW的策略。策略調(diào)整后，少切除10 MW的負荷，電網(wǎng)依然保持穩(wěn)定。

1.3.2 區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)解列

當(dāng)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部或與外網(wǎng)聯(lián)絡(luò)斷面發(fā)生嚴(yán)重故障時，使得本區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)解列，導(dǎo)致安穩(wěn)裝置或第3道防線需要切除負荷。通過搜索安穩(wěn)裝置離線策略獲取所控制分區(qū)的需切負荷量△P，可計算安穩(wěn)系統(tǒng)實際切除的負荷量△P′，進行安全穩(wěn)定評估和事故等級評估。

2 策略優(yōu)化方法

以某電網(wǎng)公司某220 kV線路為例，介紹穩(wěn)控策略優(yōu)化方法。

2.1 采集控制系統(tǒng)運行監(jiān)視數(shù)據(jù)

采集本電網(wǎng)區(qū)域(220 kV奮琵線及周邊區(qū)域)的第2，3道防線安穩(wěn)裝置的數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲、實時數(shù)據(jù)以及采集的安穩(wěn)裝置數(shù)據(jù)，隨運行方式變化靈活調(diào)整穩(wěn)控策略，以提高供電能力。

當(dāng)該電網(wǎng)220 kV奮琵線進行單回線路檢修時(電網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖3)，為提高本片網(wǎng)的供電能力，按照當(dāng)值策略臨時開放該線路兩側(cè)變電站奮進、琵琶站來穩(wěn)控執(zhí)行站奮琵線的過載策略，上述站點穩(wěn)控裝置可切負荷量分別約為300 MW和330 MW。因此，開放穩(wěn)控過載策略后，斷面安奮甲乙+奮琵運行線由650 MW提高至950 MW，斷面安象甲乙+奮琵運行線由650 MW提高至980 MW。

圖3 220 kV奮琵單回線檢修時部分電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意

2.2 風(fēng)險評估后調(diào)整策略取優(yōu)

當(dāng)奮琵單回線檢修時，大方式下，安象甲乙線雙跳，安奮甲乙線、奮琵運行線均過載，潮流如圖4所示。采用下面方法優(yōu)化穩(wěn)控系統(tǒng)控制邏輯，通過協(xié)調(diào)琵琶、奮進穩(wěn)控執(zhí)行站動作次序，可減少切負荷量300 MW，減少3個110 kV站、1個110 kV電廠失壓，具體方法如下。

2.2.1 優(yōu)化前的運行方式

安象甲乙雙跳，安奮甲乙線過載，奮進穩(wěn)控執(zhí)行站延時6 s動作，切負荷量150 MW。按最小過切原則，需切除燕羅、舊基+潭頭站(鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu))3 個110 kV站300 MW負荷(老虎坑電廠失壓)。

安象甲乙雙跳，奮琵運行線過載，琵琶穩(wěn)控執(zhí)行站亦延時6 s動作，切負荷量222 MW。按最小過切原則，需切除和平、萬豐站2個110 kV站240 MW負荷。

圖4 220 kV奮琵單回線檢修時安象雙跳后潮流示意

奮進、琵琶穩(wěn)控執(zhí)行站相互獨立，不采取協(xié)調(diào)配合時，總需切5個110 kV站540 MW負荷，同時1個110 kV電廠失壓。

2.2.2 優(yōu)化后的運行方式

采用精益化分析，協(xié)調(diào)琵琶、奮進穩(wěn)控執(zhí)行站動作次序，可減少切負荷量300 MW，減少3個110 kV站、1個110 kV電廠失壓。

策略優(yōu)化為：從圖4可知，安奮甲乙、奮琵運行線鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，琵琶穩(wěn)控執(zhí)行站5 s動作切除240 MW，安奮甲乙線過載亦可消除，奮進站不需再動作。如果琵琶站切負荷不能滿足預(yù)期(如負荷未切除等)，安奮甲乙線仍過載，奮進穩(wěn)控執(zhí)行站再延時1 s動作(即6 s)，作為后備措施再切負荷。

綜上所述，通過深入分析，不斷追根溯源，不同站點間的穩(wěn)控裝置采取“遠方主、備動作方式”，既能解決電網(wǎng)穩(wěn)定問題，又可大大減少切負荷量。

3 提高穩(wěn)控策略科學(xué)性的方法

3.1 穩(wěn)控系統(tǒng)硬件升級

擴展現(xiàn)有穩(wěn)控系統(tǒng)，將現(xiàn)有220 kV變電站穩(wěn)控設(shè)備升級為子站，在部分110 kV變電站內(nèi)新增穩(wěn)控設(shè)備，將原來切除220 kV變電站的110 kV負荷線改為切除110 kV變電站的10 kV/35 kV負荷線，實現(xiàn)穩(wěn)控切負荷的精細化。通過改進現(xiàn)有穩(wěn)控策略，在發(fā)生類似母線全跳的事故下，可以閉鎖現(xiàn)有穩(wěn)控裝置，避免影響備自投的效果。

3.2 高級功能開發(fā)應(yīng)用

(1) 開展了基于廣域信息的備自投系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用，并與現(xiàn)有穩(wěn)控系統(tǒng)相結(jié)合。在不影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行的前提下，最大程度地減少損失負荷。

(2) 開展了快速“熱倒負荷”系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用。在發(fā)現(xiàn)某個區(qū)域的穩(wěn)控措施量可能超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時，采用“先合后斷”方法，將區(qū)域內(nèi)部分負荷快速轉(zhuǎn)移至相鄰區(qū)域，保證了電網(wǎng)的安全，還避免了短時間停電。

(3) 結(jié)合當(dāng)前廣域保護控制系統(tǒng)等研究熱點，開展區(qū)域電網(wǎng)類似廣域保護控制等系統(tǒng)的可行性研究，從更高層面探索解決區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)問題的方法。

1 電網(wǎng)運行與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.DL 755—2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2001.

2 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T 1092—2008電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)通用技術(shù)條件[S].北京：中國電力出版社，2008.

3 電力行業(yè)繼電保護標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 26399—2011電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

4 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.GB/T 22384—2008電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)檢驗規(guī)范[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2008.

5 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.DL/T 50703—2011電力系統(tǒng)安全自動裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國計劃出版社，2012.

6 全國量度斷電器和保護設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 14285—2006繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

7 全國電力行業(yè)繼電保護標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.DL/T 478—2013靜態(tài)繼電保護和安全自動裝置通用技術(shù)條件[S].北京：中國電力出版社，2014.

8 電力行業(yè)繼電保護標(biāo)準(zhǔn)化委員會.DL/T 995—2006繼電保護和電網(wǎng)安全自動裝置檢驗規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2006.

9 李鴻斌.低頻減載裝置的應(yīng)用與完善[J].湖南電力，2001，21(2)：25-27.

2016-07-08。

任 佳(1986-)，男，工程師，主要從事繼電保護現(xiàn)場維護和研究工作，email：w61205@qq.com。