特高壓直流故障下源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制策略及應(yīng)用

劉永超

摘要：近年來(lái)社會(huì)用電需求的不斷增大，電力工程建設(shè)數(shù)量也逐漸增多。特高壓交直流電網(wǎng)建設(shè)過(guò)渡階段，安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)依然是緊急情況下保障電網(wǎng)安全的重要手段。本文就特高壓直流故障下源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制策略及應(yīng)用展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：特高壓;可中斷負(fù)荷;直流故障;負(fù)荷控制

引言

特高壓直流故障下的源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制技術(shù)。首先在特高壓直流故障情況下，通過(guò)發(fā)電機(jī)組快速加出力、抽蓄機(jī)組遠(yuǎn)方啟停等措施保障系統(tǒng)頻率的快速恢復(fù)，然后通過(guò)負(fù)荷控制輔助決策，計(jì)算故障后電網(wǎng)需要切除的負(fù)荷量，優(yōu)先通過(guò)營(yíng)銷(xiāo)負(fù)荷控制系統(tǒng)，對(duì)可中斷負(fù)荷進(jìn)行控，最大限度地降低大批量負(fù)荷切除對(duì)用戶(hù)造成的不良影響。若營(yíng)銷(xiāo)負(fù)荷控制的可中斷負(fù)荷控制量不足時(shí)，通過(guò)調(diào)度負(fù)荷群控進(jìn)行補(bǔ)充。

1現(xiàn)有負(fù)荷控制模式與特點(diǎn)

1. 穩(wěn)控裝置負(fù)荷控制系統(tǒng)。限于通信條件、動(dòng)作延時(shí)、投資預(yù)算等因素，以往穩(wěn)控裝置均采用集中控制方式，執(zhí)行端一般設(shè)置在220kV變電站，以110kV負(fù)荷線(xiàn)路為控制對(duì)象，如圖2所示，無(wú)法做到按負(fù)荷性質(zhì)進(jìn)一步區(qū)分與選擇。例如西北—華中±500kV德寶直流聯(lián)網(wǎng)工程四川側(cè)配套切負(fù)荷控制系統(tǒng)、寧夏—山東±660kV寧東直流輸電工程山東側(cè)配套切負(fù)荷系統(tǒng)，均采取此類(lèi)切負(fù)荷方式。該類(lèi)切負(fù)荷穩(wěn)控系統(tǒng)為確保大電網(wǎng)安全發(fā)揮了重大作用，但社會(huì)影響也相對(duì)較大。隨著電網(wǎng)一次網(wǎng)架的加強(qiáng)、直流功率調(diào)控等控制方式的實(shí)際應(yīng)用，除了極為薄弱的電網(wǎng)或具備集中大工業(yè)負(fù)荷可短時(shí)切除的情況外，這種電網(wǎng)相對(duì)集中負(fù)荷控制手段已較少使用。穩(wěn)控裝置負(fù)控系統(tǒng)明顯優(yōu)勢(shì)：在電網(wǎng)故障情況下在毫秒級(jí)或秒級(jí)以?xún)?nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。作為高占比直流饋入電網(wǎng)，緊急切負(fù)荷仍然是電網(wǎng)故障情況下確保電網(wǎng)安全的必要手段。結(jié)合傳統(tǒng)穩(wěn)控裝置負(fù)荷控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、安全性?xún)?yōu)點(diǎn)，以及傳統(tǒng)營(yíng)銷(xiāo)負(fù)荷控制系統(tǒng)精確性、可選擇性?xún)?yōu)點(diǎn)，構(gòu)建一套基于穩(wěn)控技術(shù)的既安全可靠又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)顯得非常迫切。（2）營(yíng)銷(xiāo)負(fù)荷控制系統(tǒng)。營(yíng)銷(xiāo)負(fù)控系統(tǒng)一般與用電采集系統(tǒng)一體化建設(shè)，用戶(hù)側(cè)終端可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)負(fù)荷信息精確采集，并上送至營(yíng)銷(xiāo)負(fù)控主站。主站具備用電信息采集、監(jiān)測(cè)、控制功能，系統(tǒng)發(fā)布功率/電量定值控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)負(fù)荷的監(jiān)測(cè)和控制。對(duì)于營(yíng)銷(xiāo)負(fù)控系統(tǒng)，通道網(wǎng)絡(luò)組織是系統(tǒng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，當(dāng)前主要有2種組網(wǎng)方式。一是用戶(hù)負(fù)控終端通過(guò)230MHz數(shù)傳電臺(tái)等無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交互。該方式通信速度慢，通道可靠性不高。二是負(fù)控終端通過(guò)用戶(hù)至就近公網(wǎng)變電站專(zhuān)用光纖通道，并經(jīng)加密裝置后接入電力數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)。該方式傳輸速度快，通道可靠性高，但企業(yè)用戶(hù)至就近公網(wǎng)變電站必須有光纖通道。營(yíng)銷(xiāo)負(fù)控系統(tǒng)明顯的優(yōu)勢(shì)是：能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)情況下負(fù)荷精確采集和精準(zhǔn)控制，控制時(shí)間在秒級(jí)以上。

2源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制總體思路

特高壓直流故障后受端電網(wǎng)安全運(yùn)行涉及發(fā)電、負(fù)荷、電網(wǎng)三者之間的協(xié)調(diào)控制。在發(fā)電側(cè)通過(guò)抽蓄機(jī)組遠(yuǎn)方啟停、AGC一鍵加出力等方式，快速恢復(fù)系統(tǒng)頻率;在負(fù)荷側(cè)，當(dāng)系統(tǒng)備用不足或通過(guò)調(diào)整機(jī)組出力無(wú)法消除設(shè)備越限時(shí)，需要通過(guò)切負(fù)荷措施，保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行;在電網(wǎng)側(cè)，通過(guò)動(dòng)態(tài)ACE、省市支援等方式，保障系統(tǒng)頻率的恢復(fù)及省市電網(wǎng)備用水平。基于上述分析，特高壓直流故障后的源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制總體思路包括故障感知、優(yōu)化決策和協(xié)調(diào)控制3個(gè)部分。（1）故障感知，即利用調(diào)度主站系統(tǒng)采集的遙測(cè)、遙信量，采用基于專(zhuān)家規(guī)則的故障診斷策略，對(duì)特高壓直流閉鎖進(jìn)行在線(xiàn)診斷和告警，為后續(xù)的故障處理提供依據(jù)。（2）優(yōu)化決策，包括直流閉鎖預(yù)決策和實(shí)時(shí)決策兩部分。直流閉鎖預(yù)決策是在當(dāng)前電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上，模擬直流閉鎖故障，分析預(yù)想故障下存在的問(wèn)題，以及需要采取的預(yù)控措施和輔助決策。直流閉鎖實(shí)時(shí)決策是在特高壓直流實(shí)際故障后，根據(jù)故障后的電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，針對(duì)系統(tǒng)頻率偏低、輸電斷面超穩(wěn)定限額、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率超用，以及旋轉(zhuǎn)備用不足等問(wèn)題，綜合發(fā)電、負(fù)荷等可調(diào)資源，給出對(duì)應(yīng)的控制策略。（3）協(xié)調(diào)控制。根據(jù)優(yōu)化決策給出的控制策略，通過(guò)AGC一鍵加出力、抽水蓄能遠(yuǎn)方啟停、營(yíng)銷(xiāo)負(fù)荷控制及調(diào)度負(fù)荷群控等方式進(jìn)行發(fā)電、負(fù)荷資源的快速控制。需要說(shuō)明的是，對(duì)負(fù)荷的控制優(yōu)先通過(guò)營(yíng)銷(xiāo)負(fù)荷控制系統(tǒng)對(duì)可中斷負(fù)荷進(jìn)行控制，即控制大用戶(hù)的可中斷電源及非工空調(diào)等負(fù)荷，降低大批量拉升負(fù)荷對(duì)用戶(hù)造成的沖擊，在營(yíng)銷(xiāo)負(fù)荷控制可控容量不足時(shí)，利用調(diào)度超限電序位表，即調(diào)度群控進(jìn)行補(bǔ)足。

3源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1智能負(fù)控終端

智能負(fù)控終端可實(shí)現(xiàn)緊急控制功能（毫秒級(jí)）與穩(wěn)態(tài)控制功能的有機(jī)結(jié)合（秒級(jí)、分鐘級(jí)）。負(fù)控終端實(shí)時(shí)采集用戶(hù)所有380V分支回路功率。針對(duì)毫秒級(jí)負(fù)荷控制需求，由客戶(hù)自主選擇一部分非核心、可短時(shí)中斷的用電負(fù)荷，如啟停方便的生產(chǎn)線(xiàn)和空調(diào)用電、部分照明用電等可中斷負(fù)荷，參與電網(wǎng)故障情況下的緊急負(fù)荷控制。智能負(fù)控終端經(jīng)專(zhuān)用光纖以及變電站側(cè)2M通道，實(shí)現(xiàn)該用戶(hù)可中斷負(fù)荷量上送控制子站，并接收控制子站切除可中斷負(fù)荷指令。

3.2協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)性和公平性的分區(qū)負(fù)荷調(diào)整策略

特高壓直流大功率失去后其落點(diǎn)近區(qū)輸電斷面可能大幅超穩(wěn)定限額，為了將輸電斷面功率控制在安全水平以下，有可能需要通過(guò)拉負(fù)荷的方式降低斷面潮流。目前500KV電網(wǎng)一般采用分區(qū)運(yùn)行的方式，為了消除斷面過(guò)載，需要對(duì)各分區(qū)進(jìn)行負(fù)荷控制。單純從控制效果來(lái)說(shuō)，基于靈敏度可以得到最有效的分區(qū)負(fù)荷控制策略，但在極端情況下可能需要在單一分區(qū)切除大量負(fù)荷，不能滿(mǎn)足公平性的要求，為此需要從經(jīng)濟(jì)性和公平性?xún)蓚€(gè)方面統(tǒng)籌考慮，建立分區(qū)負(fù)荷控制策略模型。策略?xún)?yōu)化目標(biāo)是負(fù)荷整體切除量最小，約束條件包括分區(qū)可控負(fù)荷量、斷面輸送潮流及分區(qū)負(fù)荷控制比例3個(gè)部分。其中分區(qū)可控負(fù)荷量是指每個(gè)分區(qū)的負(fù)荷最大可控容量，在計(jì)算控制策略時(shí)不能超過(guò)該容量;斷面輸送潮流是指控制后其斷面潮流不能過(guò)載;分區(qū)負(fù)荷控制比例是指按各分區(qū)實(shí)時(shí)負(fù)荷大小，折算到的負(fù)荷控制比例，該控制比例有上下限約束，以確保某個(gè)分區(qū)不至于負(fù)荷總量控制過(guò)多。通過(guò)上述方式計(jì)算得到的分區(qū)負(fù)荷控制策略，既能夠滿(mǎn)足消除斷面過(guò)載的要求，又能夠兼顧經(jīng)濟(jì)性和公平性的要求，易于在工程實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

3.3安全防護(hù)方案

在源網(wǎng)荷系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)電力信息網(wǎng)之間部署防火墻、入侵檢測(cè)等安全設(shè)備，并通過(guò)設(shè)置安全防護(hù)策略實(shí)現(xiàn)終端認(rèn)證、訪(fǎng)問(wèn)控制、DDoS攻擊防護(hù)等安全防護(hù)功能。防火墻啟用NAT地址轉(zhuǎn)換功能，源網(wǎng)荷系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)中無(wú)信息網(wǎng)路由發(fā)布，增加了攻擊者發(fā)現(xiàn)目標(biāo)地址的難度。源網(wǎng)荷系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須采用ssh方式登陸，刪除默認(rèn)用戶(hù)，關(guān)閉如HTTP、Telnet、Rlogin、FTP等不需要的服務(wù)。配置管理級(jí)、監(jiān)控級(jí)、訪(fǎng)問(wèn)級(jí)三個(gè)級(jí)別的用戶(hù)，且密碼復(fù)雜度應(yīng)符合國(guó)網(wǎng)安全要求。利用控制列表和登陸超時(shí)時(shí)間在登陸線(xiàn)程中加以限制，并刪除登陸后的banner信息。SNMP協(xié)議必須使用V2及以上版本，不得使用默認(rèn)的讀寫(xiě)團(tuán)體字，限制SNMP服務(wù)器地址。

結(jié)語(yǔ)

基于穩(wěn)控技術(shù)的精準(zhǔn)負(fù)荷控制技術(shù)可為大送端電網(wǎng)精準(zhǔn)機(jī)組控制，特別是大規(guī)模的新能源發(fā)電控制提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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