電網穩定運行中負荷開關批量控制技術研究

謝 卿

(國網陜西省電力公司西安供電公司，陜西 西安 710032)

0 引言

隨著電網的不斷發展與創新，電網運行特性日益復雜,電網負荷急速增長，電網安全隱患也在增長，若不能得到及時合理的控制，甚至會發生主變跳閘等事故，引起較大范圍用戶停電，影響電網正常運行。因此，急需增強避免事故發生的能力，尤其是在事故緊急狀態下電網事故的應急處理能力。

為加快事故發生后系統恢復正常運行的速度，提高事故緊急情況下調控機構對負荷控制的精準度和時效性，需要研究電網穩定運行中負荷開關批量控制技術，以提升工作效率，提高電力系統運行的安全性和穩定性，提高供電質量。

1 技術方案

1.1 技術架構

電網穩定運行中調度控制系統負荷開關批量控制技術方案涉及調控主站、變電站，以及數據傳輸等方面內容，技術架構如圖1 所示。總體技術功能要求如下。

(1) 調控主站負荷開關批量控制功能應遵循一體化的原則，基于現有調度控制系統基礎平臺的模型管理、數據采集與交換、人機界面、權限管理等功能模塊，實現批量控制負荷序列的維護管理、智能選線、快速并發控制及操作統計等功能。

(2) 變電站端設備應滿足Q/GDW 231，Q/GDW 678，Q/GDW 679 等標準的相關要求。

（3）調控主站負荷開關批量控制模塊操作各環節都應遵循國家發展和改革委員會第14 號令、國能安全[2015] 36 號、Q/GDW 1680.36 的要求，調控主站與變電站的數據傳輸通道應安全可靠、冗余配置，網絡通道應采用縱向加密方式；應具備控制命令傳輸的全過程安全認證機制。

1.2 系統部署方案

系統在智能電網調度控制系統平臺基礎之上，擴展負荷開關批量控制應用，主要提供包括負荷開關批量控制維護管理、智能選線、控制執行、用戶權限管理、多態功能、操作統計功能以及信息轉發功能等，具體如圖2 所示。

圖1 負荷開關批量控制技術架構

根據功能需求，對于調度控制系統，需要融合負荷開關批量控制業務所需擴展調度控制系統模型，容納負荷開關批量控制模型信息，從而形成一體的電網模型；需要在調度控制系統平臺基礎之上擴展負荷開關批量控制應用，通過SOA 總線與調度控制系統的其他應用進行通信，實現模型、圖形、數據的共享以及操作的交互；需要對調度控制系統的人機界面進行改造，嵌入負荷控制系統的相關界面，實現一體的界面操作，達到負荷開關批量控制的功能需求，具體結構如圖3 所示。

2 功能設計和實現

2.1 限電策略的自動生成

系統支持在進行負荷開關批量控制時，自動生成限電策略。根據限電區域、限電負荷量、限電序位表以及實時潮流和負荷自動生成限電策略。在生成策略時應考慮既要滿足拉荷需求，又要考慮不誤拉重要保供電線路。系統在生成限電策略時，可以選擇按照序位表上的順序依次限電直至滿足目標限荷值要求，也可以在限電區域范圍內選擇最接近目標限荷值的限電策略，或者按照從大到小或從小到大原則選擇控制策略。圖4 為自動生成限電策略流程圖。限電策略自動生成時，具有識別不具備斷開條件的斷路器的功能，如下列情況應自動排除在限電策略外。

(1) 斷路器處于分位。

(2) 斷路器所帶負荷為零(即處于空送狀態)。

圖2 智能電網調度控制系統負荷開關批量控制功能軟件架構

(3) 斷路器處于閉鎖狀態，如斷路器有缺陷不能斷開、該條線路有保供電任務等情況。

第(3)點中，系統應開放應用窗口，輸入閉鎖狀態的斷路器，設置閉鎖時間，并設置操作權限。

圖3 智能電網調度控制系統負荷開關批量控制功能軟件結構

2.2 批量操作執行

負荷開關批量控制批量操作針對符合拉路序位表進行批量操作執行。執行應從快速、安全兩方面來考慮。“快速”考慮不同變電站的開關可以并行操作，減少等待時間。“安全”從如下兩方面考慮。

(1) 同一變電站的多個開關采取按照順序逐個執行的方式，避免多條指令并行操作出錯導致誤斷開關的情況發生；多個變電站下的開關支持順序執行，也支持并列執行。

(2) 在指令執行時應有監護審核及正式操作提醒功能。

圖4 自動生成限電策略流程

為了提高批量執行速度，應采用“同站順序執行、不同站并行執行”的方式，即同一個站的開關按照順序執行，不同站的開關可以并行操作，這樣可以保證多個站同時并行操作。

單個開關的遙控操作，與人工遠方操作基本一致，按照控制選擇→控制返校→控制執行的流程進行。開關遙控操作執行命令發出后，在一定的延時時間(系統默認延時時間為20 s)之內收到該開關變位信息，開關變位為預計控制的位置，認為該開關控制成功，繼續下一個開關的控制執行操作；若在延時時間內未收到開關返回的位置信息，認為開關操作失敗，繼續下一個開關控制。

每一個開關操作完成后，系統同步顯示執行結果信息，包括執行的開關信息、執行結果、拉掉多少負荷、總體拉負荷余量多少等。批量限荷應具備多次執行功能，即一次執行完畢，可再次進行。在對于當前正在執行的拉路序位表，支持手動停止功能。在并行控制方面，必須有如下保證。

(1) 保證在各遙控對象之間不發生沖突，保證各遙控對象在返校和執行過程中唯一對應到本遙控對象描述上。

(2) 保證遙控時服務器對CPU 的使用率不高于原使用率的20 %。

2.3 執行操作流程

系統支持根據控制機構、限電類型、限電區域等信息進行負荷開關批量控制執行操作。控制操作時根據不同業務需求、拉荷目標值等信息，選擇適當的負荷批次控制序位表，然后據此生成負荷開關批量控制操作流程信息，根據所選擇的不同控制策略規則，進行控制操作。

負荷開關批量控制所選擇的控制策略、控制序位表必須經過審核后方可進行操作。控制操作首先按照遠方控制流程進行選擇、返校、執行(撤銷)，控制操作支持自動/手動操作兩種模式。當控制操作出現錯誤沒有達到預期的效果，則控制操作根據需要跳過該單步控制流程或暫停等待用戶處理確認。當負荷開關批量控制已經達到預期拉荷目標值，則負荷開關批量控制完成，停止控制操作。

對超網供限電、事故限電，應具有設置目標限荷值功能。系統在自動生成限電策略時應根據實時負荷選擇超過目標限荷值且最接近目標限荷值的限荷總額。

2.4 多態功能

負荷開關批量控制功能，支持預置態模式和執行態模式。預置態模式中，控制過程中負荷開關批量控制功能只允許發遙控預置指令，無論斷路器預置成功與否都取消預置指令。執行態模式：控制過程中負荷開關批量控制功能可以正常發送遙控預置、執行指令；多態控制時，不同態應獨立登錄，控制界面應有明顯顏色區分和以“背景水印”文字信息提示。在同一臺工作站上不允許同時運行預置態和執行態功能，以保證安全。

預置態模式下流程如圖5 所示。

圖5 預置態下操作流程

執行態模式下流程如圖6 所示。

圖6 執行態下操作流程

2.5 省地一體聯合負荷開關批量控制

負荷開關批量控制的拉路序位信息可通過E格式文本方式由省級調度機構下發至地區調度機構，命令內容包含：負荷拉除地區、范圍、負荷切除總量等。在接到上級調度機構的負荷切除命令后，地區負荷控制系統自動進行負荷切除計算，待計算結束后在人機界面彈出。彈出的窗口中應自動對負荷切除列表進行排序，并且支持人工排序；負荷信息可以按負荷由大到小排序也可以按由小到大進行排序；負荷信息應該對重要用戶信息進行自動過濾，并以提示信息告知調度員；負荷信息應提示掛保電牌等信息，以便調度員確認是否必須切除。

在負荷開關批量控制過程中負荷控制值實時轉發至上級調度機構，負荷控制完成后，形成控制報告。對于控制失敗的設備以不同顏色提示。

2.6 與其他系統接口

為完成系統功能的實現，需要與其他系統通過接口的方式獲取必需的電網數據，如與上級調度自動化系統的交互接口、與智能變電站監控系統的信息交互接口等。

3 應用的技術類型和亮點

通過對負荷開關批量控制技術的研究和應用，用軟件實現國網陜西省電力公司西安供電公司調度控制系統的負荷開關批量控制功能。該功能主要包含：負荷開關批量控制圖模維護工具、負荷開關批量控制業務模塊、負荷開關批量控制智能控制防誤業務模塊、負荷開關批量控制界面展示、負荷開關批量控制多態業務支持、負荷開關批量控制安全權限業務、省地一體聯合負荷開關批量控制等。通過上述功能模塊協作運行實現國網陜西省電力公司西安供電公司調度控制系統負荷開關批量控制功能，對提升該公司電網重、特大事故快速反應能力和保障電網穩定運行具有良好的實用意義。

4 技術應用開展情況

負荷開關批量控制技術的建設與應用，是陜西省調2019 年度重點工作之一，為了按期完成任務，確保在“迎峰度夏”中有效發揮作用，保障電網安全，西安地調根據《2019 年西安電網110 kV 線路N-1事故、330 kV 主變、斷面過載及N-1 事故限電方案》制定了批量切負荷策略。

為確保拉路準確無誤，西安地調監控專業錄入限電線路及設備時，采取一人錄入、另一人核對，同時做好記錄的工作法。

在2019-06-01 凌晨，西安地調利用香胡灣變電站10 kV 備自投試驗的停電機會進行了實際測試，成功驗證了批量切負荷功能的正確性、可靠性，為2019 年度西安電網“迎峰度夏”安全穩定可靠運行提供了堅強的技術支撐。

5 結論

負荷開關批量控制功能可實現批量控制負荷序列的維護管理、智能選線、快速并發控制及操作統計等功能，利用現有的遙控點表信息及數據傳輸通道實現對變電站斷路器遠方操作控制，并向省調系統傳送實時可切負荷及控制結果數據。在電網穩定運行中變電站施行無人值班和強直弱交大受端電網嚴重故障時，負荷開關批量控制功能可以通過并行的方式批量控制電網負荷，并提供控制過程的可視化和交互操作，大大縮短故障處理時間。

負荷開關批量控制功能對提升電網重、特大事故快速反應能力和保障電網穩定運行具有良好的實用意義。試點成功后，對全國電網同類問題有一定的參考、借鑒作用，具有明顯的經濟、安全和管理效應。