基于PMU的電網(wǎng)振蕩監(jiān)控系統(tǒng)的應用

肖 臻

（廣西電網(wǎng)有限責任公司百色供電局，廣西 百色 533000）

0 引 言

隨著電力改革的進一步深化，區(qū)域電網(wǎng)給主電網(wǎng)帶來諸多新問題，如弱聯(lián)系的電網(wǎng)區(qū)域間的低頻振蕩。區(qū)域電網(wǎng)屬于典型的“大機小網(wǎng)大負荷”，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，同塔雙回路輻射型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，電壓、頻率穩(wěn)定性差。在電網(wǎng)弱聯(lián)系狀態(tài)下運行，區(qū)域電網(wǎng)負荷波動極易失去穩(wěn)定。區(qū)域電網(wǎng)與主電網(wǎng)聯(lián)系如圖1所示。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）側(cè)重于對穩(wěn)態(tài)監(jiān)測，對動態(tài)過程無法有效監(jiān)測。PMU能夠獲得同一時間下大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)信息和動態(tài)信息，為電力系統(tǒng)區(qū)間動態(tài)監(jiān)視、分析并決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在電力系統(tǒng)振蕩分析及抑制方面有廣闊的前景[1]。本文通過電網(wǎng)振蕩監(jiān)控系統(tǒng)對基于PMU的電網(wǎng)振蕩監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成進行綜述，結(jié)合電網(wǎng)振蕩監(jiān)控系統(tǒng)應用情況，分析提出下一步的改進方向。

1 系統(tǒng)概述

1.1 PMU原理

PMU是一種多功能信號采集系統(tǒng)，能實時測量相角、電壓和電流，進行功率的實時計算。其中相角測量是PMU技術(shù)關(guān)鍵，1 ms時間誤差會帶來18°工頻相角誤差，GPS信號與國際標準時間同步誤差小于1μs，可以滿足相位測量精度要求[1]。相角是反映系統(tǒng)穩(wěn)定性重要狀態(tài)量，同步發(fā)電機并網(wǎng)運行后的功角用來觀察和判斷該機組和電力系統(tǒng)并列運行穩(wěn)定性。因此，準確實時地測量相角對系統(tǒng)穩(wěn)控非常重要。

1.2 系統(tǒng)配置

電網(wǎng)振蕩監(jiān)控系統(tǒng)（如圖2所示）主要包括：調(diào)度主站、變電站子站；主站包括數(shù)據(jù)采集及處理服務器、工作站；子站包括PMU裝置和穩(wěn)控裝置（失步解列裝置）。

主站主要實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)間的功率波動檢測、區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的低頻振蕩檢測。主站判斷功率波動或低頻振蕩后通過PMU裝置向子站穩(wěn)控裝置（失步解列裝置）發(fā)送裝置總PMU動作信號1（主站dP動作信號）和對應線路的PMU動作信號2（主站df動作信號）；PMU自身裝置包含線路低頻振蕩檢測功能，判為低頻振蕩后向穩(wěn)控裝置（失步解列裝置）發(fā)送對應線路的PMU動作信號2，作為主站低頻振蕩判別模塊的后備；穩(wěn)控裝置（失步解列裝置）主要用于系統(tǒng)的出口執(zhí)行。

2 系統(tǒng)應用

2.1 系統(tǒng)邏輯

電網(wǎng)振蕩監(jiān)控系統(tǒng)主站分為4個功能檢測模塊：功率偏移檢測模塊、頻率偏移檢測模塊、弱阻尼模態(tài)密度法模塊、在線Prony分析法模塊。根據(jù)出口邏輯需求，目前系統(tǒng)發(fā)送跳閘出口的有以下3種情況：

（1）主站檢測線路有功偏移量之和（ΔP總）超過閥值70 MW，則發(fā)告警和跳閘出口命令；

（2）在線Prony分析法檢測到如老區(qū)站老六城106線阻尼比小于0.03，能占比大于0.4，發(fā)主站告警。在滿足此條件基礎(chǔ)上，若弱阻尼模態(tài)密度法檢測到老六城線連續(xù)8組以上弱阻尼模態(tài)占比超過閥值或者頻率偏移檢測到老六城線有新的振蕩模式，則發(fā)告警和跳閘出口命令；

（3）在線Prony分析法檢測到如老六城線阻尼比小于0.01，能占比大于0.4，則發(fā)告警和跳閘出口命令。

子站失步解列裝置在接收主站系統(tǒng)的跳閘命令后，須經(jīng)本地功率突變或本地瞬時功率防誤判據(jù)后出口跳閘。

當系統(tǒng)監(jiān)測到沙坡站的112線、110線、108線、106線和老區(qū)站的老六城106線總功率突變量ΔP總大于主站總功率突變定值ΔP定值或者振蕩檢測主站低頻振蕩偏移Δf啟動，同時站端穩(wěn)控裝置（失步解列裝置）檢測到有聯(lián)絡(luò)線功率突變ΔP本地啟動信號，站端穩(wěn)控裝置（失步解列裝置）可啟動跳閘功能，跳開站端聯(lián)絡(luò)線開關(guān)；各聯(lián)絡(luò)線電流達到啟動定值也能啟動穩(wěn)控裝置（失步解列裝置）的跳閘功能，跳開站端聯(lián)絡(luò)線開關(guān)，實現(xiàn)解列。穩(wěn)控裝置（失步解列裝置）動作邏輯如圖3所示。

2.2 系統(tǒng)運行情況

電網(wǎng)振蕩監(jiān)控系統(tǒng)于2016年1月完成系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，開始投入試運行，按經(jīng)驗值將主站ΔP設(shè)為40 MW，設(shè)置依據(jù)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)最大單機容量（24 MW）的1.5倍，考慮一定的裕度，老區(qū)站失步解列裝置作為本地判據(jù)有功偏移量設(shè)為25 MW，考慮略高于老六城線接入的最大單機容量。三次對主站系統(tǒng)程序進行更新設(shè)置，修改系統(tǒng)模式頻率偏差閥值，修正系統(tǒng)的有功偏移計算方法，消除了電磁合環(huán)引起的誤告警；將老區(qū)站失步解列裝置有功偏移展寬時間由1 s調(diào)整為20 s，確保主站告警信號與老區(qū)子站失步解列裝置同步動作；根據(jù)系統(tǒng)運行監(jiān)測到原有主站ΔP總動作值偏低，不能可靠躲過非區(qū)域電網(wǎng)原因造成的功率突變，將振蕩監(jiān)控系統(tǒng)主站ΔP由40 MW調(diào)整為70 MW。

2017年2月23日，百礦電廠#1 發(fā)電機組由FCB運行模式同期并網(wǎng)產(chǎn)生大擾動，主電網(wǎng)與區(qū)域電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線老六城線負荷倒送17 MW，百礦鋁廠相繼快速投入6臺整流變，持續(xù)勵磁涌流擾動誘發(fā)振蕩(如圖4所示）。調(diào)度通過電網(wǎng)振蕩監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到有功最大突變量299 MW，發(fā)現(xiàn)低頻振蕩并下令區(qū)域電網(wǎng)立即采取措施抑制振蕩，相繼投運了兩臺空氣壓縮機后產(chǎn)生的較大無功需求，振蕩很快消失。

2.3 系統(tǒng)問題及應對措施

電網(wǎng)振蕩監(jiān)控系統(tǒng)是采用微擾動振蕩模式偏移識別新技術(shù)，輔以聯(lián)絡(luò)線功率prony分析功能，判斷為負阻尼或弱阻尼并且功率振蕩幅值達到定值時，通過PMU發(fā)令給解列裝置出口。在監(jiān)控不明機組并網(wǎng)方面發(fā)揮了重要作用，但在電解鋁陽極效應、500 kV線路發(fā)生短路故障時均存在誤動的可能。一旦裝置誤動造成聯(lián)絡(luò)線跳閘，損失負荷將超過5×105kW，達到較大電力安全事故。因此僅依靠振蕩監(jiān)控系統(tǒng)實施關(guān)口跳閘，并不十分嚴謹，需要在區(qū)域電網(wǎng)、主電網(wǎng)增設(shè)同步和異步振蕩解列裝置快速隔離振蕩源，在明確解列邊界條件下完善電網(wǎng)解列策略，以確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

4 結(jié) 論

基于PMU的電網(wǎng)振蕩監(jiān)控系統(tǒng)自試運行以來，對區(qū)域電網(wǎng)引起的異常情況均能有效監(jiān)測，為調(diào)度員判斷電網(wǎng)振蕩提供了有利工具，有序應對了區(qū)域電網(wǎng)的多起事故事件，有效保障了主電網(wǎng)用電安全，對保障社會穩(wěn)定發(fā)展起到了積極作用，體現(xiàn)了良好的社會效益。