基于ADPSS數模仿真的安全穩定控制裝置測試方法研究

郝旭東，程佩芬，楊 冬，張 冰，馬 歡，常延朝

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003；2.國網山東省電力公司經濟技術研究院，山東 濟南 250021；3.國網山東省電力公司，山東 濟南 250001；4.山東大學電氣工程學院，山東 濟南 250061）

0 引言

隨著社會經濟的發展，人類社會對電力供應的需求越來越大，對系統運行可靠性的要求也越來越高。特高壓交直流、新能源接入等導致電力系統趨于復雜，電網安全穩定運行的問題得到學術界和工業界的廣泛研究和探討［1-3］。安全穩定控制裝置，作為一種提高電力系統穩定性的有效手段［4］，在電力系統中的應用越來越多，并取得了一定的成效［5］。

與此同時，由于安全穩定控制裝置的重要性，亟須開展安全穩定控制裝置的全面測試方法研究，以驗證安全穩定控制裝置能否可靠動作。文獻［6］提出了一種基于實時數字仿真器的安全穩定控制裝置仿真測試方法，并驗證了該方法的有效性。文獻［7］分析了LabVIEW 在安全穩定控制裝置測試中的應用場景，并驗證了基于LabVIEW 的安全穩定控制裝置測試系統能夠滿足相關需求。文獻［8］總結了以往測試方法的優缺點，并提出了一種數字化穩控系統的測試平臺，以提高穩控系統測試效率。

電力系統全數字仿真裝置（Advanced Digital Power System Simulator，ADPSS）［9］是由中國電力科學研究院研制的、具有我國自主知識產權的仿真裝置，能夠實現交直流混聯系統的全過程實時仿真，在直流輸電系統機電-電磁混合仿真［10］、線路保護建模［11］、新能源仿真［12］等方面得到了學術界和工業界的廣泛研究和應用，能夠實現實時數字仿真儀（Real Time Pigital Simulator，RTDS）［13-16］、RTLAB［17-19］等 軟件的相關功能。文獻［9］就ADPSS的主要功能、技術特點、系統結構、應用現狀和前景等方面對ADPSS進行了詳細介紹，并總結得出ADPSS 在相關領域具有較強的優勢和較好的效果，擁有巨大的發展潛力。文獻［20］基于ADPSS開展了交直流電網的全電磁暫態數模混合仿真，并通過算例驗證了ADPSS的良好效果。

基于ADPSS 數模仿真測試平臺，結合安全穩定控制裝置的應用工程場景，訂制化搭建適用于相關工程投運安全穩定控制裝置的整套數模仿真測試模型，并研究制訂配套的測試方案和測試內容，以實現對安全穩定控制裝置功能邏輯的全面檢測，為電力系統安全穩定運行保駕護航。

1 安全穩定控制裝置

作為電力系統第二道防線的重要組成部分，安全穩定控制裝置在提高系統穩定性、保障電力系統安全運行方面具有重要的作用［21］。安全穩定控制裝置能夠正確動作對電力系統運行可靠性至關重要，若出現安全穩定控制裝置拒動、誤動等情況，可能會對系統供電的可靠性造成影響，甚至導致局部電網停電事故的發生。以過負荷聯切穩控裝置為例，分析安全穩定控制裝置的功能邏輯，為安全穩定控制裝置測試工作奠定基礎。

過負荷聯切穩控裝置由主機、從機及相關輔助設備組成，各設備之間相互配合，從而實現裝置功能的正常運轉。山東地區較為常見的過負荷聯切標準穩控裝置，其主要功能為采集相關線路的電壓、電流等參數，判斷其是否超過線路的限制，并設置多輪次的切負荷動作，根據切負荷矩陣對相應負荷進行切除。對于遠方設備，可接收或發送過載切負荷的信號，并進行切負荷操作或遙切遠方負荷。

根據工程實際需要，一般情況下過負荷定值一般設置為夏季定值和冬季定值兩套參數，同時，不同輪次的切負荷操作間設置相應的延時，通過時間配合來保證不同輪次切負荷先后動作，以盡量減少證線路所帶負荷受到的影響。

同時，過負荷聯切穩控裝置應設置相應的功能壓板，以實現過負荷聯切功能的投退控制。

2 基于ADPSS數模仿真系統的測試平臺

ADPSS數模仿真系統，主要由ADPSS軟件及服務器、物理接口箱、功率放大器等組成。為了提高仿真計算的速度，服務器一般選擇為高性能計算機的機群。物理接口箱提供模擬量輸入/輸出（AI/AO）通道、開關量輸入/輸出（DI/DO）通道，安全穩定控制裝置通過物理接口箱與服務器進行開關量的信息交互，通過功率放大器與物理接口箱及服務器進行模擬量的交互。

基于ADPSS數模仿真系統的穩控裝置測試平臺的結構如圖1所示。

圖1 測試平臺結構

基于ADPSS數模仿真系統的穩控裝置測試平臺通過安裝柜進行集成，以盡可能便于接線，減少占地面積，測試平臺安裝完成現場如圖2所示。

圖2 測試平臺現場

為了實現對安全穩定控制裝置功能邏輯的全面檢測，應基于前文的測試平臺，在ADPSS軟件中定制化搭建適用于安全穩定控制裝置的整套數模仿真測試模型。以某型號過負荷聯切裝置為例，搭建了相應的仿真測試模型，其中涉及穩控裝置部分系統的構架如圖3 所示，BRK 表示線路的斷路器，通過三相串聯RLC負荷元件來模擬電網負荷。

圖3 仿真測試模型

基于測試平臺搭建的仿真測試模型，可以將仿真系統中斷路器的開關量及線路電流量等與過負荷聯切裝置的信息進行交互，從而保證仿真測試模型能夠充分體現過負荷聯切裝置的動作效果，以驗證裝置功能邏輯的準確性。

3 安全穩定控制裝置測試方法

3.1 一般性檢測項目

為保證安全穩定控制裝置能夠正常投運，首先需進行一般性檢測，對裝置信號采集、告警等功能進行測試，主要包括以下幾項。

1）模擬量采樣：檢測在安全穩定控制裝置上查看電壓、電流、功率等與計算的開入數據是否一致；

2）異常告警功能：模擬安全穩定控制裝置TV、TA二次回路斷線，檢測裝置告警信息是否正確報送。

若安全穩定控制裝置具備遠方功能，則需對其以下幾項內容進行檢測。

1）站間通道：兩套裝置的通道壓板均投入情況下檢測兩套裝置是否報警，兩套裝置通道壓板投退不一致情況下檢測兩套裝置是否報警，兩套裝置通道壓板均退出情況下檢測兩套裝置是否報警；

2）信息交互：兩套裝置均按正常方式投入壓板情況下檢測在兩套裝置上交互的信息是否一致，依次檢測通道壓板退出、過載功能壓板退出、總功能壓板退出及物理通道收發斷開情況下檢測在兩套裝置上交互的信息。

另外，可根據安全穩定控制裝置的特性及應用工程實際對一般性檢測項目進行調整，以保證測試結果的全面性。

3.2 邏輯功能檢測項目

安全穩定控制裝置一般設置夏季定值和冬季定值，且根據線路過載情況配置多輪切機或切負荷動作，以最大程度保證安全自動裝置可將線路功率維持在安全限值以內。

與此對應，安全穩定控制裝置的邏輯功能檢測項目需在夏季定值和冬季定值條件下進行分別檢測，且多輪的動作能否依次可靠動作也屬于安全穩定控制裝置測試工作的重點內容之一。

夏季定值條件下的檢測項目主要包括以下幾項。

1）夏季動作一輪：退出裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過夏季過載動作電流定值，檢測裝置是否動作；投入裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過夏季過載動作電流定值，但潮流方向不滿足規定的方向，檢測裝置是否動作；投入裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過夏季過載動作電流定值、一輪動作后電流未達到夏季過載動作電流定值，且潮流方向滿足規定的方向，檢測裝置是否動作。

2）夏季動作二輪：投入裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過夏季過載動作電流定值、一輪動作后電流達到夏季過載動作電流定值，二輪動作后電流未達到夏季過載動作電流定值，且潮流方向滿足規定的方向，檢測裝置是否動作。

3）夏季動作三輪：投入裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過夏季過載動作電流定值、一輪動作后電流達到夏季過載動作電流定值，二輪動作后電流達到夏季過載動作電流定值，三輪動作后電流未達到夏季過載動作電流定值，且潮流方向滿足規定的方向，檢測裝置是否動作。

4）夏季動作四輪：投入裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過夏季過載動作電流定值、一輪動作后電流達到夏季過載動作電流定值，二輪動作后電流達到夏季過載動作電流定值，三輪動作后電流達到夏季過載動作電流定值，且潮流方向滿足規定的方向，檢測裝置是否動作。

冬季定值條件下的檢測項目與夏季定值條件的基本相同。

1）冬季動作一輪：退出裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過冬季過載動作電流定值，檢測裝置是否動作；投入裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過冬季過載動作電流定值，但潮流方向不滿足規定的方向，檢測裝置是否動作；投入裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過冬季過載動作電流定值、一輪動作后電流未達到冬季過載動作電流定值，且潮流方向滿足規定的方向，檢測裝置是否動作。

2）冬季動作二輪：投入裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過冬季過載動作電流定值、一輪動作后電流達到冬季過載動作電流定值，二輪動作后電流未達到冬季過載動作電流定值，且潮流方向滿足規定的方向，檢測裝置是否動作。

3）冬季動作三輪：投入裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過冬季過載動作電流定值、一輪動作后電流達到冬季過載動作電流定值，二輪動作后電流達到冬季過載動作電流定值，三輪動作后電流未達到冬季過載動作電流定值，且潮流方向滿足規定的方向，檢測裝置是否動作。

4）冬季動作四輪：投入裝置功能壓板，在計算數據中調整方式，使得設備超過冬季過載動作電流定值、一輪動作后電流達到冬季過載動作電流定值，二輪動作后電流達到冬季過載動作電流定值，三輪動作后電流達到冬季過載動作電流定值，且潮流方向滿足規定的方向，檢測裝置是否動作。

夏、冬季定值切換方面，在投入冬季定值壓板情況下，調整計算數據的方式，使得設備超過夏季過載動作電流定值、未達到冬季過載動作電流定值，潮流方向滿足規定的方向，檢測裝置是否動作；再退出冬季定值壓板，重復上述計算。

此外，需要檢測安全穩定控制裝置在總功能壓板投入/退出情況下發生過載后是否動作。

4 測試算例

對于一般性檢測項目，需要核對安全穩定控制裝置的采樣值與計算的開入數據是否一致，合格的裝置應保證二者相同。同時，在TV、TA 斷線情況下，合格的安全穩定控制裝置應發出報警信號。

對于邏輯功能檢測項目，需在裝置功能投入情況下，在計算數據中調整方式，使得設備超過夏季過載動作電流定值，檢測裝置各輪動作是否運行，不同檢測項目下開關動作信號的錄波結果如圖4 所示，信號值由1變0表示對應短路器動作，其中圖4（a）中發生變化的信號值對應動作一輪的斷路器，圖4（b）發生變化的信號值分別對應動作一輪、二輪的斷路器，圖4（c）發生變化的信號值分別對應動作一輪、二輪、三輪的斷路器，圖4（d）發生變化的信號值分別對應動作一輪、二輪、三輪、四輪的斷路器。

圖4 開關動作信號錄波結果

通過圖4 可以看出，各輪開關均可按照指定時間內由1（閉合）置0（斷開），安全穩定控制裝置能夠可靠動作，符合相關測試要求。此外，為進一步確保測試的可靠性，可同時對相關線路電壓電流進行錄波，以確保線路開關可靠跳開。動作四輪情況下電壓電流錄波結果如圖5所示。

圖5 動作四輪情況下電壓電流錄波結果

通過圖5可以看出電流在每輪動作后都會由于負荷線路被切斷而相應減小，這一定程度上驗證了開關動作的可靠性，提高了裝置檢測的可信度。冬季定值條件下的測試結果基本相同，對此不再進行展開敘述。

5 結語

針對安全穩定控制裝置可能發生的不正確動作現象，提出了一種基于ADPSS 數模仿真的安全穩定控制裝置測試方法，建設數模仿真測試平臺，結合安全穩定控制裝置的功能邏輯及應用場景，定制化搭建適用于安全穩定控制裝置的整套仿真測試模型，并制定配套的一般性檢測項目和邏輯功能檢測項目，以實現對裝置動作可靠性的全面檢測。通過測試算例，所提方法的有效性和可靠性可以得到充分驗證。