智能電網中的調度自動化技術應用

孫曉宇

(西山煤電 電力公司，山西 太原 030053)

0 引言

隨著電網建設的發展,地區內電網設備和參數越來越多,對調度工作的考驗也越來越大。為實現電網運行安全,調度自動化技術應運而生[1-3]。調度自動化系統是在SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,數據采集與監視控制)系統的基礎上發展而來的,在運行方式調整、電壓調整、調度員技能培訓等方面分別推出了PAS、DTS、AVC控制等高級應用,這些調度自動化應用很大程度上提高了地區電網運行的安全性[4-6]。SCADA系統在本質上還是靠調度員進行調度,所以本文只對調度自動化等高級功能進行闡述。本文結合運行經驗,總結了調度自動化技術的技術特點和應用效果。

1 電力系統靜態安全分析軟件(PAS)

保證電網安全運行是調度工作的首要責任,為了在電網運行過程中分析和研判其中可能存在的安全隱患,調度自動化系統中設計了電力系統靜態安全分析軟件(PAS)。對于省級及以上的電網,PAS的分析注重于發電量控制和電網損耗方面;對于地市級及縣級以下電網,PAS的首要目標是通過控制無功補償來確保系統電壓控制在正常范圍之內。PAS的功能包括網絡建模、狀態估計、調度員潮流和負荷預測。

1.1 網絡建模

網絡建模是PAS實現其他功能的基礎,該功能將地區內所有元件通過一定的拓撲關系構建成電網,然后通過賦予數值使其與實際電網相對應。網絡建模的輔助功能有明確電網范圍、節點入庫和連接關系驗證等。電網范圍定義了網絡的邊界,從發電廠出發到各級變電站,最后與其他調度范圍的電站相連接,省、市、縣的電網范圍是不同的。節點入庫是幫助電網設備進行連接,每個元件的端口有一個編號,相同編號的元件直接相連。確定網絡范圍和節點入庫之后,PAS可以對端口的正確性進行驗證,驗證結果通過警告和錯誤顯示,警告表示有端口未連接,錯誤表示設備連接錯誤,例如電壓等級不符等。

1.2 狀態估計

狀態估計有在線方式和離線方式:在線方式就是進行實時數據計算;離線方式是導入之前數據進行計算。在PAS中設定了自動計算的啟動周期,每次循環期限到時間會自動計算一次狀態估計,然后顯示正常,也可以通過按鈕進行手動啟動。狀態估計的結果可以通過圖形和表格來展示,線路首末功率、主變三側功率、母線電壓等狀態數據均顯示在一次接線圖中,潮流、越限、可疑數據等遙測數據通過列表展示。狀態估計具有量測控制功能,可以在計算出現錯誤時將錯誤數據屏蔽,如果錯誤是單個數據,可以對該數據進行屏蔽;如果整座變電站數據錯誤,也可以對整座變電站數據屏蔽,使其不參加PAS計算。

1.3 調度員潮流

調度員潮流的目的是維護潮流數據,使其收斂,在此基礎上才能進行其他高級網絡分析。調度人員通過使用調度員潮流來研究電網可能發生的狀態,專門研究和制訂電網運行方式的工作人員使用其進行調度計劃的合理性校驗和安全性校驗。通過調度員潮流軟件,可以對電網實時數據、預測數據和歷史數據進行分析,也可以通過修改運行方式進行輔助分析,方便調度員和運行方式人員檢查和調整運行方式。

1.4 負荷預測

負荷預測根據SCADA獲取數據,通過超短期預測預報60 min負荷、短期預測日負荷。超短期預測通過AGC(Automatic Generation Control,自動發電控制)訪問,調節不同發電廠的多個發電機有功功率輸出以響應負荷的變化。短期預測還結合了節假日、特殊時間或天氣情況等因素的影響,應用多種手段進行預報,用戶界面友好。

使用PAS后,狀態估計月可用率達到了90%的基本要求,月合格率達到了95%,調度員潮流月合格率和潮流計算誤差小于1.5%。

2 調度員培訓仿真子系統(DTS)

調度員培訓仿真子系統(DTS)由SCADA/EMS子系統、電網仿真子系統、教員和控制子系統組成,SCADA/EMS仿真系統的數據全部來自實時SCADA系統,電網仿真子系統的主要作用是模擬電網結構,教員和控制子系統的作用是編制實訓方案、控制實訓過程和存儲實訓數據,三者之間的關系如圖1所示。教員在教員和控制子系統中設置電網運行信息,包括運行方式、潮流分布等,然后設置故障信息,包括故障種類、負荷損失、保護信息等。學員在SCADA/EMS子系統進行實訓操作,該子系統的界面和實際調控系統的界面相同,達到了與實際工作一樣的操作環境。DTS的培訓方式有以下4種:①使用教員機進行自學;②教員和實訓人員互不干擾的培訓;③教員和實訓人員通過系統共同進行反事故演習;④教員和實訓人員通過系統共同進行反事故演習,同時還可以遠方通信。

圖1 DTS系統結構

DTS在智能電網調度自動化系統中起到的作用包括仿真電網事故和反事故演習、培訓調度人員、研究電網運行方式、為繼電保護人員提供支持和為SCADA系統新功能提供測試平臺。在DTS運行過程中,參與實訓的調控人員面對的操作界面和操作過程與實際工作中的調度操作一致,只是實際調控大廳的系統背后是實時電網,而DTS所調度的是單獨構建的虛擬電網。在實訓過程中,模擬系統可以反映出SCADA系統中模擬量、開關量、潮流等信息,同時上級調度機構和下級調度機構也可以參與進來,將事故處理的聯系和處置形成一個完整的過程。

DTS運行2年之后,公司通過該系統完成27班次實訓任務,培訓新上崗調度員和系統其他崗位人員173人次。通過DTS系統的應用,縮減了培訓周期和費用,提高了培訓效率,特別是對新上崗調度員的培訓,完全模擬了真實調度操作臺,相較于之前的模式培訓效果有顯著提高。

3 自動電壓控制系統(AVC)

目前電網中的無功功率補償采取就地平衡的方式,AVC系統在保證電網和元件安全的前提下計算出電網各處無功功率和電壓等關鍵數據,制定出符合當前實際的電壓控制策略,并通過SCADA將控制命令下發到站內電容器組和主變有載調壓開關,控制電容器組的投入、切除和對主變分接開關的檔位調整。AVC系統的運行前提是保證電網和設備的安全,在此基礎上,還要考慮電容器組和主變分接開關操作的時間間隔、允許動作次數和事故閉鎖信號等,在滿足上述原則和條件的情況下,AVC的運行能夠降低網損,使電網電壓始終保持在允許范圍。AVC系統運行過程中還要接收上級調度的控制,避免調度沖突。圖2為調度與廠站AVC系統關系圖。

圖2 調度和廠站AVC系統關系

在AVC運行過程中,關鍵環節涉及到的安全控制要求必須滿足。在系統運行后,以下環節的安全要求需要特別注意:

(1) 電容器組投入和切除過程中,主變分接頭調整過程中是否會引起振蕩。

(2) 電容器組斷路器分閘和合閘過程中,主變分接開關檔位切換過程中是否滿足規定時間內的動作次數。

(3) 在電容器組開關跳閘后,AVC系統能否識別電容器組保護裝置的故障類型,在斷路器跳閘后向該組電容器發出閉鎖信號,同時向調度員發出聲光報警。

(4) 主變在額定負載運行時,禁止AVC系統對其進行調壓。

(5) AVC系統能否識別SCADA系統發出的死數據,如果判斷為死數據,系統應能夠閉鎖相應的電容器組和主變分接頭。

(6) 對于同步運行的主變,AVC系統按照內置的程序對其進行同步調整。

在AVC系統運行后,本地區的廠站AVC覆蓋率達到了90%,按3 min計算一次,AVC的月均可用率在98%以上,滿足驗收細則。自系統運行以來無特殊情況均沒有退出,投運率達到了100%,控制合格率100%。

4 結束語

PAS軟件的使用提高了調度員對電網的預測能力,DTS軟件的使用提高了培訓調度員的效率,AVC軟件的使用提高了地區電網的電壓水平。綜上所述,調度自動化技術對智能電網建設起到了關鍵作用,在實際工作中還應進一步開展對其的學習與應用,提高調度工作的安全性和效率。