舟山電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)

倪秋龍，王強(qiáng)強(qiáng)，王 超，王 棟，陳海榮

（1.浙江電力調(diào)度通信中心，杭州 310007；2.國電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 211100；3.舟山電力局，浙江 舟山 316000）

220 kV春曉-昌洲雙線投產(chǎn)后，舟山海島電網(wǎng)通過220 kV春曉-昌洲線路及兩回110 kV線路接入浙江主網(wǎng)。由于高低壓電磁環(huán)網(wǎng)的存在，220 kV線路跳閘后，負(fù)荷轉(zhuǎn)移將導(dǎo)致110 kV線路過載運(yùn)行。

為了提高舟山電網(wǎng)220 kV和110 kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式下聯(lián)絡(luò)線的輸送能力，裝設(shè)220 kV舟山電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（以下簡稱穩(wěn)控系統(tǒng)）[1]。這一穩(wěn)控系統(tǒng)需要考慮多種運(yùn)行方式和擾動(dòng)情況，為了快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制功能要求，采用了先進(jìn)的組態(tài)式策略表實(shí)現(xiàn)方法和分布式穩(wěn)控測試技術(shù)。

1 穩(wěn)定問題分析

舟山區(qū)域主網(wǎng)接線見圖1，220 kV春曉-昌洲雙回線路為同塔架設(shè)線路，可能同時(shí)故障跳閘。為了避免220 kV線路跳閘時(shí)舟山孤網(wǎng)運(yùn)行，110 kV線路不能開斷運(yùn)行。

圖1 區(qū)域電網(wǎng)接線示意圖

采用220 kV/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式，存在著不穩(wěn)定問題。數(shù)字仿真計(jì)算結(jié)果表明，在高負(fù)荷時(shí)段，舟山電網(wǎng)潮流受入過載；而在低負(fù)荷時(shí)段，舟山電網(wǎng)潮流送出過載。在高峰負(fù)荷時(shí)，若220 kV兩線跳閘，舟山電網(wǎng)110 kV兩回線路將嚴(yán)重過載。在雙回110 kV線路解環(huán)運(yùn)行情況下，還要考慮220 kV線路兩回跳閘時(shí)頻率不穩(wěn)定問題[1]。

為了解決舟山電網(wǎng)與浙江主網(wǎng)在大功率交換情況下存在的不穩(wěn)定問題，需在舟山電網(wǎng)裝設(shè)穩(wěn)控系統(tǒng)，在春曉-昌洲雙線同時(shí)跳閘、110 kV聯(lián)絡(luò)線嚴(yán)重過負(fù)荷時(shí)，采取緊急控制措施快速消除過負(fù)荷，防止110 kV聯(lián)絡(luò)線路聯(lián)鎖跳閘。

2 穩(wěn)控系統(tǒng)組成

穩(wěn)控系統(tǒng)由SSC500系列安全穩(wěn)定控制裝置及通信系統(tǒng)構(gòu)成。調(diào)度端、主站、多個(gè)子站和執(zhí)行站之間通過通道相聯(lián)，相互交換系統(tǒng)運(yùn)行信息，傳遞控制命令，實(shí)現(xiàn)集中式或分布式控制[2]。

根據(jù)穩(wěn)定控制方案要求和舟山電網(wǎng)現(xiàn)有電網(wǎng)技術(shù)條件，穩(wěn)控系統(tǒng)采用主、子站的兩層結(jié)構(gòu)。主站設(shè)置在昌洲220 kV變電站，子站設(shè)置在大豐、岑港110 kV變電站、舟山發(fā)電廠和其它切負(fù)荷子站，穩(wěn)控系統(tǒng)的配置見圖2，3。

穩(wěn)控系統(tǒng)采用雙套配置，A套和B套之間完全獨(dú)立運(yùn)行，各自出口。兩套系統(tǒng)分別通過不同的通道聯(lián)接，一套采用專用光纖，另一套采用復(fù)用2M通道。

主站采用SSC510XA型安全穩(wěn)定控制裝置，可接入24路模擬量和6路光纖通信接口。子站采用SSC510F型安全穩(wěn)定控制裝置，可接入36路模擬量，2路光纖通信接口。各廠站通過GXC-200型通信接口裝置接入2M復(fù)用通道。

圖2 穩(wěn)控系統(tǒng)A套配置

圖3 穩(wěn)控系統(tǒng)B套配置

3 穩(wěn)定控制功能

線路與主變過負(fù)荷分為兩類：事故過負(fù)荷與緩慢過負(fù)荷。緩慢過負(fù)荷是由負(fù)荷增長引起的，緩慢過負(fù)荷可以由調(diào)度員人工處置，事故過負(fù)荷是由線路、機(jī)組跳閘造成的。

舟山電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)只考慮事故過負(fù)荷情況，可能出現(xiàn)的過負(fù)荷有：

（1）220 kV平行線中一回線突然跳閘。

（2）電磁環(huán)網(wǎng)高壓側(cè)線路跳閘，潮流向低壓側(cè)轉(zhuǎn)移。

（3）突然失去大電源，引起潮流重新分布。

過負(fù)荷突變量啟動(dòng)后，根據(jù)功率方向采取切機(jī)或切負(fù)荷措施。以下以昌洲變?yōu)槔?，介紹主站功能。

昌洲變主站裝置負(fù)責(zé)采集220 kV春曉-昌洲雙線信息、收集子站上傳信息，進(jìn)行邏輯判斷、發(fā)出動(dòng)作指令。

通過設(shè)置在昌洲變主站的線路檢修壓板來判斷線路投退狀態(tài)，即未投入檢修壓板則認(rèn)為線路處于投運(yùn)狀態(tài)。通過判斷線路投退方式來判斷當(dāng)前舟山電網(wǎng)的運(yùn)行方式；通過電氣量來判斷線路是否跳閘（采用無故障跳閘判據(jù)）。

當(dāng)主站判斷220 kV春曉-昌洲雙線跳閘時(shí)，若過載切負(fù)荷，分5輪切除負(fù)荷（按延時(shí)分輪）；過載切機(jī)分1輪切機(jī)（按延時(shí)分輪）；低頻切負(fù)荷按故障前受入功率分5級切除負(fù)荷；高頻切機(jī)按故障前送出功率分3級切機(jī)。系統(tǒng)與主網(wǎng)解列時(shí)，在昌洲主站和舟山發(fā)電廠分別發(fā)出報(bào)警信號。

當(dāng)曉昌4R19、曉洲4R20任一線有功功率超過告警定值，且延續(xù)時(shí)間超過告警時(shí)間定值時(shí)，昌洲主站裝置發(fā)出過功率告警，此時(shí)對已投入檢修壓板的線路電氣量不作判斷。

裝置根據(jù)檢修壓板投入方式進(jìn)行正常方式及檢修方式的區(qū)分。裝置同時(shí)對所采集的線路電氣量進(jìn)行判斷，當(dāng)通過電氣量判斷的線路投入狀態(tài)與檢修壓板投入狀態(tài)不一致時(shí)，發(fā)出裝置電氣/檢修不一致告警信號。

4 穩(wěn)控系統(tǒng)的控制策略表

穩(wěn)控系統(tǒng)根據(jù)事故前電網(wǎng)運(yùn)行方式及有關(guān)送電斷面的功率、發(fā)生故障的元件及故障類型，查找預(yù)先存放在裝置內(nèi)的控制策略表。當(dāng)查詢到滿足條件的策略時(shí)，執(zhí)行對應(yīng)的措施。

4.1 穩(wěn)控策略表實(shí)現(xiàn)原理

通常穩(wěn)控系統(tǒng)對離線策略表的處理方法和具體的工程緊密相關(guān)，一般而言對于一個(gè)不同的工程都要重新設(shè)計(jì)策略表的格式，編寫相應(yīng)的輸入軟件和穩(wěn)控裝置查詢程序，或?qū)⒉呗员磉壿嬛苯泳幊痰椒€(wěn)控裝置的查詢程序中。由于經(jīng)常需要重新設(shè)計(jì)軟件，加大了穩(wěn)控系統(tǒng)投入工程的開發(fā)周期和工作量[3]。

為了解決穩(wěn)控系統(tǒng)開發(fā)方法上存在的不足，進(jìn)行了以下研究工作：

（1）研究并提出了一種具有廣泛通用性的規(guī)范化策略表格式。

（2）基于規(guī)范化策略表格式，開發(fā)了用戶界面友好、功能強(qiáng)大的策略表輸入軟件。

（3）開發(fā)了模塊化強(qiáng)、功能穩(wěn)定、易于擴(kuò)展的安全穩(wěn)定控制裝置。

4.2 穩(wěn)控策略表格式

為了便于表達(dá)穩(wěn)控策略，策略表采用樹形存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，判斷系統(tǒng)接線方式和潮流方式，并切換至該運(yùn)行方式下的控制策略分表；電網(wǎng)故障時(shí)，按故障前確定的運(yùn)行方式查詢控制措施。

一條穩(wěn)控策略描述為：在某種接線方式、潮流方式下出現(xiàn)某種擾動(dòng)時(shí)，需要采取某種指定的控制措施。接線方式、潮流方式、擾動(dòng)方式和控制措施為一條策略的4個(gè)策略元素。每種策略元素都由若干個(gè)相應(yīng)的策略元素單元按邏輯“與”的關(guān)系組合而成。

接線方式：線路/主變/機(jī)組投退狀態(tài)，母聯(lián)開關(guān)位置。

潮流方式：線路/主變/斷面輸送功率，機(jī)組出力。

擾動(dòng)方式：故障或頻率、電壓異常。

控制措施：各種功率控制、輪級控制、遠(yuǎn)切控制。

4.3 策略表示例

舟山穩(wěn)控系統(tǒng)考慮了正常運(yùn)行方式和各種檢修運(yùn)行方式。除了表1中所示正常方式和春曉-昌洲雙線檢修運(yùn)行方式外，穩(wěn)控系統(tǒng)還對220 kV春曉-昌洲雙線同停方式以及2回110聯(lián)網(wǎng)通道中的單線或兩線停電方式均設(shè)計(jì)了控制策略。

表1 策略表示例

根據(jù)穩(wěn)定設(shè)計(jì)方案要求，制定穩(wěn)定控制策略表，實(shí)現(xiàn)了近六百余條穩(wěn)定控制策略。采用策略表輸入軟件編輯策略表，生成策略編碼，并下載到穩(wěn)控系統(tǒng)中。

穩(wěn)控系統(tǒng)的策略定值、控制策略和廠站之間實(shí)時(shí)交換的數(shù)據(jù)都采用組態(tài)式配置實(shí)現(xiàn)，可靠性高，易于修改和擴(kuò)充功能。如過負(fù)荷的輪次，輸出的切負(fù)荷輪次命令，都可以根據(jù)現(xiàn)場要求進(jìn)行配置，而不需要修改策略表結(jié)構(gòu)和策略表查詢程序。各條控制策略之間還可以相互約束，以實(shí)現(xiàn)順序控制、互斥控制等復(fù)雜的應(yīng)用要求。

5 穩(wěn)控系統(tǒng)的測試技術(shù)

穩(wěn)控系統(tǒng)涉及多個(gè)廠站，需要同時(shí)在昌洲變、大豐變、岑港變接入模擬量，如果采用傳統(tǒng)的保護(hù)測試方法，需要多臺保護(hù)測試儀進(jìn)行試驗(yàn)，對保護(hù)測試儀輸出還有同步要求。

5.1 傳統(tǒng)穩(wěn)定測試方法

為了對穩(wěn)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合測試，可通過測試程序或電力仿真軟件產(chǎn)生多數(shù)元件所需數(shù)值，向穩(wěn)控系統(tǒng)以通信方式輸入數(shù)字量。

這種測試方式對穩(wěn)控系統(tǒng)的AD（模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的回路）采樣回路及濾波算法沒有辦法完全驗(yàn)證，在測試結(jié)束后還需要換上真正的運(yùn)行程序。顯然測試程序與真正的運(yùn)行程序CRC（循環(huán)冗余）校驗(yàn)碼是不一樣的，這樣也不利于用戶的程序版本管理。

5.2 分布式測試系統(tǒng)

該測試系統(tǒng)包含運(yùn)行于PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)）的測試控制軟件、交換機(jī)以及若干臺SSC510T多功能測試裝置構(gòu)成，如圖4所示。測試控制軟件通過以太網(wǎng)統(tǒng)一管理多個(gè)測試裝置。測試裝置通過交換機(jī)可以靈活擴(kuò)展，滿足不通規(guī)模的穩(wěn)控工程的需求。

圖4 分布式穩(wěn)控測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

測試控制軟件具有遞變、狀態(tài)序列、模擬常見故障等繼電保護(hù)測試儀軟件常用的功能，特別是狀態(tài)序列非常適合于穩(wěn)控策略表的驗(yàn)證過程。

采用此測試系統(tǒng)，在短短2天內(nèi)完成了工廠試驗(yàn)工作。現(xiàn)場調(diào)試階段在5天內(nèi)完成了570多條控制策略表驗(yàn)證工作。

6 穩(wěn)控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

穩(wěn)控系統(tǒng)需要集中切除大量負(fù)荷或遠(yuǎn)切機(jī)組，因此對穩(wěn)控系統(tǒng)的可靠性要求很高。為提高穩(wěn)控系統(tǒng)的可靠性，采取了以下措施：

（1）系統(tǒng)采用雙套設(shè)計(jì)，避免一套故障退出運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)定控制功能失效。

（2）過負(fù)荷增加突變量啟動(dòng)元件，對于負(fù)荷增長造成的緩變型過載，穩(wěn)控系統(tǒng)不會(huì)啟動(dòng)，可以避免誤動(dòng)。

（3）當(dāng)舟山電網(wǎng)與系統(tǒng)解列運(yùn)行時(shí)，切負(fù)荷按解列前輸電斷面功率進(jìn)行選切，同時(shí)還要結(jié)合頻率異常（低頻或高頻元件）判斷，防止誤動(dòng)。

（4）主站與子站之間交換的命令采用光纖通道，并且第1套系統(tǒng)和第2套系統(tǒng)分別采用專用通道和復(fù)用通道，避免在通道出現(xiàn)故障時(shí)穩(wěn)定控制功能失效。

（5）主站與子站之間交換的命令采用三幀確認(rèn)，能夠有效避免誤動(dòng)。

7 結(jié)語

舟山電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)是舟山-大陸聯(lián)網(wǎng)工程的重要組成部分，系統(tǒng)采用國內(nèi)領(lǐng)先的通用化組態(tài)式開發(fā)方式以及分布式穩(wěn)控測試系統(tǒng)技術(shù)。在舟山加快推進(jìn)群島新區(qū)建設(shè)、地區(qū)用電負(fù)荷快速增長的背景下，該系統(tǒng)應(yīng)用后將充分發(fā)揮220 kV聯(lián)網(wǎng)線路的輸電能力，為舟山海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供安全穩(wěn)定的電力發(fā)揮重要作用。

[1]吳一峰，吳國忠.220 kV交流聯(lián)網(wǎng)線投運(yùn)后舟山電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)研究[J].機(jī)電工程，2010，27（11）:119-122.

[2]倪秋龍，陸春良，葉琳.湖州電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的研究[J].浙江電力，2009，28（1）:31-34.

[3]倪秋龍，陸春良，戴彥.浙江電網(wǎng)安全穩(wěn)定措施回顧與展望[J].浙江電力，2005，33（3）:31-34.