負荷轉供在線輔助決策系統(tǒng)在大型電網中的應用

潘凱巖 劉仲堯

（東方電子股份有限公司，山東 煙臺 264000）

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電網商業(yè)化運營的深入開展，電力系統(tǒng)的調度和控制變得越來越復雜。尤其是在電網發(fā)生故障時，大量的遙測、遙信及保護信號信息往往使調度員難以在短時間內做出正確及時的處理。保證供電可靠性的重要手段之一是在變電站內配置備自投裝置[1]，但在一些特殊情況下如由于站內備自投裝置不能正常動作或針對串供運行模式即使站內備自投裝置動作依然會出現(xiàn)設備失電的情況[2],本文針對電網中的故障情況給出通用的判斷規(guī)則并針對定位出的故障設備分析其影響范圍，給出最終的負荷轉供方案。

針對電網中出現(xiàn)的設備過載情況，文獻[3]提出通過改變發(fā)電機有功出力、及調節(jié)變壓器分接頭的方法來消除過載情況，但對發(fā)電機功率的調節(jié)一般屬于省級電網調度系統(tǒng)的調度職責，所以對地區(qū)調度來說還具有一定局限性。文獻[4]提出通過自動負荷控制方法來消除設備的過載情況，但會引起部分用戶的停電運行的情況，文獻[5]通過采用變壓器負荷自動轉移技術，利用110kV聯(lián)絡線路和站內備自投裝置解決了330kV變壓器的過負荷運行情況，但對電網運行方式的變化不能很好地自適應，不能從全網的角度計算轉移后是否會引起其它設備的過負荷運行。本文根據全網的實時運行情況，給出了220kV線路、220kV穩(wěn)定斷面、220kV主變、110kV線路及110kV主變過載時相應的負荷轉供方案，實際電網運行情況表明，本文提出的方法具有一定的通用性及實用性。

1 故障定位

在電網的實際運行中，當電網中有設備發(fā)生故障時，首先需要根據EMS系統(tǒng)提供的保護信號、開關跳閘信息及遙測（有功、無功、電流、電壓等）等綜合信息來定位發(fā)生故障的具體設備。文獻[6-7]針對配電網中的故障設備給出了相應的故障定位方法，以下給出輸電網根據保護信號等信息來定位故障的通用規(guī)則，本規(guī)則針對串供運行方式的，但也適用于普通接線方式。

1.1 故障定位的通用規(guī)則

如圖1，A站與E站為220kV變電站，B站、C站及D站為110kV電壓等級變電站。開環(huán)點為開關7DL，其他開關處于合位。以下分為以下幾種情況來確定故障點的具體位置。

圖1 三個站串供的情況

1）如果線路兩側保護均動作，則說明故障必定發(fā)生在線路上。如圖1所示，若1DL、2DL保護（配置了縱差保護）均動作，則說明K1點故障。

2）如果母線配置了母差保護，若母差保護動作，則故障必定發(fā)生在母線上。如圖1所示，如果已知2M 配置了母差保護，若該母差保護動作，則說明K2點故障。為避免恢復供電時合于故障母線，此時需要閉鎖對該站的恢復供電。

3）如果進線未配置縱差保護，母線也未配置母差保護，并且本站進線開關也無保護（即使有保護但受方向限制），當母線上發(fā)生故障時，只能依靠進線的對側開關保護動作來識別。但是，若故障點發(fā)生在進線上，進線的對側開關保護也會動作。也就是說，在這種保護配置的情況下，若進線對側開關保護動作，則無法區(qū)分故障是發(fā)生在進線上還是母線上。如圖1所示，如果已知L1無縱差保護，2M也無母差保護，若 1DL保護動作，則無法區(qū)分是K1點故障還是K2點故障。在這種情況下，若母線上發(fā)生故障，最終會導致策略操作開關合閘于故障，依靠后加速保護跳開。

4）如果進線未配置縱差保護，但母線配置了母差保護，若僅有進線對側開關保護動作，則說明故障點必定發(fā)生在進線上。如圖1所示，如果已知L1無縱差保護，2M 有母差保護但未動作，僅有 1DL保護動作，則必定是K1點故障。

5）如果本站串供出線開關保護動作但未跳閘，而本站進線對側開關保護動作并跳閘，則說明本站串供出線故障且開關失靈。如圖1所示，若3DL保護動作但未跳開，且1DL保護動作并跳開，則說明K3點故障且3DL開關失靈。

6）對于串供回路本身無故障，但串供的源端故障從而造成110kV串供站失電的情況。不考慮500kV站的主變故障或220kV母線故障，不考慮 220kV站的220kV進線故障?？紤]220kV站的220kV母線故障或主變故障或110kV母線故障。針對這種情況，220kV站的主變保護、220kV母差保護、110kV母差保護的動作信號接入EMS系統(tǒng)。故障的判斷條件：①110kV母差保護動作且串供出線開關分位；②220kV母差保護動作或主變保護動作，且B站母線無壓。

1.2 故障定位的通用邏輯實現(xiàn)

根據 1.1中的故障定位的通用規(guī)則，可按如下通用邏輯來定位最終的故障點以恢復供電。

1）尋找第2開環(huán)點，第2開環(huán)點是有開關跳閘并與原始開環(huán)點最近的位置點。

2）如果第2開環(huán)點與原始開環(huán)點之間有開關的保護信號動作，則判斷有開關保護信號動作的點即為最終故障點（此種情況對應于開關失靈的情況）。

3）如果第2開環(huán)點與原始開環(huán)點之間的設備無保護信號動作，則判斷第2開環(huán)點即為最終的故障點。

2 停電負荷轉供

通過故障定位模塊確定故障設備后，啟動停電負荷轉供處理模塊，首先分析故障設備影響的范圍，然后對失電的設備進行恢復供電得到相應的復電方案并需要對方案進行潮流校核以驗證方案是否會引起其它的設備過載。

停電負荷轉供可分析的設備包括 10kV母線、110kV主變、110kV線路及220kV主變等。

3 過載負荷轉供

文獻[8]對支路開斷引起的潮流分布進行了詳細的研究，這里給出相應設備重載對應的負荷轉供方案。重載監(jiān)控設備包括110kV主變、110kV線路、220kV主變、220kV線路及220kV控制斷面等。負荷轉供的總原則是給出的方案可將重載設備需要轉移的負荷正常轉移同時不引起新的設備過載。給出的操作開關包括110kV線路開關、110kV母聯(lián)開關、主變各側開關、10kV母聯(lián)開關等。

3.1 110kV主變過載轉供方案

110kV主變過載時通常無相應的轉移方案，只能檢測是否可通過操作10kV母聯(lián)開關以消除過載，如果不能消除主變過載一般只能按文獻[4]的方法給出10kV部分負荷切除方案以消除設備的過載。

對如圖2所示的比較特殊的接線方式可通過組合策略實現(xiàn)負荷的均分處理。圖2中，假設為母線A供電的主變（1#變）過載，如果單純將母線A的負荷轉移至由為B,C母線供電的主變（2#變），則很有可能會引起2#主變過載，針對這種情況，可將開關1閉合，2#主變與母線C之間的開關斷開，同時將開關2閉合，這樣母線A從母線B處獲得電源，而母線C不再由2#變壓器供電，而是通過開關2 從母線D處獲得電源，這樣處理后，原來帶母線B、C的2#變壓器改為帶母線A、B，原來帶母線D的變壓器（3#變）改為帶母線 C、D，負荷在 2#變與3#變兩變壓器之間實現(xiàn)了均分。

圖2 110kV主變過載轉供

3.2 110kV線路過載轉移方案

110kV線路過載首先根據過載量大小首先判斷110kV線路所帶負荷是否可能正常轉供，如果不能轉供，則給出相應的提示，如果可以轉供，則給出轉供方案，如閉合相應的母聯(lián)開關等操作方案，同時進行潮流校核以判斷給出的方案是否會引起設備的過載。

對110kV變電站存在串供的情況，也可能進行跨站操作進行負荷轉移。

1）普通運行方式

圖3所示為普通的雙端供電、單端運行的情況。220kVA站給其中一個 110kV變電站供電，110kV變電站的備用側電源為220kVE站。 如果L3過載，可給出的方案是閉合7DL，斷開6DL校驗是否可以進行負荷轉移及進行相應的過載校驗判斷備用電源側設備是否過載。

圖3 普通運行方式

2）串聯(lián)供電方式

串聯(lián)供電模式典型模式如圖 4所示為 3個110kV變電站串供運行的情況），通用的，如圖中L1過載，則可能給出的方案包括合7DL，斷開6DL（轉移D站），或合7DL斷開4DL（轉移D站和C站）等操作方案。（具體的方案要根據線路L1的過載量即需要轉移的負荷量大小來確定）。

圖4 串供運行方式

3）雙回線運行方式

如果雙回線過載并需要轉移一定的負荷量，首先將雙回線做為一個簡單的控制斷面組來考慮，同時進行轉移，不能設置只轉移其中的一條線路，不能將負荷從雙回線中的一條轉移到另一條上。

圖5 雙回線運行方式

110kV線路過載轉移方案操作的開關可能為110kV線路開關或110kV母聯(lián)開關。

3.3 220kV主變過載轉移方案

220kV主變過載轉移首先根據過載量大小，統(tǒng)計220kV變電站中110kV母線側所連的110kV線路，得到與過載量最接近的110kV線路集合，將這些線路由其它電源點轉供電，針對每條線路的轉供方案則一般來說相當于 3.2中的普通運行方式，串供運行方式或雙回線運行方式等情況。主變的最終轉供方案為這些線路的轉供方案的組合。

針對不同的轉供方案需要進行潮流校核以檢查是否會引起新的設備過載，另外在確定220kV主變的轉供方案時要從本變壓器側進行供電的阻斷，以避免備用電源是同一變壓器的情況。

3.4 220kV線路過載轉供方案

220kV線路通常是按環(huán)網接線方式運行，當其中某條線路過載，則方案給出的原則是按過載線路的功率流向首先確定本線路所帶的220kV廠站，受電側廠站，將受電側的220kV廠站中的部分110kV廠站進行轉移。同時進行潮流校核。

如圖6所示，如果220kVA 站與220kV B站之間的線路過載，則將2220kVB或2220kVD站中相應的110kV線路所帶的負荷進行轉移，同時進行潮流校核。如果2220kV B 站與220kV D站之間的線路過載，則一般來說只能將220kVD站中相應的110kV線路轉移，同時進行潮流校核。

針對具體過載線路，在確定了相應的轉移的220kV變電站后，還需要確定準確的負荷轉移量，轉移的負荷量可根據靈敏度的方法來確定，對AA與B站之間的線路過載情況，分別求出220kVB站母線及220kVVD站母線的有功注入對220kV線路AB之間的線路有功的靈敏度，再根據具體的過載量得到相應的負荷轉移量。

圖6 220kVV 線路環(huán)網運行圖

3.5 220kVV穩(wěn)定斷面過載轉供方案

在地區(qū)電網運行過程中，用戶往往更關心的是穩(wěn)定斷面是否過載，經常會出現(xiàn)某條220kV線路不過載，但其所在的穩(wěn)定斷面卻超過運行限值了。

圖7 220kV穩(wěn)定斷面運行示意圖

如圖7所示，區(qū)域AA與區(qū)域B之間可能包含多條線路，用戶可根據需要將其中的部分線路定義為一組穩(wěn)定斷面。對于穩(wěn)定斷面的過載轉供處理，比較簡單的處理方法是求得與溫度斷面中各線路一次相鄰的廠站220kV母線的有功注入對220kV穩(wěn)定斷面組的靈敏度。通過靈敏度計算來分析相應的有功注入的改變對穩(wěn)定斷面過載的影響程度，最終得到有效的有功注入點及相應的轉移量。

4 在線控制

4.1 起動停電負荷轉供分析

電網在實際運行過程中，當設備發(fā)生故障時，首先根據故障定位模塊來確定具體的故障設備，并啟動停電負荷轉供模塊給出相應的策略，策略通常為開關的合分狀態(tài)，在調動員確認的情況下可直接遙控執(zhí)行來對失電的設備恢復供電。

4.2 起動過載負荷轉供分析

在實時態(tài)下用戶可對重載設備進行部分負荷轉移以消除設備的過載情況，軟件根據用戶輸入的負荷轉移量大小自動給出不同的負荷轉供方案，用戶可進一步根據電網的實際運行情況選擇合適的方案，在對方案確認后，軟件可直接執(zhí)行遙控命令對重載設備進行負荷轉移以消除重載情況。

5 結論

本文針對電網正常運行方式下中可能出現(xiàn)的停電故障及設備過載情況給出了相應的停電負荷轉供方案及過載負荷轉供方案，用戶可在EMMS研究態(tài)模式下對故障設備進行模擬得到相應的負荷轉供方案，同時負荷轉供輔助決策系統(tǒng)也可做為獨立的模塊被DTS系統(tǒng)調用，用來對調度員進行培訓，還可以在實時態(tài)下以開環(huán)的模式運行，為調度員提供在線輔助決策支持功能從而實現(xiàn)在線負荷轉供的功能。

現(xiàn)場運行情況表明本文提出的負荷轉供處理方法已經在廣州供電局得到了實際應用，運行情況表明本文提出的負荷轉供處理方法是合理的，可以在事故情況下給出合理的負荷轉供方案，可保證電網安全、穩(wěn)定地運行。

[1]單永梅, 王磊.數字式遠方備自投裝置[[J]. 電力自動化設備,20055,25(9):43-46.

[2]潘凱巖,黃紅遠,車磊.區(qū)域備自投通用模型建模及其策略實現(xiàn)[J].南方電網技術,2011,33(22):94-97.

[3]鄭延海,張小白,錢玉妹,等.電力系統(tǒng)實際時安全約束調度的混合算法[J].電力系統(tǒng)自動化,2005,29(12):49-52.

[4]潘凱巖,劉仲姚,宋學清,等.自動負荷控制系統(tǒng)在佛山電網中的應用[J].電力系統(tǒng)自動化,20099,33(22):94-97

[5]李少謙,張孟君,妮小惠,等.消除 330kV 變壓器過載的自動負荷轉移控制技術[[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制,,2009,37(11)::106-108.

[6]衛(wèi)志農,何樺,鄭玉平.配電網故障定位的一種新算法[J]. 電力系統(tǒng)自動化,20011,24(14):48-511.

[7]王飛,孫瑩.配電網故障定位的改進矩陣算法[J]. 電力系統(tǒng)自動化,2003,27(244):45-48.

[8]周德才,張保會,姚峰,等.支路開斷引起的潮流轉移分析[C].南寧:電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)第二十一屆學術年會論文集,2005:8355-839.