探究基于EMS的區(qū)域備自投控制技術(shù)在地區(qū)電網(wǎng)快速復(fù)電中的應(yīng)用

何寶華

摘 要：在地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)中，從電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性考慮，可以應(yīng)用基于EMS的區(qū)域備自投控制技術(shù)，構(gòu)建相應(yīng)的區(qū)域備自投系統(tǒng)，對常規(guī)備自投裝置的固定邏輯動(dòng)作以及有限使用范圍等問題進(jìn)行解決，對備自投的功能進(jìn)行拓展，從而充分體現(xiàn)出智能電網(wǎng)的智能化特點(diǎn)和優(yōu)勢。本文從我國電網(wǎng)備自投裝置應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，對基于EMS的區(qū)域備自投控制技術(shù)在地區(qū)電網(wǎng)快速復(fù)電中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討，希望能夠?yàn)殡娏夹g(shù)人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：EMS；區(qū)域備自投；地區(qū)電網(wǎng)；快速復(fù)電；應(yīng)用

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1.基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)描述

EMS指能源管理系統(tǒng)，其能夠確保能源的合理利用，提升電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。而在電力網(wǎng)絡(luò)中，基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)共享模型、信息以及圖形，系統(tǒng)自身的功能可以使得其在檢測到電網(wǎng)斷電的同時(shí)，檢測電網(wǎng)狀態(tài)，通過智能分析和判斷，自動(dòng)投切備用電源，從而實(shí)現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)的快速復(fù)電。該系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)快速復(fù)電，減輕調(diào)控運(yùn)行壓力，提高工作效率。

在SCADA接收到相應(yīng)的變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)信息后，可以將其整理后一起傳輸?shù)交贓MS的區(qū)域備自投系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過信息的整理和分析，判斷電網(wǎng)運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)對于相關(guān)設(shè)備模型充電、放電、閉鎖等動(dòng)作指令的生成。而系統(tǒng)結(jié)合保護(hù)信息綜合分析判斷，一旦檢測到電網(wǎng)故障的發(fā)生，需要某個(gè)模型動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷動(dòng)作條件并釋放相應(yīng)的動(dòng)作指令，結(jié)合SCADA遙控功能控制相關(guān)設(shè)備動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)備用電源自動(dòng)投入的目的。這里的控制方案是由區(qū)域備自投系統(tǒng)自動(dòng)生成的，可以直接閉環(huán)控制，也可以經(jīng)過調(diào)度人員的分析和確認(rèn)后執(zhí)行。

2.基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)在地區(qū)電網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)框架

基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)，主要是將區(qū)域備自投作為單獨(dú)的功能模塊嵌入EMS系統(tǒng)，應(yīng)遵循IEC 61970 CIM的模型標(biāo)準(zhǔn)，具備主流的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。通過建模工具以人工或自動(dòng)方式定義區(qū)域備自投模型，采用狀態(tài)估計(jì)對遙測、遙信數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并利用處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行充電條件、放電條件判斷和生成動(dòng)作邏輯。區(qū)域備自投生成的動(dòng)作邏輯經(jīng)EMS的電網(wǎng)分析模塊校正后，由SCADA下發(fā)操作指令。采用區(qū)域備自投系統(tǒng)嵌入EMS系統(tǒng)的緊耦合模式，有利于優(yōu)化接口、統(tǒng)一模型，利用數(shù)據(jù)過濾、權(quán)限鎖定等多重技術(shù)手段降低維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)和誤控風(fēng)險(xiǎn)，以達(dá)到保證安全、提高效率的目的。

2.2 總體要求

在EMS系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域備自投自動(dòng)建模，并利用SCADA采集的各變電站遙信、遙測等實(shí)時(shí)信息判斷區(qū)域備自投的充電條件、放電條件，在滿足備自投動(dòng)作條件時(shí)生成控制指令，由SCADA以遙控操作的方式斷開工作電源、小電源和部分負(fù)荷，投入備用電源。

2.3 系統(tǒng)功能

（1）自動(dòng)建模功能：區(qū)域備自投應(yīng)支持自動(dòng)建模功能，通過獲取實(shí)時(shí)電網(wǎng)狀態(tài)，根據(jù)變電站內(nèi)的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，智能地識別并生成不同的備自投模型，同時(shí)能夠適應(yīng)局部雙回線、小水電上網(wǎng)等復(fù)雜電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。每條模型均經(jīng)過備自投建模、模擬測試、現(xiàn)場測試3個(gè)環(huán)節(jié)驗(yàn)證后單獨(dú)封裝。封裝后不可再進(jìn)行現(xiàn)場更改，從技術(shù)上消除了模型定值調(diào)整出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，有效保障了區(qū)域備自投模型的安全性。

（2）數(shù)據(jù)采集功能：一是遙信采集范圍，包括了斷路器的運(yùn)行狀態(tài)、110kV串供出線刀閘的狀態(tài)、220kV變電站變中刀閘的狀態(tài)，以及線路保護(hù)、母差保護(hù)、失靈保護(hù)的動(dòng)作信號；二是遙測采集范圍，包括變壓器的P、Q、I值，母線電壓以及110kV及以上電壓等級線路的P、Q、I、U值等。區(qū)域備自投系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)算所需數(shù)據(jù)建立專用遠(yuǎn)動(dòng)通道，采用獨(dú)立數(shù)據(jù)表進(jìn)行標(biāo)識，大幅提高信息的及時(shí)性，確保電網(wǎng)故障狀態(tài)下遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)變化遙信大量上送時(shí)，區(qū)域備自投系統(tǒng)仍然能夠快速獲取遙測遙信數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)預(yù)處理功能：區(qū)域備自投系統(tǒng)應(yīng)該具備針對SCADA遙測、遙信數(shù)據(jù)的識別和檢測等預(yù)處理功能，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性。通常來講，區(qū)域備自投的數(shù)據(jù)預(yù)處理功能意義僅僅針對備自投模型涉及的遙測量、遙信量進(jìn)行檢測和辨識，借此來提高數(shù)據(jù)預(yù)處理的性能，數(shù)據(jù)預(yù)處理功能應(yīng)包括遙測遙信不匹配、RTU狀態(tài)、刷新周期等檢測和辨識判據(jù)。通過數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，可以檢測到可疑遙信量或遙測量，在這種情況下，應(yīng)立即閉鎖或放電相應(yīng)的備自投功能，并通過告警信號提示調(diào)度員或自動(dòng)化技術(shù)人員處理。

（4）動(dòng)作邏輯功能：一方面，是對動(dòng)作邏輯的校核，主要是結(jié)合EMS的電網(wǎng)分析功能，針對相應(yīng)的動(dòng)作邏輯進(jìn)行安全校驗(yàn)，保證系統(tǒng)的正常動(dòng)作；另一方面，是對動(dòng)作邏輯的執(zhí)行，區(qū)域備自投系統(tǒng)中，動(dòng)作邏輯的執(zhí)行可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制，可以通過人工設(shè)置相應(yīng)的控制方式。一般情況下，開環(huán)控制方式可以自動(dòng)對區(qū)域備自投動(dòng)作序列進(jìn)行生成，同時(shí)通過告警信息詢問調(diào)度員是否執(zhí)行動(dòng)作序列，閉環(huán)控制方式則是自動(dòng)生成策略，通過SCADA自動(dòng)執(zhí)行，并對事件的相關(guān)信息進(jìn)行記錄。SCADA系統(tǒng)采用遙控隊(duì)列管理、超時(shí)遙控命令自動(dòng)重發(fā)、RTU分組管理等技術(shù)，提高遙控成功率。為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，減少失誤動(dòng)作，日常運(yùn)行需要自動(dòng)化技術(shù)人員持續(xù)做好區(qū)域備自投系統(tǒng)充電、放電、閉鎖以及遙控等環(huán)節(jié)的安全管控。

2.4 性能指標(biāo)

基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)必須滿足以下性能指標(biāo)：

（1）可靠性：可靠性是確保系統(tǒng)運(yùn)行效果的關(guān)鍵所在，具體來講，一是必須能夠?qū)崿F(xiàn)無擾動(dòng)切換，即在對主電源和備用電源進(jìn)行投切時(shí)，應(yīng)該盡可能避免對于電網(wǎng)其他設(shè)備的擾動(dòng)；二是必須將區(qū)域備自投應(yīng)用服務(wù)主備切換的時(shí)間控制在30s以內(nèi)。

（2）實(shí)時(shí)性：一方面，備自投控制命令開始下發(fā)到結(jié)果正確顯示到畫面上的時(shí)間不能超過30s，另一方面，區(qū)域備自投單次計(jì)算時(shí)間不超過5s。

（3）可用性：在系統(tǒng)構(gòu)建完成后，需要做好相應(yīng)的檢測和模擬工作，保證動(dòng)作邏輯的正確率能夠達(dá)到100%，備自投運(yùn)行率不低于95%。

2.5 系統(tǒng)測試

（1）模擬測試：立足區(qū)域電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，在相應(yīng)的機(jī)房內(nèi)模擬真實(shí)的環(huán)境，對區(qū)域備自投系統(tǒng)的性能進(jìn)行測試。由系統(tǒng)模擬故障信息，經(jīng)EMS系統(tǒng)前置模塊傳輸，并由SCADA處理后，發(fā)送到區(qū)域備自投模塊，模塊在對信息進(jìn)行分析后，下發(fā)相應(yīng)的策略，經(jīng)前置模塊將SCADA的遙控命令發(fā)送到模擬系統(tǒng)，由系統(tǒng)做出反饋，檢測區(qū)域備自投系統(tǒng)的邏輯、性能實(shí)用效果。

（2）現(xiàn)場測試：選擇兩站串供三站作為模型，進(jìn)行現(xiàn)場測試。對以往的電網(wǎng)故障進(jìn)行分析，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的電網(wǎng)故障類型，一是變電站或配網(wǎng)線路出現(xiàn)故障，保護(hù)裝置、備自投裝置以及開關(guān)機(jī)構(gòu)等均正確動(dòng)作，信號傳輸正常；二是變電站或配網(wǎng)線路出現(xiàn)故障，其他環(huán)節(jié)正常，就地備自投動(dòng)作錯(cuò)誤；三是變電站或配網(wǎng)線路出現(xiàn)故障，保護(hù)拒動(dòng)引發(fā)越級動(dòng)作，其他環(huán)節(jié)正確；四是開關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)行錯(cuò)誤，出現(xiàn)偷跳現(xiàn)象，其他環(huán)節(jié)正確；五是變電站或配網(wǎng)線路出現(xiàn)故障，保護(hù)裝置、備自投裝置以及開關(guān)機(jī)構(gòu)等均正確動(dòng)作，信號傳遞異?！，F(xiàn)場測試主要驗(yàn)證備自投系統(tǒng)動(dòng)作邏輯及遙控對象出口的正確性，在變電站端采用動(dòng)模測試儀來模擬開關(guān)狀態(tài)量及各種信號數(shù)字量，電流電壓模擬量則通過繼保測試儀外部加入。為實(shí)現(xiàn)多站同時(shí)啟動(dòng)程序，采用GPS觸發(fā)裝置進(jìn)行約時(shí)觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生的統(tǒng)一時(shí)限。為模擬電網(wǎng)故障狀態(tài)，采用雪崩測試模擬大量遙信遙測信號。

結(jié)語

在實(shí)際應(yīng)用案例中，區(qū)域備自投系統(tǒng)能夠在電網(wǎng)故障失電數(shù)秒內(nèi)完成遙測遙信采集，迅速形成策略啟動(dòng)自動(dòng)控制，通過完整的遙控周期逐級送電，快速實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)復(fù)電。系統(tǒng)性能指標(biāo)全部達(dá)到相應(yīng)的要求，表明該系統(tǒng)在地區(qū)電網(wǎng)快速復(fù)電中有著良好的適用性，可以起到預(yù)期的效果，保證了供電的可靠性。總而言之，在地區(qū)電網(wǎng)中，應(yīng)用基于EMS的區(qū)域備自投控制技術(shù)，是立足電網(wǎng)的具體情況，構(gòu)筑相應(yīng)的區(qū)域備自投系統(tǒng)，并從模擬環(huán)境和現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境兩個(gè)方面對系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行測試，確保其狀態(tài)穩(wěn)定，效果良好。系統(tǒng)能夠有效提高鏈?zhǔn)浇泳€中長距離多站串供的電網(wǎng)方式的供電可靠性，彌補(bǔ)變電站就地備自投應(yīng)用的局限，為地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供良好的保障。

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