江蘇電網(wǎng)在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)及應(yīng)用研究

王大江，江葉峰，仇晨光，葛亞明，胡昊明，程錦閩（.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京03；.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力調(diào)度控制中心，江蘇南京004）

江蘇電網(wǎng)在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)及應(yīng)用研究

王大江1，江葉峰2，仇晨光2，葛亞明2，胡昊明1，程錦閩2
（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力調(diào)度控制中心，江蘇南京210024）

基于智能調(diào)度系統(tǒng)的在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)以實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的離線分析向在線分析的飛躍。文中簡(jiǎn)要介紹了江蘇電網(wǎng)動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)、功能、計(jì)算流程，以江蘇2016年6月23日龍卷風(fēng)冰雹特大災(zāi)害下的電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析和2016年11月4日某變電站母線故障后的穩(wěn)定分析為算例，結(jié)果表明動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)能夠及時(shí)有效地對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算分析并給出相應(yīng)的輔助決策措施，提升了電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員在事故緊急情形下的應(yīng)急處理能力，對(duì)保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。

在線分析；動(dòng)態(tài)安全評(píng)估；智能調(diào)度；輔助決策

0 引言

江蘇電網(wǎng)地處華東沿海經(jīng)濟(jì)和負(fù)荷中心，“十二·五”期間，江蘇電網(wǎng)發(fā)展迅速，已經(jīng)形成500 kV“六縱五橫”的骨架網(wǎng)絡(luò)，與上海、浙江、安徽電網(wǎng)通過10回500 kV線路相連，呈現(xiàn)“北電南送、西電東送”的潮流輸送格局，除已經(jīng)投運(yùn)的錦蘇特高壓直流和淮南—上海特高壓交流輸電工程北半環(huán)外，正在建設(shè)晉北—南京、錫盟—泰州特高壓直流工程，未來江蘇電網(wǎng)將成為特高壓交直流混聯(lián)的大型受端電網(wǎng)，在取得巨大成就的同時(shí)，也面臨著電網(wǎng)發(fā)展新形勢(shì)下的技術(shù)挑戰(zhàn)［1－5］，因此提高安全穩(wěn)定分析水平是保證江蘇電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段之一。

傳統(tǒng)穩(wěn)定分析計(jì)算時(shí)采用離線的計(jì)算方式，選取的典型方式與電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行工況有差別，導(dǎo)致多數(shù)情況下計(jì)算結(jié)果趨于保守，因此在線安全分析得到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注［6－12］。針對(duì)江蘇電網(wǎng)發(fā)展的新需求，迫切需要在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)，克服傳統(tǒng)離線方式計(jì)算的不足，對(duì)電網(wǎng)實(shí)施在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估，發(fā)現(xiàn)各種運(yùn)行方式存在的問題，并且有針對(duì)性的提出改進(jìn)或預(yù)防輔助決策措施，提高調(diào)度運(yùn)行人員對(duì)電網(wǎng)的控制水平，有效地提升駕馭大電網(wǎng)的能力［13－15］。

為此，開展基于智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)安全評(píng)估（dynamic security assessment，DSA），以能量管理系統(tǒng)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算分析，具有重要意義［16］。本文首先簡(jiǎn)要介紹了江蘇電網(wǎng)動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能模塊，然后分析了動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定分析的計(jì)算流程，最后以2016年6月23日江蘇遭受龍卷風(fēng)冰雹特大災(zāi)害下電網(wǎng)事故應(yīng)急處理和2016年11月4日某變電站母線故障后的穩(wěn)定分析為計(jì)算實(shí)例進(jìn)行分析，結(jié)果表明動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)在輔助調(diào)控人員進(jìn)行科學(xué)決策方面發(fā)揮了重要作用。

1 江蘇電網(wǎng)動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)介紹

江蘇電網(wǎng)動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)基于智能電網(wǎng)調(diào)度D5000系統(tǒng)，負(fù)責(zé)江蘇電網(wǎng)調(diào)度管轄范圍內(nèi)的安全穩(wěn)定分析計(jì)算，以下將從總體結(jié)構(gòu)、基本功能、計(jì)算流程幾方面進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1.1數(shù)據(jù)源

數(shù)據(jù)源是在線分析計(jì)算的基礎(chǔ)，基于智能調(diào)度系統(tǒng)D5000的在線穩(wěn)定系統(tǒng)首先通過與調(diào)度支持系統(tǒng)的接口，自動(dòng)獲取國(guó)調(diào)統(tǒng)一下發(fā)的在線計(jì)算數(shù)據(jù)，包括靜態(tài)模型及參數(shù)、實(shí)時(shí)潮流數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)拼接，整合本地動(dòng)態(tài)模型及參數(shù)、機(jī)組及負(fù)荷詳細(xì)模型，形成一套結(jié)構(gòu)完整、能反映當(dāng)前電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況并能進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算的數(shù)據(jù)，為在線安全穩(wěn)定評(píng)估提供完備的數(shù)據(jù)源。

1.2動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能

在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)屬于智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)D5000實(shí)時(shí)與監(jiān)控類應(yīng)用，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

構(gòu)建圖1系統(tǒng)的主要硬件配置：計(jì)算節(jié)點(diǎn)機(jī)群、調(diào)度管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)接口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)連接交換機(jī)、工程師工作站等。各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作，完成系統(tǒng)所需要或所分配的各種計(jì)算分析，并將需要的結(jié)果返回給人機(jī)界面。

圖1 在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)Fig.1 The mainstructure of DSA system

1.3在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定分析流程

在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)通過整合設(shè)備參數(shù)、故障集、電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息等相關(guān)數(shù)據(jù)，生成在線分析應(yīng)用所需要的計(jì)算數(shù)據(jù)，形成準(zhǔn)確合理的與電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行工況相符合的在線整合潮流數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行基態(tài)潮流掃描、靜態(tài)安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析、電壓穩(wěn)定分析、短路電流分析六大類計(jì)算，同時(shí)計(jì)算電網(wǎng)關(guān)鍵斷面的穩(wěn)定裕度，并對(duì)裕度較低的穩(wěn)定運(yùn)行情況提示告警，給出相應(yīng)輔助決策，其整體計(jì)算分析流程如圖2所示。

1.4實(shí)時(shí)態(tài)與研究態(tài)計(jì)算模式

在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)計(jì)算模式分為實(shí)時(shí)態(tài)模塊計(jì)算和研究態(tài)模塊計(jì)算2種模式。實(shí)時(shí)態(tài)模塊是在線跟蹤電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，周期性啟動(dòng)計(jì)算，每15 min定期對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行展開六大類計(jì)算分析和預(yù)防控制決策支持，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的可視化監(jiān)視和在線輔助決策，向調(diào)度運(yùn)行人員提供當(dāng)前運(yùn)行方式下的電網(wǎng)預(yù)防控制措施方案，給出穩(wěn)定極限和調(diào)度策略；研究態(tài)模塊則是事件性啟動(dòng)，選擇調(diào)度運(yùn)行人員關(guān)心的斷面數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)存在的靜態(tài)、暫態(tài)以及動(dòng)態(tài)等問題作詳細(xì)研究，尋找系統(tǒng)靜態(tài)、暫態(tài)、動(dòng)態(tài)等安全穩(wěn)定問題的成因，研究解決問題的根本方法，達(dá)到在當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行、提高系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。2種計(jì)算模式的差別在于啟動(dòng)周期不同，其余功能基本相同。

2 在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)在江蘇電網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1算例1

2016年6月23日13：00－15：00，江蘇北部鹽城、連云港、宿遷、淮安等地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水和大風(fēng)天氣，尤其是鹽城阜寧、射陽等地出現(xiàn)強(qiáng)雷電、短時(shí)強(qiáng)降雨、冰雹、雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣，局部遭龍卷風(fēng)襲擊，江蘇電網(wǎng)受到嚴(yán)重沖擊，其中鹽城地區(qū)電網(wǎng)受到?jīng)_擊最大。2條500 kV線路跳閘，倒塔1基、受損3基；多條220 kV線路和110 kV線跳閘及倒塔。大范圍電網(wǎng)故障導(dǎo)致蘇北地區(qū)某大型主力電廠僅通過單條500 kV線并網(wǎng)，受災(zāi)地區(qū)多個(gè)變電站單線饋供運(yùn)行，其中220 kV YN－DY雙線、DY－HX線、HX－XY線跳閘。線路跳閘后，電網(wǎng)聯(lián)系減弱，存在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，江蘇北部的鹽城地區(qū)部分電網(wǎng)如圖3所示。

圖2 在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)計(jì)算流程框圖Fig.2 Thecalculation flow chart of DSA system

圖3 江蘇鹽城地區(qū)部分220 kV電網(wǎng)接線圖Fig.3 Part Yancheng 220 kV power grid of Jiangsu

當(dāng)值安全分析工程師立即利用在線評(píng)估系統(tǒng)選取了2016年6月23日15：00國(guó)調(diào)下發(fā)的斷面數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)，由研究態(tài)模塊自動(dòng)開展六大類計(jì)算。選取的計(jì)算方式下鹽城地區(qū)部分電網(wǎng)實(shí)際接線圖如圖4所示?？梢钥吹?，事故后，鹽城地區(qū)形成了多級(jí)饋供的方式，且阜寧地區(qū)的HX，QY，DY，BX及YC等5座220 kV變電站僅由PD－HX雙線與YC－YW線路等三線并網(wǎng)，如圖4中綠色實(shí)線中部分，方式異常薄弱。在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)經(jīng)六大類安全分析，發(fā)現(xiàn)存在靜態(tài)安全問題，無暫穩(wěn)、動(dòng)穩(wěn)、短路電流超標(biāo)等問題。計(jì)算結(jié)果如表1所示，詳細(xì)的靜態(tài)安全計(jì)算結(jié)果如表2、表3所示。

圖4 故障后的鹽城地區(qū)部分220 kV電網(wǎng)接線圖Fig.4 Part 220 kV power grid of Yancheng after faults

表1 動(dòng)態(tài)安全評(píng)估計(jì)算結(jié)果Table 1 Results of dynamic security assessment

由上述計(jì)算結(jié)果可知，江蘇電網(wǎng)在災(zāi)害后的運(yùn)行方式下存在靜態(tài)安全問題，在PD－HX雙線開斷后，YC－YW線越限，DY變、HX變、QY變3個(gè)站220 kV正母線電壓越下限。在線動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)給出的輔助決策措施為減少YC變有功負(fù)荷99.5 MW、無功負(fù)荷16.73 Mvar；減少Q(mào)Y變有功負(fù)荷17.97 MW、無功負(fù)荷5.22 Mvar，采用輔助決策措施后的穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表2 靜態(tài)安全校核設(shè)備過載結(jié)果Table 2 Equipment overload results of static security check

表3 靜態(tài)電壓安全校核結(jié)果Table 3 Static voltage security check results

表4 綜合輔助決策后結(jié)果Table 4 Results of after comprehensive assistant decision

在鹽城災(zāi)區(qū)電網(wǎng)受損嚴(yán)重，已經(jīng)損失大量負(fù)荷的情況下，電力資源對(duì)于災(zāi)后應(yīng)急搶險(xiǎn)及生產(chǎn)生活是極為重要的，進(jìn)行切除負(fù)荷的操作顯然并不合適。由于鹽城地區(qū)DY－CB雙線、鹽城與淮安聯(lián)絡(luò)線YN－QJ 3條線路處于充電備用狀態(tài)，省調(diào)討論后決定采取將3條備用聯(lián)絡(luò)通道轉(zhuǎn)運(yùn)行，加強(qiáng)鹽城電網(wǎng)方式，調(diào)整方式后的電網(wǎng)接線圖如圖5所示。

進(jìn)行了方式調(diào)整后，鹽城地區(qū)220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)得到了加強(qiáng)，PD－HX雙線開斷后YC－YW線路安全裕度變?yōu)?.63%，DY變／220 kV正母線電壓安全裕度為3.25%，HX變／220 kV正母線電壓安全裕度為4.62%，QY變／220 kV正母線電壓安全裕度為5.12%，消除了PD－HX雙線開斷后靜態(tài)不安全的隱患。

2.2算例2

2016年11月4日09：46，江蘇某地區(qū)500 kV SL變VⅡ段母線發(fā)生故障跳閘，故障發(fā)生后，跳開VⅡ段母線所帶的SL－YQ I線、SL－JJ I線、SL－XS I線，該地區(qū)局部電網(wǎng)接線圖如圖6所示，SL變?yōu)樵摰貐^(qū)的樞紐變電站，承擔(dān)該地區(qū)的主要受電任務(wù)，跳閘后該地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)系變?nèi)酢?/p>

圖6 江蘇某地區(qū)部分電網(wǎng)接線圖Fig.6 Part power grid of Jiangsu

事故發(fā)生后，當(dāng)值安全分析工程師選取了10：00的電網(wǎng)斷面數(shù)據(jù)，調(diào)用了研究態(tài)計(jì)算模塊，由在線評(píng)估系統(tǒng)對(duì)故障后方式下的電網(wǎng)安全穩(wěn)定性進(jìn)行了自動(dòng)分析。經(jīng)六大類計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在事故后方式下，存在靜態(tài)安全過載問題，無暫穩(wěn)、動(dòng)穩(wěn)等問題，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

由上述在線安全校核結(jié)果可知，在故障后方式下，此時(shí)再發(fā)生XS－LZⅡ線開斷后，SL－XSⅡ線線負(fù)載率達(dá)到113.35%，處于過載狀態(tài)。

表5 動(dòng)態(tài)安全評(píng)估計(jì)算結(jié)果Table 5 Results of dynamic security assessment

圖5 調(diào)整運(yùn)行方式后鹽城地區(qū)部分220 kV電網(wǎng)接線圖Fig.5 Part 220 kV power grid of Yancheng after operation mode adjustment

在線動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)給出的輔助決策措施為減少JJDC發(fā)電機(jī)組出力69.5 MW，采用輔助決策后的計(jì)算結(jié)果為XS－LZⅡ線開斷后，SL－XSⅡ線穩(wěn)定裕度為6.32%，當(dāng)值調(diào)度員立即按照輔助決策給出的結(jié)果，降低JJDC機(jī)組出力，消除了過載風(fēng)險(xiǎn)，并通知SL變查找故障原因，盡快投運(yùn)跳閘的3條線路。

3 結(jié)語

本文結(jié)合江蘇電網(wǎng)在遭受龍卷風(fēng)冰雹特大災(zāi)害后和樞紐變電站母線跳閘后的實(shí)際運(yùn)行狀況，利用在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)對(duì)故障后的電網(wǎng)進(jìn)行了及時(shí)的安全穩(wěn)定校核，并針對(duì)存在的越限風(fēng)險(xiǎn)采取了相應(yīng)的控制策略，消除了電網(wǎng)運(yùn)行隱患。算例表明，在線安全分析系統(tǒng)能夠快速有效地進(jìn)行在線安全校核，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行中的薄弱環(huán)節(jié)，為調(diào)度員進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)控、優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式提供有效的技術(shù)支持和輔助決策措施，在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行發(fā)揮了重要的指導(dǎo)作用，相對(duì)于傳統(tǒng)離線計(jì)算方式具有更大的優(yōu)勢(shì)，有助于向智能型調(diào)度的轉(zhuǎn)變。

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Research on the On?line Dynamic Security Assessment System and Application of Jiangsu Power Grid

WANG Dajiang1，JIANG Yefeng2，QIU Chenguang2，GE Yaming2，HU Haoming1，CHENG Jinmin2
（1.State Grid Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute，Nanjing 211103，China；2.State Grid Jiangsu Electric Power Dispatching and Control Center，Nanjing 210024，China）

The on?line dynamic security assessment system based on intelligent scheduling system calculates and analyses power system using real time on?line data，achieves a leap from the off?line analysis to the on?line analysis of the power grid.The main structure，function and calculation process of the dynamic security assessment system of Jiangsu power grid are briefly introduced in this paper，using the safety and stability analysis of Jiangsu power grid encountering tornado and hail disaster in June 23，2016 and after a substation bus fault in November 4，2016 as calculation examples，the results show that the dynamic security assessment system can calculate and analyze the power grid，and give the corresponding auxiliary decision?making measures timely and effectively，enhancing the emergency handling capacity of power dispatchers in emergency situations，and plays an important role in ensuring the safe and stable operation of the power grid.

on?line analyse；dynamic security assessment；intelligent scheduling system；auxiliary decision?making

TM77

：A

：2096－3203（2017）02－0051－05

王大江

王大江（1984—），男，河南鄭州人，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制；

江葉峰（1976—），男，江蘇宜興人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏φ{(diào)度運(yùn)行管理；

仇晨光（1977—），男，江蘇鹽城人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏φ{(diào)度運(yùn)行管理；

葛亞明（1984—），男，安徽宣城人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏φ{(diào)度運(yùn)行管理。

（編輯 徐林菊）

2016－11－03；

2017－01－07

2016年國(guó)家電網(wǎng)總部指南項(xiàng)目（應(yīng)對(duì)大規(guī)模功率缺失的區(qū)域互濟(jì)日內(nèi)計(jì)劃優(yōu)化調(diào)整技術(shù)研究）