特高壓互聯(lián)電網(wǎng)一體化監(jiān)視和故障協(xié)同處置方案及應(yīng)用

閃 鑫, 王軼禹, 金一丁, 武 力, 江葉峰, 陸進(jìn)軍

(1. 南瑞集團(tuán)(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)有限公司, 江蘇省南京市 211106; 2. 國電南瑞科技股份有限公司, 江蘇省南京市 211106; 3. 智能電網(wǎng)保護(hù)和運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇省南京市 211106; 4. 國家電網(wǎng)有限公司國家電力調(diào)度控制中心, 北京市 100031; 5. 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司, 江蘇省南京市 210024)

0 引言

特高壓電網(wǎng)是支撐中國能源變革的重要手段,是促進(jìn)清潔能源遠(yuǎn)距離輸送和大規(guī)模消納的關(guān)鍵。目前中國已形成世界上規(guī)模最大的特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng),預(yù)計2017年國家電網(wǎng)特高壓跨區(qū)輸送功率將超過90 GW,2018年底華東電網(wǎng)直流饋入功率將接近70 GW,接近其最大負(fù)荷的三分之一,運(yùn)行特性十分復(fù)雜,電網(wǎng)送受端、交直流之間耦合日趨緊密,系統(tǒng)運(yùn)行呈現(xiàn)許多新特點(diǎn)[1-4]。以往的調(diào)度自動化系統(tǒng)在支撐特高壓電網(wǎng)一體化監(jiān)視和故障協(xié)同處置方面尚存在以下不足之處[5-6]。

1)特高壓直流運(yùn)行涉及國家電力調(diào)度控制中心(簡稱國調(diào)中心)、送受端分中心及省調(diào)等多級調(diào)控中心,客觀上要求整合特高壓電網(wǎng)送受端及沿途省市調(diào)控中心數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對特高壓電網(wǎng)的一體化運(yùn)行監(jiān)視。以往的調(diào)度自動化系統(tǒng)需要通過數(shù)據(jù)點(diǎn)表、層層轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)匯集和展示,數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和數(shù)據(jù)自身的一致性難以得到有效保障,同一畫面不同調(diào)度端數(shù)據(jù)展示不一致的問題時有發(fā)生,影響調(diào)度員實(shí)時監(jiān)控與分析決策。

2)特高壓直流故障波及面廣,故障影響全局化特征凸現(xiàn),直流換相失敗或單雙極閉鎖,其引發(fā)的暫態(tài)能量沖擊和大功率缺額,將導(dǎo)致全網(wǎng)范圍內(nèi)跨區(qū)跨省交流斷面輸送功率和電壓的大幅波動,嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。以往調(diào)度自動化系統(tǒng)中基于本地的告警數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確定位擾動源和波及范圍,調(diào)度故障處置措施的一致性難以保障,需要實(shí)現(xiàn)對擾動源和波及范圍的在線分析與定位,提升各級調(diào)度對電網(wǎng)故障的同步感知和協(xié)同處置能力。

3)特高壓直流輸送功率大,一回或多回失去將造成大量功率缺額,對受端電網(wǎng)安全防線造成嚴(yán)重沖擊,極端情況下需要短時間內(nèi)切除上百萬千瓦的負(fù)荷,以保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。以往離線計算、串行控制的故障處置模式已不能適應(yīng)特高壓直流故障處置的業(yè)務(wù)要求,缺乏協(xié)調(diào)發(fā)電負(fù)荷、兼顧控制代價和公平性、多時間尺度下的在線優(yōu)化控制策略和快速協(xié)同并發(fā)控制技術(shù),亟須協(xié)調(diào)發(fā)電、負(fù)荷等可控資源,進(jìn)行優(yōu)化控制策略的在線計算和快速協(xié)同控制,以提升調(diào)度故障處置能力。

本文立足于調(diào)度實(shí)時運(yùn)行控制層面,聚焦于通過對現(xiàn)有智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)(下文簡稱D5000系統(tǒng))的優(yōu)化完善,實(shí)現(xiàn)多級調(diào)度中心間縱向、橫向的信息靈活交互,同時以信息整合為基礎(chǔ),開展特高壓運(yùn)行狀態(tài)同景監(jiān)視、故障協(xié)同診斷、預(yù)案聯(lián)合執(zhí)行,以及源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制等技術(shù)的研究與應(yīng)用,以支撐特高壓電網(wǎng)的一體化監(jiān)視和故障協(xié)同處置。

1 總體設(shè)計思路和功能要求

1.1 設(shè)計思路

以現(xiàn)有D5000系統(tǒng)統(tǒng)一平臺為基礎(chǔ),整合特高壓直流送受端電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備量測、外部氣象環(huán)境、設(shè)備缺陷、計劃檢修等多維度數(shù)據(jù),通過廣域圖形瀏覽,實(shí)現(xiàn)多級調(diào)度間特高壓電網(wǎng)運(yùn)行工況的一體化同景監(jiān)視;建立國分省多級調(diào)度故障協(xié)同處置架構(gòu),通過故障協(xié)同診斷、多屏聯(lián)動展示、預(yù)案聯(lián)合執(zhí)行等方式,實(shí)現(xiàn)特高壓故障下多級調(diào)度間的協(xié)同處置;協(xié)調(diào)源網(wǎng)荷等可調(diào)資源,通過優(yōu)化控制策略在線生成和并發(fā)控制,實(shí)現(xiàn)故障后的快速恢復(fù)。

1.2 總體框架

特高壓互聯(lián)電網(wǎng)一體化監(jiān)視和故障協(xié)同處置總體框架如圖1所示,主要包括一體化運(yùn)行監(jiān)視和故障協(xié)同處置兩部分。首先通過對多維度數(shù)據(jù)的融合,感知電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和未來發(fā)展趨勢,其次在發(fā)生特高壓直流故障時,自動定位故障設(shè)備并推送到特高壓直流送受端及相關(guān)調(diào)度中心,進(jìn)而根據(jù)故障處置預(yù)案的控制目標(biāo),協(xié)調(diào)國分省發(fā)電負(fù)荷等可控資源,建立多目標(biāo)的優(yōu)化控制模型,通過分解協(xié)調(diào)的方式在線計算控制策略,同時根據(jù)可控資源的所屬調(diào)控權(quán)限,將控制策略下發(fā)到各級調(diào)度中心,在人工確認(rèn)后,最后通過自動發(fā)電控制(AGC)、自動電壓控制(AVC),以及負(fù)荷批量控制等手段進(jìn)行快速閉環(huán)控制。

圖1 特高壓互聯(lián)電網(wǎng)跨區(qū)協(xié)同處置整體框架Fig.1 General framework of trans-regional cooperative disposal of UHV interconnected power grid

1.3 主要功能

1)一體化運(yùn)行監(jiān)視。一體化運(yùn)行監(jiān)視是在現(xiàn)有D5000系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、圖形展示和遠(yuǎn)程瀏覽等功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化完善[7],通過整合特高壓直流、送受端近區(qū)交流系統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行工況、特高壓輸電走廊外部環(huán)境、風(fēng)電光伏出力預(yù)測、發(fā)電計劃、負(fù)荷預(yù)測信息,實(shí)現(xiàn)對特高壓直流當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)評估和未來趨勢分析。其核心是廣域圖形編輯及瀏覽技術(shù),即國分省各級調(diào)度按照一次設(shè)備調(diào)度管理權(quán)限,進(jìn)行特高壓直流監(jiān)視畫面的分布編輯、全網(wǎng)共享、同景監(jiān)視。與以往調(diào)度自動化系統(tǒng)圖形編輯與瀏覽方式不同的是,廣域圖形瀏覽技術(shù)有兩大特點(diǎn):一是畫面中的數(shù)據(jù)根據(jù)其數(shù)據(jù)采集來源,直接定位并訪問源端系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,而無需將數(shù)據(jù)采集到本地系統(tǒng)再進(jìn)行展示,保證了監(jiān)視數(shù)據(jù)的一致性;二是畫面在一個系統(tǒng)中繪制,然后自動同步到相關(guān)系統(tǒng)中,保證各級調(diào)度監(jiān)視畫面的一致性。

具體來看,特高壓電網(wǎng)一體化運(yùn)行畫面分為兩個層級,即國分調(diào)層級和省調(diào)層級。國分調(diào)層級重點(diǎn)展示特高壓直流運(yùn)行狀態(tài)、送受端近區(qū)交流網(wǎng)架、送端電網(wǎng)機(jī)組可切量、受端電網(wǎng)負(fù)荷可控量等特高壓主網(wǎng)架關(guān)鍵信息;省調(diào)層級重點(diǎn)展示省間聯(lián)絡(luò)線、直流近區(qū)主要電廠、省市負(fù)荷可控量等信息。國分調(diào)層級監(jiān)視畫面和省調(diào)層級監(jiān)視畫面通過鏈接方式進(jìn)行切換,采用上述方式的好處是實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視畫面風(fēng)格和樣式的一致性、數(shù)據(jù)更新的一致性,最大限度地保障了各級調(diào)度對特高壓電網(wǎng)運(yùn)行工況的同景監(jiān)視,為后續(xù)協(xié)同處置提供了重要支撐。

2)故障協(xié)同處置。故障協(xié)同處置是在現(xiàn)有D5000系統(tǒng)綜合智能告警、輔助決策和AGC等功能的基礎(chǔ)上深化完善[8-9],主要包括故障協(xié)同診斷、預(yù)案聯(lián)合執(zhí)行和源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)優(yōu)化三部分。故障協(xié)同診斷是協(xié)同處置的基礎(chǔ),通過跨系統(tǒng)間故障信息的實(shí)時推送、事件整合和擾動源定位等技術(shù),實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的一點(diǎn)擾動、多點(diǎn)告警,感知電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化。預(yù)案聯(lián)合執(zhí)行是協(xié)同處置的關(guān)鍵,國分調(diào)統(tǒng)一編制特高壓直流故障預(yù)案,對預(yù)案中的故障設(shè)備、執(zhí)行步驟、執(zhí)行主體、控制目標(biāo)、控制效果、執(zhí)行狀態(tài)等主要信息進(jìn)行對象化建模,預(yù)案編制完成后通過調(diào)度自動化系統(tǒng)分發(fā)到相關(guān)調(diào)度中心,實(shí)際發(fā)生故障后,自動彈出預(yù)先編制完成的故障處置預(yù)案,并按照步驟執(zhí)行,每執(zhí)行完成某一步驟后,將執(zhí)行狀態(tài)同步到其他調(diào)度中心,該方式的好處是確保特高壓直流故障后各級調(diào)度處置目標(biāo)的一致性、處置狀態(tài)的同步感知,提升協(xié)同處置效率。源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)優(yōu)化包括控制策略的配合和控制方式的協(xié)同兩個層面,控制策略配合包括各級調(diào)度之間的配合,各種可控措施(發(fā)電、負(fù)荷、電網(wǎng))的配合,控制方式的協(xié)同是按照設(shè)備調(diào)度管理范圍進(jìn)行分級控制。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 廣域圖形瀏覽技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)同一場景監(jiān)視的一致性,即圖形的一致性和數(shù)據(jù)的一致性,需要建立跨系統(tǒng)間的圖形同步機(jī)制,實(shí)現(xiàn)畫面的源端維護(hù)、廣域共享,通過對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的資源定位和廣域快速訪問,實(shí)現(xiàn)同一畫面不同來源(本地和遠(yuǎn)程)數(shù)據(jù)的集中監(jiān)視和高效調(diào)閱,支撐國分省多級調(diào)度對特高壓電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的同景監(jiān)視。

首先在數(shù)據(jù)一致性方面,圖形瀏覽時根據(jù)畫面中設(shè)備所屬區(qū)域信息實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分類請求和刷新,設(shè)備所屬區(qū)域信息在畫面編輯過程中可通過數(shù)據(jù)測點(diǎn)的關(guān)聯(lián)得到,若畫面編輯時測點(diǎn)關(guān)聯(lián)本地數(shù)據(jù)庫,則設(shè)備所屬區(qū)域?yàn)楸镜?否則為其他區(qū)域。在數(shù)據(jù)請求過程中,若設(shè)備所屬區(qū)域信息為本區(qū)域信息,則默認(rèn)數(shù)據(jù)來自于本地數(shù)據(jù)庫,若為外部區(qū)域則根據(jù)該屬性內(nèi)容到指定調(diào)度中心系統(tǒng)獲取對應(yīng)的實(shí)時數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)刷新客戶端以區(qū)域?yàn)閱挝唤M織封裝數(shù)據(jù),通過廣域代理服務(wù)向各區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)請求,各調(diào)度中心獲取響應(yīng)后向畫面推送數(shù)據(jù)刷新畫面數(shù)據(jù)值、顏色和狀態(tài)[10]。目前國分省調(diào)度中心間的數(shù)據(jù)網(wǎng)基本上均為千兆網(wǎng)絡(luò),遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問時間在1～2 s范圍內(nèi),同時廣域畫面中的數(shù)據(jù)刷新采用變化數(shù)據(jù)刷新機(jī)制,同一時間內(nèi)刷新的數(shù)據(jù)點(diǎn)非常少,且只在圖形瀏覽時才進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的訪問,因此數(shù)據(jù)的實(shí)時性和對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占有量,均能夠滿足調(diào)度實(shí)時監(jiān)控業(yè)務(wù)的要求。

其次在圖形一致性方面,為了實(shí)現(xiàn)圖形文件本身的廣域共享,利用D5000系統(tǒng)提供的廣域文件服務(wù),在畫面編輯完成后,可指定需要同步的其他調(diào)度中心,廣域文件服務(wù)則將圖形文件發(fā)送到指定的調(diào)度中心,接收端的調(diào)度中心在接收到圖形文件后,自動存儲到文件服務(wù)器上,后續(xù)即可進(jìn)行圖形瀏覽。

2.2 故障協(xié)同診斷技術(shù)

目前D5000系統(tǒng)的綜合智能告警功能雖然實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障的在線診斷與告警,但總體上還是面向單一設(shè)備故障的告警[8]。對于引言中所述的特高壓直流故障引發(fā)的跨區(qū)跨省聯(lián)絡(luò)線功率波動的相繼事件,以往各個調(diào)控中心僅依靠本地調(diào)度控制系統(tǒng)的信息將無法定位故障的源頭,進(jìn)而影響故障處置效果,極端情況下可能導(dǎo)致故障的誤判。

解決上述問題的關(guān)鍵,首先需要實(shí)現(xiàn)不同調(diào)度中心間告警信息的靈活推送,即各調(diào)度中心可根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),對可能影響本網(wǎng)運(yùn)行的外部故障進(jìn)行告警訂閱,即故障的感知;其次,在感知的基礎(chǔ)上,采用基于事件鏈的專家規(guī)則庫,分析判斷引發(fā)相繼故障的擾動源,實(shí)現(xiàn)擾動源的在線定位。

在故障告警訂閱推送方面,如圖2所示,調(diào)度機(jī)構(gòu)A通過告警訂閱客戶端工具,采用廣域服務(wù)總線將訂閱的設(shè)備故障信息發(fā)送到調(diào)度機(jī)構(gòu)B,可以以廠站、設(shè)備及電壓等級等組合的方式進(jìn)行訂閱,調(diào)度機(jī)構(gòu)B的訂閱服務(wù)在接收到告警訂閱信息后,將訂閱信息存入數(shù)據(jù)庫中,并將訂閱結(jié)果返回給調(diào)度機(jī)構(gòu)A,從而完成設(shè)備故障告警的訂閱流程。當(dāng)調(diào)度機(jī)構(gòu)B的電網(wǎng)發(fā)生設(shè)備故障后,其告警推送服務(wù)根據(jù)告警信息和被訂閱情況,通過廣域服務(wù)總線,將故障告警發(fā)送到其他訂閱調(diào)度機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障實(shí)時推送。

圖2 設(shè)備故障告警訂閱Fig.2 Equipment fault alarm subscription

在故障告警訂閱推送的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對外部故障告警、本地電網(wǎng)擾動等相關(guān)告警信息進(jìn)行整合,采用基于事件鏈的專家規(guī)則庫,即可對擾動源定位,如圖3所示,分為擾動源、引發(fā)后果及校驗(yàn)規(guī)則三項(xiàng)。擾動源描述事件的起源,可以是某一類型的故障(如交流線路故障、直流閉鎖等),也可以是具體設(shè)備的故障(如錦蘇直流雙極閉鎖);引發(fā)后果描述擾動源可能產(chǎn)生的后果,如斷面功率波動、電壓突變等;校驗(yàn)規(guī)則是對引發(fā)后果的相關(guān)校驗(yàn),以避免誤判。例如:交流設(shè)備故障為擾動源,直流換相失敗為引發(fā)后果,校驗(yàn)規(guī)則為直流近區(qū)電壓突變。每個單獨(dú)的規(guī)則可通過擾動源和引發(fā)后果建立對應(yīng)關(guān)系,從而形成多個規(guī)則的遞推分析判斷,最終定位相繼故障的擾動源。

圖3 基于事件鏈的專家規(guī)則庫Fig.3 Event chain based expert rule base

結(jié)合歷史上實(shí)際發(fā)生的特高壓直流跳閘引發(fā)的相繼故障為例,對故障協(xié)同診斷算法進(jìn)行了驗(yàn)證,具體見附錄A。需要說明的是,目前專家規(guī)則庫的設(shè)置主要是根據(jù)調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和離線仿真分析的相關(guān)結(jié)論,對典型故障引發(fā)的相繼故障形態(tài)進(jìn)行定義,實(shí)際應(yīng)用后定位準(zhǔn)確度較高,能夠滿足調(diào)度實(shí)用的要求。

2.3 電網(wǎng)故障信息整合及多屏聯(lián)動展示技術(shù)

特高壓直流大功率輸送情況下的單/雙極閉鎖將對送受端電網(wǎng)造成嚴(yán)重沖擊,送端電網(wǎng)穩(wěn)控裝置切機(jī)、受端電網(wǎng)頻率大幅跌落、斷面過載、電壓波動及潮流大幅度轉(zhuǎn)移,以往調(diào)度控制系統(tǒng)缺乏對上述信息的集成展示,相關(guān)告警信息分布在不同的監(jiān)視畫面中,調(diào)度員需要同時切換多幅畫面才能掌握故障后的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài),嚴(yán)重情況下可能造成告警的漏處理,增加了故障處置壓力。

需要對現(xiàn)有調(diào)度控制系統(tǒng)故障告警推圖方式進(jìn)行優(yōu)化完善:一是整合特高壓直流故障前后的電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵信息,實(shí)現(xiàn)調(diào)度對故障前后電網(wǎng)狀態(tài)變化、主要薄弱點(diǎn)的快速感知;二是利用調(diào)度多屏監(jiān)視的特點(diǎn),根據(jù)調(diào)度故障處置監(jiān)視的內(nèi)容,自動在各個監(jiān)視屏幕上彈出相關(guān)畫面,提高故障處置效率。

在關(guān)鍵信息整合方面,以故障設(shè)備為對象,用戶可定義該設(shè)備故障下需要監(jiān)視的內(nèi)容,例如送端電網(wǎng)機(jī)組安控裝置切除機(jī)組臺數(shù)及功率,受端電網(wǎng)系統(tǒng)頻率、故障前后關(guān)鍵斷面潮流和重要廠站電壓的變化情況、水電及抽蓄機(jī)組快速啟停狀況等信息,在實(shí)際故障后根據(jù)故障設(shè)備和自定義監(jiān)視對象、監(jiān)視內(nèi)容,自動從調(diào)度控制系統(tǒng)中提取相關(guān)信息,以表格的形式集成展示上述信息,同時根據(jù)用戶定義的告警門檻進(jìn)行閃爍和著色,便于調(diào)度清晰直觀地掌握特高壓故障對電網(wǎng)造成的沖擊,解決了以往數(shù)據(jù)零散造成監(jiān)視不便的問題。

在多屏聯(lián)動展示方面,可自定義調(diào)度左、中、右三屏需顯示的畫面名稱,例如特高壓直流故障,左屏定義電子化故障預(yù)案、中屏定義特高壓直流協(xié)同監(jiān)視畫面、右屏定義關(guān)鍵信息整合畫面,在實(shí)際故障情況下,根據(jù)故障設(shè)備自動搜索該設(shè)備對應(yīng)的電子化故障處置預(yù)案,在線形成關(guān)鍵信息整合畫面,并同時在調(diào)度席位的左、中、右三屏進(jìn)行推送展示。通過故障關(guān)鍵信息的整合和多屏聯(lián)動展示,實(shí)現(xiàn)了故障處置信息的需則可知,避免了以往調(diào)度人工查找的繁瑣過程,有利于提高故障處置效率。

2.4 電子化故障預(yù)案

故障預(yù)案是調(diào)度故障處置的重要依據(jù),目前故障預(yù)案是文本格式、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),在執(zhí)行過程中需要人工查找,并根據(jù)預(yù)案內(nèi)容逐一核對與實(shí)施,自動化程度不高,特別是在特高壓直流故障下,國分省各級調(diào)度需根據(jù)預(yù)案進(jìn)行聯(lián)合處置,各級調(diào)度執(zhí)行到每一階段都需要跟蹤反饋,以便開展下一階段處置工作。現(xiàn)有文本方式的故障預(yù)案已不能滿足上述要求,需要建立電子化的故障預(yù)案,通過對處置內(nèi)容、執(zhí)行步驟、執(zhí)行狀態(tài)的對象化建模,以支撐多級調(diào)度間的預(yù)案聯(lián)合執(zhí)行。

電子化故障預(yù)案的核心是建模,故障預(yù)案的模型包括故障設(shè)備、故障前運(yùn)行方式、處置階段、執(zhí)行主體、動作步驟、執(zhí)行結(jié)果和執(zhí)行狀態(tài)等要素,如圖4所示。

圖4 電子化故障預(yù)案模型Fig.4 Model of electronic fault disposal plan

故障設(shè)備描述該預(yù)案對應(yīng)的故障設(shè)備名稱;故障前運(yùn)行方式是描述發(fā)生故障之前的電網(wǎng)運(yùn)行方式,例如特高壓直流輸送功率、直流送端相關(guān)電廠開機(jī)方式等信息,以校驗(yàn)預(yù)案的可用性;處置階段描述故障處置的過程,例如故障發(fā)生時、故障后15 min或30 min等,每個處置過程對應(yīng)不同的處置目標(biāo),即預(yù)案中的動作步驟;執(zhí)行主體描述負(fù)責(zé)執(zhí)行的調(diào)控中心名稱;動作步驟描述各處置階段下的處置目標(biāo),每個執(zhí)行主體對應(yīng)各自的動作步驟;執(zhí)行結(jié)果是描述動作步驟的實(shí)際執(zhí)行情況,即根據(jù)調(diào)度控制系統(tǒng)的實(shí)測數(shù)據(jù)展示執(zhí)行效果,在故障預(yù)案編制過程中,可將反映執(zhí)行結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)測點(diǎn)同調(diào)度控制系統(tǒng)中的量測點(diǎn)或計算點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)對應(yīng),這樣在預(yù)案執(zhí)行過程中即可清晰直觀地掌握每一步驟的實(shí)際執(zhí)行效果,而不用調(diào)度員在系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢索和查詢;執(zhí)行狀態(tài)用于各執(zhí)行主體在每個處置階段、每一動作步驟執(zhí)行完成后進(jìn)行標(biāo)注,同時將該狀態(tài)同步到其他協(xié)同處置的執(zhí)行主體,從而實(shí)現(xiàn)故障處置全過程各執(zhí)行主體的同步感知,便于及時掌握各級調(diào)度的故障執(zhí)行情況。

特高壓直流故障電子化預(yù)案編制在國調(diào)中心三區(qū)的協(xié)同管理平臺,各分中心和省調(diào)登錄該系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合編制,預(yù)案編制完成后同步到國調(diào)中心一區(qū)的D5000系統(tǒng),然后通過廣域文件服務(wù)將預(yù)案發(fā)送到下級相關(guān)調(diào)控中心,從而完成預(yù)案的編制和流轉(zhuǎn)。實(shí)際故障發(fā)生時,各級調(diào)控中心在接收到特高壓直流故障告警后,根據(jù)故障設(shè)備在線搜索故障預(yù)案,通過2.3節(jié)所述的多屏聯(lián)動展示技術(shù),自動彈出電子化故障預(yù)案,并根據(jù)預(yù)案處置步驟進(jìn)行多級調(diào)度間故障預(yù)案的聯(lián)合執(zhí)行。

2.5 源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制技術(shù)

特高壓直流閉鎖將造成受端電網(wǎng)大量功率缺額,頻率大幅跌落、關(guān)鍵輸電通道斷面過載、系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用不足等問題相互交織,受控對象面廣量多、控制時間緊迫,控制難度顯著增大,需要建立源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制的整體架構(gòu)[11-13],如圖5所示,綜合利用發(fā)電、負(fù)荷及電網(wǎng)等可控資源,針對頻率恢復(fù)、斷面過載消除及備用容量恢復(fù)等控制目標(biāo),采用不同的控制策略和控制模式,輔助調(diào)度進(jìn)行故障快速恢復(fù)。需要說明的是,本文定位于通過調(diào)度控制系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)控制,因此是在系統(tǒng)保護(hù)(包括直流調(diào)制、抽蓄切泵、精準(zhǔn)切負(fù)荷)、穩(wěn)控裝置,以及低頻低壓減載等安全自動裝置動作后的穩(wěn)態(tài)控制[14-15],是秒級、分鐘級時間尺度下的控制。

1)頻率恢復(fù)控制。頻率恢復(fù)是大功率缺失后的首要控制目標(biāo),首先在控制策略方面,一是要充分調(diào)動各類發(fā)電可控資源,包括常規(guī)機(jī)組、抽蓄機(jī)組及水電機(jī)組等,最大限度地支援頻率快速恢復(fù);二是在頻

圖5 源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制Fig.5 Coordination control of “generator-grid-load”

率恢復(fù)過程中機(jī)組出力大幅調(diào)整可能加重斷面的過載,需要采用計及安全約束的頻率恢復(fù)策略[16],即根據(jù)機(jī)組對斷面的靈敏度,對頻率恢復(fù)過程中加重斷面過載的機(jī)組調(diào)整方向進(jìn)行限制,以避免上述問題。其次在控制方式上,由于控制時間緊、受控對象多(以江蘇電網(wǎng)為例,AGC機(jī)組超過200臺),需采用自動化的控制方式,一是通過AGC控制模式自動切換(一鍵RAMP或一鍵AUTOR)[17],修正機(jī)組控制目標(biāo);二是對抽蓄機(jī)組工況轉(zhuǎn)換進(jìn)行遠(yuǎn)方控制,以提升控制效率,最大限度地縮短控制時間,實(shí)現(xiàn)頻率控制快速響應(yīng)。

2)斷面過載控制。相比較以往的斷面過載控制,由于直流輸送功率較大,其閉鎖后單純依靠發(fā)電可能無法完全消除斷面過載,必要情況下需要通過負(fù)荷控制的方式以消除斷面過載[11]。斷面過載控制策略計算包括兩個階段,首先通過調(diào)整發(fā)電的方式進(jìn)行斷面過載控制,進(jìn)一步可根據(jù)過載情況,再通過切除負(fù)荷的方式進(jìn)行控制,以實(shí)現(xiàn)發(fā)電、負(fù)荷的協(xié)調(diào)控制。

在負(fù)荷控制方面,考慮到目前省地兩級的調(diào)度管理模式,即220 kV及以上電壓等級的設(shè)備調(diào)度管轄權(quán)在省調(diào),110 kV及以下電壓等級的設(shè)備調(diào)度管轄權(quán)在地調(diào),因此在負(fù)荷控制策略計算上宜采用省地兩級分解計算的模式,同時目前省級電網(wǎng)在運(yùn)行中一般采用220 kV電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行模式,即省調(diào)以分區(qū)電網(wǎng)為對象進(jìn)行監(jiān)視控制?；谏鲜龇治?省地兩級負(fù)荷控制策略的計算模式如下：省調(diào)側(cè)計算對象為分區(qū)電網(wǎng)、地調(diào)側(cè)計算對象為具體負(fù)荷(如10 kV線路),省調(diào)側(cè)首先計算出消除斷面過載情況下各分區(qū)電網(wǎng)需要控制的負(fù)荷總量,然后將分區(qū)負(fù)荷控制總量下發(fā)給各地調(diào),各地調(diào)根據(jù)負(fù)荷控制總量,結(jié)合拉限電序位表、設(shè)備可控狀態(tài)、受控次數(shù)等信息,得到最終的負(fù)荷控制對象。

在分區(qū)負(fù)荷控制總量計算過程中,需要考慮分區(qū)負(fù)荷控制的公平性和經(jīng)濟(jì)性,公平性即要考慮各分區(qū)負(fù)荷水平,避免單純依賴分區(qū)負(fù)荷對斷面靈敏度造成單個分區(qū)負(fù)荷控制過多、影響面大的問題;經(jīng)濟(jì)性方面需要考慮控制成本的代價,避免單純按照分區(qū)負(fù)荷水平分配造成負(fù)荷過控。因此,需要建立協(xié)調(diào)公平性和經(jīng)濟(jì)性的分區(qū)負(fù)荷控制模型,在求解過程中采用連續(xù)潮流和線性規(guī)劃相結(jié)合的計算方法,首先根據(jù)分區(qū)負(fù)荷占比系數(shù),采用連續(xù)潮流得到消除斷面過載的分區(qū)負(fù)荷初始調(diào)整策略,然后在此基礎(chǔ)上采用基于分區(qū)負(fù)荷靈敏度的線性規(guī)劃算法,對分區(qū)間負(fù)荷占比系數(shù)進(jìn)行區(qū)間約束,以避免對單一分區(qū)或地區(qū)負(fù)荷控制過多,并進(jìn)一步優(yōu)化求解,得到最終負(fù)荷控制策略。采用省地分解計算的模式,既避免了在負(fù)荷控制計算過程中需要省地全網(wǎng)模型的問題,有效降低了計算規(guī)模,提高了計算速度和魯棒性,又能夠適應(yīng)目前省地兩級調(diào)度管理模式的要求,較好地滿足了實(shí)際工程的需要。

此外在負(fù)荷控制過程中,應(yīng)采用省地協(xié)同的負(fù)荷并發(fā)控制,縮短大批量負(fù)荷的控制時間[18],之前相關(guān)論文在此方面已有詳細(xì)闡述,本文不再細(xì)述。

3)備用容量恢復(fù)控制。應(yīng)綜合利用省市間聯(lián)絡(luò)線功率支援、燃?xì)鈾C(jī)組快速啟停等手段,進(jìn)行備用容量的恢復(fù)[19-21]。在聯(lián)絡(luò)線支援方面,應(yīng)按照全網(wǎng)備用共享原則,考慮斷面輸送能力、系統(tǒng)備用水平等約束條件,以恢復(fù)備用容量為目標(biāo),求解功率缺額在各區(qū)域的分?jǐn)偡桨?對省市間的聯(lián)絡(luò)線輸送計劃進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)備用容量的優(yōu)化,避免單一省市備用不足引發(fā)的拉負(fù)荷限電。在燃?xì)鈾C(jī)組快速啟停方面,利用燃?xì)鈾C(jī)組在溫態(tài)快速啟停的優(yōu)勢,進(jìn)行機(jī)組開機(jī)計劃的安排,以提升系統(tǒng)備用容量。

3 工程實(shí)踐

基于上述研究成果開發(fā)的特高壓互聯(lián)電網(wǎng)跨區(qū)協(xié)同處置軟件已在國調(diào)、華東、華中、西北,以及四川、新疆、江蘇、上海、浙江等十余個特高壓直流送受端調(diào)度中心部署應(yīng)用。軟件實(shí)現(xiàn)了國分省多級調(diào)度對特高壓直流運(yùn)行狀態(tài)的一體化監(jiān)視和故障協(xié)同處置。

特高壓直流正常運(yùn)行時,調(diào)度員通過特高壓直流協(xié)同運(yùn)行監(jiān)視畫面(見附錄B圖B1),實(shí)時監(jiān)視特高壓直流線路及其近區(qū)交流電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。圖中的量測數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)自動定位數(shù)據(jù)來源,例如圖中展示的送端交流電網(wǎng)量測數(shù)據(jù),即通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)方式直接訪問四川省調(diào)系統(tǒng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn),避免了以往數(shù)據(jù)層層轉(zhuǎn)發(fā)延時長、一致性無法有效保證的問題,直流線路上的可視化圖元展示了特高壓直流輸電走廊沿線氣象環(huán)境,通過該畫面國分省多級調(diào)度中心可實(shí)現(xiàn)對特高壓運(yùn)行環(huán)境的同步感知和運(yùn)行狀態(tài)的同景監(jiān)視。

特高壓直流故障情況下,國調(diào)中心在線診斷出故障設(shè)備,并根據(jù)故障訂閱情況將告警信息同步推送到相關(guān)調(diào)度中心;同時國調(diào)及相關(guān)調(diào)度中心根據(jù)故障信息,觸發(fā)故障信息整合和多屏聯(lián)動展示(見附錄B圖B2),左屏展示聯(lián)合故障處置預(yù)案、中屏展示特高壓直流運(yùn)行協(xié)同監(jiān)視畫面、右屏展示故障簡報及關(guān)鍵量測整合信息。如3.3節(jié)所述,上述告警推送、信息整合和多屏聯(lián)動展示機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了故障設(shè)備的快速定位和同步告警、波及范圍的全局感知,顯著提升了故障情況下國分省多級調(diào)度的協(xié)同處置水平。

在故障處置過程中,國分省各級調(diào)度根據(jù)事先編制的電子化故障處置預(yù)案(見附錄B圖B3),按照預(yù)案中每一階段的處置要求,進(jìn)行有針對性的故障處置,并將處置完成后的狀態(tài)同步到其他調(diào)控中心,確保特高壓直流故障后國分省多級調(diào)度間故障處置的一致性,有利于電網(wǎng)的快速恢復(fù)。

4 結(jié)語

隨著特高壓交直流電網(wǎng)的建設(shè),電網(wǎng)運(yùn)行特性已發(fā)生顯著變化,調(diào)度實(shí)時運(yùn)行控制難度日益增大,以往調(diào)度控制系統(tǒng)在支撐特高壓電網(wǎng)實(shí)時監(jiān)控方面尚存在不足之處。本文在D5000系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上,針對特高壓交直流電網(wǎng)一體化運(yùn)行監(jiān)視和故障協(xié)同處置的業(yè)務(wù)需求,提出了特高壓互聯(lián)電網(wǎng)跨區(qū)協(xié)同處置的總體目標(biāo)和架構(gòu),并對其中的主要功能和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹和分析?？傮w來看,本文在特高壓電網(wǎng)實(shí)時監(jiān)視控制方面僅僅做了初步嘗試和得到了階段性成果,后續(xù)仍有一些關(guān)鍵技術(shù)尚待突破。

1)電網(wǎng)一體化運(yùn)行特性的凸顯,客觀上要求基于全網(wǎng)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算和最優(yōu)決策,目前基于本地模型數(shù)據(jù)的分析計算模式已不能適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的要求。本文只是實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)瀏覽的全網(wǎng)共享,后續(xù)需要基于云技術(shù)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)模型和實(shí)時數(shù)據(jù)的高速匯集,建立基于全網(wǎng)模型數(shù)據(jù)的分析決策云中心,以支撐特高壓電網(wǎng)的一體化運(yùn)行。

2)故障形態(tài)日趨復(fù)雜,特別是交直流電網(wǎng)交互影響的機(jī)理有待進(jìn)一步研究深化。本文在協(xié)同診斷專家規(guī)則庫的建立方面主要還是依靠調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和離線仿真結(jié)論,對于重大運(yùn)行方式變化情況下的相繼故障可能存在無法適應(yīng)的問題,需要進(jìn)一步完善在線穩(wěn)定分析功能,強(qiáng)化相繼故障的在線分析能力,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合在線穩(wěn)定分析的相關(guān)掃描結(jié)果對專家規(guī)則庫進(jìn)行自適應(yīng)修正和補(bǔ)充完善。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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