湖南電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

王優(yōu)優(yōu)， 朱維鈞， 梁文武， 吳晉波

(1. 長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙410004；2. 國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙410007)

0 引言

隨著我國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)快速推進(jìn), 國(guó)家電網(wǎng)有限公司(以下簡(jiǎn)稱國(guó)網(wǎng)) 高度重視提升電網(wǎng)二次系統(tǒng)技術(shù)水平, 作為第一道防線的繼電保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作已于2013 年完成, 其他兩道防線的電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置(尤其是電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置)的整治工作也被列入國(guó)網(wǎng)國(guó)家電力調(diào)控中心( 以下簡(jiǎn)稱國(guó)調(diào)) 的重點(diǎn)工作。 國(guó)調(diào)近5 年共組織召開了10 余次電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置( 簡(jiǎn)稱: 安自裝置) 標(biāo)準(zhǔn)化工作會(huì)議, 發(fā)布了《 電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》 《電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)規(guī)范》 《電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置信息規(guī)范》 和《電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置專業(yè)檢測(cè)管理辦法》 等一攬子管理規(guī)定和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn), 明確了穩(wěn)控裝置管轄職責(zé)、 適用范圍、 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、 檢驗(yàn)檢測(cè)、 規(guī)約信息等5 個(gè)方面的頂層要求, 此舉旨在進(jìn)一步規(guī)范安自裝置的全過程專業(yè)管理, 同時(shí)也將標(biāo)志著電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置(簡(jiǎn)稱: 穩(wěn)控裝置) 的工作重點(diǎn)不僅僅停留在穩(wěn)定策略的正確性上, 而是向裝置管理進(jìn)行延伸, 以確保各項(xiàng)管理思路、 穩(wěn)定策略、 技術(shù)要求可以得以精準(zhǔn)執(zhí)行。

1 穩(wěn)控系統(tǒng)的定義

1.1 穩(wěn)控裝置的定義

穩(wěn)控裝置是指, 為保證電力系統(tǒng)在遇到大擾動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性而在電廠或變電站內(nèi)裝設(shè)的控制設(shè)備,實(shí)現(xiàn)切機(jī)、 切負(fù)荷、 快速減出力、 直流功率緊急提升或回降等功能, 是保持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行第二道防線的重要設(shè)施。 穩(wěn)控裝置可分為控制主站和執(zhí)行子站等類型, 站間通信方式一般采用數(shù)字報(bào)文的形式傳遞運(yùn)行信息及控制策略。

1.2 安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的定義

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)( 以下簡(jiǎn)稱穩(wěn)控系統(tǒng)) 是指, 采用穩(wěn)控裝置及切機(jī)、 切負(fù)荷、 斷開聯(lián)絡(luò)線等緊急控制措施, 確保電網(wǎng)在發(fā)生概率較低的嚴(yán)重故障時(shí)能繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行。 一般由兩個(gè)及以上廠站的穩(wěn)控裝置通過通信設(shè)備聯(lián)絡(luò)構(gòu)成執(zhí)行緊急控制措施的系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)區(qū)域或更大范圍電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制。 穩(wěn)控系統(tǒng)是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要系統(tǒng), 屬于防止電網(wǎng)穩(wěn)定破壞和大面積停電事故的第二道防線。

2 湖南電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前湖南電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)的控制策略采用離線決策方式確定, 即事先對(duì)電網(wǎng)各種預(yù)想的運(yùn)行方式下預(yù)定事故進(jìn)行人工分析計(jì)算, 以確定穩(wěn)控系統(tǒng)的控制策略并形成策略表, 該控制策略以策略表形式固化在穩(wěn)控裝置的軟件中。 穩(wěn)控裝置根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行方式和故障情況進(jìn)行檢測(cè)判斷, 在策略表中查詢后執(zhí)行相應(yīng)的控制措施。 然而, 離線決策方式并不能適應(yīng)電網(wǎng)所有的運(yùn)行情況。 如今發(fā)展方向是一種控制策略實(shí)現(xiàn)方式——在線決策方式, 即由穩(wěn)控系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行方式和故障情況進(jìn)行分析計(jì)算, 以形成控制策略, 然后通過通信手段實(shí)時(shí)將策略表下發(fā)到穩(wěn)控裝置主站或子站中, 由其在線、 實(shí)時(shí)、 快速地執(zhí)行控制策略[1-14]。

隨著500 kV 電網(wǎng)的飛速發(fā)展, 湖南電網(wǎng)已經(jīng)形成了以500 kV 變電站為中心的智能型區(qū)域性綜合安全穩(wěn)定控制系統(tǒng), 在運(yùn)的穩(wěn)控系統(tǒng)有18 個(gè),其中有9 個(gè)系統(tǒng)主站設(shè)置于主網(wǎng)變電站側(cè), 分別是祁韶直流穩(wěn)控、 鄂湘聯(lián)絡(luò)線穩(wěn)控、 湘中內(nèi)部斷面穩(wěn)控、 岳陽電力外送穩(wěn)控、 湘西南外送穩(wěn)控、 蘇耽變穩(wěn)控、 零陽變穩(wěn)控、 向陽變穩(wěn)控、 胡家坪變穩(wěn)控,其余9 個(gè)系統(tǒng)設(shè)置于電廠, 分別是五強(qiáng)溪電廠穩(wěn)控、 金竹山B 廠穩(wěn)控、 柘溪電廠穩(wěn)控、 鳳灘電廠穩(wěn)控、 東江電廠穩(wěn)控、 大唐石門電廠穩(wěn)控、 耒陽電廠穩(wěn)控、 凌津?yàn)╇姀S穩(wěn)控和江埡電廠穩(wěn)控。

湖南電網(wǎng)的穩(wěn)控系統(tǒng)先后經(jīng)歷過多期建設(shè), 穩(wěn)控裝置配置種類眾多、 廠家品牌林立, 部分裝置老化嚴(yán)重, 整個(gè)穩(wěn)控系統(tǒng)的建設(shè)缺乏統(tǒng)一的整體規(guī)劃, 既不利于集中管理, 也越來越難以滿足大運(yùn)行體系在線監(jiān)測(cè)分析、 調(diào)控一體化和精益化管理的要求。 對(duì)照引言所述的技術(shù)要求, 存在很多問題。

1) 裝置標(biāo)準(zhǔn)化差。 裝置在功能配置、 硬件接口、 上送信息及技術(shù)原則等方面的標(biāo)準(zhǔn)化程度較低。 裝置硬件種類多達(dá)11 個(gè), 各變電站的穩(wěn)控裝置軟件、 硬件均為定制版本, 不同廠家裝置、 同廠家不同型號(hào)裝置、 同廠家不同時(shí)期同型號(hào)裝置的在功能配置、 組網(wǎng)方式、 通道類型、 策略表格式、 上送信息(動(dòng)作信息、 告警信息、 變位信息) 等方面均不統(tǒng)一、 不規(guī)范。

2) 管理體系不夠健全和規(guī)范。 入網(wǎng)測(cè)試和管理方面, 未嚴(yán)格按照公司要求對(duì)新、 改、 擴(kuò)建工程及策略發(fā)生變化后投入運(yùn)行的穩(wěn)控系統(tǒng)進(jìn)行RTDS數(shù)模仿真驗(yàn)證, 未做到產(chǎn)品統(tǒng)一檢測(cè), 統(tǒng)一發(fā)布。

3) 系統(tǒng)建設(shè)缺乏規(guī)劃。 穩(wěn)控裝置執(zhí)行站用于解決某一特定安穩(wěn)問題而獨(dú)立配置, 部分變電站中存在多套執(zhí)行站, 裝置并行運(yùn)行, 造成系統(tǒng)復(fù)雜、資源浪費(fèi)、 運(yùn)維成本上升等問題。

4) 微機(jī)化率、 光纖化率低。 單繼電器型裝置、 載波通道的仍然存在一定比率, 分別為7. 69%和6. 56%, 與其建立聯(lián)系的穩(wěn)控主站、 子站無法實(shí)時(shí)監(jiān)視通道狀況、 裝置信息, 只能進(jìn)行“盲運(yùn)行”。

5) 老舊設(shè)備占比高。 有7 臺(tái)裝置運(yùn)行年限超過10 年, 占10. 77%, 存在一定的安全隱患, 應(yīng)制定計(jì)劃予以更換。

3 穩(wěn)控集中監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

信息是分析和決策的基礎(chǔ)。 為了充分利用穩(wěn)控裝置采集到的電網(wǎng)故障、 裝置運(yùn)行信息, 更好地為系統(tǒng)運(yùn)行服務(wù), 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)控裝置管理由離線向在線進(jìn)行轉(zhuǎn)變是必然趨勢(shì)[2]。

穩(wěn)控集中監(jiān)控系統(tǒng)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)采集廠站端穩(wěn)控裝置的運(yùn)行信息, 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)控信息的集中監(jiān)測(cè)及應(yīng)用分析功能, 通過D5000 系統(tǒng)獲取電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù), 利用ADPSS 仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)控策略的動(dòng)態(tài)校核及優(yōu)化。 監(jiān)控系統(tǒng)的采集結(jié)構(gòu)如圖1 所示,廠站端穩(wěn)控裝置采集的信息主要包括:

1) 狀態(tài)量, 包括裝置投退狀態(tài)、 裝置閉鎖信號(hào)、 壓板狀態(tài)等開關(guān)量和當(dāng)前運(yùn)行方式等數(shù)字量；

2) 模擬量, 穩(wěn)控裝置統(tǒng)計(jì)的可切負(fù)荷量、 可切機(jī)組量、 直流最大可提升量和最大可回降量；

3) 總動(dòng)作信號(hào), 穩(wěn)控裝置總動(dòng)作信號(hào)采用告警直傳進(jìn)行上送, 告警級(jí)別為事故；

4) 裝置異常發(fā)生和消失告警, 采用告警直傳進(jìn)行上送, 異常發(fā)生告警級(jí)別為異常, 異常消失告警級(jí)別為告知；

5) 定值和策略表描述文件, 包括穩(wěn)控裝置的定值和策略表, 文件格式符合《電力系統(tǒng)方式描述語言規(guī)范》；

6) 錄波數(shù)據(jù)文件, 包括裝置啟動(dòng)和動(dòng)作時(shí)生成的COMTRADE 標(biāo)準(zhǔn)格式文件。

圖1 穩(wěn)控集中監(jiān)控系統(tǒng)采集原理

功能可包括穩(wěn)控裝置數(shù)據(jù)信息處理、 運(yùn)行監(jiān)視、 裝置錄波召喚與顯示、 定值與策略表召喚與顯示、 當(dāng)值策略控制量不足告警、 基于ADPSS 和實(shí)時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的策略動(dòng)態(tài)校核及優(yōu)化調(diào)整等高級(jí)應(yīng)用功能。

1) 數(shù)據(jù)信息處理功能。 接收穩(wěn)控裝置上送的壓板狀態(tài)、 允切狀態(tài)、 可控量、 當(dāng)前運(yùn)行方式、 通道狀態(tài)、 異常告警、 動(dòng)作等信息[3]； 根據(jù)多個(gè)穩(wěn)控裝置的動(dòng)作和異常狀態(tài)匯總統(tǒng)計(jì)穩(wěn)控站點(diǎn)和穩(wěn)控系統(tǒng)的動(dòng)作和異常狀態(tài)； 根據(jù)穩(wěn)控系統(tǒng)中各個(gè)穩(wěn)控裝置的投退狀態(tài)、 閉鎖狀態(tài)和裝置間的通道狀態(tài)統(tǒng)計(jì)穩(wěn)控系統(tǒng)的投退狀態(tài)。

2) 運(yùn)行信息監(jiān)視功能。 結(jié)合穩(wěn)控裝置的地理分布圖和通道聯(lián)系圖, 實(shí)時(shí)顯示裝置運(yùn)行/ 退出、是否有異常、 是否有動(dòng)作等運(yùn)行狀態(tài)； 監(jiān)視壓板投退狀態(tài)、 元件允切狀態(tài)、 可切負(fù)荷量、 可切機(jī)組量、 直流最大可提升量和最大可回降量等信息； 監(jiān)視穩(wěn)控裝置的當(dāng)前運(yùn)行方式。

3) 事件告警監(jiān)視功能。 利用調(diào)度端的告警窗顯示穩(wěn)控裝置的動(dòng)作報(bào)告、 異常告警事件； 按照廠站、 裝置、 開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間組合查詢穩(wěn)控裝置各類異常和動(dòng)作等事件的歷史信息。

4) 錄波召喚與顯示功能。 手工召喚錄波列表文件、 錄波數(shù)據(jù)文件； 根據(jù)接收到的穩(wěn)控裝置總動(dòng)作信號(hào)動(dòng)作的告警消息自動(dòng)召喚穩(wěn)控裝置最近發(fā)生的動(dòng)作錄波文件[4]； 根據(jù)穩(wěn)控裝置上送的故障錄波數(shù)據(jù)繪制曲線圖, 并能進(jìn)行通道顯示的選擇、 波形的放大和縮小。

5) 定值與策略表召喚與顯示功能。 手工召喚裝置的定值和策略表描述文件； 按文本或表格方式顯示從裝置召喚的定值和策略表描述文件。

6) 當(dāng)值控制策略在線識(shí)別。 根據(jù)電網(wǎng)的當(dāng)前運(yùn)行方式數(shù)據(jù)和穩(wěn)控裝置的運(yùn)行信息以及策略表文件, 判斷在當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行工況下是否滿足穩(wěn)控模型空間內(nèi)的故障約束、 方式約束和潮流約束等約束條件, 如果滿足條件, 則進(jìn)行預(yù)想故障下的控制策略、 執(zhí)行策略和控制措施的解析、 進(jìn)行控制量的分配, 直到獲取所有滿足控制要求的控制措施。

7) 當(dāng)值策略控制量不足告警功能。 根據(jù)在當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行工況下識(shí)別出的穩(wěn)控當(dāng)值策略結(jié)果, 將當(dāng)值策略中各個(gè)預(yù)想故障的需控制量與穩(wěn)控裝置實(shí)際可控制量進(jìn)行比較, 若控制量不足(即當(dāng)值策略的需控制量大于實(shí)際可控制量) 則給出告警。

8) 策略動(dòng)態(tài)校核及優(yōu)化調(diào)整功能。 在當(dāng)值策略不滿足運(yùn)行方式的要求時(shí), 應(yīng)根據(jù)仿真計(jì)算的結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化穩(wěn)控策略, 并將新生成的策略發(fā)給穩(wěn)控系統(tǒng)集中監(jiān)控平臺(tái), 并具備遠(yuǎn)方下發(fā)到裝置執(zhí)行的能力。 由于該功能涉及到裝置的遠(yuǎn)程控制, 影響較大, 不僅需要嚴(yán)格的審批流程, 也需要技術(shù)上的保障。 因此, 就實(shí)際應(yīng)用來說可以考慮先具備技術(shù)條件實(shí)現(xiàn)功能[5]。

4 對(duì)比分析穩(wěn)控集中監(jiān)控系統(tǒng)的三種建設(shè)方式

1) 基于D5000 系統(tǒng)平臺(tái)在線實(shí)現(xiàn)。 穩(wěn)控裝置的信息采集、 在線策略的校核及優(yōu)化、 策略的下發(fā)執(zhí)行均在D5000 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。 該方式的優(yōu)點(diǎn)是裝置信息及D5000 系統(tǒng)中的電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、 策略下發(fā)和控制渠道較為方便； 缺點(diǎn)是目前D5000系統(tǒng)中尚沒有集成ADPSS 仿真系統(tǒng)的功能, 需公司統(tǒng)一將該功能在D5000 系統(tǒng)部署后方可實(shí)現(xiàn)。

2) 另建獨(dú)立系統(tǒng)離線實(shí)現(xiàn)。 將系統(tǒng)部署在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的Ⅲ區(qū), 通過數(shù)據(jù)中心將穩(wěn)控裝置信息及D5000 系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心,與ADPSS 系統(tǒng)接口, 全部功能在電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn), 最終將告警信息及策略優(yōu)化信息離線推送至調(diào)控中心的業(yè)務(wù)平臺(tái)。 其優(yōu)點(diǎn)是與ADPSS 仿真系統(tǒng)接口較為容易, 缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集存在較大延時(shí), 而且校核后的結(jié)果無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉環(huán)。

3) 保留監(jiān)測(cè)功能基于D5000 系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。將D5000 相關(guān)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)發(fā)到電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的ADPSS 系統(tǒng)進(jìn)行策略的校核和優(yōu)化, 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)留與ADPSS 系統(tǒng)的接口, 用于將策略的校核結(jié)果推送到D5000 監(jiān)測(cè)模塊, 再執(zhí)行策略的下發(fā)執(zhí)行。 這種方式優(yōu)點(diǎn)是僅需考慮D5000 系統(tǒng)平臺(tái)及ADPSS 仿真系統(tǒng)的現(xiàn)有條件, 比較容易實(shí)現(xiàn)。但涉及多個(gè)系統(tǒng)、 環(huán)節(jié), 交互存在壁壘, 且電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心只能部署在安全Ⅲ區(qū), 而穩(wěn)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能部署在Ⅱ區(qū), 需要具備反向的數(shù)據(jù)接口。

綜合來看, 當(dāng)資金充裕時(shí)可以考慮方式1, 整體統(tǒng)籌建設(shè), 可以較徹底解決問題； 若在D5000系統(tǒng)統(tǒng)一建設(shè)大環(huán)境下, 無法取得政策支持可以考慮方式2； 當(dāng)資金費(fèi)用無法達(dá)到預(yù)期是方式3 可以作為較好的選擇。

5 結(jié)語

國(guó)網(wǎng)穩(wěn)控專業(yè)的工作重點(diǎn)由 “ 重策略” 向“抓執(zhí)行” 發(fā)生了轉(zhuǎn)變, 本文從策略計(jì)算、 控制方式、 結(jié)構(gòu)部署、 存在問題等內(nèi)容詳細(xì)分析了湖南電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀, 提出并綜合對(duì)比三種安全穩(wěn)定控制集中監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)思路, 用于實(shí)現(xiàn)變電站穩(wěn)控運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)視、 控制和集中管理。 但無論哪種解決方案, 在信息集中監(jiān)測(cè)、 策略校核優(yōu)化、 策略在線下發(fā)等方面均存在技術(shù)難題, 此外, 還需投入較大人力、 財(cái)力和物力, 后續(xù)可以采取“ 統(tǒng)一規(guī)劃、 分步實(shí)施” 方式, 用3 ～5 年時(shí)間滾動(dòng)予以完成。