智能電網(wǎng)中的調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

孫曉宇

(西山煤電 電力公司，山西 太原 030053)

0 引言

隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展,地區(qū)內(nèi)電網(wǎng)設(shè)備和參數(shù)越來越多,對(duì)調(diào)度工作的考驗(yàn)也越來越大。為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行安全,調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[1-3]。調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是在SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,在運(yùn)行方式調(diào)整、電壓調(diào)整、調(diào)度員技能培訓(xùn)等方面分別推出了PAS、DTS、AVC控制等高級(jí)應(yīng)用,這些調(diào)度自動(dòng)化應(yīng)用很大程度上提高了地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性[4-6]。SCADA系統(tǒng)在本質(zhì)上還是靠調(diào)度員進(jìn)行調(diào)度,所以本文只對(duì)調(diào)度自動(dòng)化等高級(jí)功能進(jìn)行闡述。本文結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用效果。

1 電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析軟件(PAS)

保證電網(wǎng)安全運(yùn)行是調(diào)度工作的首要責(zé)任,為了在電網(wǎng)運(yùn)行過程中分析和研判其中可能存在的安全隱患,調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析軟件(PAS)。對(duì)于省級(jí)及以上的電網(wǎng),PAS的分析注重于發(fā)電量控制和電網(wǎng)損耗方面;對(duì)于地市級(jí)及縣級(jí)以下電網(wǎng),PAS的首要目標(biāo)是通過控制無功補(bǔ)償來確保系統(tǒng)電壓控制在正常范圍之內(nèi)。PAS的功能包括網(wǎng)絡(luò)建模、狀態(tài)估計(jì)、調(diào)度員潮流和負(fù)荷預(yù)測(cè)。

1.1 網(wǎng)絡(luò)建模

網(wǎng)絡(luò)建模是PAS實(shí)現(xiàn)其他功能的基礎(chǔ),該功能將地區(qū)內(nèi)所有元件通過一定的拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建成電網(wǎng),然后通過賦予數(shù)值使其與實(shí)際電網(wǎng)相對(duì)應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)建模的輔助功能有明確電網(wǎng)范圍、節(jié)點(diǎn)入庫和連接關(guān)系驗(yàn)證等。電網(wǎng)范圍定義了網(wǎng)絡(luò)的邊界,從發(fā)電廠出發(fā)到各級(jí)變電站,最后與其他調(diào)度范圍的電站相連接,省、市、縣的電網(wǎng)范圍是不同的。節(jié)點(diǎn)入庫是幫助電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行連接,每個(gè)元件的端口有一個(gè)編號(hào),相同編號(hào)的元件直接相連。確定網(wǎng)絡(luò)范圍和節(jié)點(diǎn)入庫之后,PAS可以對(duì)端口的正確性進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果通過警告和錯(cuò)誤顯示,警告表示有端口未連接,錯(cuò)誤表示設(shè)備連接錯(cuò)誤,例如電壓等級(jí)不符等。

1.2 狀態(tài)估計(jì)

狀態(tài)估計(jì)有在線方式和離線方式:在線方式就是進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算;離線方式是導(dǎo)入之前數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。在PAS中設(shè)定了自動(dòng)計(jì)算的啟動(dòng)周期,每次循環(huán)期限到時(shí)間會(huì)自動(dòng)計(jì)算一次狀態(tài)估計(jì),然后顯示正常,也可以通過按鈕進(jìn)行手動(dòng)啟動(dòng)。狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果可以通過圖形和表格來展示,線路首末功率、主變?nèi)齻?cè)功率、母線電壓等狀態(tài)數(shù)據(jù)均顯示在一次接線圖中,潮流、越限、可疑數(shù)據(jù)等遙測(cè)數(shù)據(jù)通過列表展示。狀態(tài)估計(jì)具有量測(cè)控制功能,可以在計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)屏蔽,如果錯(cuò)誤是單個(gè)數(shù)據(jù),可以對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行屏蔽;如果整座變電站數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,也可以對(duì)整座變電站數(shù)據(jù)屏蔽,使其不參加PAS計(jì)算。

1.3 調(diào)度員潮流

調(diào)度員潮流的目的是維護(hù)潮流數(shù)據(jù),使其收斂,在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)行其他高級(jí)網(wǎng)絡(luò)分析。調(diào)度人員通過使用調(diào)度員潮流來研究電網(wǎng)可能發(fā)生的狀態(tài),專門研究和制訂電網(wǎng)運(yùn)行方式的工作人員使用其進(jìn)行調(diào)度計(jì)劃的合理性校驗(yàn)和安全性校驗(yàn)。通過調(diào)度員潮流軟件,可以對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,也可以通過修改運(yùn)行方式進(jìn)行輔助分析,方便調(diào)度員和運(yùn)行方式人員檢查和調(diào)整運(yùn)行方式。

1.4 負(fù)荷預(yù)測(cè)

負(fù)荷預(yù)測(cè)根據(jù)SCADA獲取數(shù)據(jù),通過超短期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)60 min負(fù)荷、短期預(yù)測(cè)日負(fù)荷。超短期預(yù)測(cè)通過AGC(Automatic Generation Control,自動(dòng)發(fā)電控制)訪問,調(diào)節(jié)不同發(fā)電廠的多個(gè)發(fā)電機(jī)有功功率輸出以響應(yīng)負(fù)荷的變化。短期預(yù)測(cè)還結(jié)合了節(jié)假日、特殊時(shí)間或天氣情況等因素的影響,應(yīng)用多種手段進(jìn)行預(yù)報(bào),用戶界面友好。

使用PAS后,狀態(tài)估計(jì)月可用率達(dá)到了90%的基本要求,月合格率達(dá)到了95%,調(diào)度員潮流月合格率和潮流計(jì)算誤差小于1.5%。

2 調(diào)度員培訓(xùn)仿真子系統(tǒng)(DTS)

調(diào)度員培訓(xùn)仿真子系統(tǒng)(DTS)由SCADA/EMS子系統(tǒng)、電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)、教員和控制子系統(tǒng)組成,SCADA/EMS仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)全部來自實(shí)時(shí)SCADA系統(tǒng),電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)的主要作用是模擬電網(wǎng)結(jié)構(gòu),教員和控制子系統(tǒng)的作用是編制實(shí)訓(xùn)方案、控制實(shí)訓(xùn)過程和存儲(chǔ)實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù),三者之間的關(guān)系如圖1所示。教員在教員和控制子系統(tǒng)中設(shè)置電網(wǎng)運(yùn)行信息,包括運(yùn)行方式、潮流分布等,然后設(shè)置故障信息,包括故障種類、負(fù)荷損失、保護(hù)信息等。學(xué)員在SCADA/EMS子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作,該子系統(tǒng)的界面和實(shí)際調(diào)控系統(tǒng)的界面相同,達(dá)到了與實(shí)際工作一樣的操作環(huán)境。DTS的培訓(xùn)方式有以下4種:①使用教員機(jī)進(jìn)行自學(xué);②教員和實(shí)訓(xùn)人員互不干擾的培訓(xùn);③教員和實(shí)訓(xùn)人員通過系統(tǒng)共同進(jìn)行反事故演習(xí);④教員和實(shí)訓(xùn)人員通過系統(tǒng)共同進(jìn)行反事故演習(xí),同時(shí)還可以遠(yuǎn)方通信。

圖1 DTS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

DTS在智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中起到的作用包括仿真電網(wǎng)事故和反事故演習(xí)、培訓(xùn)調(diào)度人員、研究電網(wǎng)運(yùn)行方式、為繼電保護(hù)人員提供支持和為SCADA系統(tǒng)新功能提供測(cè)試平臺(tái)。在DTS運(yùn)行過程中,參與實(shí)訓(xùn)的調(diào)控人員面對(duì)的操作界面和操作過程與實(shí)際工作中的調(diào)度操作一致,只是實(shí)際調(diào)控大廳的系統(tǒng)背后是實(shí)時(shí)電網(wǎng),而DTS所調(diào)度的是單獨(dú)構(gòu)建的虛擬電網(wǎng)。在實(shí)訓(xùn)過程中,模擬系統(tǒng)可以反映出SCADA系統(tǒng)中模擬量、開關(guān)量、潮流等信息,同時(shí)上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)和下級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)也可以參與進(jìn)來,將事故處理的聯(lián)系和處置形成一個(gè)完整的過程。

DTS運(yùn)行2年之后,公司通過該系統(tǒng)完成27班次實(shí)訓(xùn)任務(wù),培訓(xùn)新上崗調(diào)度員和系統(tǒng)其他崗位人員173人次。通過DTS系統(tǒng)的應(yīng)用,縮減了培訓(xùn)周期和費(fèi)用,提高了培訓(xùn)效率,特別是對(duì)新上崗調(diào)度員的培訓(xùn),完全模擬了真實(shí)調(diào)度操作臺(tái),相較于之前的模式培訓(xùn)效果有顯著提高。

3 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)(AVC)

目前電網(wǎng)中的無功功率補(bǔ)償采取就地平衡的方式,AVC系統(tǒng)在保證電網(wǎng)和元件安全的前提下計(jì)算出電網(wǎng)各處無功功率和電壓等關(guān)鍵數(shù)據(jù),制定出符合當(dāng)前實(shí)際的電壓控制策略,并通過SCADA將控制命令下發(fā)到站內(nèi)電容器組和主變有載調(diào)壓開關(guān),控制電容器組的投入、切除和對(duì)主變分接開關(guān)的檔位調(diào)整。AVC系統(tǒng)的運(yùn)行前提是保證電網(wǎng)和設(shè)備的安全,在此基礎(chǔ)上,還要考慮電容器組和主變分接開關(guān)操作的時(shí)間間隔、允許動(dòng)作次數(shù)和事故閉鎖信號(hào)等,在滿足上述原則和條件的情況下,AVC的運(yùn)行能夠降低網(wǎng)損,使電網(wǎng)電壓始終保持在允許范圍。AVC系統(tǒng)運(yùn)行過程中還要接收上級(jí)調(diào)度的控制,避免調(diào)度沖突。圖2為調(diào)度與廠站AVC系統(tǒng)關(guān)系圖。

圖2 調(diào)度和廠站AVC系統(tǒng)關(guān)系

在AVC運(yùn)行過程中,關(guān)鍵環(huán)節(jié)涉及到的安全控制要求必須滿足。在系統(tǒng)運(yùn)行后,以下環(huán)節(jié)的安全要求需要特別注意:

(1) 電容器組投入和切除過程中,主變分接頭調(diào)整過程中是否會(huì)引起振蕩。

(2) 電容器組斷路器分閘和合閘過程中,主變分接開關(guān)檔位切換過程中是否滿足規(guī)定時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作次數(shù)。

(3) 在電容器組開關(guān)跳閘后,AVC系統(tǒng)能否識(shí)別電容器組保護(hù)裝置的故障類型,在斷路器跳閘后向該組電容器發(fā)出閉鎖信號(hào),同時(shí)向調(diào)度員發(fā)出聲光報(bào)警。

(4) 主變?cè)陬~定負(fù)載運(yùn)行時(shí),禁止AVC系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行調(diào)壓。

(5) AVC系統(tǒng)能否識(shí)別SCADA系統(tǒng)發(fā)出的死數(shù)據(jù),如果判斷為死數(shù)據(jù),系統(tǒng)應(yīng)能夠閉鎖相應(yīng)的電容器組和主變分接頭。

(6) 對(duì)于同步運(yùn)行的主變,AVC系統(tǒng)按照內(nèi)置的程序?qū)ζ溥M(jìn)行同步調(diào)整。

在AVC系統(tǒng)運(yùn)行后,本地區(qū)的廠站AVC覆蓋率達(dá)到了90%,按3 min計(jì)算一次,AVC的月均可用率在98%以上,滿足驗(yàn)收細(xì)則。自系統(tǒng)運(yùn)行以來無特殊情況均沒有退出,投運(yùn)率達(dá)到了100%,控制合格率100%。

4 結(jié)束語

PAS軟件的使用提高了調(diào)度員對(duì)電網(wǎng)的預(yù)測(cè)能力,DTS軟件的使用提高了培訓(xùn)調(diào)度員的效率,AVC軟件的使用提高了地區(qū)電網(wǎng)的電壓水平。綜上所述,調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)起到了關(guān)鍵作用,在實(shí)際工作中還應(yīng)進(jìn)一步開展對(duì)其的學(xué)習(xí)與應(yīng)用,提高調(diào)度工作的安全性和效率。