区域电网稳定控制系统分析

冯晓群

[摘要]结合电网稳定控制系统的整体特点,论述电网稳定控制的关键在于区域电网稳定控制系统的成熟。

[关键词]区域电网区域稳定控制系统运行方式

中图分类号:TM7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110031-01

所谓区域电网的区域性指的是该局部电力系统由多个电源节点构成,当系统发生故障时,这些电源节点互相影响,具备较强的相关性。对于这样的系统,实现安全稳定控制,需要考虑的因素较多。

一、电网稳控控制的整体特点

电网需要大量的网络结构与运行参数来实现稳定控制,同时也需要可靠高速的通信通道与硬件平台,准确快速的稳定分析软件和适合的控制策略。当前,电网稳定控制装置的实现与开发具有下列特点:(l)仍以功角稳定问题为主要控制对象,但带有电压越限等辅助功能;一般均采用分区控制、集中管理的模式,这样既可保持各区域子站的相对独立性,又有利于实现协调控制。(2)根据电力系统稳定控制,特别是电网稳定控制中信息量大、跨地域范围广、控制速度快的特点,一般均采用开环预测控制,且多为离散控制(如切负荷、切机、快关、电气制动等)。(3)出于经济性与可靠性的考虑,一般考虑将稳定控制装置与MIS、EMS等接口的可能性,充分利用丰富的通信通道与已建成的数据资源;合理利用己有的区域稳定控制装置及常规稳定装置,避免设备与资源的浪费。(4)技术上借鉴微机保护与SCADA中成熟的故障辨识、数据采集与数字滤波等技术;借鉴较为成熟的静态安全分析中的预想事故、状态估计、灵敏度分析等技术;预想事故分析部分采用快速稳定分析方法,如各种人工智能、直接法、基于GPS外部观测的预测方法等,其目的是从根本上解决稳定控制快速性要求的前提下,满足稳定裕量与准确性的要求。

二、电力系统中紧急控制系统的实现方法

(一)离线预想计算,实时匹配。当前,在国内外这种控制方案已被广泛采用。它由控制装置实时检测当前的故障和运行工况,然后从由故障和工况组成的二维表中查找控制措施并贯彻执行。其控制决策表是离线预先准备的。由于系统运行的工况是多维可变的,要考虑工况和故障的所有组合是不可能的。实际应用中将工况分档,只考虑典型工况。这样,实际运行时,有可能出现工况失配问题。当电力系统出现重大变化时,一定要重新计算决策表,自适应能力较差,对当前处于发展变化的电力系统来说,重复计算的工作量相对较大。

(二)在线预想计算,实时匹配。这种方案是按实际工况来制作决策表,并假定工况在几分钟内不会变化,避免工况的失配问题,并能够自动适应系统的发展变化。而不是按预想工况,该方案要求决策分析软件在尽可能短的时间内作出决定。

(三)实时计算,实时控制。这方面的研究有在线实时建模和同步功角测量,它按检测的故障和实时采集信息,实时对系统的稳定性进行判断。如果不稳定则作出控制决策并执行,这些都要在较短的时间内完成。该方案在实用中有很大的困难,对算法要求很高。

三、区域电网稳定控制系统的设计构想

(一)通讯方案选择。在区域电网各控制设备间的联系较为紧密,也极为重要。因为,各设备间的参数测量需要通过及时的互相传送,以便于整体系统对电网的实时情况作出正确的动作。远程通信网:由于现有的SCADA系统下行通讯能力差,不能实现对系统的实时控制功能,因此必须采用专用通信信道。在选择通信信道方面,可以立足于现有的电网通讯网络,即占用现有微波通信的1个或者2个话路,将调度中心和所有子站按现行计算机网络通信的方式联网。各测量站和参考站的相角测量装置可以通过光纤收发器和网卡以及通信信道接口与站内千兆局域网,调度中心的中心处理机通过光纤收发器和网卡以及调度专用的千兆局域网连接通信信道接口,参考站与调度中心和所有子站按计算机按网络方式实现远程网络通信,可由网卡实现地址识别、网络侦听等网络层规约,由光纤实现信号的传输;同时在相角中心、调度中心、后台机、处理机与SCADA系统机也可以通过网卡运行在千兆局域网中。通过千兆局域网以及光纤实时地完成相角中心、调度中心、后台机、处理机与SCADA系统机之间的数据传输,实现区域电网稳定控制系统的数据传送。从以上两种网络联网方案的比较,综合分析微波通信传送数据和光纤联网传送数据之间的利弊,同时,考虑到现有设备的费用和利用,采用光纤联网传送数据。同时,微波通信作为备用的辅助传输手段。实行双通道方式运行,可以较大的提高电网稳定控制能力,以实现电网安全运行。

(二)参考站、测量站的组成。参考站:参考站与测量站基本相同。但是,参考站可以起到承担整个系统的参考点的作用,需要某些测量站和调度中心的信息。因此,其内存配置和CPU均应高于测量站,可配置双机,互为备用,在线切换,以提高装置的可靠性。测量站:站内装有GPS天线,GPS接收模块接收卫星定位系统信号(三维地理坐标和绝对时间)。测量及控制模块的数量和变电站或发电厂机组的母线条数有关,其中,模拟量模块输入模拟量信息(母线电压三相瞬时值或发电机电势),开关量模块模拟输入开关位置信息。监控模块通过通信接口进入通信网络,与参考中心和调度中心交换信息,通过测量模块通信与高速总线,通过就地PC机与串行口通信。输出模块有相角模拟输出和授时输出机控制命令输出。当前的参考站和测量站的实现有下列几种方式:工业PC系统、嵌入式系统以及工业局域网系统。但无论选择三者中哪种方式,提高整体性能是最重要的。

(三)调度中心的构成。调度中心要完成快速暂态稳定分析以及预想事故的快速筛选,而且还要协调管理各区域子站,任务较重。因此,其构成模式是否合理直接关系到整个稳定控制系统的运行效率。调度中心的实现多采用“小型机+UNIX平台”模式。目前,则多采用“工作站+局域网+网络操作系统”的模式。后者可将多项任务按组态软件的形式加以组合并在不同的工作站间实现分工,开放式的结构便于利用新技术与扩展。当EMS与调度中心接口后,其数据的获取可完全由EMS提供,而各区域子站与调度中心的通信只限于发收稳定策略及协调控制信息,通讯量大大减小。

四、关于大电网稳定控制系统的发展分析

鉴于区域电网稳定控制系统是组成电网稳定控制系统的重要组成部分,所以,区域电网稳定控制系统的技术成熟将会给大电网稳定控制系统成型带来可能。同时,在应用于区域电网稳定控制的各类装置中,都遵循了IEEE的通讯及总线标准,这样使得不同厂家的生产的电网稳定控制装置都具有相互交换信息的能力,同时也具有向大电网稳定控制系统的调度中心发送和接受信息的能力,在这样的基础上,由多个区域电网稳定控制系统组成大电网稳定控制系统成为可能。在大电网的稳定控制系统中,除了具备区域电网稳定控制系统之外,重点要解决的问题是调度中心的组成及功能,因为所有的区域电网信息都要汇总到调度中心处理。随着计算机技术、光纤通讯技术、人工智能技术和电力电子技术的发展,一定会使得大电网稳定控制系统的调度中心在技术上实现成为可能。

参考文献:

[1]陈最、陈昊、刘启胜,电力系统稳定控制方式探讨[J].东北电力技术,2004,(7):39-41.

[2]吕小东、李勇等,华东电网在线稳定控制系统的研究和开发[J].电网技术,2002,26(4):34-37.