基于OPEN3000系统的低周减载实时控制方法

沈诚亮，罗志伟，唐 明

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

基于OPEN3000系统的低周减载实时控制方法

沈诚亮，罗志伟，唐 明

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

由于传统的低周减载装置无法进行实时调整，为确保电网安全运行的第三道防线得到100%落实，减轻人工操作量，降低误操作的可能性，提出了基于OPEN3000系统的低周减载实时控制方法。该方法具有动态优化和实时控制两大功能，能根据OPEN3000中相关线路的潮流数据进行优化配置，并利用遥控功能实现对相关低周减载功能的实时投退，在确保第三道防线安全可靠的同时，减轻相关人员的工作量，提高电网的安全运行水平。

低周减载；OPEN3000；自动调节；实时控制

频率是电力系统运行最重要的参数之一，频率的变化直接反映整个电网的有功出力及负荷情况，超过正常范围的频率将对发电机和电网安全带来严重影响。因此,如何将系统频率控制在一个合理的范围内是电网运行的主要任务之一。低周减载作为电网安全运行的第三道防线，是一种防止频率崩溃的有效方法，在电网发生罕见的严重复杂故障后，对防止系统因频率崩溃造成大面积停电事故具有重大意义。

1 低周减载装置运用现状

1.1 保护原理

目前最常用的低周减载保护装置动作原理主要是：当频率低于预先设定的整定值时，切除部分负荷；如果频率继续下降，再切除一部分负荷，直到频率恢复，即通常所谓的逐轮次切除。其动作逻辑如图1所示。

图1 低周减载动作逻辑

低周减载动作条件由若干外部闭锁条件及内部逻辑判断条件组成，当无外部闭锁条件且系统频率低于整定值后，减载装置经一定延时后出口跳闸，切除相关负荷，以确保电网的安全运行。

1.2 减载方案

低周减载所切的负荷量是在各种运行方式下，当故障发生时，找出实际可能发生的最大功率缺额来确定的。动作时的减载方案大致分为3类：传统法、半适应法、自适应法。

（1）传统法是根据系统运行数据预测可能会出现的事故，再提出延时和切负荷的方案。其切除负荷数只与整定方案有关，当系统发生变化后，其动作情况不发生变化。

（2）半适应法是根据低周减载装置动作时，系统频率的变化速度来决定具体切负荷数量。该方法需要测量系统频率在通过某个整定频率点时的速度，这一速度越高则切除的负荷也就越多，反之则越少。

（3）自适应法是基于频率微分和系统频率响应模型建立的，根据简化的系统频率响应模型进行计算，根据频率的变化情况及系统参数计算出需要切除的负荷数。

1.3 3种减载方案的优缺点比较

3种方案各有优缺点（见表1），从经济性及实际效果来看，传统法仍是被广泛采用的低周减载方案，但是其“离线整定”的特性，使之很难适应现代电网的快节奏变化。

随电网的复杂化与运行方式的多样化，在线路的运行方式改变后，低周减载装置的投入情况均需进行相关校验、调整，以保证减载容量的100%投入，此外还需要大量的人力进行低周减载装置的投退工作，增加了劳动量的同时更是增加了电网运行的安全风险，带来了不安全因素。

1.4 运用中存在的问题

目前湖州电网主要采用分布式的低周减载装置，整定的依据是：根据每年浙江省调度中心（简称省调）下达的浙江电网按频率减负荷分配方案，切负荷总数整定在100%～140%的范围内，各轮次则由相关负荷的重要程度来确定。在电网实际运行中，由于缺乏有效的实时调节手段，目前传统法的低周减载装置在实际运用过程中主要存在以下问题：

（1）电网运行中低周减载投入的容量随线路负荷的变化而改变，预计切除负荷与实际可切除负荷存在较大差异，电网安全运行的第三道防线要求难以时时刻刻做到100%落实，电网运行的安全可靠性得不到充分保证。

（2）目前大多数低周减载装置采用的是分布式方式接入于10 kV馈线，10 kV馈线的特点是负荷小、分布广。由此在需要调整低周减载备用线路时，面临着现场操作量大和操作时间长的现象，同时还存在误操作的风险。

（3）传统的非实时低周减载控制方法既耗费了大量的人力物力，又难以保证电网100%的安全可靠，严重制约电网安全的保障与工作效率的提高。

表1 减载方案优缺点比较

2 基于OPEN3000的解决方法

2.1 低周减载的控制

传统法的低周减载装置由于其分布式地装设在10 kV线路上，具有天然的独立性；同时低周减载作为电网的第三道防线，需要对电网的实时负荷进行统筹安排，建立统一的防范体系，这是低周减载防线的整体性要求。

如何通过可靠、简单、经济的方式使装置的独立性与系统的整体性有效融合，避免低周减载容量投入不足带来的安全隐患以及减少人工操作的劳动强度，这就需要利用已有的广域实时信息系统平台——OPEN3000来协调指挥分布在电网各个角落的低周减载装置，使它们之间协同工作，提升电网的智能化程度及安全运行水平。

2.2 低周减载控制系统原理

该控制系统以OPEN3000中的SCADA（数据采集与监控系统）采集到的电网实时数据为基础，通过低周减载子系统的处理，最后经SCADA出口，实现电网低周减载装置的实时控制，如图2所示。

图2 基于OPEN3000的低周减载实时控制系统原理

控制流程如下：

（1）数据采集。利用SCADA的遥测、遥信功能，实现对电网运行数据的实时采集。

（2）数据滤波。对SCADA提供的实时数据进行滤波处理，剔除具有明显跳变特征的坏点，防止不正确的数据影响后续处理的结果。

（3）动态分区。利用线路两端的开关位置的遥信量，对负荷情况进行动态的分区处理，将负荷精确分配到220 kV片区下的110 kV变电站。

（4）优化计算。根据分区的结果以及负荷情况，结合上级下发的低周减载负荷分配情况，对线路低周减载装置的定值区间、软压板投退进行实时控制，确保低周减载各轮次的负荷容量100%投入，同时避免不必要的投切及短时间内的多次投切。

（5）结果校验。对低周减载投切压板的优化结果进行安全性、合理性校验，并将相关减载负荷与上级下发的减载负荷进行核对，确保低周减载子系统整个处理过程的准确性。

（6）遥控接口。利用SCADA的遥控功能，根据低周减载子系统的处理结果对各减载压板的投退状态进行实时控制，确保控制命令能切实有效地落实到各个减载装置上。

（7）自检校验。对低周减载子系统的各个模块的功能完好性进行循环自检；同时将电网遥信量与控制命令比较，确保遥控命令100%执行到位。

（8）人工干预。作为低周减载子系统的一个补充，在低周减载子系统出现故障后，OPEN3000实时告警窗口将发出相关告警信息，调控人员立即介入处理相关故障缺陷，确保在系统出现故障后，能通过人工调整保证电网的安全稳定运行。

2.3 具体实现方法

（1）在省调规定配置不同轮次容量的前提下，对于不同轮次适当增加备用容量，以每轮次增加10%～20%容量为宜，将增加的这一部分负荷作为机动负荷，用于该轮次所切线路负荷变化后，填补对应的缺额，确保该轮次的容量100%投入。

（2）以100%投入的原则设置实时控制策略，避免某一轮次中的低周减载容量过低或过高；当容量不足时，应具备相应的告警功能，确保低周减载这道防线100%投入。

（3）控制过程实行分层分区控制原则：即以1座220 kV变电站所辖区域为1个单元划分，进行分区域实时自动控制，将每个轮次的减载容量平均分配到各个区域，避免集中在1个区域内大量切除负荷。

（4）由OPEN3000的低周减载实时控制装置实时判断电网低周减载容量的投入情况，并利用遥控功能以投退低周减载软压板方法进行实时容量自动调整。

基于OPEN3000的低周减载实时控制系统网络拓扑结构见图3。该低周减载实时控制系统所需硬件简单，仅在原OPEN3000的基础上增加2台低周减载服务器（一主一备），具有成本低、易于维护的特点。

图3 低周减载实时控制系统网络拓扑结构

2.4 计算评估

（1）对小系统进行评估。例如，500 kV变电站下应考虑220 kV发电厂及其负荷形成小系统的低周容量分配是否合理，能否保证供需平衡。同理，220 kV变电站应考虑110 kV发电厂及其负荷形成的小系统。

（2）通过对小系统的各种故障暂态分析和计算，对小系统的低周容量进行分析评估。

（3）对区域内低周总容量以及各轮级容量进行分析和评估后给出自动控制策略。

2.5 远方控制方式

低周减载实时控制系统的远方控制方式是该系统的关键环节之一，对于不同时期建造的变电站，宜采取不同的通信方式进行相关装置的遥控：

（1）针对传统的变电站，宜采用IEC 104+103的数据通信方式。

（2）针对智能化（数字化）变电站，宜采用IEC 61850的数据通信方式。

低周减载远方控制系统应具有远方在线更改低周减载装置定值、投退软压板等功能；能实时对通道及装置通信工况进行监视，确保相关信息链路的完整性；同时应提供厂站或装置远程控制闭锁、解闭锁功能，当系统进行定值远程修改或压板投退操作时，应自动屏蔽其他装置对该设备的控制。远方遥控/修改定值流程如图4所示。

图4 远方遥控/修改定值流程

低周减载实时控制系统在进行人工操作时，应满足以下要求：

（1）相关用户进行人工操作前应由系统对用户身份、权限进行验证，根据不同的身份给予不同的操作权限。

（2）提供简洁明了的状态显示和修改操作界面，采取确认设备编号的方式防止误操作。

（3）在数据修改/压板投退过程中，系统应完整记录整个操作流程的每个步骤，包括操作人、操作时间、操作前后的状态、操作结果等信息。

（4）操作时每一步应有提示，每一步的操作结果有相应的响应，确保操作到位。

2.6 低周减载实时控制方法的优点

这一控制方法成功地将低周减载装置的独立性与低周减载防线的整体性相统一，主要优点如下：

（1）应用OPEN3000的实时控制功能并依据变电站10 kV馈线保护屏所具备的低周减载软压板现场实际条件，在预置的调控策略范围内实现低周减载容量的实时控制，以达到100%地满足上级下达的电网低周减载容量要求。

（2）可以100%地实现上级调度下达的低周减载容量在线投入，能有效加固电网安全第三道防线，防止电网崩溃，为确保电网安全稳定运行发挥重要作用。

（3）可以避免运行人员到现场操作低周减载的投入与退出，降低生产运行成本并能大幅提高工作效率。

（4）可以降低因二次操作和交通等因素产生的安全生产风险。

3 结语

随着智能化技术的发展，低周减载装置以及其他自动保护装置必将向智能化、网络化发展。但是，在实际电网中考虑到技术可靠性、经济、人力等因素，传统非智能设备仍然会在未来较长的一段时间内占主导地位。基于OPEN3000的低周减载实时控制方法，能以较低的成本提供较可靠的电网自动实时减载控制。

低周减载装置的独立性与系统的整体性可以通过OPEN3000得到很好的统一，通过相关模块的数据优化处理，实现整个电网的实时自动减载控制，增加工作效率的同时降低了事故风险，为电网运行的安全性与稳定性提供了强有力的保障。

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（本文编辑：陆 莹）

A Real-time Control Method for Low-cycle Load Reduction Based on OPEN3000 System

SHEN Chengliang，LUO Zhiwei，TANG Ming
（State Grid Huzhou Power Supply Company，Huzhou Zhejiang 313000，China）

Since the traditional low-cycle load reduction equipment can not be adjusted in real time，a real-time control method for low-cycle load reduction based on OPEN3000 system is proposed to fully implement the third defense line for operation safety of power grid，reduce manual work and lower the probability of misoperation. The method has two major functions，namely dynamic optimization and real-time control，and can make optimal configuration according to the power flow data of the correlative line in the OPEN3000 system；it can also achieve the real-time switching of low-cycle load reduction with its remote control function，assuring the safety and reliability of the third defense line，reducing the work load of the relevant people and improving the operation safety of power grid.

low-cycle load reduction；OPEN3000；automatic regulation；real-time control

TM866

B

1007-1881（2015）07-0026-04

2015-06-05

沈诚亮（1988），男，助理工程师，从事电力系统自动化工作。