特高压直流故障下源网荷协调控制策略及应用

刘永超

摘要：近年来社会用电需求的不断增大，电力工程建设数量也逐渐增多。特高压交直流电网建设过渡阶段，安全稳定控制系统依然是紧急情况下保障电网安全的重要手段。本文就特高压直流故障下源网荷协调控制策略及应用展开探讨。

关键词：特高压;可中断负荷;直流故障;负荷控制

引言

特高压直流故障下的源网荷协调控制技术。首先在特高压直流故障情况下，通过发电机组快速加出力、抽蓄机组远方启停等措施保障系统频率的快速恢复，然后通过负荷控制辅助决策，计算故障后电网需要切除的负荷量，优先通过营销负荷控制系统，对可中断负荷进行控，最大限度地降低大批量负荷切除对用户造成的不良影响。若营销负荷控制的可中断负荷控制量不足时，通过调度负荷群控进行补充。

1现有负荷控制模式与特点

1. 稳控装置负荷控制系统。限于通信条件、动作延时、投资预算等因素，以往稳控装置均采用集中控制方式，执行端一般设置在220kV变电站，以110kV负荷线路为控制对象，如图2所示，无法做到按负荷性质进一步区分与选择。例如西北—华中±500kV德宝直流联网工程四川侧配套切负荷控制系统、宁夏—山东±660kV宁东直流输电工程山东侧配套切负荷系统，均采取此类切负荷方式。该类切负荷稳控系统为确保大电网安全發挥了重大作用，但社会影响也相对较大。随着电网一次网架的加强、直流功率调控等控制方式的实际应用，除了极为薄弱的电网或具备集中大工业负荷可短时切除的情况外，这种电网相对集中负荷控制手段已较少使用。稳控装置负控系统明显优势：在电网故障情况下在毫秒级或秒级以内实现负荷控制，确保电网安全稳定运行。作为高占比直流馈入电网，紧急切负荷仍然是电网故障情况下确保电网安全的必要手段。结合传统稳控装置负荷控制系统实时性、安全性优点，以及传统营销负荷控制系统精确性、可选择性优点，构建一套基于稳控技术的既安全可靠又经济实用的精准负荷控制系统显得非常迫切。（2）营销负荷控制系统。营销负控系统一般与用电采集系统一体化建设，用户侧终端可实现用户负荷信息精确采集，并上送至营销负控主站。主站具备用电信息采集、监测、控制功能，系统发布功率/电量定值控制指令，实现对用户负荷的监测和控制。对于营销负控系统，通道网络组织是系统建设的重要环节，当前主要有2种组网方式。一是用户负控终端通过230MHz数传电台等无线公网，实现信息交互。该方式通信速度慢，通道可靠性不高。二是负控终端通过用户至就近公网变电站专用光纤通道，并经加密装置后接入电力数据网交换机，实现组网。该方式传输速度快，通道可靠性高，但企业用户至就近公网变电站必须有光纤通道。营销负控系统明显的优势是：能够实现稳态情况下负荷精确采集和精准控制，控制时间在秒级以上。

2源网荷协调控制总体思路

特高压直流故障后受端电网安全运行涉及发电、负荷、电网三者之间的协调控制。在发电侧通过抽蓄机组远方启停、AGC一键加出力等方式，快速恢复系统频率;在负荷侧，当系统备用不足或通过调整机组出力无法消除设备越限时，需要通过切负荷措施，保障电网的安全运行;在电网侧，通过动态ACE、省市支援等方式，保障系统频率的恢复及省市电网备用水平。基于上述分析，特高压直流故障后的源网荷协调控制总体思路包括故障感知、优化决策和协调控制3个部分。（1）故障感知，即利用调度主站系统采集的遥测、遥信量，采用基于专家规则的故障诊断策略，对特高压直流闭锁进行在线诊断和告警，为后续的故障处理提供依据。（2）优化决策，包括直流闭锁预决策和实时决策两部分。直流闭锁预决策是在当前电网实时运行方式的基础上，模拟直流闭锁故障，分析预想故障下存在的问题，以及需要采取的预控措施和辅助决策。直流闭锁实时决策是在特高压直流实际故障后，根据故障后的电网实时运行状态，针对系统频率偏低、输电断面超稳定限额、联络线功率超用，以及旋转备用不足等问题，综合发电、负荷等可调资源，给出对应的控制策略。（3）协调控制。根据优化决策给出的控制策略，通过AGC一键加出力、抽水蓄能远方启停、营销负荷控制及调度负荷群控等方式进行发电、负荷资源的快速控制。需要说明的是，对负荷的控制优先通过营销负荷控制系统对可中断负荷进行控制，即控制大用户的可中断电源及非工空调等负荷，降低大批量拉升负荷对用户造成的冲击，在营销负荷控制可控容量不足时，利用调度超限电序位表，即调度群控进行补足。

3源网荷协调控制关键技术

3.1智能负控终端

智能负控终端可实现紧急控制功能（毫秒级）与稳态控制功能的有机结合（秒级、分钟级）。负控终端实时采集用户所有380V分支回路功率。针对毫秒级负荷控制需求，由客户自主选择一部分非核心、可短时中断的用电负荷，如启停方便的生产线和空调用电、部分照明用电等可中断负荷，参与电网故障情况下的紧急负荷控制。智能负控终端经专用光纤以及变电站侧2M通道，实现该用户可中断负荷量上送控制子站，并接收控制子站切除可中断负荷指令。

3.2协调经济性和公平性的分区负荷调整策略

特高压直流大功率失去后其落点近区输电断面可能大幅超稳定限额，为了将输电断面功率控制在安全水平以下，有可能需要通过拉负荷的方式降低断面潮流。目前500KV电网一般采用分区运行的方式，为了消除断面过载，需要对各分区进行负荷控制。单纯从控制效果来说，基于灵敏度可以得到最有效的分区负荷控制策略，但在极端情况下可能需要在单一分区切除大量负荷，不能满足公平性的要求，为此需要从经济性和公平性两个方面统筹考虑，建立分区负荷控制策略模型。策略优化目标是负荷整体切除量最小，约束条件包括分区可控负荷量、断面输送潮流及分区负荷控制比例3个部分。其中分区可控负荷量是指每个分区的负荷最大可控容量，在计算控制策略时不能超过该容量;断面输送潮流是指控制后其断面潮流不能过载;分区负荷控制比例是指按各分区实时负荷大小，折算到的负荷控制比例，该控制比例有上下限约束，以确保某个分区不至于负荷总量控制过多。通过上述方式计算得到的分区负荷控制策略，既能够满足消除断面过载的要求，又能够兼顾经济性和公平性的要求，易于在工程实践中推广应用。

3.3安全防护方案

在源网荷系统信息网络与传统电力信息网之间部署防火墙、入侵检测等安全设备，并通过设置安全防护策略实现终端认证、访问控制、DDoS攻击防护等安全防护功能。防火墙启用NAT地址转换功能，源网荷系统信息网络中无信息网路由发布，增加了攻击者发现目标地址的难度。源网荷系统信息网络设备必须采用ssh方式登陆，删除默认用户，关闭如HTTP、Telnet、Rlogin、FTP等不需要的服务。配置管理级、监控级、访问级三个级别的用户，且密码复杂度应符合国网安全要求。利用控制列表和登陆超时时间在登陆线程中加以限制，并删除登陆后的banner信息。SNMP协议必须使用V2及以上版本，不得使用默认的读写团体字，限制SNMP服务器地址。

结语

基于稳控技术的精准负荷控制技术可为大送端电网精准机组控制，特别是大规模的新能源发电控制提供借鉴。

参考文献

[1]李明节.大规模特高压交直流混联电网特性分析和运行控制[J].电网技术，2016，40（4）：985-991.

[2]刘振亚，秦晓辉，赵良，等.特高压直流分层接入方式在多馈入直流电网的应用研究[J].中国电机工程学报，2017，33（10）：1-7.