湖南电网安全稳定控制系统现状分析

王优优， 朱维钧， 梁文武， 吴晋波

(1. 长沙民政职业技术学院， 湖南 长沙410004；2. 国网湖南省电力有限公司电力科学研究院， 湖南 长沙410007)

0 引言

随着我国坚强智能电网建设快速推进, 国家电网有限公司(以下简称国网) 高度重视提升电网二次系统技术水平, 作为第一道防线的继电保护的标准化工作已于2013 年完成, 其他两道防线的电网安全自动装置(尤其是电网安全稳定控制装置)的整治工作也被列入国网国家电力调控中心( 以下简称国调) 的重点工作。 国调近5 年共组织召开了10 余次电网安全自动装置( 简称: 安自装置) 标准化工作会议, 发布了《 电网安全自动装置标准化设计规范》 《电网安全自动装置检验规范》 《电网安全自动装置信息规范》 和《电网安全稳定控制装置专业检测管理办法》 等一揽子管理规定和技术标准, 明确了稳控装置管辖职责、 适用范围、 标准化设计、 检验检测、 规约信息等5 个方面的顶层要求, 此举旨在进一步规范安自装置的全过程专业管理, 同时也将标志着电网安全稳定控制装置(简称: 稳控装置) 的工作重点不仅仅停留在稳定策略的正确性上, 而是向装置管理进行延伸, 以确保各项管理思路、 稳定策略、 技术要求可以得以精准执行。

1 稳控系统的定义

1.1 稳控装置的定义

稳控装置是指, 为保证电力系统在遇到大扰动时的稳定性而在电厂或变电站内装设的控制设备,实现切机、 切负荷、 快速减出力、 直流功率紧急提升或回降等功能, 是保持电力系统安全稳定运行第二道防线的重要设施。 稳控装置可分为控制主站和执行子站等类型, 站间通信方式一般采用数字报文的形式传递运行信息及控制策略。

1.2 安全稳定控制系统的定义

安全稳定控制系统( 以下简称稳控系统) 是指, 采用稳控装置及切机、 切负荷、 断开联络线等紧急控制措施, 确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行。 一般由两个及以上厂站的稳控装置通过通信设备联络构成执行紧急控制措施的系统, 实现区域或更大范围电力系统的安全稳定控制。 稳控系统是保证电网安全稳定运行的重要系统, 属于防止电网稳定破坏和大面积停电事故的第二道防线。

2 湖南电网稳控系统现状

目前湖南电网稳控系统的控制策略采用离线决策方式确定, 即事先对电网各种预想的运行方式下预定事故进行人工分析计算, 以确定稳控系统的控制策略并形成策略表, 该控制策略以策略表形式固化在稳控装置的软件中。 稳控装置根据当前系统的运行方式和故障情况进行检测判断, 在策略表中查询后执行相应的控制措施。 然而, 离线决策方式并不能适应电网所有的运行情况。 如今发展方向是一种控制策略实现方式——在线决策方式, 即由稳控系统自动对当前电网的运行方式和故障情况进行分析计算, 以形成控制策略, 然后通过通信手段实时将策略表下发到稳控装置主站或子站中, 由其在线、 实时、 快速地执行控制策略[1-14]。

随着500 kV 电网的飞速发展, 湖南电网已经形成了以500 kV 变电站为中心的智能型区域性综合安全稳定控制系统, 在运的稳控系统有18 个,其中有9 个系统主站设置于主网变电站侧, 分别是祁韶直流稳控、 鄂湘联络线稳控、 湘中内部断面稳控、 岳阳电力外送稳控、 湘西南外送稳控、 苏耽变稳控、 零阳变稳控、 向阳变稳控、 胡家坪变稳控,其余9 个系统设置于电厂, 分别是五强溪电厂稳控、 金竹山B 厂稳控、 柘溪电厂稳控、 凤滩电厂稳控、 东江电厂稳控、 大唐石门电厂稳控、 耒阳电厂稳控、 凌津滩电厂稳控和江垭电厂稳控。

湖南电网的稳控系统先后经历过多期建设, 稳控装置配置种类众多、 厂家品牌林立, 部分装置老化严重, 整个稳控系统的建设缺乏统一的整体规划, 既不利于集中管理, 也越来越难以满足大运行体系在线监测分析、 调控一体化和精益化管理的要求。 对照引言所述的技术要求, 存在很多问题。

1) 装置标准化差。 装置在功能配置、 硬件接口、 上送信息及技术原则等方面的标准化程度较低。 装置硬件种类多达11 个, 各变电站的稳控装置软件、 硬件均为定制版本, 不同厂家装置、 同厂家不同型号装置、 同厂家不同时期同型号装置的在功能配置、 组网方式、 通道类型、 策略表格式、 上送信息(动作信息、 告警信息、 变位信息) 等方面均不统一、 不规范。

2) 管理体系不够健全和规范。 入网测试和管理方面, 未严格按照公司要求对新、 改、 扩建工程及策略发生变化后投入运行的稳控系统进行RTDS数模仿真验证, 未做到产品统一检测, 统一发布。

3) 系统建设缺乏规划。 稳控装置执行站用于解决某一特定安稳问题而独立配置, 部分变电站中存在多套执行站, 装置并行运行, 造成系统复杂、资源浪费、 运维成本上升等问题。

4) 微机化率、 光纤化率低。 单继电器型装置、 载波通道的仍然存在一定比率, 分别为7. 69%和6. 56%, 与其建立联系的稳控主站、 子站无法实时监视通道状况、 装置信息, 只能进行“盲运行”。

5) 老旧设备占比高。 有7 台装置运行年限超过10 年, 占10. 77%, 存在一定的安全隐患, 应制定计划予以更换。

3 稳控集中监控系统建设

信息是分析和决策的基础。 为了充分利用稳控装置采集到的电网故障、 装置运行信息, 更好地为系统运行服务, 实现稳控装置管理由离线向在线进行转变是必然趋势[2]。

稳控集中监控系统通过调度数据网采集厂站端稳控装置的运行信息, 实现稳控信息的集中监测及应用分析功能, 通过D5000 系统获取电网实时运行数据, 利用ADPSS 仿真系统实现稳控策略的动态校核及优化。 监控系统的采集结构如图1 所示,厂站端稳控装置采集的信息主要包括:

1) 状态量, 包括装置投退状态、 装置闭锁信号、 压板状态等开关量和当前运行方式等数字量；

2) 模拟量, 稳控装置统计的可切负荷量、 可切机组量、 直流最大可提升量和最大可回降量；

3) 总动作信号, 稳控装置总动作信号采用告警直传进行上送, 告警级别为事故；

4) 装置异常发生和消失告警, 采用告警直传进行上送, 异常发生告警级别为异常, 异常消失告警级别为告知；

5) 定值和策略表描述文件, 包括稳控装置的定值和策略表, 文件格式符合《电力系统方式描述语言规范》；

6) 录波数据文件, 包括装置启动和动作时生成的COMTRADE 标准格式文件。

图1 稳控集中监控系统采集原理

功能可包括稳控装置数据信息处理、 运行监视、 装置录波召唤与显示、 定值与策略表召唤与显示、 当值策略控制量不足告警、 基于ADPSS 和实时电网运行数据的策略动态校核及优化调整等高级应用功能。

1) 数据信息处理功能。 接收稳控装置上送的压板状态、 允切状态、 可控量、 当前运行方式、 通道状态、 异常告警、 动作等信息[3]； 根据多个稳控装置的动作和异常状态汇总统计稳控站点和稳控系统的动作和异常状态； 根据稳控系统中各个稳控装置的投退状态、 闭锁状态和装置间的通道状态统计稳控系统的投退状态。

2) 运行信息监视功能。 结合稳控装置的地理分布图和通道联系图, 实时显示装置运行/ 退出、是否有异常、 是否有动作等运行状态； 监视压板投退状态、 元件允切状态、 可切负荷量、 可切机组量、 直流最大可提升量和最大可回降量等信息； 监视稳控装置的当前运行方式。

3) 事件告警监视功能。 利用调度端的告警窗显示稳控装置的动作报告、 异常告警事件； 按照厂站、 装置、 开始时间和结束时间组合查询稳控装置各类异常和动作等事件的历史信息。

4) 录波召唤与显示功能。 手工召唤录波列表文件、 录波数据文件； 根据接收到的稳控装置总动作信号动作的告警消息自动召唤稳控装置最近发生的动作录波文件[4]； 根据稳控装置上送的故障录波数据绘制曲线图, 并能进行通道显示的选择、 波形的放大和缩小。

5) 定值与策略表召唤与显示功能。 手工召唤装置的定值和策略表描述文件； 按文本或表格方式显示从装置召唤的定值和策略表描述文件。

6) 当值控制策略在线识别。 根据电网的当前运行方式数据和稳控装置的运行信息以及策略表文件, 判断在当前电网运行工况下是否满足稳控模型空间内的故障约束、 方式约束和潮流约束等约束条件, 如果满足条件, 则进行预想故障下的控制策略、 执行策略和控制措施的解析、 进行控制量的分配, 直到获取所有满足控制要求的控制措施。

7) 当值策略控制量不足告警功能。 根据在当前电网运行工况下识别出的稳控当值策略结果, 将当值策略中各个预想故障的需控制量与稳控装置实际可控制量进行比较, 若控制量不足(即当值策略的需控制量大于实际可控制量) 则给出告警。

8) 策略动态校核及优化调整功能。 在当值策略不满足运行方式的要求时, 应根据仿真计算的结果动态调整优化稳控策略, 并将新生成的策略发给稳控系统集中监控平台, 并具备远方下发到装置执行的能力。 由于该功能涉及到装置的远程控制, 影响较大, 不仅需要严格的审批流程, 也需要技术上的保障。 因此, 就实际应用来说可以考虑先具备技术条件实现功能[5]。

4 对比分析稳控集中监控系统的三种建设方式

1) 基于D5000 系统平台在线实现。 稳控装置的信息采集、 在线策略的校核及优化、 策略的下发执行均在D5000 系统中实现。 该方式的优点是装置信息及D5000 系统中的电网实时数据采集、 策略下发和控制渠道较为方便； 缺点是目前D5000系统中尚没有集成ADPSS 仿真系统的功能, 需公司统一将该功能在D5000 系统部署后方可实现。

2) 另建独立系统离线实现。 将系统部署在调度数据网的Ⅲ区, 通过数据中心将稳控装置信息及D5000 系统的电网实时数据转发到电网数据中心,与ADPSS 系统接口, 全部功能在电网数据中心实现, 最终将告警信息及策略优化信息离线推送至调控中心的业务平台。 其优点是与ADPSS 仿真系统接口较为容易, 缺点是数据采集存在较大延时, 而且校核后的结果无法实现自动闭环。

3) 保留监测功能基于D5000 系统平台实现。将D5000 相关数据通过数据中心转发到电网数据中心的ADPSS 系统进行策略的校核和优化, 监测系统预留与ADPSS 系统的接口, 用于将策略的校核结果推送到D5000 监测模块, 再执行策略的下发执行。 这种方式优点是仅需考虑D5000 系统平台及ADPSS 仿真系统的现有条件, 比较容易实现。但涉及多个系统、 环节, 交互存在壁垒, 且电网数据中心只能部署在安全Ⅲ区, 而稳控监测系统功能部署在Ⅱ区, 需要具备反向的数据接口。

综合来看, 当资金充裕时可以考虑方式1, 整体统筹建设, 可以较彻底解决问题； 若在D5000系统统一建设大环境下, 无法取得政策支持可以考虑方式2； 当资金费用无法达到预期是方式3 可以作为较好的选择。

5 结语

国网稳控专业的工作重点由 “ 重策略” 向“抓执行” 发生了转变, 本文从策略计算、 控制方式、 结构部署、 存在问题等内容详细分析了湖南电网稳控系统的现状, 提出并综合对比三种安全稳定控制集中监控系统建设思路, 用于实现变电站稳控运行状态的在线监视、 控制和集中管理。 但无论哪种解决方案, 在信息集中监测、 策略校核优化、 策略在线下发等方面均存在技术难题, 此外, 还需投入较大人力、 财力和物力, 后续可以采取“ 统一规划、 分步实施” 方式, 用3 ～5 年时间滚动予以完成。