浅谈电力物联网在稳定控制领域中的应用

南京国电南自电网自动化有限公司 孙 丹

电力物联网旨在电力系统所有环节互联，所有业务一条线，所有数据采集同源，所有设备可监控，所有信息可共享，能够借助大平台对大数据批量处理并加以应用，以期电力系统形成可控、可观、可用的多维视角下的物联网。安全稳定控制系统作为电力系统第二道防线，是保证电力系统安全稳定运行的重要组成部分，在电力物联网信息共享背景下，稳控系统以外的其他系统联网数据均可应用于稳控系统，以此来提高稳定控制水平。

1 基于PMU 采集的在线实时稳控决策系统

在线实时稳控决策系统可从稳控装置或SCADA 获取电网的运行状态数据，但在电网实际运行中，由于通常稳控装置布点较少，或者SCADA/EMS 系统数据测量周期为秒级且不带时标等，导致在线实时稳控决策系统在推广时存在数据来源受限的问题。随着电力物联网的推进，借用同步相量测量装置PMU 布点多、采样精度高且带时标的特点，可将各个厂站的PMU 通过调度数据网接入到在线实时稳控决策系统中。基于PMU 数据采集在线实时稳控决策系统具体工作过程如下：

PMU 将采样精度高且带时标的电网各个节点的实时运行数据通过调度数据网上送到在线实时稳控决策系统；在线实时稳控决策系统处理从PMU 获得电网运行数据，在一定的时间间隔下进行电网的状态估计；电网的故障判别仍由现场的稳控装置来进行，稳控装置实时判别出有故障时，将故障信息上送至在线实时稳控决策系统。

在线实时稳控决策系统优先处理电网的故障信息，若是在状态估计时刻接收到元件的故障信息，则需停止状态估计，并根据最近一次状态估计结果，进行该运行方式下故障的超实时仿真分析；在线实时稳控决策系统若预测到电网可能会失稳的情况，需给出具体的、确定的、优化的稳定控制措施；稳控措施的执行仍由现场的稳控装置来实现，在线实时稳控决策系统最后需要将计算得到的安全稳定控制措施发送到现场的稳控装置来执行。

2 在线实时定值整定

在稳控系统元件热稳定值整定过程中，需根据春夏秋冬平均气温进行季节调整，元件包括架空线路、电缆、变压器等。以新疆北疆为例，根据北疆气侯特点，夏季（每年4月16日至10月14日）平均气温按25℃考虑，冬季（每年10月15日至次年4月15日）平均气温按10℃考虑。架空线路额定电流的取值均是在相应温度下的元件允许最大持续电流。元件过负荷告警电流、过负荷动作电流和过负荷动作功率均是在相应温度额定电流的基础上计算获取。然而实际情况下气温是一个动态变化的量，随季节、天气、早晚可能随时变化，根据季节平均气温进行调整的方法存在局限性。

在电力物联网背景下，稳控系统可进行元件热稳定值的在线实时整定。通过元件测温传感器获取气温实时信息，并传送至稳控集中管理系统，稳控集中管理系统定周期地（如每半小时一次）计算元件额定电流和过载定值，通过稳控集中管理系统自动更新现场稳控装置定值。通过对稳控元件过载定值的实时整定，可在稳控动作时减少切负荷量或切机组量，提高设备利用率。

稳控系统在线实时定值整定方法如下：元件光纤温度传感器用于采集元件表面温度，并将温度信息上送给安装于本站的稳控主站、子站或执行站；气象环境检测仪用于采集气象实时信息，并将气象信息上送给本站的稳控主站、子站或执行站；稳控子站或执行站将元件表面温度和气象实时信息上送给稳控集中管理系统；稳控集中管理系统定周期的选取元件两侧采集的较低温度，根据摩尔根公式计算元件载流量，根据载流量计算过负荷控制热稳定值；稳控集中管理系统自动找到包含元件过载定值所对应的稳控装置、逻辑设备、区号，上传定值清单，根据事先确定的清单位置，用计算得到的过负荷控制热稳定值替换，形成新的定值清单、下装到稳控主站、子站或执行站。

3 电源侧减出力控制、时间同步装置与稳控系统现场测试联调

稳控系统针对不同类型的故障，采取切机、切负荷、局部解列、快速减出力等控制措施。在实际工程中切机、切负荷最常用，而快速减机组出力控制主要是针对送端电网的线路或主变等元件过载的热稳定问题。当元件过载量不是很大时，通过稳控装置对机组进行减出力控制措施来代替直接切机措施，从而减小控制代价和成本，并减少对发电设备的损伤。

对具有大机组、大负荷、小网的电网，系统内单机、单负荷容量占比较大，系统旋转备用不足，整体运行情况恶劣，对稳控系统较依赖。机组或负荷跳闸引起的频率问题突出，系统可切机组或负荷的颗粒度较大，切机、切负荷时对应的功率不平衡量较大，过切或欠切严重。单一切机、切负荷措施较难满足安全稳定运行的要求，不能很好的发挥第二道防线的作用。对机组一次调频性能良好的电网，通过稳控系统与机组DEH 通信，机组具体可调量由DEH 发送给稳控系统。在网内发生机组或负荷跳闸后，通过快速减机组出力，解决切机或切负荷后功率不平衡量较大造成的频率稳定问题。

3.1 稳控系统与DEH 系统接口方案

考虑稳控双套系统分别接收每台机组DEH 系统的可下调功率量信号，稳控考虑采用4～20mA 信号接收该信号，但系统的调频能力需要在DEH 系统给出的容量基础上乘以保守系数（如：假若保守系数是0.9，DEH 发给稳控系统表示有8%的可调整量，则稳控系统认为的可调整量为8%×0.9=7.2%）；稳控设置切机过切门槛值，切机控制措施先按照最优切原则寻找，若找到的是欠切机组、或过切且小于过切门槛值机组则执行该切机命令；若找到的是过切且大于过切门槛值机组则不予执行该措施，而是按照最优欠切原则再重新寻优切除相应的机组。

稳控系统下发下调机组出力命令给DEH 系统，考虑采用开关量分档考虑。如：对于大容量机组每档按照占机组1%容量来设计，对于小容量机组每档按照占机组2%容量来设计；考虑十分钟Tset1，将前面信息清掉。一个整组内，第一次使用的调频能力按照定值考虑，第二次调频时则需要将第一次调频量累加后的总量发给DEH 系统；稳控下发降机组出力命令，下调量分配原则按照每台机组可调量的一定比例，分给每台机组；按照分档原则，装置的一个启动周期内（5s），后续需要切除已下调出力的机组，该机组切除的量由装置修正。

随着新能源快速调节能力的提高和储能全投全放模式的应用，也可将新能源设定运行点和储能设定运行点接入稳控系统。根据稳控需要对新能源、储能设定运行点进行快速控制。

3.2 时间同步装置与稳控系统现场测试联调

由于现场的稳控系统通常分布在不同的厂站，稳控系统现场联调涉及的稳控设备较多、地理位置分散且距离相对较远，使得稳控系统的现场试验联调工作在很大程度上依赖于现场调试人员的远程通话，测试效率低。在电力物联网背景下将时间同步装置应用于稳控系统，可解决稳控系统因为所涉及设备较多、地理位置分散造成的测试问题，实现系统级的现场联合测试。

现场联调具体的方法如下：利用时间同步装置将分布在不同厂站的系统测试仪和所有的现场稳控装置置于统一的时标之下；将位于不同分布位置测试人员将系统测试仪根据预先设定的电气量或开关量信息进行同步输出；针对不同的测试内容，由测试人员采用系统测试仪模拟不同的故障类型并输出；现场的稳控系统根据既定的控制策略判别故障动作并出口；最后由位于稳控主站或调度主站的测试人员，通过稳控集中管理系统查看全网的稳控动作情况，判断安全稳定控制系统动作的正确与否，实现系统级的现场联合测试。