馮曉群

[摘要]結(jié)合電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的整體特點(diǎn),論述電網(wǎng)穩(wěn)定控制的關(guān)鍵在于區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的成熟。

[關(guān)鍵詞]區(qū)域電網(wǎng)區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)運(yùn)行方式

中圖分類號(hào):TM7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1110031-01

所謂區(qū)域電網(wǎng)的區(qū)域性指的是該局部電力系統(tǒng)由多個(gè)電源節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),這些電源節(jié)點(diǎn)互相影響,具備較強(qiáng)的相關(guān)性。對(duì)于這樣的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定控制,需要考慮的因素較多。

一、電網(wǎng)穩(wěn)控控制的整體特點(diǎn)

電網(wǎng)需要大量的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制,同時(shí)也需要可靠高速的通信通道與硬件平臺(tái),準(zhǔn)確快速的穩(wěn)定分析軟件和適合的控制策略。當(dāng)前,電網(wǎng)穩(wěn)定控制裝置的實(shí)現(xiàn)與開發(fā)具有下列特點(diǎn):(l)仍以功角穩(wěn)定問(wèn)題為主要控制對(duì)象,但帶有電壓越限等輔助功能;一般均采用分區(qū)控制、集中管理的模式,這樣既可保持各區(qū)域子站的相對(duì)獨(dú)立性,又有利于實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。(2)根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制,特別是電網(wǎng)穩(wěn)定控制中信息量大、跨地域范圍廣、控制速度快的特點(diǎn),一般均采用開環(huán)預(yù)測(cè)控制,且多為離散控制(如切負(fù)荷、切機(jī)、快關(guān)、電氣制動(dòng)等)。(3)出于經(jīng)濟(jì)性與可靠性的考慮,一般考慮將穩(wěn)定控制裝置與MIS、EMS等接口的可能性,充分利用豐富的通信通道與已建成的數(shù)據(jù)資源;合理利用己有的區(qū)域穩(wěn)定控制裝置及常規(guī)穩(wěn)定裝置,避免設(shè)備與資源的浪費(fèi)。(4)技術(shù)上借鑒微機(jī)保護(hù)與SCADA中成熟的故障辨識(shí)、數(shù)據(jù)采集與數(shù)字濾波等技術(shù);借鑒較為成熟的靜態(tài)安全分析中的預(yù)想事故、狀態(tài)估計(jì)、靈敏度分析等技術(shù);預(yù)想事故分析部分采用快速穩(wěn)定分析方法,如各種人工智能、直接法、基于GPS外部觀測(cè)的預(yù)測(cè)方法等,其目的是從根本上解決穩(wěn)定控制快速性要求的前提下,滿足穩(wěn)定裕量與準(zhǔn)確性的要求。

二、電力系統(tǒng)中緊急控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

(一)離線預(yù)想計(jì)算,實(shí)時(shí)匹配。當(dāng)前,在國(guó)內(nèi)外這種控制方案已被廣泛采用。它由控制裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前的故障和運(yùn)行工況,然后從由故障和工況組成的二維表中查找控制措施并貫徹執(zhí)行。其控制決策表是離線預(yù)先準(zhǔn)備的。由于系統(tǒng)運(yùn)行的工況是多維可變的,要考慮工況和故障的所有組合是不可能的。實(shí)際應(yīng)用中將工況分檔,只考慮典型工況。這樣,實(shí)際運(yùn)行時(shí),有可能出現(xiàn)工況失配問(wèn)題。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)重大變化時(shí),一定要重新計(jì)算決策表,自適應(yīng)能力較差,對(duì)當(dāng)前處于發(fā)展變化的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō),重復(fù)計(jì)算的工作量相對(duì)較大。

(二)在線預(yù)想計(jì)算,實(shí)時(shí)匹配。這種方案是按實(shí)際工況來(lái)制作決策表,并假定工況在幾分鐘內(nèi)不會(huì)變化,避免工況的失配問(wèn)題,并能夠自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展變化。而不是按預(yù)想工況,該方案要求決策分析軟件在盡可能短的時(shí)間內(nèi)作出決定。

(三)實(shí)時(shí)計(jì)算,實(shí)時(shí)控制。這方面的研究有在線實(shí)時(shí)建模和同步功角測(cè)量,它按檢測(cè)的故障和實(shí)時(shí)采集信息,實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷。如果不穩(wěn)定則作出控制決策并執(zhí)行,這些都要在較短的時(shí)間內(nèi)完成。該方案在實(shí)用中有很大的困難,對(duì)算法要求很高。

三、區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想

(一)通訊方案選擇。在區(qū)域電網(wǎng)各控制設(shè)備間的聯(lián)系較為緊密,也極為重要。因?yàn)?各設(shè)備間的參數(shù)測(cè)量需要通過(guò)及時(shí)的互相傳送,以便于整體系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)情況作出正確的動(dòng)作。遠(yuǎn)程通信網(wǎng):由于現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)下行通訊能力差,不能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制功能,因此必須采用專用通信信道。在選擇通信信道方面,可以立足于現(xiàn)有的電網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò),即占用現(xiàn)有微波通信的1個(gè)或者2個(gè)話路,將調(diào)度中心和所有子站按現(xiàn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的方式聯(lián)網(wǎng)。各測(cè)量站和參考站的相角測(cè)量裝置可以通過(guò)光纖收發(fā)器和網(wǎng)卡以及通信信道接口與站內(nèi)千兆局域網(wǎng),調(diào)度中心的中心處理機(jī)通過(guò)光纖收發(fā)器和網(wǎng)卡以及調(diào)度專用的千兆局域網(wǎng)連接通信信道接口,參考站與調(diào)度中心和所有子站按計(jì)算機(jī)按網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信,可由網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)地址識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)偵聽等網(wǎng)絡(luò)層規(guī)約,由光纖實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸;同時(shí)在相角中心、調(diào)度中心、后臺(tái)機(jī)、處理機(jī)與SCADA系統(tǒng)機(jī)也可以通過(guò)網(wǎng)卡運(yùn)行在千兆局域網(wǎng)中。通過(guò)千兆局域網(wǎng)以及光纖實(shí)時(shí)地完成相角中心、調(diào)度中心、后臺(tái)機(jī)、處理機(jī)與SCADA系統(tǒng)機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送。從以上兩種網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)方案的比較,綜合分析微波通信傳送數(shù)據(jù)和光纖聯(lián)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)之間的利弊,同時(shí),考慮到現(xiàn)有設(shè)備的費(fèi)用和利用,采用光纖聯(lián)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)。同時(shí),微波通信作為備用的輔助傳輸手段。實(shí)行雙通道方式運(yùn)行,可以較大的提高電網(wǎng)穩(wěn)定控制能力,以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全運(yùn)行。

(二)參考站、測(cè)量站的組成。參考站:參考站與測(cè)量站基本相同。但是,參考站可以起到承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的參考點(diǎn)的作用,需要某些測(cè)量站和調(diào)度中心的信息。因此,其內(nèi)存配置和CPU均應(yīng)高于測(cè)量站,可配置雙機(jī),互為備用,在線切換,以提高裝置的可靠性。測(cè)量站:站內(nèi)裝有GPS天線,GPS接收模塊接收衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號(hào)(三維地理坐標(biāo)和絕對(duì)時(shí)間)。測(cè)量及控制模塊的數(shù)量和變電站或發(fā)電廠機(jī)組的母線條數(shù)有關(guān),其中,模擬量模塊輸入模擬量信息(母線電壓三相瞬時(shí)值或發(fā)電機(jī)電勢(shì)),開關(guān)量模塊模擬輸入開關(guān)位置信息。監(jiān)控模塊通過(guò)通信接口進(jìn)入通信網(wǎng)絡(luò),與參考中心和調(diào)度中心交換信息,通過(guò)測(cè)量模塊通信與高速總線,通過(guò)就地PC機(jī)與串行口通信。輸出模塊有相角模擬輸出和授時(shí)輸出機(jī)控制命令輸出。當(dāng)前的參考站和測(cè)量站的實(shí)現(xiàn)有下列幾種方式:工業(yè)PC系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)以及工業(yè)局域網(wǎng)系統(tǒng)。但無(wú)論選擇三者中哪種方式,提高整體性能是最重要的。

(三)調(diào)度中心的構(gòu)成。調(diào)度中心要完成快速暫態(tài)穩(wěn)定分析以及預(yù)想事故的快速篩選,而且還要協(xié)調(diào)管理各區(qū)域子站,任務(wù)較重。因此,其構(gòu)成模式是否合理直接關(guān)系到整個(gè)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率。調(diào)度中心的實(shí)現(xiàn)多采用“小型機(jī)+UNIX平臺(tái)”模式。目前,則多采用“工作站+局域網(wǎng)+網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)”的模式。后者可將多項(xiàng)任務(wù)按組態(tài)軟件的形式加以組合并在不同的工作站間實(shí)現(xiàn)分工,開放式的結(jié)構(gòu)便于利用新技術(shù)與擴(kuò)展。當(dāng)EMS與調(diào)度中心接口后,其數(shù)據(jù)的獲取可完全由EMS提供,而各區(qū)域子站與調(diào)度中心的通信只限于發(fā)收穩(wěn)定策略及協(xié)調(diào)控制信息,通訊量大大減小。

四、關(guān)于大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的發(fā)展分析

鑒于區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)是組成電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的重要組成部分,所以,區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的技術(shù)成熟將會(huì)給大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)成型帶來(lái)可能。同時(shí),在應(yīng)用于區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制的各類裝置中,都遵循了IEEE的通訊及總線標(biāo)準(zhǔn),這樣使得不同廠家的生產(chǎn)的電網(wǎng)穩(wěn)定控制裝置都具有相互交換信息的能力,同時(shí)也具有向大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的調(diào)度中心發(fā)送和接受信息的能力,在這樣的基礎(chǔ)上,由多個(gè)區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)組成大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)成為可能。在大電網(wǎng)的穩(wěn)定控制系統(tǒng)中,除了具備區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)之外,重點(diǎn)要解決的問(wèn)題是調(diào)度中心的組成及功能,因?yàn)樗械膮^(qū)域電網(wǎng)信息都要匯總到調(diào)度中心處理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、光纖通訊技術(shù)、人工智能技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展,一定會(huì)使得大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的調(diào)度中心在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)成為可能。

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