鄂士平，黃浩然

(1.三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002;2.許繼電氣直流輸電系統(tǒng)部，河南 許昌 461000)

高壓直流輸電具有遠距離、大容量、低損耗的優(yōu)點，是實現(xiàn)我國能源資源優(yōu)化配置的有效途徑，能夠取得良好的社會經濟綜合效益［1］。目前我國運行和在建的直流工程都是按照有人值守的方式進行設計的，運行人員需要按照調度的指令，在指定的時間點輸入功率的參考值，并手動計算功率的升降速率，且每天都是這樣的重復性勞動。已投入運行的直流工程也都具有直流自動功率控制功能，但都存在著數(shù)據輸入繁瑣、實際功率控制準確度不高、沒有實現(xiàn)與控制保護系統(tǒng)聯(lián)動功能等缺點，故該功能基本沒有投入使用。本文在研究現(xiàn)有運行直流工程的基礎上，分析各大廠商直流工程自動功率控制的實施方法，并對各種方法進行對比，提出一種比較完善的控制方法，該方法能大大減少運行人員的任務量，為整個直流系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供技術保障。

1 國外的經驗

當前外方的控制保護系統(tǒng)主流廠商為西門子和ABB，以下將介紹它們對于自動功率控制的實現(xiàn)方式和方法。

1.1 西門子技術的自動功率控制

西門子自動功率控制功能融合在站SCADA系統(tǒng)中，包含日計劃和周計劃表，如圖1所示。

當前編輯的自動功率計劃值保存在本地計算機中。西門子自動功率控制有效的必要條件:

a.本站為主導站;

b.雙極工作在自動功率模式。

西門子自動功率控制的實現(xiàn)，是簡單的模擬運行人員發(fā)令的功能。其中Time為發(fā)令時刻，Power為功率參考值，Ramp為功率升降速率。西門子控制保護實現(xiàn)的方式為在某一時刻下發(fā)一個功率參考值，功率在當前值按照設定的升降速率進行功率調節(jié)，在一段時間之后，功率才能達到功率參考值，這樣的控制模式將導致實際的功率值滯后于計劃值。同時，該功率計劃值只保留在1臺工作站中，沒有對功率計劃值進行工作站的全部分發(fā)，如果該工作站沒有直流控制位置或者出現(xiàn)故障，自動功率將無法執(zhí)行。

圖1 西門子自動功率控制界面

1.2 ABB技術的自動功率控制

ABB對于自動功率控制的實現(xiàn)和站SCADA系統(tǒng)完全分離，采用單獨的一個程序進行編輯、啟動和運行，如圖2所示。

圖2 ABB自動功率控制界面

當需要增加1個新的數(shù)據點時，文本框中的時間和功率初始值是列表視窗中所選擇的點與其之前的1個點的平均值。使用者可以改變日期 (對周或月曲線)、時間、變化速率和功率。其它文本框的內容將由程序自動計算得出。當曲線中插入1個點，主窗口中的列表視窗和圖形都將自動更新，如圖3所示。

圖3 ABB自動功率控制編輯界面

2 問題分析

ABB和西門子都在SCADA系統(tǒng)中實現(xiàn)了自動功率控制功能。兩廠商對于自動功率實現(xiàn)的方法也基本一致，西門子將自動功率控制功能在SCADA系統(tǒng)中實現(xiàn)，而ABB則采用了單獨的控制程序。兩種實現(xiàn)方法都需要運行人員手動計算發(fā)令時間和斜率。能否直接通過輸入調度下發(fā)的功率曲線值自動計算發(fā)令時間和斜率，兩廠商都對“自動功率”與“手動功率”間的切換未作任何處理，對直流系統(tǒng)的異常也都沒有任何的告警和處理，這樣不利于直流工程的穩(wěn)定運行。同時，兩種方法的實現(xiàn)都只是在單機實施，沒有任何冗余措施，這不符合高壓直流輸電系統(tǒng)的基本要求。

3 自動功率控制的新方法

本文結合寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程，詳細介紹該工程的自動功率控制的冗余策略和實現(xiàn)方法。

3.1 冗余策略

自動功率控制功能的實現(xiàn)和SCADA系統(tǒng)融為一體，以充分利用SCADA系統(tǒng)的冗余架構和自檢原理，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。SCADA系統(tǒng)有冗余的2臺服務器設備，運行人員通過客戶端界面錄入自動功率的計劃值，自動功率的計劃值數(shù)據保存在2臺服務器的商用數(shù)據庫中，主實時處理程序從數(shù)據庫中取出計劃值數(shù)據，然后通過主服務器通信程序下發(fā)到冗余的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的原理圖如圖4所示。

圖4 自動功率計劃系統(tǒng)原理圖

3.2 實現(xiàn)原理

自動功率曲線的原理示意圖如圖5所示。圖中A、B、C、D、E……為調度發(fā)給換流站的功率曲線中功率設置點 (15 min 1個點)，描繪出的功率曲線如虛線所示。按照當前設計的算法，允許運行人員整定1個提前量Δt(為了調度考核需要，允許功率提前一小段時間到達)，實際功率曲線將會如實線所示，如果提前量整定為0，則將和調度設定曲線—紅線基本吻合。運行人員輸入的數(shù)據點只涉及功率存在變化的數(shù)據點，如圖5曲線顯示，運行人員僅須輸入點D、G、K點的參考值和時間戳;其它值會自動進行計算。

3.3 實現(xiàn)方式

功率參考值下發(fā)時間的計算，參照調度中心考核要求，以當前功率點向前15 min為功率參考值下發(fā)時間，完全利用此15 min為整個功率升降區(qū)間，使功率升降時間盡可能長，功率升降的速率盡可能低，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖5 自動功率原理圖

斜率的計算中，斜率值按照計算公式 (功率差×60/時間差 (s))計算所得，其中功率差為當前功率點和前一功率點之間的差值［2］:

為了避免因計算功率升降差值 (P2－P1)過小導致計算得到的斜率值過小，在實際系統(tǒng)中V的最小值取10 MW/min，且在系統(tǒng)中計算采用進一法 (有小數(shù)就加1)，避免因系統(tǒng)誤差導致功率升降滯后。

在功率參考值下發(fā)的前5 min(此時間可根據需要調整)，會提示將在5 min后發(fā)送的功率參考值和斜率值，便于運行人員監(jiān)視自動功率功能是否正常和檢查設置值的正確性，在功率參考值下發(fā)時會提示已經發(fā)送的功率參考值和斜率值，便于運行人員掌握功率的變化情況，保證其可靠性。

考慮到調度中心今天和明天之間的曲線變化不大或完全沒有變化，提供可以把指定天的曲線直接復制到下一天的功能，便于操作。這樣可以減少整定的工作量，降低整定的錯誤風險，其實現(xiàn)原理只為修改下發(fā)命令的時間，即把時間增加86 400 s(24×60×60)后保存。

3.4 設定方式

在實際使用過程中，只需要設定時間功率值即可，其它參數(shù)會自動計算，設定界面如圖6所示。并且功率發(fā)送時間和預計到達時間在設置時可以看到，保證實際運行工況在可控制范圍之內。

圖6 自動功率計劃值設定界面

3.5 異常處理

當控制系統(tǒng)條件不滿足時，如控制位置切換，或為手動控制模式，由于這些情況下控制系統(tǒng)不會執(zhí)行自動功率指令，因此自動功率不會下發(fā)命令，此時會在功率需要調節(jié)前5 min以事件方式提示運行人員，給手動控制預留一定時間。

4 結束語

本文結合實際分析了目前國外直流輸電工程控制保護系統(tǒng)的自動功率控制的實現(xiàn)，在吸取國外技術經驗的基礎上，通過算法和實現(xiàn)的改進，提出了一種新的且可行的實現(xiàn)方式，并對可能危害系統(tǒng)運行的工況進行了改進，可供新建或改造的直流輸電工程控制保護系統(tǒng)參考。

［1］劉振亞.智能電網技術［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［2］石 巖，韓 偉，張 民，等.特高壓直流輸電工程控制保護系統(tǒng)的初步方案［J］.電網技術，2007，31(2):11－15.