夏 濱 ,胡國青 ,袁桂華 ,王連成
(1.德州供電公司,山東 德州 253000;2.濟(jì)南海興電力科技有限公司,山東 濟(jì)南 250101)
隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的快速發(fā)展,電網(wǎng)運(yùn)行更加復(fù)雜,影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的因素也越來越多,迫切需要研究智能調(diào)度控制技術(shù)以提高調(diào)度決策的智能化水平[1-2]。電網(wǎng)智能調(diào)度決策是對(duì)現(xiàn)有的調(diào)度控制中心功能的重大擴(kuò)展。智能調(diào)度輔助決策和故障實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的成功應(yīng)用可以有效提高電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員駕馭現(xiàn)代化大電網(wǎng)的能力,保障電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行,具有廣闊的應(yīng)用前景。
輸電線路故障定位一直是電力系統(tǒng)研究者和電力設(shè)備制造商所關(guān)注的問題[3-4]。實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確故障定位對(duì)迅速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)、修復(fù)受損線路、提高系統(tǒng)可靠性起到重要作用。然而由于影響因素太多和不確定性,所以到目前為止,這一領(lǐng)域仍有大量工作需要進(jìn)一步完成。另外,傳統(tǒng)的分析方法多數(shù)僅限于定位分析,而對(duì)故障的“有”和“無”缺乏綜合診斷。SDFL系統(tǒng)將Google地圖應(yīng)用于實(shí)時(shí)故障定位,提升了德州電網(wǎng)110 kV及以上輸電線路的在線故障檢測(cè)、故障定位準(zhǔn)確性以及故障的直觀展示功能,對(duì)提高電網(wǎng)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化程度起到積極作用。
國內(nèi)對(duì)故障的判斷、分析、處理主要是以保護(hù)信息為主。通常是在故障發(fā)生以后,由故障信息系統(tǒng)將故障類型、故障測(cè)距計(jì)算結(jié)果等上傳至調(diào)度中心。多數(shù)情況下,這些信息還需要調(diào)度保護(hù)人員進(jìn)一步人工收集數(shù)據(jù),對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行“半自動(dòng)”分析,降低了事故反應(yīng)速度。
僅靠單一的保護(hù)或錄波裝置很難滿足國家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)范中所提到對(duì)故障定位準(zhǔn)確性的要求。影響保護(hù)裝置分析診斷功能的主要因素有:保護(hù)的分析計(jì)算是基于所在變電站上所測(cè)量的電氣量;保護(hù)采用過于簡單化的線路模型;同一故障下不同保護(hù)裝置可能會(huì)給出完全不同的分析結(jié)果;缺乏現(xiàn)代的信息發(fā)布功能;未能很好的利用整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)信息。
國外對(duì)智能化綜合故障診斷與實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的研究已開展多年。最早提出這一概念的是美國格瑞德電氣技術(shù)公司(Grid Sentinel Inc.),早在2005年開始,格瑞德公司就與位于美國紐約市的聯(lián)合愛迪生公司(Con Edison)進(jìn)行合作對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用[5]。目前,該系統(tǒng)已經(jīng)在紐約聯(lián)合愛迪生公司成功在線應(yīng)用了五年多,積累了豐富的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。近幾年來,國外其他電氣設(shè)備供應(yīng)商也開始涉足該領(lǐng)域。這些供應(yīng)商包括世界知名企業(yè)德國的西門子公司(Siemens)、美國的通用電氣公司(GE)、美國的塞兒公司(SEL)、歐洲的ABB公司等。但是由于起步較晚,這些公司的產(chǎn)品都還處于早期研發(fā)使用階段,無論是在技術(shù)上還是在整體設(shè)計(jì)方面都與格瑞德的軟件系統(tǒng)有較大差距。
自動(dòng)拉路控制是基于人工事先定義好的拉路順序表,該順序表依次按負(fù)荷的重要程度進(jìn)行排列。它包含拉路出線的名稱以及相應(yīng)的操作開關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí),調(diào)度運(yùn)行人員首先選擇拉路類型,然后輸入拉路負(fù)荷量。系統(tǒng)將根據(jù)拉路序位表自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前最新的量測(cè)負(fù)荷數(shù)據(jù)并自動(dòng)生成切除負(fù)荷目標(biāo)量所涉及到的拉路對(duì)象的最小集合。經(jīng)調(diào)度人員確認(rèn)后,系統(tǒng)自動(dòng)將全部所要操作的開關(guān)輸入到組合遙控操作序列中。系統(tǒng)自動(dòng)經(jīng)過再確認(rèn)并進(jìn)入并列遙控操作。
序列操作是指為實(shí)現(xiàn)不間斷電源控制和滿足安全性要求對(duì)一組開關(guān)對(duì)象所進(jìn)行的一系列操作控制。負(fù)荷轉(zhuǎn)移是一個(gè)典型的序列操作實(shí)例。為了對(duì)被轉(zhuǎn)移的負(fù)荷進(jìn)行不停電操作,只有通過序列控制來實(shí)現(xiàn)。在序列操作實(shí)施過程中,核心問題是對(duì)操作開關(guān)對(duì)象序列校驗(yàn)和對(duì)操作后開關(guān)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和判斷。
與傳統(tǒng)的站內(nèi)自投不同,集中式備用電源自投(備自投)是從全網(wǎng)的角度進(jìn)行集中控制。這樣將更好地實(shí)現(xiàn)全局性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。SDFL系統(tǒng)中所研究的備自投是針對(duì)T節(jié)點(diǎn)連接,并且由雙電源向一個(gè)負(fù)荷供電的方式,其中一個(gè)電源投運(yùn),另一個(gè)電源備用。當(dāng)由于區(qū)外原因造成失去電源,線路失電,而且沒有保護(hù)動(dòng)作,并具有備自投條件時(shí),SDFL系統(tǒng)將自動(dòng)提示調(diào)度運(yùn)行人員斷開失電電源,投入備用電源,從電網(wǎng)角度完成備自投的功能。
根據(jù)開關(guān)、保護(hù)、重合閘動(dòng)作信號(hào)判斷線路、母線和主變故障后的狀態(tài)。將事故后繁雜的信號(hào)加以分析過濾以便于調(diào)度運(yùn)行人員準(zhǔn)確把握故障信息,盡快將系統(tǒng)和設(shè)備恢復(fù)到安全狀態(tài)。
為便于調(diào)度運(yùn)行人員和檢修人員直觀的了解故障狀況,及時(shí)查找和修復(fù)故障,故障診斷結(jié)果和定位信息借助Web service和Ajax等先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí)地展示于地理信息系統(tǒng)的衛(wèi)星圖片Google地圖上。
故障信息展示和故障通報(bào)功能是通過Fault-Vista模塊來實(shí)現(xiàn)的。FaultVista的設(shè)置需要將輸電線路所有桿塔的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)庫中。在實(shí)時(shí)運(yùn)行過程中,F(xiàn)aultVista利用Ajax和 Web service技術(shù)實(shí)時(shí)查詢故障數(shù)據(jù)庫檢測(cè)是否有故障發(fā)生,一旦檢測(cè)到故障FaultVista將調(diào)用包括故障時(shí)間、故障距離、故障類型和故障桿塔號(hào)在內(nèi)的故障信息并將所有信息在Google地圖上標(biāo)示出來。
系統(tǒng)開發(fā)采用了電網(wǎng)操作模型數(shù)據(jù)。它是一組基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)建立的關(guān)于電網(wǎng)一次設(shè)備和監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)庫,為實(shí)時(shí)運(yùn)行模塊提供了可靠的數(shù)據(jù)平臺(tái)。這些數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)一次設(shè)備及其拓?fù)溥B接信息,EMS遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù),EMS數(shù)據(jù)與一次設(shè)備的對(duì)應(yīng)表,以及“序列操作”、“備自投”、“拉路控制”、“電力調(diào)度輔助決策”方案庫等。其組成如圖1所示。
圖1 電網(wǎng)操作模型庫
自2012年8月起,系統(tǒng)開始在德州電網(wǎng)投入使用。根據(jù)德州電網(wǎng)的具體情況,預(yù)先設(shè)定各種特定決策方案,系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)相關(guān)啟動(dòng)量。在滿足啟動(dòng)條件的情況下,系統(tǒng)快速作出反自動(dòng)提醒調(diào)度運(yùn)行人員,為其提供實(shí)時(shí)決策參考或自動(dòng)智能控制,提高操作的可靠性。
以序列操作控制為例說明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,智能調(diào)度輔助決策系統(tǒng)與德州地調(diào)PEN3000系統(tǒng)使用接口如圖2所示。調(diào)度人員首先選擇要執(zhí)行的序列操作方案,按下方案執(zhí)行按鈕后,系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行初始狀態(tài)監(jiān)測(cè)、負(fù)荷狀態(tài)監(jiān)測(cè)、過載情況監(jiān)測(cè)。所有監(jiān)測(cè)通過以后,系統(tǒng)自動(dòng)將開關(guān)操作指令下達(dá)至EMS,最后自動(dòng)進(jìn)行接線方式確認(rèn)和結(jié)果顯示。
圖2 序列操作功能模塊結(jié)構(gòu)模型
3.2.1 自動(dòng)拉路控制
以德州電網(wǎng)事故拉路為例,調(diào)度人員首先輸入所要切除的負(fù)荷總量,系統(tǒng)將自動(dòng)根據(jù)拉路序位表檢測(cè)實(shí)時(shí)負(fù)荷并選出最接近所要切除負(fù)荷總量的拉路集合。經(jīng)調(diào)度人員確認(rèn)后系統(tǒng)將自動(dòng)執(zhí)行拉路操作,調(diào)度人員還可以根據(jù)實(shí)際要求對(duì)系統(tǒng)所選擇的拉路集合進(jìn)行修改補(bǔ)充。
3.2.2 序列操作控制
主要功能為根據(jù)數(shù)據(jù)庫中序列操作方案,實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換,滿足不間斷停電操作等順序操作要求,任一步驟失敗則自動(dòng)終止序列操作并告警。系統(tǒng)從EMS中獲取相關(guān)的開關(guān)、刀閘、手車位置,負(fù)荷狀態(tài)以及主變數(shù)據(jù),經(jīng)過初始狀態(tài)監(jiān)測(cè)、負(fù)荷狀態(tài)監(jiān)測(cè)和過載情況監(jiān)測(cè)后,如果符合條件,則執(zhí)行序列操作,把操作信息返回EMS,執(zhí)行完畢后再進(jìn)行接線方式確認(rèn),完成操作。序列操作執(zhí)行部分的結(jié)果如圖3所示。
3.2.3 集中式主站備用電源自投
以“天衢站失電、苗莊站投入”為例。 這里220 kV天衢站為供電電源,220kV苗莊站為備用電源,110 kV北郊站為負(fù)荷。正常情況下2號(hào)苗北線自天衢站供電北郊站2號(hào)主變,苗莊站2號(hào)苗北線開關(guān)熱備用。
圖3 序列操作控制界面
SDFL系統(tǒng)檢測(cè)到天衢站2號(hào)苗北線PT失壓,苗莊站2號(hào)苗北線PT失壓,且天衢站主保護(hù)及后備保護(hù)未啟動(dòng),系統(tǒng)斷開天衢站 2號(hào)苗北線113開關(guān)切斷供電電源后,閉合苗莊站 2號(hào)苗北線2419開關(guān),使得備用電源自動(dòng)投運(yùn),對(duì)北郊站2號(hào)主變實(shí)現(xiàn)正常供電。
操作后的運(yùn)行方式:220 kV天衢站2號(hào)苗北線113開關(guān)在分位;德州苗莊220 kV線路2號(hào)苗北線2419 開關(guān)在合位,2419-2、-3 刀閘同時(shí)在合位或-1、-3刀閘同時(shí)在合位;220 kV北郊站2號(hào)苗北線1216及-1、-3刀閘同時(shí)在合位。
3.2.4 故障診斷結(jié)果和故障定位通報(bào)
系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)開關(guān)信號(hào),一旦發(fā)現(xiàn)線路保護(hù)跳閘信號(hào)將自動(dòng)啟動(dòng)故障診斷和故障定位計(jì)算模塊。故障信息和故障桿塔在地圖上的展示見圖4和圖5所示。
序列操作自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了開關(guān)操作并自動(dòng)檢驗(yàn)相關(guān)設(shè)備負(fù)荷和開關(guān)、刀閘狀態(tài)保證操作安全;自動(dòng)拉路控制自動(dòng)搜索出符合調(diào)度員要求的拉路組合實(shí)現(xiàn)了整個(gè)過程的準(zhǔn)確、快速、自動(dòng);主站集中式備用電源自投實(shí)現(xiàn)了變電站之間的備用電源自投;事故決策和故障實(shí)時(shí)定位幫助電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員快速、準(zhǔn)確判斷事故信息迅速作出決策反應(yīng),并結(jié)合電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)將故障位置自動(dòng)標(biāo)識(shí)于線路桿塔之上,直觀明了、便于快速查找和修復(fù)故障。
圖4 故障信息展示
圖5 故障桿塔展示
SDFL系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用是對(duì)德州電網(wǎng)現(xiàn)有的調(diào)度控制中心功能的重大擴(kuò)展,將有效提高德州地調(diào)運(yùn)行人員駕馭現(xiàn)代化大電網(wǎng)的能力。為保障電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行,提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐,具有十分廣闊的應(yīng)用前景。此外SDFL系統(tǒng)使用新型故障定位算法及故障定位實(shí)時(shí)展示于Google地圖的新技術(shù),提高了110 kV及以上電壓等級(jí)輸電線路故障定位精確度,有效縮短故障查找時(shí)間,是調(diào)度、輸電運(yùn)檢人員快速處理事故的有利保障。
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