楊云翠　李成文　胡建明　張穎

摘 要：通過對測控裝置同期功能、同期合閘模式、同期觸發(fā)條件、變電運(yùn)行模式、調(diào)控端遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)五個(gè)現(xiàn)狀的深入分析，提出測控裝置同期功能不滿足調(diào)控端遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)的要求，需對測控裝置的同期功能進(jìn)行改進(jìn)，文中介紹了包含同期閉鎖情況反饋調(diào)控端和自動遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)預(yù)估功能的測控同期高級應(yīng)用，并重點(diǎn)對自動遠(yuǎn)方并網(wǎng)同期預(yù)估功能的原理及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了介紹，通過應(yīng)用分析，研究內(nèi)容能提高調(diào)控端遠(yuǎn)方并網(wǎng)成功幾率，提升事故處置速度。

關(guān)鍵詞：測控；遠(yuǎn)方；同期并網(wǎng)；閉鎖反饋；預(yù)估

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0161-03

Abstract： Through the in-depth analysis of five current situations， the synchronous function of the measurement and control device， the synchronous closing mode， the synchronous triggering condition， the operation mode of the substation， and the synchronous power grid connection at the remote control end， it is pointed out that the synchronization function of the measurement and control device can not meet the requirements of the remote synchronization of the regulating end， and the synchronization function of the measurement and control device needs to be improved. This paper introduces the advanced application of measurement and control synchronization， which includes feedback control end and automatic remote synchronization prediction function， and focuses on the principle and mathematical model of automatic remote synchronization prediction function. Through application analysis， the research content can improve the success probability of remote connection of regulatory end as well as the speed of accident disposal.

Keywords： measurement and control； distance； synchronization； locked feedback； prediction

前言

測控裝置是用來實(shí)現(xiàn)對處于正常運(yùn)行狀態(tài)的電力系統(tǒng)開展實(shí)時(shí)測量、監(jiān)視和控制等功能的綜合性裝置[5]，變電站測控裝置除了包含基本的遙測、遙信、遙控和遙調(diào)功能外，還包含了同期功能，測控裝置的同期功能主要應(yīng)用于斷路器合閘方式的出口判斷。隨著變電站無人值班改造及調(diào)控一體化工作的大力推廣應(yīng)用，變電站現(xiàn)場已實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工作無人值守，變電站監(jiān)視控制業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移至調(diào)控端開展，電網(wǎng)正常的操作及事故處理均由調(diào)控端直接下發(fā)控制命令完成，測控裝置的同期執(zhí)行結(jié)果不具備調(diào)控端的遠(yuǎn)方查詢和調(diào)閱，在同期閉鎖引起遙控并網(wǎng)不成功時(shí)，將嚴(yán)重影響調(diào)控員的操作和事故處置速度，由于小電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間過長，甚至可能引發(fā)更大的電網(wǎng)事故，開展測控同期功能與調(diào)控運(yùn)行模式相匹配將迫在眉睫。本研究通過對測控裝置同期功能進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)同期執(zhí)行閉鎖情況反饋遠(yuǎn)方，針對差頻并網(wǎng)合閘角度難于捕捉和運(yùn)行監(jiān)視處于遠(yuǎn)方的的現(xiàn)狀，開展針對調(diào)控模式下的自動遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)預(yù)估功能的開發(fā)，滿足調(diào)控員遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)的要求。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 測控同期功能

同期作為測控裝置的一個(gè)基本功能，在測控裝置的預(yù)試定檢中均作為一個(gè)必檢項(xiàng)目，已實(shí)現(xiàn)調(diào)控一體運(yùn)行的廠站，在測控定檢時(shí)，還要配合調(diào)控端開展遙控同期功能驗(yàn)證。同期執(zhí)行情況以報(bào)告的形式記錄在測控裝置內(nèi)，只支持本地化查詢。測控裝置具備同期方式的自適應(yīng)判斷，由于測控自適應(yīng)判斷模式存在電壓采集回路異常導(dǎo)致非同期并網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，所以要求調(diào)控端具備同期判斷方式的手動選擇。

大部分測控只具備外送斷路器兩側(cè)電壓、頻率，不具備實(shí)時(shí)角度的外送，外加信號傳輸?shù)秸{(diào)控端傳送時(shí)間長、環(huán)節(jié)多，調(diào)度端的顯示值與電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行值相差較大，調(diào)度端顯示的同期相關(guān)遙測值只能對同期模式選擇起作用，事故處理中，調(diào)控員無法實(shí)時(shí)監(jiān)控到并網(wǎng)兩端電網(wǎng)的準(zhǔn)確運(yùn)行數(shù)據(jù)。

1.2 同期合閘模式

同期合閘模式分為檢同期、檢無壓、強(qiáng)制合閘方式，并要求測控裝置收到對應(yīng)的合閘命令不能自動轉(zhuǎn)化合閘方式[1]。

1.2.1 檢同期

檢同期合閘又分為同期合和合環(huán)合，其中，同期合也稱為并網(wǎng)或并列，一般用于兩個(gè)系統(tǒng)之間的斷路器同期合閘，特點(diǎn)是斷路器兩端的系統(tǒng)頻率不相同，如果頻率差大于0.2Hz時(shí)或者電網(wǎng)兩側(cè)相角差3秒鐘發(fā)生轉(zhuǎn)動超過5度被認(rèn)為是頻差并網(wǎng)，需要捕捉同期[5]，當(dāng)頻差在0Hz～0.5Hz內(nèi)變化時(shí)，合閘相位角不超過3.6°[1]，在差頻并網(wǎng)過程中，必須嚴(yán)加控制“相角差”這一指標(biāo)，否則將對系統(tǒng)造成極大的沖擊[2]。合環(huán)合，一般用于同一個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)斷路器合閘，特點(diǎn)是斷路器兩端的系統(tǒng)頻率基本相同（頻差小于0.02Hz），不需要捕捉同期，只要壓差和角差滿足即可同期出口合閘。同期合與合環(huán)合的區(qū)別是同期合需要捕捉最小合閘相角差。

1.2.2 檢無壓和強(qiáng)制合閘

當(dāng)兩側(cè)或任一側(cè)電壓幅值低于無壓定值，同期按照檢無壓出口合閘。強(qiáng)制合閘就是不經(jīng)同期檢測直接合閘出口，一般在試驗(yàn)定檢中會用到，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，不允許選擇強(qiáng)制合閘的方式，都要經(jīng)過同期模塊的檢無壓或檢同期檢測后才能出口合閘。

1.3 同期觸發(fā)條件

變電站測控的同期功能一般用于斷路器的合閘，所以同期功能的啟動依賴以合閘命令的觸發(fā)，在合閘命令有限期內(nèi)，根據(jù)裝置當(dāng)時(shí)的運(yùn)行工況選用不同的合閘判據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)的控制[4]。測控的合閘分為遙控合和就地合，就地合通過一對硬節(jié)點(diǎn)遙信觸發(fā)同期功能的啟動，遙控合通過內(nèi)部邏輯觸發(fā)同期功能的啟動。

1.4 變電運(yùn)行模式

隨著變電運(yùn)行設(shè)備可靠性、穩(wěn)定性的提高，變電站運(yùn)行模式已從有人向少人、無人轉(zhuǎn)變，監(jiān)控端也已將監(jiān)控業(yè)務(wù)和調(diào)度業(yè)務(wù)進(jìn)行了有效融合，整個(gè)電網(wǎng)設(shè)備的監(jiān)控形成了調(diào)控+巡維的運(yùn)行模式。

1.5 調(diào)控端遠(yuǎn)方并網(wǎng)

調(diào)控一體運(yùn)行后，正常設(shè)備的操作及事故處理均由調(diào)控端下發(fā)控制命令。調(diào)控端遠(yuǎn)方并網(wǎng)前，需要先核對兩側(cè)的電壓值、頻率，采用遙控投入檢無壓或檢同期壓板的方式實(shí)現(xiàn)同期方式的人工選擇，再進(jìn)行斷路器的遙控合閘，測控即可按照選定的模式開展同期檢測判斷。對于不具備同期方式選擇的，調(diào)控端直接下發(fā)斷路器遙控合閘命令，由測控自動判斷合閘方式。在調(diào)度端設(shè)定的遙控響應(yīng)時(shí)間內(nèi)未收到斷路器的合閘位置，即認(rèn)為測控出現(xiàn)了同期條件不滿足而閉鎖的情況，具體閉鎖原因需要巡維人員到測控上調(diào)取同期報(bào)告方能知曉，在緊急事故處理需要盡快并網(wǎng)的情況，需要調(diào)控員不斷下發(fā)遙控合閘命令進(jìn)行最小合閘相角差的捕捉。

2 調(diào)控運(yùn)行模式對測控同期的需求

隨著調(diào)控一體化逐步推進(jìn)，測控裝置同期閉鎖情況無法反饋調(diào)控端，調(diào)控人員進(jìn)行同期并網(wǎng)時(shí)，需要多次遙控操作進(jìn)行最小合閘相角差的盲目捕捉等問題，暴露出測控裝置同期功能已不滿足調(diào)控運(yùn)行模式的要求，需要對測控的同期功能進(jìn)行改進(jìn)。

3 測控同期高級應(yīng)用研究內(nèi)容

3.1 同期閉鎖情況反饋遠(yuǎn)方

同期合閘時(shí)，運(yùn)行人員更關(guān)注同期閉鎖的原因，《變電站測控裝置技術(shù)規(guī)范》（DL/T 1512-2016）規(guī)定的測控裝置處理檢同期、檢無壓、強(qiáng)制合閘方式的流程圖中已明確了同期閉鎖操作時(shí)應(yīng)上送閉鎖原因，目前，閉鎖原因僅以同期報(bào)告的形式上送在測控裝置內(nèi)，不具備閉鎖原因外送遠(yuǎn)方的功能，對于已實(shí)現(xiàn)調(diào)控一體化且電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱的廠站，具備“同期閉鎖原因外送遠(yuǎn)方”的功能顯得更加急迫。

調(diào)控端顯示的電壓幅值和頻率，僅能在同期模式選擇環(huán)節(jié)輔助調(diào)控員進(jìn)行直觀判斷，針對調(diào)控員更加關(guān)注的遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)過程中的壓差、角差、頻差、滑差，為不增加通道傳輸開銷，將壓差、角差、頻差、滑差四個(gè)遙測轉(zhuǎn)換為更加直觀的遙信，采用將同期報(bào)告中壓差、角差、頻差、滑差與同期定值進(jìn)行比較的方式得到相應(yīng)的虛擬信號，如壓差大于定值合成“同期壓差大”的虛擬遙信、角差大于定值合成“同期角差大”的虛擬遙信，頻差大于定值合成“同期頻差大”的虛擬遙信，滑差大于定值合成 “同期滑差大”的虛擬遙信，再將這些虛擬信號上送給調(diào)控端，調(diào)控員根據(jù)這些虛擬信號可以知道具體的同期閉鎖原因，然后對電網(wǎng)做出相應(yīng)的調(diào)整和處置，提高下一次遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)成功幾率。

3.2 自動遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)預(yù)估功能研究

自動遠(yuǎn)方并網(wǎng)同期點(diǎn)預(yù)估功能，是在測控上開展的最主要的同期高級應(yīng)用開發(fā)，主要針對調(diào)控端遠(yuǎn)方并網(wǎng)的現(xiàn)狀，在頻差并網(wǎng)需要捕捉最小合閘相位角的情況下應(yīng)用。

3.2.1 所處環(huán)節(jié)及啟動條件

自動遠(yuǎn)方并網(wǎng)同期點(diǎn)預(yù)估功能是嵌入在檢同期合閘模式中進(jìn)行應(yīng)用的，其所處的流程環(huán)節(jié)如圖1所示。它在第一次同期捕捉失敗后自動啟動，取代調(diào)控端不斷下發(fā)遙控命令進(jìn)行同期捕捉的過程，與測控裝置原有的依賴合閘命令觸發(fā)同期檢測并不矛盾，有第一次合閘命令觸發(fā)同期進(jìn)行同期捕捉失敗后，才有自動遠(yuǎn)方并網(wǎng)同期點(diǎn)預(yù)估功能的開始，一旦出現(xiàn)與預(yù)估相關(guān)的信號就說明裝置在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未捕捉到同期點(diǎn)。

3.2.2 原理

調(diào)控端遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)，一般應(yīng)用于一側(cè)是系統(tǒng)側(cè)，頻率穩(wěn)定在50Hz，一側(cè)是孤網(wǎng)側(cè)，頻率不固定，孤網(wǎng)側(cè)能運(yùn)行成功，說明孤網(wǎng)側(cè)發(fā)電機(jī)組與負(fù)荷的一次調(diào)頻特性能滿足要求，孤網(wǎng)側(cè)頻率總體是往標(biāo)準(zhǔn)的50Hz靠近的一個(gè)過程，機(jī)組與負(fù)荷的一次調(diào)頻所用的時(shí)間為秒級，不是一個(gè)突變量。根據(jù)該過程，自動遠(yuǎn)方同期點(diǎn)預(yù)報(bào)功能基于斷路器兩側(cè)系統(tǒng)在并網(wǎng)前運(yùn)行較為穩(wěn)定不會出現(xiàn)大的波動，兩側(cè)系統(tǒng)頻率分布點(diǎn)比較集中，以系統(tǒng)兩側(cè)電壓頻率差的歷史值作為樣本參數(shù)導(dǎo)入預(yù)估并網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型中，在一個(gè)固定的時(shí)間長度的中尋找下次合適并網(wǎng)的預(yù)估時(shí)間點(diǎn)。

預(yù)估時(shí)間點(diǎn)的尋找基于越前時(shí)間的同期原理，充分利用裝置測量信息對斷路器兩側(cè)電壓的相位差的變化建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)模型進(jìn)行同期點(diǎn)預(yù)報(bào)[3]。相位差的產(chǎn)生是由于頻率的不一致引起，直接用頻率差來取代相位差建立數(shù)學(xué)模型，每個(gè)周波對斷路器兩側(cè)的相角差進(jìn)行測量計(jì)算，取最新的n點(diǎn)的頻率差？駐fi，按先后順序，形成n點(diǎn)頻率差序列？駐f=[？駐f0，？駐f1，…？駐fn-1]，其中？駐fn-1為根據(jù)最新接收的采樣值數(shù)據(jù)測量出的斷路器兩側(cè)頻率差，為保證預(yù)估的準(zhǔn)確性又不大額增加測控裝置的硬件開銷，對頻率差序列？駐f進(jìn)行排序去掉兩個(gè)最大、最小的頻差，再對剩余的有效頻差序列求取算術(shù)平均值得到式（1）？駐f，最后將式（1）轉(zhuǎn)換為時(shí)間即可得到預(yù)估功能的相對時(shí)間式（2）

在當(dāng)前時(shí)間的基礎(chǔ)上加上預(yù)估相對時(shí)間？駐T，即可得到遠(yuǎn)方并網(wǎng)同期點(diǎn)的絕對預(yù)估時(shí)間，所以遠(yuǎn)方并網(wǎng)同期點(diǎn)的預(yù)估時(shí)間是一個(gè)未來的計(jì)劃時(shí)間。根據(jù)公式（2），平均頻差？駐f越小，捕捉最小合閘角所需時(shí)間越長。

3.2.3 預(yù)估程序運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)調(diào)控端遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)需要考慮信號的傳輸及人員的操作時(shí)延，設(shè)計(jì)自動遠(yuǎn)方同期點(diǎn)預(yù)估功能運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)模型如圖2所示：

預(yù)估功能在t0時(shí)間開始啟動，t0～tp為預(yù)估功能的運(yùn)行周期，t1為預(yù)估到有并網(wǎng)點(diǎn)（最小合閘角）的時(shí)間，t1～t2為預(yù)留給調(diào)控員的操作時(shí)間Td1，Td1是一個(gè)固定時(shí)間，即t2=t1+Td1；t2～t3為預(yù)估并網(wǎng)點(diǎn)靶區(qū)Td2，也是調(diào)控員允許一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)最長的并網(wǎng)時(shí)間。預(yù)估的同期點(diǎn)必須落在Td2期間內(nèi)，若落在Td1期間內(nèi)則放棄并繼續(xù)預(yù)估，調(diào)控員的操作時(shí)間Td1和預(yù)估并網(wǎng)點(diǎn)靶區(qū)Td2隨每次預(yù)估到有并網(wǎng)點(diǎn)的t1時(shí)間而進(jìn)行位移。

4 應(yīng)用前景展望

需要遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)的時(shí)候，調(diào)控員下發(fā)斷路器遙控合閘命令，測控進(jìn)行同期捕捉，同期捕捉失敗后自動進(jìn)入遠(yuǎn)方并網(wǎng)同期點(diǎn)預(yù)估功能，預(yù)估到有并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)，向調(diào)控端上送“預(yù)估下次同期并網(wǎng)時(shí)間”的變位遙信和預(yù)估的并網(wǎng)點(diǎn)SOE（未來時(shí)間），調(diào)控員根據(jù)SOE的時(shí)間提示，在一個(gè)合適的時(shí)間下發(fā)遙控命令。根據(jù)遠(yuǎn)方并網(wǎng)同期點(diǎn)預(yù)估功能的原理分析，頻差越小，同期捕捉時(shí)間越長，為了調(diào)控端與測控的有效配合，提高遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)的成功幾率，可以適當(dāng)延長同期捕捉的時(shí)間定置，如果測控在圖2中的tp時(shí)間到達(dá)前都未找到并網(wǎng)點(diǎn)則向調(diào)控端返回“預(yù)估下次同期并網(wǎng)失敗”變位遙信。

本次研究內(nèi)容提供的同期閉鎖情況反饋遠(yuǎn)方功能，能提醒調(diào)控員進(jìn)行相應(yīng)的電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)調(diào)整，便于下一次同期并網(wǎng)的成功。遠(yuǎn)方并網(wǎng)同期預(yù)估功能對于小頻差的差頻并網(wǎng)合閘角度難于捕捉的問題，能間接的協(xié)助調(diào)控員進(jìn)行同期捕捉，預(yù)估結(jié)果的提供能使調(diào)控員的操作更具有針對性，從根本上解決調(diào)控員盲目合閘進(jìn)行同期捕捉的情況。

隨著用戶對供電可靠性要求不斷提升，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的日趨緊湊，在并網(wǎng)過程中斷路器同期合閘操作越來越多[4]。隨著集約化管理要求的提出，調(diào)控一體化的運(yùn)行模式將逐步從220kV高電壓等級覆蓋到35kV低電壓等級，容量小的水電機(jī)組均通過35kV線路進(jìn)行送出，高電壓等級的變電站由于供電方式靈活、可靠性高，使用同期高級應(yīng)用進(jìn)行遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)的幾率較小，對于低電壓等級的變電站或水電豐富、分散，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱的地區(qū)，雨季線路跳閘頻繁，常需要調(diào)控員進(jìn)行遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)，本次的研究成果可以大量的應(yīng)用在低電壓等級的調(diào)控廠站，將使調(diào)控員遠(yuǎn)方并網(wǎng)成功率得到提高，事故處置速度得到提升。

5 結(jié)束語

通過測控裝置同期功能、同期模式、變電站運(yùn)行模式及調(diào)控員遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)的現(xiàn)狀分析，得出現(xiàn)有測控裝置同期功能與調(diào)控一體運(yùn)行模式不匹配的問題，提出一種包含同期閉鎖反饋調(diào)控及遠(yuǎn)方并網(wǎng)同期預(yù)估功能的測控遠(yuǎn)方同期并網(wǎng)高級應(yīng)用研究，能提高調(diào)控端的同期并網(wǎng)成功率，提高調(diào)控員的事故處置速度。

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