廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 何井龍 胡宇陽 朱敦麟 李培愷

1 引言

電網(wǎng)體系運(yùn)行控制需滿足以下兩個(gè)方面的需求，第一個(gè)方面為時(shí)間尺度，包括電網(wǎng)系統(tǒng)的快速反應(yīng)控制和長(zhǎng)期穩(wěn)定控制。第二個(gè)方面為空間尺度，包括電網(wǎng)各層級(jí)之間不同層次的電網(wǎng)運(yùn)行控制。電力系統(tǒng)的保護(hù)、安全控制、應(yīng)急控制在電網(wǎng)控制系統(tǒng)中是相互獨(dú)立的[1]。為了實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)最優(yōu)協(xié)調(diào)的控制目標(biāo)，需要分析各級(jí)保護(hù)控制功能之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)協(xié)調(diào)。

2 控制策略的緊急控制平面與調(diào)度監(jiān)控平面

為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全運(yùn)行的目標(biāo)，安全防御和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化是電網(wǎng)控制的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架必不可少的兩項(xiàng)。一是安全防御控制。其是電網(wǎng)運(yùn)行的核心，主要包括預(yù)防、應(yīng)急控制和恢復(fù)控制。二是運(yùn)行優(yōu)化控制。電力系統(tǒng)因各個(gè)控制目標(biāo)不同，不同的承載平臺(tái)負(fù)責(zé)實(shí)施不同的時(shí)間尺度控制，以保證控制質(zhì)量。以此可細(xì)化分為緊急控制平面和調(diào)度監(jiān)控平面，如圖1所示。

圖1 電力二次控制平面及其功能承載示意

運(yùn)行監(jiān)視，主要包括各個(gè)電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)，電壓電流等數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)計(jì)量等；協(xié)調(diào)運(yùn)行控制，包含智能電網(wǎng)系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)，頻率調(diào)節(jié)，電壓電流的優(yōu)化控制等；運(yùn)行操作，主要包括遙控調(diào)節(jié)、壓板定值保護(hù)等遙控操作控制和程控操作；預(yù)警與防御，包括對(duì)智能電網(wǎng)實(shí)運(yùn)行時(shí)的安全預(yù)警、故障分析、在線校核等。其功能范圍如圖2所示。

圖2 廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的定位

3 智能電網(wǎng)運(yùn)行控制功能的層級(jí)分析

電網(wǎng)的多級(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)基于“數(shù)據(jù)分層分布式處理、功能分層分布式布局”的原則，電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)可劃分為幾個(gè)層次，廣域電網(wǎng)、站域系統(tǒng)和區(qū)域電網(wǎng)。劃分為多個(gè)層級(jí)[2]，各層級(jí)間相互作用，如圖3所示。應(yīng)急控制平面相關(guān)功能則是由變電站監(jiān)控系統(tǒng)、智能遠(yuǎn)程電機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

圖3 多層級(jí)的運(yùn)行控制功能配置

4 智能電網(wǎng)的多層級(jí)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)構(gòu)架運(yùn)用分析

保護(hù)控制系統(tǒng)包括傳統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置和廣域保護(hù)控制系統(tǒng)，可分為間隔層、站域?qū)印V域網(wǎng)層和廣域網(wǎng)層，如圖4所示。

圖4 廣域保護(hù)控制系統(tǒng)層級(jí)劃分示意

保護(hù)設(shè)備可直接接入IED主節(jié)點(diǎn)，通過區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)各電站的保護(hù)設(shè)備來控制和保護(hù)區(qū)域電網(wǎng)[3]。保護(hù)控制功能描述為：

功能相關(guān)的IED為={dev1，dev2… ，devs}，P={ p1，p2，…， pn}，外部接收到IED信息子功能均為進(jìn)程，主要包含計(jì)算進(jìn)程和執(zhí)行進(jìn)程；在devpx上分布的進(jìn)程px的計(jì)算公式如下：

其中Msgpx為外部信息集，infpx代表所在devpx的進(jìn)程內(nèi)部信息。其之間的連接如圖5所示。

圖5 保護(hù)控制功能模型

保護(hù)控制功能運(yùn)行正常，IED完整正確，各消息正確請(qǐng)求和連接正確的概率為：

假定所有IED具有一定的可靠性，即Rdev.i= μ；同時(shí)所有通信連接可靠性也是一定的，即Rl.ij= γ ；則有：

智能電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)的進(jìn)程數(shù)量n與外部通信連接數(shù)l有關(guān)，其中IED數(shù)量記作m=n+1。如果保護(hù)控制系統(tǒng)含有N個(gè)IED，其系統(tǒng)內(nèi)布置如下：

分散布置方式下：

顯然，mcon＞ mdis；若

分散式布置的可靠性高于集中式布置。因此，廣域保護(hù)控制應(yīng)該是分布式的保護(hù)策略。控制子站系統(tǒng)應(yīng)有足夠的靈敏度，子站線路的接地距離和范圍應(yīng)保證線路正常運(yùn)行，線路間隔需相同。接地距離范圍配合整定，同時(shí)與線路相接的變壓器需要配合側(cè)變電站的變壓器，以達(dá)到差動(dòng)保護(hù)的目的，即有：

可靠系數(shù)krel≤ 0.8，靈敏度系數(shù)ksen≥1.2。通常，變壓器短路保護(hù)范圍按公式（8）整定計(jì)算原理[4]，相應(yīng)的保護(hù)范圍按整定計(jì)算原理和跳閘判別邏輯，各種典型故障判別結(jié)果見表1。

表1 各種典型故障的動(dòng)作判別結(jié)果

該動(dòng)作特性與常規(guī)保護(hù)和導(dǎo)頻保護(hù)的動(dòng)作特性一致，可以滿足隔離輸電線路的故障要求，電網(wǎng)基態(tài)時(shí)的運(yùn)行臨界狀態(tài)見表2。

表2 基態(tài)下電網(wǎng)關(guān)鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)

根據(jù)黃埔B電廠的數(shù)據(jù)表[5]。各狀態(tài)下，電壓控制過程中系統(tǒng)狀態(tài)變化及控制指令見表3。

表3 二級(jí)電壓控制流程表（一）

在基態(tài)狀態(tài)時(shí)，假設(shè)三級(jí)電壓控制時(shí)的中樞母線的電壓設(shè)定值為1.03p.u.，其控制流程如表3所示。中樞節(jié)點(diǎn)控制第一階段中，發(fā)電機(jī)和STATCOM的無功出力分別為220.9MVar和28.4MVar。經(jīng)過第二階段無功置換。置換后STATCOM的無功出力由28.4MVar下降了22.9MVar，而發(fā)電機(jī)的無功由220.9MVar上升了23MVar。此狀態(tài)下，二級(jí)電壓控制過程中系統(tǒng)狀態(tài)變化及控制指令見表4。

表4 二級(jí)電壓控制流程表（二）

5 結(jié)語

本文提出了一種“雙平面、多層次”的電網(wǎng)運(yùn)行控制體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)各等級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行控制的不同要求，提出雙平面控制結(jié)構(gòu)。根據(jù)分級(jí)分布原理，分析了應(yīng)急控制和調(diào)度監(jiān)控兩個(gè)平面的相互作用和協(xié)作方式及故障原因。驗(yàn)證了多級(jí)運(yùn)行控制體系結(jié)構(gòu)下，各分級(jí)結(jié)構(gòu)配置的合理性。給出了具有動(dòng)態(tài)無功功率的電壓協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。