网络备自投控制系统设计与控制.doc

网络备自投控制系统设计与控制刘兵，屠黎明，姚斌，张志强（北京四方继保自动化股份有限公司，北京市 100085）刘炜，谢善益（广东电网公司，广州市 510080）摘要：基于EMS信息，提出自适应的网络备自投模型，通过预决策方法，优化备用电源过载切负荷控制策略，以及优化备自投模式，考虑小电源的影响，实现和本地备自投、稳控系统、保护装置的配合，保证备用电源自投成功后电网安全稳定运行。关键词：备自投装置；预决策；安全稳定控制；过载中图分类号：TM762.141. 概述随着社会经济的发展，电网规模日益扩大，电网结构越来越复杂，用户对供电的质量和可靠性也越来越高。为满足电网的经济、安全运行，电网接线一般采取闭环设计、开环运行模式。一些220kV环网解环运行，220kV母线分列，使得短路电流得到控制，解决了局部电网正常运行情况下线路过载问题和N-1故障情况下部分线路严重过载问题，提高了输电能力，但产生了一些母线甚至变电站由单侧电源供电的情况，降低了供电可靠性。备用电源自动投入装置（简称备自投）作为提高供电可靠性的有效手段1-8。常规备自投基于就地的信息, 按照预定的“操作序列表”实现备用电源自动投入，无法适应运行方式的变化，无法解决复杂的远方备用电源自动投入，无法实现不同备自投模式的优化。就地备自投控制策略无法实现与安全稳定控制装置、保护装置的动作配合，没有考虑小电源、低压电容器对备自投策略的影响，无法优化备用电源投入后的过载切负荷控制策略3-8。随着自动化技术、通信技术和网络技术的发展，电网调度自动化系统稳定可靠运行，基础数据采集完备，为网络备自投控制系统（简称网络备自投）的开发和实施提供了物质和技术基础。基于EMS系统的信息，通过预决策方法，优化备用电源过载切负荷控制策略，以及优化备自投模式，制定备自投操作开关序列和切负荷控制策略，实现和本地备自投、稳控系统、保护装置的配合。在工作电源因故消失后，通过“在线匹配”，网络备自投迅速启动，进行充电条件、放电条件和动作逻辑校验，执行备自投操作开关序列和切负荷控制策略，提高供电的可靠性。2. 网络备自投模型备自投模型的基本要素：故障电源、失电区域（失电母线）、备用电源、操作开关、充电条件、放电条件、启动条件和备自投逻辑。任何一种独立恢复供电的方式，定义为一种“备自投模式”。建立适应运行方式变化的备自投模型，即是建立从故障电源集到备自投模式集的映射：图 2.1 网络备自投模型在当前运行方式下，对任何工作电源故障跳闸，自动搜索对应的失电区域，确定和“失电区域”相关联的备用电源及相应的操作开关，可能生成多个满足条件的备自投模式。根据故障工作电源、失电区域、备用电源和相应的操作开关等之间的关联属性，自动生成充电条件、放电条件、启动条件及备自投逻辑。3. 网络备自投控制策略3.1 运行方式识别网络备自投控制策略是针对特定的运行方式有效，应准确反映“设定的区域”内电网运行状态的变化。利用网络拓扑分析技术，有效识别运行方式变化，包括元件投停、元件间关联属性、故障后可能的孤网方式、潮流有向图、备用联络通道以及可操作的开关状态。3.2 区域故障判别和常规备自投不同，网络备自投应在控制的区域范围内考虑工作电源故障。目前，EMS系统数据刷新延时较大（秒级），同一报文可能反映区域内不同元件的故障信息，因此，区分跳闸的故障元件和故障类型比较困难。当工作电源故障跳闸后，通过网络拓扑分析，可以识别跳闸开关、失电区域，以及相应的备用电源和相应的操作开关。如何区分工作电源故障跳闸，或稳控系统切负荷、母线故障甩负荷，理想方案通过EMS稳控系统切负荷、母差保护动作信号报文区别。但目前稳控系统仅仅上送切负荷动作报文，不区别切负荷的线路名称，部分110kV变电站母线段未配置母线保护装置，因此需要借助EMS故障报文，辅助电气量变化区分判断。对稳控系统切负荷、母差保护动作甩负荷情况，应立即闭锁备自投逻辑。对工作电源和备用电源取自同一电源的情况，工作电源或上级电源故障时，应增加躲过工作电源故障的条件，在备用电源瞬时失压时不立即放电，避免备自投拒动。对由于开关偷跳导致相关母线失电情况，可以借助稳控装置“无故障跳闸”判断逻辑结合开关状态识别。对具备重投条件的变电站，自动投入偷跳开关，或相关的热备用开关，实现及时供电。3.3 和保护配合3.3.1 躲重合闸时间工作电源故障跳闸后，网络备自投整定延时应躲过线路开关重合闸时间（包括慢速重合闸的场合），时间应保留一定的裕度。重合成功，则闭锁备自投。重合不成功时，执行备自投。3.3.2 和母线保护配合如果在母线及其相连设备（如电压互感器）故障引起失电的情况下，应闭锁备自投，避免将备用电源自动投入到故障母线，对母线及其相连设备（如电压互感器）再次冲击，导致设备损坏，事故扩大。对部分110kV站母线段未配置母线保护装置的情况，借助开关状态，辅助电气量变化以及延时判断母线故障。3.4 和安全稳定控制装置/系统配合在电力系统承受“严重故障”扰动后，安全稳定控制装置/系统（简称“稳控”）采取必要的控制措施，比如切负荷，保证系统安全稳定运行。通常，稳控控制的负荷，必须保证在需要时能有效地被切除，同时闭锁备自投恢复供电。基于EMS的网络备自投通过采集稳控动作信号，辅助电气量变化，修改备自投的控制策略，实现备自投动作的选择性。和稳控配合，实现备自投动作的选择性，考虑以下情况：（1） 对解决暂态稳定问题，稳控切负荷控制，包括失步振荡后切负荷再同步控制，闭锁被切除负荷再次投入。（2） 对检测（220kV）线路过载或三跳时稳控所切除的负荷线路，备自投装置不能将该负荷线路再次投入到检测过载或三跳的线路供电的负荷区内。（3） 对低频低压减载所切除的负荷线路，设置“低频低压校验逻辑”，结合元件的关联属性，闭锁备自投功能，或禁止将被低频低压切除的负荷线路投入由原系统供电”。3.5 负荷转供对失电区域内的负荷备自投于稳定运行的“孤网系统”，将导致“孤网系统”低频事故，因此在备自投前，必须根据转供负荷量切除部分负荷，以便保证重要负荷供电，以及“孤网系统”稳定运行。3.6 小电源的影响通常，母线无压是备自投动作条件之一，但对有小电源接入的系统，使得母线无压判据失效，导致备自投装置拒动。如果在小水电退出过程中，小水电的出口开关没有跳开，此时备自投备用电源线路，可能对系统造成较大冲击。此外，由于小电源的存在，备用电源投入可能产生“小电源和大电网非同期合闸”冲击。在上网小电源和就地负荷基本平衡的情况下，当发生工作电源故障跳闸时，频率维持在正常范围内（比如49.750.5Hz），母线电压维持在可接受的范围时（比如75%以上），表明孤网子系统能够稳定运行，应闭锁备自投系统，之后由手动使孤网子系统并网。在上网小电源不能满足就地负荷需求的情况下，当发生工作电源线路故障跳闸时，将引起就地局部电网的频率、电压下降，对不同运行方式，过渡时间有一定的差异，一般过渡时间较长。如果母线电压维持在可接受的低压值和失压定值之间（比如30%75%），应快速、可靠解列小电源，为备自投动作创造条件。对小电源作不直接带负荷而是作为系统电源一部分的情况，当发生工作电源线路故障跳闸时，如果备自投前先解列小电源，备用电源投入后将增加备用电源的负荷量，甚至过载，备自投前应先切除过载负荷量。3.7 过载控制备自投动作后，备用电源侧的设备过载有可能造成后备保护动作，扩大事故范围，因此有必要在备自投动作之前，进行切负荷控制，保证备用电源投入后系统安全稳定运行。3.7.1 潮流转移量采用预决策方法，对设定的“工作电源故障跳闸”集和相应可能的“备用电源”集进行潮流计算扫描，计算潮流转移方向、转移量，判断备用电源是否过载。正常运行情况下，具有备用电源过载预警功能。3.7.2 优化过载控制策略基于负荷灵敏度分析方法，制定最有效的切负荷控制策略。一般，节点电压在额定电压附近，支路两端相角差很小，线路电阻比电抗小得多，因此，采用直流潮流的近似计算，支路的有功潮流：单支路开断时概率分布。对任意k支路有：设定k支路为备用电源线路，支路k关于负荷i的灵敏度：优化切负荷控制指标：3.8 优化备自投策略备自投模型定义为从故障电源集到备自投模式集的多值映射，即任何工作电源故障跳闸，可能对应多个满足条件的备自投模式。因此，需优化不同的备自投模式。在电源线路故障后优化备自投模式，将失去控制的“时效性”，因此采取“预优化”方案。通过定义指标函数G（.），优化搜索，满足工作电源和备用电源关联度大，切负荷量小，操作开关数量小。指标函数：4. 网络备自投控制系统4.1 网络备自投控制逻辑图 4.1 网络备自投控制逻辑4.2 网络备自投控制配置网络备自投控制系统，按照“集中决策、就地控制”的原则设计。基于EMS的实时网络拓扑模型和实时数据，在接收到故障跳闸事故报文后，搜索对应的备自投模型，经充电条件、放电条件、动作逻辑校验后，由调度自动化系统下发控制命令。图 4.2 网络备自投控制系统结构示意图5. 总结通过建立从故障电源集到备自投模式集的映射，提出适应运行方式变化的备自投模型。通过预决策方法，优化备用电源过载切负荷控制策略，以及优化备自投模式。在工作电源故障跳闸时，通过“在线匹配”，实现优化控制，提高了供电可靠性，保证了电网安全稳定运行。网络备自投控制系统是对建设智能电网的有益探索。参考文献1 DL/T526-2002静态备用电源自动投入装置技术条件(General Specification for Automatic Bus Transfer Equipment).北京：中国电力出版社（Beijing：China Electric Power Press），20022 张伯明,陈寿孙,严正.高等电力网络分析（第2版）. 清华大学出版社,20073 杨文佳,张荫群,吴国丙,陈兴华,杨银国.广东电网备用电源自动投入装置标准化设计的研究J,南方电网技术,2009,3(Supplement):103-1074 张荫群,蔡镇坤.500kV变电站备用电源自投装置的功能设计和应用J.广东电力,2007,20(11):52-555 王锐,