（电力系统及其自动化专业论文）电网安全稳定控制系统中的接口程序.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t oa s s u r et h ep o w e rs y s t e mt or u ns t a b l ya n ds e c u r e l yi sav e r yi m p o r t a n tp r o b l e m t op e o p l e n o w a d a y s ，t h ec o n t r o lt op r e v e n tt h et r a n s i e n ts t a b l i t yo fp o w e rs y s t e m f r o mb e i n gd e s t r u c t e di ss t i l ia v e r ye x i g e n tt a s k a tp r e s e n t ，p r e d i g e s t e dc r i t e r i o n s ，o rl o c a ls t a b i1i z a t i o nc o n t r o l sw i t ht h e c u r et a b l ea c c o u n t e do f f l i n e ，a r ea p p l i e dt os t a b i l i t yc o n t r o lf a c i l i t y s ot h ec u r e t a b l es t i l ip l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei n t h ep o w e rs y s t e ms t a b i l i t yc o n t r o l b y d e s i g n i n gt h ec u r et a b l eo fl o c a ls t a b i l i z a t i o nc o n t r o la n d t r a n s m i t t i n ge a c h d i c t a t e ，w ec a na c t u a l i z et h ec o n t r o lo fd o w e rs y s t e m t h et h e s i sa n a l y z e st h es t r u c t u r eo ft h es t a b i l i t ya n ds e c u r i t yo fe l e c t r i cp o w e r n e t ，d i s c u s s e st h er e s e a r c hp r o j e c t ，d e s i g n st h ec o n t r o l p r o g r a ma n da r g u e st h e m e m o r yf r a m e b ya s s o c i a t i n gt h ea c t u a lp a r t so fe q u i p m e n t s ，t h es t a b i l i t ya n ds e c u r i t yo fp o w e r s y s t e mw i l lb ef o u n do u tc l e a r l y c h a p t e r2o ft h ist h e s i sa n a l y z e st h e t y p e so f p o w e rs y s t e m ，s p e c i f i c a l t yi n t r o d u c i n gt h ef u n c t i o nm o d u l eo ft h em a i ns t a t i o n t h em a j o rp a r to ft h i st h e s i si sr e s e a r c h e dt oc o n t r o lt h es t a b i l i t yo ft h ep o w e r s y s t e m ，s od is c u s s i n gt h ed e c i s i o n m a k i n gis e s s e n t i a l c h a p t e r3o ft h ist h e s i s s u m m a r i z e st h ef o r mo fd e c i s i o n m a k i n ga n de x p l a i n st h ep r i n c i p l ea n dd e m a n do f p r o g r a m ， t h eo f f l t h ec u r et a b l em u s tb e i n p u t t e dt ot h ec o n t r o l l a b l es y s t e m ，a n db e t r a n s m i t t e dt ot h ee x e c u t i v ee q u i p m e n tb yt h ep r o g r a ma c c o r d i n g t ot h ea c t u a lt h i n g s c h a p t e r4o ft h i st h e s i sa n a l y z e st h eq u e s t i o no fc u r et a b l e a c t u a l l y ，b r i n g sf o r w a r d t h ei d e ao fp r o g r a ma n dd e s i g n si t k e y w o r d s ：c u r et a b l e ，s t a b i l i t ya n ds e c u r i t yo fp o w e rs y s t e m ，c r i t e r i o n ，f u n c t i o n m o d u l e ，o f f l i n e ，d e c i s i o n m a k i n g 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 为了最大限度取得经济效益及减少投资，现代电力系统常处于重负荷运行 状态，系统稳定问题十分突出。由于电力系统机组容量大、输电电压高、分布 地域广、构成元件多和响应速度快，所以运行特性复杂，控制管理困难，一个 严重扰动可能波及全系统导致严重后果，因此保证电力系统的安全稳定运行有 着非常重大的意义。 电力系统安全稳定控制包括预防控制、紧急控制和恢复控制。 安全控制是电力系统安全运行的必要手段。电力系统受到扰动后，可能从 一种状态转为另种状态，在大扰动下可能进入危及系统安全的运行状态。为 了使系统保持安全运行，需要适当的安全稳定控制措施组成一个完备的防御系 统，必要时采取某些控制措施，比如通过查找决策表来进行控制。这些控制措 施也可以使系统从一种状态转为另一种状态，从而使系统的运行状态得到恢 复。 电力系统安全稳定运行的防御系统通常分为三道防线，第一道防线是安全 稳定预防控制。第二道防线和第三道防线都是紧急控制但第二道防线的目标 是保持系统的稳定性和完整性，而第三道防线的目标是防止系统崩溃。他们在 控制内容和目标上是有差别的。 我国在安全稳定控制方面的研究与应用现状川，目前广泛使用并有运行经 验的仍是基于离线确定策略表或控制逻辑的传统方式，今后的目标是开发出在 线预决策及实时匹配的稳定控制系统。安全稳定控制今后的研究方向应考虑到 系统的各种动态安全约束，改善算法的精确性和快速性，并能计及系统的动态 过程，考虑其与已有控制装置的协调作用和经济合理性。 电同安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕七学位论文 1 2电力系统稳定控制的理论 1 2 1 电力系统安全性、可靠性和稳定性 安全性是电力系统运行的三大主要指标之一。安全是第一重要的，电力 系统的事故不但给电力系统本身，而且给以之为动力的其他工业造成损失，给 人民生活和社会活动带来困难。电力系统的事故是国民经济的一大灾害。 随着电力系统容量越来越大，网络结构也越来越复杂，以前依靠调度人员 来考虑这样复杂多变的系统，并要求在很短的时间内做出正确的判断，显然是 不可能的。调度人员在一大堆远动信息前面不知所措，拖延了事故处理的时间， 甚至做出错误的决定，使事故扩大。 安全功能目的是实时地预测电力系统发生故障或故障进一步扩大的可能 性，预先采取措施，尽可能地避免事故的发生和发展，做到“防患于未然”。 1 安全监视 电力系统实际状态的在线识别，它根据电力系统各种实时运行信息，结合 网络结构和设备参数等，判断电力系统当前的运行状态。如处在紧急状态中， 就给出相应的校正措施或控制策略。 2 安全分析 动态安全分析：主要是指开断研究，即研究系统在经历诸如发电机、 线路及变压器等元件因故障开断后的状态，并检查母线电压和线路电流等有否 越限。它的方法是在网络结构或节点注入量改变的情况下进行潮流再计算。 对策显示：从控制理论来讲属于多变量的控制问题，通过控制变量( 发 电机出力和负荷，p v 节点电压) 的调整改变状态变量( 母线电压幅值和相角) 从而使输出变量( 电压、线路、电流等) 控制再一定的范围之内。 自动安全控制 电力系统运行状态分为以下几种：正常状态、紧急状态、恢复状态。 电同安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 紧急控制 斗 由扰动引起的状态变化 一一+ 由控制引起的状态变化 图1 1电力系统运行状态及转换关系图 可靠性就是保证不间断地向用户供应足够的质量符合规定的电能的能 力。 一种常用的方法是将电力系统分为发电、输电和配电等几个子系统，再根 据电能生产、输送和分配的特点，提出各子系统的可靠性指标。 稳定性： 对于一个动态系统的稳定性，从实用出发，分为简单稳定、不稳定、渐进 稳定和大范围渐进稳定。 由于着眼于系统的物理本质，故将系统安全稳定问题分为功角稳定、电压 稳定和频率稳定等来分析讨论。功角稳定又分为静态非周期稳定、振荡稳定和 暂态稳定。 1 2 2 电力系统的扰动和紧急控制 电力系统是一个由发电机、变压器、输配电线路和用电设备等很多单元 组成的，分布在广大地域的复杂大系统。电力系统的任务是不间断地向用户供 应质量( 电压和频率等) 合乎规定的电能，保持电力系统持续安全稳定运行是 完成这个任务的必要条件。 电力系统在运行中可能受到各种扰动，这些扰动可能分布在很广的地域和 电网安全稳定控制系统中的接e 1 程序3 浙江大学硕= 学位论文 时域上，对电力系统的影响也是各种各样的，为了保证电力系统的安全运行， 也需要采用各种相应的控制策略。电力系统最常见的扰动是短路。对于短路故 障，通常是由继电保护起动断路器来消除。但是还有些多重故障，即使继电保 护正确动作，仍难以避免事故扩大；而保护的拒动和误动，则将加剧事故的扩 大。为了防止或限制事故扩大，尽量减少事故损失和尽快恢复供电，在电力系 统中除了继电保护装置外，还必须配备必要的紧急控制装置。所以，紧急控制 装置也不是继电保护装置可以替代的。 电力系统中的扰动，如果处理不当或不及时，则可能发展扩大为系统性事 故，甚至可能造成大面积停电。 举纸说瞬 事故系统发生日期停电规模事故原因 影响容量最长停电 ( m w ) 时间( h ) 美国东北部 1 9 5 5 1 l ，92 5 0 0 0i 3输电线路过负荷连 锁跳闸，系统稳定破 坏，频率下降 美国p 埘系统 1 9 6 7 6 51 0 0 0 01 2同上反应，系统失 去稳定 美国纽约系统 1 9 7 7 7 ，1 35 8 0 02 5多重雷击系统解列， 甩负荷，电缆系统过 电压，发电机跳闸 加拿大魁北克 1 9 7 7 ，9 ，2 0 1 0 0 0 06 5 电压互感器爆炸，母 线故障， 法国系统 1 9 7 8 1 2 1 92 9 0 0 08 5输电线路过负荷，无 功不足，电压崩溃 加拿大魁北克 1 9 8 2 。1 2 ，1 41 5 3 0 0 7 电流互感器爆炸，多 重短路 美国西部系统 1 9 8 2 1 2 2 21 2 4 0 03 5铁塔倒塌，扩大事故 瑞典系统 1 9 8 3 1 2 2 71 1 4 0 05 3隔离开关故障，多 重故障，母线保护动 作 日本东京系统 1 9 8 7 ，7 2 38 1 7 03 4负荷增长过快，无 功不足电压崩溃 加拿大魁北克1 9 8 9 3 1 39 4 5 02 7地磁暴 电同安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 事故切除 1事故扩大1 叫( 继发性事故) r ，+ 预测控制校正控制 紧急控制 ，医五羽 一 停电j + 过程一状态信息卜控制信息 图1 2事故控制处理示意图 紧急控制要解决的问题： 防止系统稳定破坏；制止系统失步运行；限制系统电压过低：限制系统电 压过高：限制设备过负荷；限制系统频率过低；限制系统频率过高。 紧急控制的措施，可用一种措施，也可以使用多种： 汽轮机短暂或持续减功率( 快控汽门) ：无功补偿控制；动态电阻制动； 直流输电调制；切发电机；切负荷：发电机励磁系统强励、减励和附加稳定控 制( p s s 等) ；解列系统。 预测控制是根据扰动情况预测其影响，同时也预测可能采取的控制作用的 影响，按补偿原理选择和实现控制作用。由于扰动一般是离散的，电力系统中 某些控制措施如切机和切负荷等，也只能是离散进行，因此预测控制在很多情 况下也是采用离散形式。在紧急控制时，离散的预测控制往往是主要的控制措 施。 1 2 3 静态和暂态稳定控制 对于电力系统稳定控制，包括静态非周期稳定和暂态稳定，某些复杂电力 系统可以等值为简单系统，可以按一般的控制策略来进行控制。 但有些复杂电力系统如果过分简化则可能形成较大误差，因而需要按多机 系统进行分析和实施控制。多机系统的安全稳定控制，不但要考虑系统的非线 电同安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 性特性以及可能出现的多次不连续切换，如短路、跳闸、重合闸和再切除等外， 而且还要考虑各机组之间的相互影响，如果只采用分散就地控制，一般不易满 足要求。所以解决方法可以是采用集中控制，可电力系统分布在广大地域，稳 定控制要求速度很快，如暂态稳定控制般要求动作时间不大于0 2 0 3 s 。 要在这么短时间内在广大地域收集信息，确定控制策略后，又将相应的控制 信息送到广大地域去执行，是很困难的。特别是复杂系统的稳定控制作用量， 要在短时间内在线实时确定是非常困难的。但是如果用离线计算确定控制量， 则需要考虑系统结构和运行方式各种可能的变化以及各种可能的故障方式，计 算工作量很大，对控制要求高的系统甚至难以接受。 可以采用的方法是采用分层控制，如在就地控制基础上再加上全系统的协 调控制，但同样会遇到上述决策控制作用中的困难。 所以多机系统的安全稳定控制，至今仍缺乏比较成熟的结构简单和运行方 便的方案，国内外都在该领域内积极进行探索，尽量开发出更完善的控制方式 和装置。 电力系统的数学模型各式各样，取决于所要研究的现象和解决的问题。一 般来说，对最关心的现象和元件进行详细描述，而对于其余的元件做某种程度 的近似。这样有利于减少计算的复杂性和计算的负担，更好地理解所关心的问 题和设计出简单、容易实现的控制器。 1 2 4 电力系统分析内容和方法 l ，潮流分析a 潮流( 不计电压) 直流潮流法 b 电压和潮流a 牛顿一拉夫逐法 b p - q 分解法 2 故障分析a 对称故障节点导纳矩阵法 b 不对称故障对称分量法( + 对称故障计算) c 复杂多重故障一两( 多) 口网络+ ( 不对称故障计算) 3 稳定性分析 a 大扰动稳定性( 非线性微分方程) a 时域仿真( 显式) 龙格塔法( 4 阶) ( + 电压潮流计算) 龟两安全稳定控制系统中的接l j 程序 6 浙江大学硕士学位论文 ( 隐式) 梯形法( + 电压潮流计算) b 直接法能量函数法( e e a c ，u e p ，p e b s ) c 精确线性化微分几何法 直接反馈法 b 小扰动稳定性a 时域解法数值积分( 同上) 转移矩阵法 b 复频域法代数法( 劳斯一胡尔维茨法) 复数法( 根轨迹法) 频率法 特征值求解。全维( q r 法) b 降阶( s m a 法) 4 频率分析a 全系统频率( 单机模型) a 龙格库塔法 b 转移矩阵法 b 多机系统频率龙格库塔法( 4 阶) ( + 电压潮流计算) 5 电磁暂态分析( e m p t ) 时域仿真 6 次同步震荡( s s o ) 及纽振分析a 时域仿真法( e m p t ) b 特征分析法( 全维，降阶) c 扫频分析法 稳定控翻的方法 电力系统的稳定控制按构成原理可分为开环的离散控制和闭环的反馈控 制。目前预防控制和紧急控制的研究多集中于开环的离散控制，充分利用先进 的控制理论，开发满足电力系统稳定控制快速要求的闭环反馈控制装置应是今 后的一个发展方向。此外，直流输电系统也是可作为对交流输电系统的一个紧 急支援手段。m 预防控制的主要措施有调整发电机出力和改变潮流等。 暂态稳定分析要快速，而且希望对暂态安全进行定量分析。因此具备上述 两个要求的李雅普诺夫直接法就一直是研究的对象。 李雅普诺夫稳定性理论的特点在于满足充分性条件外，还具有其他一些特 电网安全稳定控制系统中的接1 2 1 程序 浙江大学硕： 学位论文 点：局部性质、渐进性质、初始扰动性质、同步性质。针对此理论的特点，对 其局限性很多学者进行了拓宽 目前用于电力系统暂态稳定分析的暂态能量函数法虽存在着可靠性问题， 在实际应用中，它仍可作为暂态稳定分析的一种辅助方法，在暂态稳定分析中 充当分类器或预处理的快速工具”1 。要解决暂态能量函数法用于电力系统暂态 稳定分柝中的问题，同时又要充分体现暂态能量函数法定量分析的优势，只有 借助于时域仿真方法，进行动态过程仿真。将这两种方法有机集成，发挥所长， 是解决现有暂态能量函数法可靠性问题的一种思路”1 。 当暂态稳定性分析嵌入e m s 后，e m s 提供的丰富的实时数据可以不断地用 于暂态稳定分析，日积月累，将产生大量的预想事故下系统的暂态稳定信息。 有效地利用这些信息对后续事故下系统的暂态稳定做出快速准确的预测，将 是十分重要和有意义的。 所以基于人工神经网络( a n n ) 方法的系统暂态稳定分析，是通过利用故 障后的系统状态作为特征输入，并利甩神经网络具有广泛映射能力的特点，预 测出系统的稳定性及故障极限切除时间。测试样本和训练样本的输入矢量都是 在同一模式采集到的，当测试样本有较多的训练样本跟其输入矢量相似甚至相 同时，由于系统的变化模式是一致的( 即系统动态演变的起点和过程相似甚至 相同) ，神经网络计算的精度可以得到很好的保证。如果要利用神经网络对更 为广泛的故障模式下的系统暂态稳定性进行计算，则应该用更多、更广泛的样 本进行训练。实践表明，基于人工神经网络的暂态稳定性分析计算精度较高， 在计算时间上的优势显著，可以用于暂态稳定性分析的扫描和c c t 的预估。但 基于人工神经网络的暂态稳定性分析方法也存在学习时间长、网络结构和学习 参数的选择经验性太强等弱点“1 。 提商哲态稳定性的控触i 1 ，快速故障切除速度及进行适当的重合闸。如三相重合闸、单相重合闸 及多相重合闸等。 2 提高系统输送能力的控制，主要是保持和提高系统各节点的电压，减 少输电系统的阻抗等，如发电机和调相机励磁、串并联电容强补偿和 电罔安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 切除并联电抗器等。 3 减少送受两端的功率不平衡程度，如送端切机、汽轮机快控汽门、电 阻制动和受端切负荷。 1 3 电力系统各种不稳定因素和措施 1 3 1 振荡稳定及其控制 电力系统振荡类型：电磁振荡、机械振荡、机电振荡、机电扭振互作用、 由于菲线性引起的参数谐振等。这些振荡中有些可以较快衰减，对系统安全影 响不大，也有些振荡，如机电低频振荡、机电扭振互作用的次同步谐振等，对 系统和发电机组有严重的威胁。 对于振荡稳定一般采用连续的控制措施。最常使用的是发电机的励磁控 制，随着灵活交流输电技术( f a c t s ) 的发展，晶闸管控制的并联补偿和串联 补偿等也是很有效的措施。 1 ，3 2 频率异常及其控制“。 电力系统频率反映了系统中有功功率的供需平衡情况，它不仅仅是电力系 统运行的重要质量指标，也是影响电力系统安全稳定运行的重要因素。 为了保证频率运行于额定值，通常在电力系统中采用了两类控制措施。一 类是正常运行时自动频率控制( a f c ) ，或称为自动发电控制( a g c ) ，其任务是 在负荷缓慢变化时，调节发电机的输出功率，以保持频率恒定；另一类是紧急 状态下的频率控制，出现有功功率大的扰动导致频率又大的偏差时，尽快恢复 频率至正常值，以保证电力系统的安全。 限制频率异常下降的控制一般有低频减载、低频低压解列和切负荷、发电 机低频自动起动和调相转发电、附加减载、按频率自动重合闸。 1 3 3 电压异常及其控制1 3 保持电力系统的电压处于规定水平，不仅是为了保证供电的质量指标，也 电网安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 是保持电力系统安全稳定运行的重要内容。由于电压严重异常而引起的设备损 坏、电压稳定破坏或电压崩溃( v o l t a g ec o l l a p s e ) ，曾导致国内外许多电力 系统发生大面积停电事故。 电力系统的电压是通过发电机、无功补偿设备和变压器分接头切换等控制 无功功率来维持的。在负荷急剧变化或系统发生事故时，可能引起无功功率严 重不平衡而导致电压异常。 电压异常有两种情况：电压过低和电压过高。 用于电压和无功功率控制的设施有： a 同步电机的无功功率输出； b 静止无功补偿( $ v c ) 和静止无功发生器( s v o ) ； c 可投切并联或串联电容器组； d 可投切并联电抗器； e 。变压器有载分接开关切换装置； f 就地或远方切负荷。 l _ 3 4 异步运行状态及其控制 稳定控制一般指保证系统稳定不致破坏的控制；消除异步状态控制则是指 稳定破坏后，出现异步状态时的控制。 消除电力系统异步状态有两种方法： a 使失步的系统各部分再恢复同步运行，称为“再同步”； b 将失步的系统各部分解列运行，称为“失步解列”。 1 4 本文的主要工作 本文分析了电网安全稳定控制系统的结构模型，对电网安全稳定控制系统 的研究方案做了较为深入的探讨。在离线安全稳定控制中，结合实际策略表输 入中的问题，主要解决的是离线安全稳定控制的录入问题，分析决策表存储结 构的具体算法。 电罔安全稳定控制系统中的接口程序 0 浙江大学硕士学位论文 第二章电网安全稳定控制系统及其方法 本章将介绍电网安全稳定控制系统实行的各种类型，重点介绍安全稳定控 制系统的研究目标和结构，详细说明安全稳定控制各个元件的功能，给出安全 稳定控制主站、予站和执行站的功能要求，模型的原理图，解释安全稳定控制 各个部分的作用，以及通讯问题等。完整概括了电力系统安全稳定控制的现实 应用模块。 2 i 电网安全稳定控制系统概论 2 1 1 电网安全稳定控制系统的研究现状 安全稳定控制系统是当系统出现紧急状态后，通过执行各种紧急控制措 施，使系统恢复到正常运行状态下的控制系统。电力系统安全稳定控制包括预 防控制、紧急控制和恢复控制。 目前广泛使用并有运行经验的仍是基于离线确定策略表或控制逻辑的传 统方式，以后希望开发出在线预决策及实时匹配的稳定控制系统。 安全稳定控制一般的实行在电网比较薄弱的系统中，比如有些地方是靠水 力发电为主，那就必须考虑丰水期和枯水期的情况下是否有安全稳定问题：如 果通过较长的单回线或双回线与系统相连，而发电厂离负荷中心又较远，电网 分布极不均匀，那也会有安全稳定的问题：还有跨省之间的联络线如果较弱，也 会产生问题。 提高电力系统安全稳定的主要有两个措施：( 1 ) 加强建设和合理安排电网 结构：( 2 ) 采用较完善的安全稳定控制措施。第一种投资一般很大，但能可靠 的在各种条件下提高安全性；后者所需资金较少，但可信赖程度稍差。普遍认 为电力系统正常运行及常见的扰动情况应由电网结构保证安全稳定，而对于 些较严重和出现概率较低的扰动，采用控制措施是合理的 电同安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 2 1 2 电力系统安全稳定控制的基本类型。” i 就地型稳定控制 就地型稳定控制装置单独安装在一个厂站，与其它安全稳定控制装置之间 不交换信息，没有通信联系，解决的是本厂站母线、主变或出线故障时出现的 稳定性问题。 这种控制装置通常只应用于可等值为单机一无穷大的系统中。在当今电力 系统中已难以找到单机一无穷大的典型模式，在一个厂站用就地稳定控制装置 就能解决电网稳定性的情况已经很少。 i i 区域稳定控制 区域稳定控制系统时指为了解决一个区域电网内的稳定问题而安装在两 个及两个以上厂站的安全稳定控制装置，经信息通道和通信接口设备联系在一 起组成的系统。区域稳定控制系统通常由一个主站、若干个子站和若干个执行 站组成，各站之间由通讯通道相连，相互交换系统运行信息，传送控帛4 命令。 目前大多数区域稳定控制采用的都是这种分散决策的区域稳定控制系统， 但主站和各子站内的控制策略表都是离线计算预先装设的，对于仅在主站中存 放策略表的区域安全稳定控制系统称为集中决策安全稳定控制系统。 i 集中管理区域控制 集中管理、区域控制是电力系统安全稳定控制发展的方向，为了防止电力 系统发生大的灾变事故，所有电网最终都可能形成这样的安全稳定控制系统。 集中管理、区域控制是高度统一管理全网情况下的各区域安全稳定控制系统， 同时不影响各区域稳定控制系统独立工作。集中管理、区域控制系统是一个分 层控制系统，由管理中心、主站、子站及终端站四个层次组成。管理中心设置 在网调中心或省调中心，主站设置在各5 0 0 k v 枢纽变电站或与5 0 0 k v 枢纽变电 站同一位置的发电厂，子站设置在各2 2 0 k v 变电站，终端站设置在1 l o k v 变电 站或更低电压等级的变电站。 形成安全稳定控制系统决策表的一般可分为1 离线预决策，实时匹配：2 在线预决策，实时匹配：3 在线动态等值，实时决策：4 在线实时分析决策等。 目前还是多采用离线的方式来进行决策。 电网安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 2 2 区域安全稳定控制系统的构成 2 2 1 区域安全稳定控制系统的基本结构。” 区域稳定控制系统通常由一个主站、若干个子站和若干个执行站组成，各 站之间用通道相连，相互交换系统运行信息，传送控制命令。 安全稳定控制系统通常将主站或子站设在不满足n l 暂态稳定要求的输电 线路两端的变电站或发电站，将其中一个处于枢纽位置的控制站选为主站，其 余站选为子站：执行站则设在控制措施执行地点所在的变电站，执行站根据具 体情况又可分为若干类。 图2 1 为一某区域电力系统，当线路a b 或线路a c 发生故障时，系统可能 失去暂态稳定。对于最严重的故障情况，需同时在变电站a 、a i 、a 2 、b 、b 1 、 b 2 、b 2 1 、c 、c 1 、c 2 、c 1 1 实旆安全控制措施才能使系统维护暂态稳定。 b 1 b c c 1c 1 i 一十= 斗一- 兰兰三十一 一r 一一- 一，tf - r - + b 2 1 8 2 c 2 一十一一 a l 图2 1区域电力系统接线示意图 根据区域安全稳定控制系统的设站原则，在a 1 、a 2 、b l 、b 2 、b 2 1 、c l 、 c 2 、c 1 1 八个变电站装设执行站，在b 、c 变电站设稳控子站，主站设在a 变电 站。与区域电力系统相对应的安全稳定控制系统的配置如图所示。其中，执行 站根据具体功能又可分为三类，c 1 、b 2 为第一类执行站，a l 、a 2 、b 1 、c 2 为 第二类执行站，b 2 1 、c 1 1 为第三类执行站。各站之间的通讯根据电网的实际情 况采用载波、微波或光纤传输。通常主站与子站、子站与子站之间采用双通道， 主站、子站与执行站之间采用单通道。 电同安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 通道b 图2 2区域安全稳定控制系统示意图 2 2 2 区域安全稳定控制系统的工作过程 具有安全稳定实时预测功能的“在线预决策，实时匹配”区域型分散决策 稳定控制系统的基本工作过程为： ( 1 ) 在正常运行方式下安全稳定控制系统的第一类执行站、第二类执行站、 子站采集本站的运行工况并传送给主站，同时主站也采集主站所在变电站的运 行工况。对于电网中其它各变电站的运行工况，则由调度中心的e m s 系统采集 并传送给主站。 ( 2 ) 主站根据各子站、执行站、调度中心传送上来的信息，确定电网的运 行方式。 ( 3 ) 主站根据所确定的电网运行方式，分析电网的静态电压稳定性，计算 静态电压稳定裕度及控制策略，给出报警信号或执行控制命令。 ( 4 ) 主站根据所确定的电网运行方式和预先给定的预想事故集，在线计算 每一种预想事故下系统的安全稳定控制决策，形成控制决策表。 ( 5 ) 主站将控制表下传给各子站。以上工作过程，每间隔一段时间进行一 次，间隔时间不得大于5 分钟。 ( 6 ) 同时装设在相关发电厂的基于g p s 技术的相角测量单元( p m u ) ，将电 厂母线的功角实时传送给主站。主站中的安全稳定预测模块，根据p m u 传送的 发电厂母线功角，对系统的暂态稳定性进行预测。若预测到系统将失去暂态稳 定，则向主站和各子站发出执行控制命令解锁信号( 在正常情况下控制决策执 行信号是闭锁的) 。 电网安全稳定控制系统中的接口程序1 4 浙江大学硕士学位论文 ( 7 ) 当可能使系统失稳的线路发生故障时，与该线路相关的主站或子站将 接收到故障信号。相关的主站或子站根据故障情况，查阅并判断是否与本站内 的控制决策表相符，若相符并且控制决策执行信号已解锁，则发出执行控制决 策命令。 2 2 3 主站的基本功能模块及应满足的功能要求。” 1 主站的主要功能 主站设置在枢纽变电站或与枢纽变电站同一位置的发电厂内，是整个安全 稳控系统的核心。主站的结构同时考虑了“在线预决策”和“离线预决策”两 种控制方式，并为将来实现“集中管理、区域控制”方案留有发展空间。主站 功能结构框架如图2 3 所示，其实高层网络只在接入在线预决策处理机的情况 下才扩展。 。 。1 1 。1 。 ：预决策处理机! i 一 ： ：一一一一一一一一一l e - - - n - e ! 一一一一一一一一一一一一j i 一：? 一一_ _ 二一一一 口决策攀 孳? 鳓 g 叫 ：。 光隔通讯接口( r s 4 8 5 、s p i 或c a n 。 厂站m 扩展通讯接口( 光隔)? 打调去 去 印试调 远 接接度 方 口口 中站 心 去 艇 方 站 出口闭锁信号 电出歪统： l 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 图2 3 主站基本构成 主站的主要功能： a 检测本站及各子站上送的运行工况信息( 与本站相连线路及主变的投、 电网安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 停状态，有功潮流等) ，据此判断电网当前的运行方式： b 按照本站的预想事故集，在线计算控制决策，生成控制策略表； c 分析电网的静态电压稳定性，根据稳定裕度给出报警信号或执行切负 荷控制； d 检测判断与本站相连线路、变压器的故障类型及母线故障、断路器拒 动等信息； e 根据故障情况和运行方式查找稳定控制决策表，按照控制决策进行就 地控制或远方控制： f 转发子站传送的控制命令，转发时需经就地判断，以提高命令转发的 可靠性： g 记录装置动作的情况、事故过程的数据并打印记录结果； h 可在调度中心监视稳控系统的运行情况，可将当前方式下的控制策略 表传送给调度中心，调度中心能够远方修改控制策略表： i 在有预决策处理机情况下，完成及时将系统运行信息上传给预决策处 理机，及从预决策处理机接受最新安全稳控策略表的工作等。 2 主站安全稳定装置硬件结构框图及各模块的功能 安全稳控装置的硬件应采用模块化结构生产，整个装置由标准化的模块拼 装而成。为了实现安全稳定控制装置的一般功能，稳控装置应包括以下主要模 块：信息采集单元处理机、数据通讯单元处理机、确定控制决策处理机、在线 预决策工控机系统、实时暂态稳定预测处理机、输入输出光电隔离板、输出中 间继电器模板、g p s 对时板、出口继电器模板、打印机接口模板、通讯接口模 板、交流变换器板、调制解调器板等。如图2 4 电网安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 键盘、 显示器 实时暂态稳定li 在线预决策lj 确定控制 预测处理机| i 系统工控机 i 决策处理机 开关量li 出口1 控制措施1 厂西习l| 继电板i ；， 工j 厂_ 二： 、控制措施k 光电隔离ij 输出中间i 坐h 竺皇辈赢号 tt 启动信号 数据通讯l 数据通讯 单元处理机iii 单元处理机2 翌讯i复翌|商陌面萌r7 接i 接口i 罡半匕= # m o d e i i 广| r 打印机 子站1 执行站l 于站m 执行站m 信息采集 单元处理机1 交流变 换器板 模i 拟量i 开关量 元件l 信息采集 单元处理机n 交流变 换器板 li 开关量 模拟量 元件r l 图2 4主站单套稳控装置的硬件结构框图 稳控装置中各模块的功能为： a 信息采集单元处理机：信息采集单元处理机采集与本站相关元件( 线路、 发电机、变压器等) 的信息( 电压、电流的瞬时值，分相跳闸信号、断路器合 闸位置等开关量) ，处理采集信息获得相关元件的电压、电流有效值、有功、 无功、频率及相角等，并根据信息的变化情况综合判断本元件的运行状态和故 障形式，将处理结果传送给确定控制决策处理机。通常一个标准的信息采集单 元处理机，采集一个元件( 如一条线路、一台变压器等) 的完整信息。 信息采集单元处理机应能够根据采集量的变化情况发出装置启动信号，启 动系统进入故障判别、控制策略查询程序。同时，应用启动信号解锁控制策略 输出中间继电器的出口。 信息采集处理机应能够对如下故障及扰动作出正确判断：线路或主变无故 障跳闸：相邻线路跳闸；单相瞬时接地故障：单相永久故障；两相短路故障； 三相短路故障；过负荷；系统振荡。 b 数据通讯单元处理机：通讯单元处理机用于本站与调度中心、相关子站、 执行站间的数据通讯处理。如接收调度中心送来的电网运行信息、策略表修改 命令和各予站送来的运行信息，向调度中心传送装置运行情况，向各子站传送 电网安全稳定控制系统中的接口程序t 7 浙江大学硕士学位论文 控制策略表，向相关子站、执行站发送控制命令等。 c 确定控制决策处理机：确定控制决策处理机根据信息采集单元处理机和 通讯单元处理送来的信息，综合判断电网运行方式，并将电网运行方式传送给 在线预决策工控机系统。接收在线决策工控机系统及调度中心传送来的控制决 策表，并能够将控制策略表转送至各子站；接收实时暂态稳定预测处理机传送 来的系统稳定性信号，以决定是否闭锁故障信号。接收信息采集单元处理机传 送的故障信号，查询控制策略表，发出就地或远方控制命令；转发在线预决策 工控机系统传送的静态电压稳定控制命令或报警信号等。 d 在线预决策工控机系统：接收调度中心e m s 传送来的电网运行信息，对 电网运行方式进行状态估计( 或接收确定控制决策处理机传送来的电网运行方 式) 。根据预先给定的预想事故集，应用大规模动态电力系统最优参数选取算 法( o p p s ) ，在线计算各种预想事故下的安全稳定控制决策。生成控制决策表， 并将控制决策表传送给确定控制决策处理机。在线预决策工控机系统还负责分 析系统的稳态电压稳定性，并将静态电压稳定的报警信号或控制命令传送给确 定控制决策处理机。 e 实时暂态稳定预测处理机：接收数据通讯单元处理机送来的相关发电厂 的功角信息，据此信息对电网的暂态稳定性进行预测，并将预测结果传送给确 定控制决策处理机。 f 输入输出光电隔离板：对引入确定控制决策处理机的开关信号和确定控 制决策处理机输出的开关信号进行光电隔离。 g g p s 对时板：应用g p s 信号对稳控系统的内部时钟进行对时。 h 输出中间继电器板：将确定控制决策处理机输出的控制信号放大；接 收信息采集单元处理机送来的启动信号，以决定是否将闭锁控制命令输出。向 变电站的中央信号系统发出稳控装置的运行情况。 i 出口继电器模板：将输出中间继电器板发出的控制信号传送给控制措 旌执行装置( 切负荷装置、切机装置、汽门快关装置等) 执行。 k 打印机接口板：接收本装置及另外同类冗余装置( 双机系统、三机容 错系统) 中确定控制决策处理机送来的信息，并传送给打印机打印。 1 通讯接口板：当稳控装置采用双机系统、三机容错系统时，实现各装 电网安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 置间的信息通讯。 m 交流变交换器板：将系统元件p t 、c t 引入的信号变换为适合于信息采 集单元处理机采样的信号。 n 调制解调器( m o d e m ) ：将稳控装置确定控制决策处理机要输出的二进 制串行数字脉冲信号调制成音频信号，经通道发送出去：将通道接收到的音频 信号解调成二进制串行数字脉冲信号传送给确定控制决策处理机。 3 主站安全稳定装置应配置的软件 安全稳定装置的许多功能是利用软件实现的，主站安全稳定装置应配置的 主要软件有： a 电力系统静态电压稳定分析、控制软件包。 b 电力系统状态估计软件。 c 电力系统安全稳定控制策略在线计算软件包。 d 基于g p s 相角测量单元( p m u ) 的暂态稳定实时预测软件； e 运行方式识别、控制策略查询软件： f 安全稳定控制系统支撑平台软件： g 测量采样、计算，启动判断、故障识别软件。 h 系统通讯软件。 4 主站安全稳定装置的总体配置( 组态软件等) 根据稳控系统的重要性及系统投资的大小，主站安全稳定装置的总体配置 方案有三种：单机系统、双机系统、三机容错系统。 单机系统：在主站只装设一套安全稳定控制装置。优点是投资省：缺 点是安全性和可靠性较低，当装置需要检修或修改定值时，整个系统将被迫退 出运行。 双机系统：在主站安装两套安全稳定控制装置，互为备用或一主备 方式。这种配置的优点是可靠性高，套退出时另一套能继续运行，对电网安 全稳定运行没有影响；缺点是两套装置处于同等重要位置，一套误动将导致整 个系统误动，安全性仍由单套装簧保证。 三机容错系统：在主站安装三套安全稳定控制装置，出口回路采用三 取二方式。正常情况下，允许其中一套装置误动或拒动；在其中一套退出运行 电同安全稳定控制系统中的接口程序 9 浙江大学硕士学位论文 时，采用二取二或二取一方式。这种方案的可靠性与安全性都很高，缺点是投 资较多。 2 2 4 子站的基本功能模块及应满足的功能要求。 1 子站的主要功能 图2 5子站稳控装置的一般功能结构图 其主要功能如下： 接收对侧执行站上送的运行工况及可切负荷状况； 检测本站的运行工况，将本站的运行工况传送给主站，并可将其它子 站的运行工况传送给主站： 检测并判断本站出线的故障类型、主变的故障类型及母线故障、断路 器拒动等事故； 根据故障情况查找稳定控制策略表，按控制策略进行就地控制或远方 控制； 转发主站传送的控制命令，传发时需经就地判别，以提高命令转发的 可靠性： 可进行装置动作的事件记录、事故过程的数据记录并将记录结果上传 电罔安全稳定控制系统中的接口程序2 0 浙江大学硕士学位论文 主站及打印。 2 子站安全稳定装置硬件结构 子站中各模块的功能与主站对应模块基本相同，只是确定控制决策处理机 的功能略有不同。确定控制决策处理机的主要功能为：接收信息采集单元处理 机送来的信息，确定本变电站运行工况，并将本变电站运行工况传送给主站； 接收主站传送来的控制策略表：接收信息采集单元处理机传送的故障信号，查 询控制策略表，发出就地或远方控制命令。 2 2 5 执行站应满足的功能要求。” 1 执行站根据其所处的位置和所应具有的功能，可分为以下三类： 第一类执行站 第一类执行站的主要功能为：正常时将本站的运行工况及可供切负荷量经 m o d e m 通过载波机上送至稳控主站或予站，故障后接收稳控主站或子站发来的 控制命令，通过本站的执行装置就地执行，并可将控制命令通过发信机转传至 相邻的执行站。 第二类执行站 第二类执行站的主要功能为：正常时由本站的数据采集及执行装置将本站 的运行工况及可供负荷量经m o d e m 通过载波机上送至稳控主站或子站，故障后 接受稳控主站或子站发来的控制命令，通过本站的执行装置就地执行。 第三类执行站 主要功能为：通过受信机接受上一级执行站送来的控制命令，通过本站的 执行装置就地执行。 2 执行站数据采集及传送装置的功能： 电闷安全稳定控制系统中的接口程序2 浙江大学硕士学位论文 图2 6采集单元流程示意图 负责采集本站各元件的运行工况( 如：p 、q 、1 3 等) 及可切负荷量，并将 采集的信息上传至本地区的稳控主站或子站。 正常时接收稳控主站或子站发来的测试报文，本站收到后应发出回答报 电网安全稳定控制系统中的接口程序 浙江大学硕士学位论文 文，这样可监视通道的工作状况，当两端不能收到测试报文时，发出通 道异常告警信号，以便运行人员及时处理。 3 执行装置和收、发信机的功能要求 测量安装处母线电压、频率及其变化率： 接收上一级安控站( 主、子或第一类执行站) 发出的控制命令； 收信机和发信机可传送2 个独立的命令信号，装置正常时应有监频信号， 需要发送远方命令时移频至命令信号。 具有灵敏、可靠的启动判据： 具有低频、低电压切负荷功能，应可作为稳控装置拒动的后备或远切负 荷量不足的后备； 低频、低电压判据必须防止各种短路故障、负荷反馈可能引起的误动； 具有事故记录、数据记录、回路自检、显示功能； 装置应有5 个以上的切负荷级别，其中应有两个远方切负荷级别( 接收 远方切负荷命令) ，应有3 个轮级