（电力系统及其自动化专业论文）安全稳定控制集中管理系统初步设计与研究.pdf

策略袁配置信息 a b s t r a c t t r a n s i e n ts t a b i l i t yc o n t r o l ( t s c ) s y s t e mi sa ni m p o r t a n tm e a s u r et oe n s u r et h e s a f e t ya n d t h es t a b i l i t yo f p o w e rs y s t e m ，f o l l o w i n gt h ed e v e l o p m e n to fp o w e rs y s t e m ，t h e u p g r a d eo fv o l t a g eg r a d ea n dt h ea p p e a r a n c eo fh i g h - p o w e ra n dl o n gd i s t a n c ep o w e r t r a n s m i s s i o n ，t h es a f e t ya n dt h es t a b i l i t yo fp o w e rs y s t e ma r em u c hm o r er e q u i r e d b e s i d e se s t a b l i s h i n gan e t w o r kw i t h t i g h tr e l a t i o n sa n dr e a s o n a b l es t r u c t u r e s w es t i l l n e e dag o o dt r a n s i e n t s t a b i l i t yc o n t r o ls y s t e mt o m e e tt h e r e q u i r e m e n to fp o w e r s y s t e ms a f e t ya n ds t a b i l i t y s t a b i l i t y c o n t r o lm o d eo fp o w e rs y s t e mc a nb ed i v i d e di n t ot h r e e s o r t s ： c e n t r a l i z e dc o n t r o lm o d e ；r e g i o n a lc o n t r o lm o d ea n dl o c a lc o n t r o lm o d e i nc u r r e n t p o w e rs y s t e m ，t h e r ei sf e wt y p i c a l “s i n g l eg e n e r a t o ri n f i n i t eb u ss y s t e m ”m o d a l t h a t l o c a ls t a b i l i t yc o n t r o lu s e di no n ep l a n to rt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nc a ns o l v es t a b i l i t y p r o b l e mo f t h en e t w o r ki si m p o s s i b l e i nc e n t r a l i z e dc o n t r o lm o d e ，f a u l ti n f o r m a t i o n o f e v e r ys u b - s t a t i o ni st r a n s m i t t e dt om a i ns t a t i o n ，a l lc o n t r o ls t r a t e g i e sa r em a d ei n m a i ns t a t i o n ，a n dt h e nt r a n s m i t t e dt oe x e c u t i n gs t a t i o nt oe x e c u t e s oc o m m u n i c a t i o n c h a n n e l sa r eh i 曲e rd e m a n d e d t h er e l i a b i l i t yo ft h es y s t e mi s v e r yl o w u s i n gb o t h c e n t r a l i z e dc o n t r o la n dl o c a lc o n t r o lc a nn o tm e e tt h e s a f e t yd e m a n d c e n t r a l i z e d m a n a g e m e n tr e g i o n a lc o n t r o lm o d e ( c m r c ) i st h ed e v e l o p m e n tt r e n do ft r a n s i e n t s t a b i l i t yc o n t r o ls y s t e mo fp o w e rs y s t e m t h i sc o n t r o lm o d em a n a g e se v e r ys t a b i l i t y c o n t r o ls y s t e ma l lo v e rt h en e t w o r kw i t h o u t a f f e c t i n ge v e r y o n ew o r k i n d e p e n d e n t l y s t a b i l i t yc o n t r o lc e n t r a l i z e dm a n a g e m e n ts y s t e mi sb a s e do nr e g i o n a lc o n t r 0 1 t h e m a n a g e m e n tc e n t e ri sp l a c e di nc o n t r o lc e n t e r i ti sc o n n e c t e dt oa u t o m a t e dc o n t r o l s y s t e mn e t w o r k ，s o i tc a nr e c e i v ea l lk i n d so fi n f o r m a t i o nf r o m e m s ( e n e r g y m a n a g e m e n ts y s t e m ) a n di ti sc o n n e c t e dt oe v e r yc e n t r a lc o m p u t e rb yc h a n n e l s t h e m a i nt a s ko f m a n a g e m e n tc e n t e ri st or e c e i v er e a lt i m ed a t ao f n e t w o r k f r o me m s t o c a l t yo u td y n a m i cs t a b i l i t y a n a l y s i s o nf o r e c a s t i n g f a u l t s ，t od e t e r m i n es t a b i l i t y c o n t r o l s t r a t e g i e s ，t om o d i f ya n dg e n e r a t es t a b i l i t yc o n t r o ls t r a t e g yt a b l e si ne v e r y m a i n s t a t i o n ，a n dt r a n s m i tt h es t r a t e g yt a b l e st oa l ls u b s t a t i o n s 7 一 篁堕塞墅墨鱼：垦 ，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - 一 m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ( m m l ) i st h ew i n d o wf r o mw h i c h u s e r sc a l lm o n i t o ra n d m a n a g es t a b i l i t yc o n t r o ls y s t e m i th a sa l o to ff u n c t i o n ss u c ha s ：d i s p l a y i n gm e n u ， i n p u t t i n ga n dr e c o r d i n gd a t ad o c u m e n t ，m a n a g i n gs 伽e g y t a b l e ，s i m u l a t i n gt r a n s i e n t s t a b i l i t y , m a n a g i n gs t a b i l i t y c o n t r o l e q u i p m e n t t h em a i nt a s k o ft h i st h e s i si st o r e a l i z em m i i t sm a i nf u n c t i o n s a r e f o l l o w i n g a s b e l o w ：m a n a g er e g i o nw i r i n g d i a g r a me q u i p m e n td i s t r i b u t i n gg r a p ha n de l e c t r i c a l m a i nw i r i n gd i a g r a m ，m a n a g e s t r a t e g yt a b l eo fs t a b i l i t yc o n t r o le q u i p m e n t k e y w o r d s ：s t a b i l i t yc o n t r o l ，c e n t r a lm a n a g e m e n ts y s t e m 8 策略表配置信息 第一章绪论 1 1问题的提出和研究意义 随着我国国民经济的飞速发展，电力系统的规模越来越大。电网结构日益复 杂，单机容量进一步提高，与此同时，区域问联络线和远距离大容量输电系统不 断出现。由于受到环境和经济等因素的制约，系统运行更加接近稳定极限状态， 这使得电力系统的安全稳定问题目趋严重。此外，由于电力市场的启动和实施， 系统的运行方式和运行工况将出现一些新的变化，使电力系统动态行为变得越来 越复杂。 保证电力系统安全稳定运行是当前人们极为重视的问题。提高电力系统安全 稳定的措施主要有两个方面：加强建设和合理安排电网结构；采用较完善的安全 稳定控制措施。前者的投资相对较大，但是能够在各种条件下提高安全稳定性。 后者可以以相对较小的控制代价维持系统在严重故障后的安全稳定性，而且能够 提高某些输电能力受到暂态稳定极限限制的输电线路的传输功率，甚至使其接近 暂态稳定极限，提高经济性。 目前我国的电力系统仍存在不少严重的安全稳定问题。既有以往就存在而现 在仍然经常出现的问题：如远距离大容量输电( 如二滩、阳城、伊敏等) 的稳定 问题，长距离弱联系串联网及普遍存在的电磁环网问题，也有随着电网的发展而 日益严重的系统低频振荡和电压稳定性问题。此外，随着电力市场的启动和实施， 以及全国各大区电网联网的逐步实现，系统的运行方式将出现一些新的变化，安 全稳定问题将变得更为复杂。系统中由于发生恶性连锁故障而导致长时间大面积 停电事故的可能性也增加了。近年来，国际上几次大停电事故特别是美加停电事 故引起了我国电力界的高度重视。各大区电网及各省网也在研究制定各种安全稳 定控制方案，将电力系统安全稳定运行放在首要位置。可以预言，为了保证电力 系统经济安全运行，防止发生大的灾变事故，今后系统中必将装设越来越多的安 全稳定控制系统。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，所有电网最终都应形成这样的安全稳定控制 系统。 策略表配置信息 1 2 安全稳定控制的相关概念 1 - 2 1 安全稳定控制的类型及作用 安全稳定控制是保证电力系统安全运行，防止系统出现大的灾变事故的有效 手段。安全稳定控制可分为两类，一类是当系统出现紧急状态，为防止事故扩大 而采取的紧急控制：另一类是当系统稳定运行时安全裕度不够，为防止出现紧急 状态而采取的预防控制。 1 预防控制 预防控制是电力系统处于警戒状态的安全控制。电力系统进入警戒状态时， 各项参数虽然仍在正常范围之内，但已接近其极限水平。系统安全水平已经下降 到不能承受干扰的程度，在出现干扰时可能出现不正常运行状态。此时，应当 及时采取调度措施防止系统滑向紧急状态，并尽量使系统回复正常运行状态。 2 紧急控制 紧急控制是电力系统由于受到大的干扰后进入紧急状态，为了防止系统稳定 的破坏，运行参数严重超出允许范围，防止事故的发展和扩大而进行的安全控制。 紧急控制的主要措施有切机、切负荷、快关汽门、电气制动、发电机快速励磁、 再同步控制以及解列等。 1 2 2 电力系统运行状态 和稳定性 电力系统可由一组微分方程及两组代数方程来描述。根据约束条件是否满足 将电力系统的运行状态进行分类。目前，电力系统运行状态的分类尚没有严格的 定义，一般将其分为正常状态、警戒状态、紧急状态、崩溃状态和恢复状态。电 力系统运行状态之间的转换关系如下图所示。 策略表配置信息 正常状态 ( 满足负荷需求，进行经济运行) 重新带负荷 回复状态 ( 蕈新并划恢复对用户供电) 并列 预防控制 紧急控制 ) 姓 安全储备系数减小 或十扰概率增大 警戒状态 ( 预防性控制) 超越h i 等式 约束条件 不安全 。肌徽删，卜掣。羹墓豁厂- 险( 切机、切负荷、解列) r 卜( 紧急控制)l广 “” 电力系统运行状态示意图 图1 1电力系统运行状态示意图 系统大部分时间处于正常运行状态。当扰动概率增加，使系统安全水平逐步 降低而进入警戒状态。这时，虽然所有约束条件仍能满足，但是安全储备系数降 低，某些干扰可能导致不等式约束的破坏( 如设备过载) ，使系统安全受到威胁。 这种情况下应采取预防控制使系统恢复到正常状态。 在采取预防控制之前，如果系统发生足够严重的干扰，系统就进入紧急状态。 此时，不等式约束被破坏，系统安全水平为零。但是，系统仍然完整，应启动紧 急控制措旋使系统至少恢复到警戒状态以至恢复到正常状态。如果紧急控制措施 未能及时实旌或失效，系统将解列并进入崩溃状态。在崩溃状态中，等式和不等 式约束都被破坏，系统不再完整，系统大部分负荷丧失。紧急控制作用应尽可能 的挽救解列后的子系统，以避免整个系统完全崩溃。一旦崩溃停止，如果仍有设 备运行在额定容量之内，或某些设备紧跟崩溃而重新启动，则系统可能进入恢复 状态。这时，采取恢复控制措施重新带上所有失去的负荷和连接系统，系统可能 过渡到警戒状态或正常状态。 策略表配置信息 1 2 3 电力系统运行的安全要求概述 电力系统运行时受到的扰动可分为小扰动和大扰动两类。小扰动是指系统 中负荷、发电机及其调节系统的经常变化以及线路电抗的变化( 由于风吹引起架 空线路线间距离的变化导致) 。小扰动随时都在发生，但一般不会引起系统结构 的变化。对于小扰动要求系统有足够的阻尼力矩，使系统在这种小扰动下不致发 生自发震荡。大扰动是指系统中因短路故障或操作( 大容量发电机组的投切、大 的负荷以及重要输电设备的投切) 引起系统电网结构或功率的变化。国家经济贸 易委员会颁布的电力系统安全稳定导则将电力系统的扰动按照严重程度和出 现概率分为三类，要求分别采取相应措施以保证系统安全稳定运行。针对上述三 种情况所采取的控制措旆，就是通常所称的保证安全稳定的三道防线。这已为电 力部门普遍接受并在实际工作中加以贯彻实施。针对这三类扰动，电力系统安 全稳定导则同时也给出了相应的安全稳定标准。 1 2 3 1 第一级安全稳定标准 正常运行方式下的电力系统受到下述单一元件故障扰动( 一类扰动，出现概 率较高) 后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳定控制措施，必须保持电 力系统稳定运行和电网的正常供电，其它元件不超过规定的事故过负荷能力，不 发生连锁跳闸。 任何线路单相瞬时接地故障重合成功； 同级电压的双回或多回线和环网，任一回线单相永久故障重合不成功及 无故障三相断开不重合： 同级电压的双回或多回线和环网，任一回线三相故障断开不重合； 任一发电机跳闸或失磁； 受端系统任一台变压器故障退出运行； 任一大负荷突然变化； 任一回交流联络线故障或无故障断开不重合； 直流输电线路单极故障。 为了保证电力系统正常运行状态及承受第一类大扰动时的安全要求，应由一 次系统设施、继电保护、以及安全稳定预防控制等，组成保证电力系统安全稳定 策略表配置信息 的第一道防线。但对于发电厂的交流送出线路三相故障，发电厂的直流送出线路 单极故障，两级电压的电磁环网中单回高一级电压线路故障或无故障断开，必要 时可采用切机或快速降低发电机组出力的紧急控制措施。 1 2 3 2 第二级安全稳定标准 正常运行方式下的电力系统受到下述较严重的故障扰动( 二类扰动，出现概 率较低) 后，保护、开关及重合闸正确动作，应能保持稳定运行，必要时允许采 取切机和切负荷等稳定控制措施。 单回线单相永久性故障重合不成功及无故障三相断开不重合； 任一段母线故障； 同杆并架双回线的异名两相同时发生单相接地故障重合不成功，双回线 三相同时跳开： 直流输电线路双极故障。 为保证电力系统承受第二类大扰动时的安全要求，应由防止稳定破坏和参数 严重越限的紧急控制等实现保证电力系统安全稳定的第二道防线。 1 2 3 3 第三级安全稳定标准 电力系统因下列情况( 三类扰动，出现概率很低) 导致稳定破坏时，必须采 取措施，防止系统崩溃，避免造成长时间大面积停电和对最重要用户( 包括厂用 电) 的灾害性停电，使负荷损失尽可能减少到最小，电力系统应尽快恢复正常运 行。 故障时开关拒动： 故障时继电保护、自动装置误动或拒动； 自动调节装置失灵： 多重故障； 失去大容量发电厂： 其它偶然因素。 电力系统承受严重复杂故障时可能出现的危急状念有以下几种：长期失步 振荡、过负荷连锁跳闸、电压崩溃、频率崩溃。至于是什么原因引起这些问题， 策略表配置信息 则不再一一考虑，也无法一一考虑。第三道防线的内容就是通过系统解列、再同 步、低频减载、低压减载等措施消除系统的危急状态，同时避免线路和机组保护 在系统震荡时误动作，防止线路及机组连锁跳闸。从以上扰动的分类可以看出， 紧急控制系统需要考虑的扰动包括：第一类扰动中的一部分，第二类扰动的全部， 以及部分的第三类扰动。 1 3 电力系统紧急控制 1 3 1 电力系统稳定性与紧急控制【4 5 】 紧急控制( e m e r g e n c yc o n t r 0 1 ) 是指电力系统由于扰动进入紧急状态或极 端紧急状态，为防止系统稳定破坏、运行参数严重超出规定范围，以及事故进一 步扩大引起大范围停电而进行的控制。紧急控制按目标可分为两类：一类是防止 稳定破坏的稳定性控制；另一类是防止系统参数严重偏离允许值的校正性控制。 稳定性控制是在故障前通过计算分析，确定各种故障时可能出现的问题和所 需的控制作用以及控制量，例如是否会出现稳定破坏问题，运行参数是否会超出 允许范围。针对这些问题确定需要采取的控制措施。当控制系统在运行中检测到 有某种扰动，即可根据控制内容进行控制。 校正性控制是根据系统扰动的功角、电压、电流、频率等参数的实时值和变 化率进行控制。这种控制和扰动的原因无关，因而有较好的适应性。特别是作为 第三道防线的紧急控制，由于对复杂故障的具体形态很难事先预料，因而也很难 按照扰动情况进行控制，只能按故障后参数变化的情况进行控制。 电力系统紧急状态的出现不仅表现在发电和输电设备极限的破坏上，而且表 现在基本变量频率和电压极限的破坏上。在电源开断或负荷突然增大时，由于电 源和负荷间功率的严重不平衡，会引起系统频率的大幅度下降。如果系统的备用 容量不足或未能及时采取措旌，将会使频率进一步下降，而产生频率崩溃。由于 无功电源不足或无功电源突然切除时，当负荷( 特别是无功负荷) 增加到一定程 度时，有可能使电压大幅度下降，以至发生电压崩溃现象。 电力系统紧急状态下的控制一般分为两个阶段。第一阶段，事故发生后快速 而有选择的切除故障，使电力系统处于无故障运行。这主要靠继电保护和自动装 置完成。第二阶段是故障后的紧急控制。控制目标是防止事故进一步扩大和保持 策略表配置信息 系统稳定，使系统恢复到警戒状态或正常状态。这时，需要采取各种提高系统稳 定的措施，必要时可以切除一部分负荷，停止向部分用户供电。在上述措施无效 的情况下，系统将解列成几个独立的小系统，并努力使每个小系统正常运行。 继电保护和自动装置是电力系统紧急控制的熏要组成部分，这些装置的作用 如下图所示。电力系统紧急控制是全局控制问题，需要调度人员的正确调度指挥 和自动装置的正确动作来配合。 图1 2 电力系统紧急状态自动控制图 1 3 2 暂态稳定紧急控制措旌 电力系统的电源配置和电网结构是保证电力系统稳定运行的物质基础，在很 策略表配置信息 大程度上决定了电力系统稳定的水平。但是无数的重大事故己经证明：强大的网 架不能代替紧急控制装置。当系统中发生严重故障的时候，紧急控制是保证系统 稳定运行的有效手段。 提高暂态稳定的紧急控制措施可以分为以下三类： 加快故障切除速度及进行适当的重合闸，如三相重合闸、单相重合闸以 及多相( 按相) 重合闸； 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，减小 输电系统的阻抗等，如发电机和调相机的强行( 顶值) 励磁、串( 并) 联电容强 补偿和切除并联电抗器等： 减小送、受两端的功率不平衡程度，如送端切机、汽轮机快关汽门、受 端切负荷、电气制动和直流输电系统调制等。 以上各类措施可单独采用，也可同时采用。由于类措施费用低且效果好， 应优先采用。类措施主要是控制电压和无功功率，容易灵活实现控制，特别 是随着电力电子技术的迅速发展，使得有条件更广泛和灵活地实现这类控制。 类控制主要是控制有功功率，在暂态过程中大幅度改变有功功率实现起来较困 难，对电力系统影响也较大，通常是前两类控制不能满足要求时才采用。 上述控制措施多数是开环离散控制，这是由于暂态稳定问题是大扰动引起 的，且控制作用要求较强、控制速度要求很快所决定的。有些暂态稳定控制措施 也采用闭环连续控制，如发电机和调相机的励磁、静止无功补偿，以及近年来快 速发展的柔性交流输电系统( f a c t s ) ，如晶闸管控制串联补偿和晶闸管控制的线 路移相器等。 1 4 本文的主要工作 安全稳定运行电力系统运行的首要的要求。保证电力系统安全稳定运行是当 前人们极为重视的问题。集中管理、区域控制是当前电力系统安全稳定控制的发 展方向。它能够站在全网的高度上对区域稳定控制进行统一的协调和管理，同时 不影响各区域控制系统的独立运行。本文主要介绍了安全稳定控制的相关概念， 集中管理区域控制系统的构成及功能，策略表的结构和编码、并对集中管理系统 人机界面( m f i ) 中的一些功能进行了具体的工作： 1 6 策略表配置信息 ( 1 ) 对区域接线图和电气主接线图的管理。区域系统接线图可以反映系统整 体的结构、安控装置在系统中分布的情况和通信状态。电气主接线图是调度员经 常使用的一个窗口。调度员可以通过电气主接线图查看系统当前的实时状态，如 遥测点实时值的变化是否难确，遥信点的变位情况，近期的报警信息以及是否确 认当前报警状态。 ( 2 ) 安全稳定控制装置的管理。调度员通过安控装置管理窗口，可以方便的 查看装置的定值，并对该设备进行上装定值、下载定值、查看装置压板状态、投 退压板、对装置进行广播对时、事故总信号的信号复归等操作。 ( 3 ) 策略表的管理。在策略表的管理中可以实现离线策略表的输入以及策略 表的收发。离线策略表的输入是指在离线状态下对控制策略表进行人工输入。策 略表的收发是指集中管理系统m i v l i ( 人机界面) 和装置间的通信，集中管理系统把 计算好的策略表或者离线策略表经通信服务器下传到装置中去。同时，也可以对 装置进行策略表的召唤。 策略表配置信息 第二章区域稳定控制系统 2 1 安全稳定控制的基本类型4 ， 按照装置的组成和分布范围，可以将安全稳定装置分为就地型和区域型。就 地型稳定控制装置单独安装在各个厂站，相互之间不交换信息，没有通信联系， 解决的是本厂站元件故障时出现的稳定问题。区域型稳定控制指的是为解决一个 区域电网内的稳定问题而安装在两个以上厂站的稳定控制装置，经通道和通信设 备联系在一起组成稳定控制系统，相互间交换运行信息，传送控制命令，在较大 范围内实施稳定控制。 2 1 1 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。就地型稳定控制装置的结构如图2 1 所示。 图2 1就地型稳定控制装置结构示意图 ( 1 ) 控制决策确定装置 控制决策确定装置内装设有预先设置好的控制策略表。其主要任务是接收被 保护元件( 通常为本厂站的母线、主变、出线) 的故障信息和网络信息( 通常只 是本厂站机组和出线的潮流) ，确定控制策略，向执行装置发出控制命令。 ( 2 ) 执行装置 接收控制命令，执行切机、快关汽门、电气制动、联切负荷等操作。 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，在一个厂站用就地型稳定控制装置就 策略表配置信息 能解决电网稳定性的情况已经很少。 2 1 2 区域稳定控制 区域稳定控制系统是指为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终端站组成， 其系统结构如图2 2 所示。 图2 2 区域安全稳定控制系统结构示意图 ( 1 ) 主站 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。主站的主要任 务是负责汇总各站的运行工况信息，对区域电网进行状态估计，识别出区域电网 的运行方式，对区域电网按给定的预想事故集进行动态安全估计，在线形成安全 稳定控制策略表( 或预先装设好离线计算得到的控制策略表) ，并将有关运行方 式信息和控制策略表传送到各个子站。在接收到主站及出线发生故障时，根据控 制策略表，向主站和各子站发出控制命令同时通过各站将控制命令传送到终端 站。 ( 2 ) 子站 子站装设在较重要的变电站或与变电站相联的发电厂内。子站的主要任务是 采集子站运行工况信息，并传送给主站。在接收到本站及本站出线发生故障时， 根据子站内的控制策略表，向主站及各子站发出控制命令同时通过各站将控制命 令传送到终端站。 ( 3 ) 终端站 1 9 策略表配置信息 接收各站传送来的控制命令，执行就地控制，并将控制结果信息传送给上级 站。 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。对于仪在主站中存放策 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。 2 2 紧急控制系统的决策方式 按照紧急控制策略表的存放位置，安全自动装置分为就地决策方式、分散决 策方式、集中决策方式i ”。 2 2 1 就地决策方式 在早期的很多稳定控制系统中，通常把复杂系统等值为简单的“单机一无穷 大”系统，然后就可以利用暂态能量函数、相轨迹图等方法对稳定情况和控制决 策进行分析。 由于电网的不断扩大以及电力市场的实旎，系统的运行方式和运行工况出现 一些新的变化，使安全稳定问题变得更为复杂。在现代电网中已经难以找到“单 机一无穷大”的典型模式，在一个厂站用“就地稳定控制”的方法能够解决电网 稳定问题的情况也已很少。 2 2 2 分散决策方式 区域稳定控制系统一般设有一个主站、几个子站。主站一般设在枢纽变电所 或处于枢纽位置的发电厂，负责汇总各站的运行工况信息，识别区域电网的运行 方式，并将有关运行方式信息传送到各个子站。如果各站都存放有控制策略表， 在本站及出线发生故障时，根据事故前的运行方式，就能够做出决策，在本站执 行就地控制( 包括远切本站所属的终端站的机组负荷) 。只有当本站控制措施 不足以维持系统稳定时，才将控制命令上传给主站及其它子站执行。由于控制决 策是各站分别做出的，故称这种方式为分散决策方式。 实际使用的稳定控制系统中，由于分散决策方式具有可靠性较高、适应性强 等优点，因此应用较为普遍。 策略表配置信息 2 2 3 集中决策方式 如果只有主站存放控制策略表，各子站的故障信息要上送到主站，由主站集 中决策，控制命令在主站及有关子站执行，这种决策方式称为集中决策方式。集 中决策方式下，所有的控制决策均由主站做出，系统的可靠性较低。已经很少应 用，目前只用于较小型的稳定控制系统中。 因此，目前比较合理的方案是发展分散决策的区域控制系统，即根据系统的 结构和特点，将整个系统分成可能的若干区域子系统，各子系统按各自的结构特 点，组成综合考虑稳定运行要求的区域暂态稳定控制装置，然后用中央控制装置 收集和处理涉及全系统的综合性信息，以便对各区域控制装置的工作进行协调与 优化。同时，安全稳定控制系统应遵循简单、实用、可靠、就地和分散的原则。 2 3 集中管理区域控制系统 2 3 1 集中管理区域控制的构成【4 1 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，所有电网最终都应形成这样的安全稳定控制系统。集中管 理、区域控制站在全网的高度上统一管理全网中的各区域安全稳定控制系统，同 时又不影响各区域稳定控制系统独立工作。集中管理、区域控制系统结构示意如 图2 3 所示，它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 e v 变电站，终端站 设置在l l o k v 变电所或更低电压等级的变电所内。 ( 1 ) 管理中心 管理中心设置在调度中心内，与e m s 调度自动化系统联网，可以方便地接收 e m s 的各种信息。管理中心的主要任务是接收e m s 电网实时数据，对电网预想事 故进行动念安全分析，确定安全稳定控制策略，协调、修改并形成各区域主站及 子站的安全稳定控制策略表，下发策略表到各主站及子站。 策略表配置信息 图2 3 集中管理、区域控制系统结构示意图 ( 2 ) 主站 主站及与主站关联的子站和终端站组成了区域安全稳定控制系统，主站设置 在5 0 0 k v 发电厂或5 0 0 k v 枢纽变电站内。主站的主要任务是采集本地区电网的实 时运行信息，应用状态估计，识别出本区域电网的运行方式并将有关运行方式信 息和管理中心传送来的控制策略表下传到各个子站。当接收到本站及出线发生故 障时，根据存放在主站内的策略表，确定控制策略，向子站及终端站发送控制命 令。并且还能根据策略表的要求向其它主站发送控制命令或接收来自其它主站的 命令。当主站工作异常时，能向管理中心发送报警信号。 ( 3 ) 子站 主站设置在与主站有直接联系的2 2 0 k v 变电站内。子站的主要任务是采集子 站运行工况信息，并传送给主站。在接收到本站及本站出线发生故障时，根据子 站内的控制策略表，向主站及各子站发出控制命令同时通过各站将控制命令传送 到终端站。 ( 4 ) 终端站 策略表配置信息 接收各站传送来的控制命令，执行就地控制，并将控制结果信息传送给上级 站。 2 3 2 集中管理区域控制系统的功能 集中管理区域控制系统的设计思想是集中管理、区域控制，如上图所示。它 将复杂的电力系统按网络的具体结构分解为若干个子系统，每个子系统对应设置 区域控制装置。区域控制装置可由若干个基本控制器组成，以使各部分能相对独 立的工作，同时又能保证全系统的协调统一。在这一思想的指导下，集中管理和 协调可由控制中心实现，局部控制由区域控制系统实现。 作为集中管理和协调中心，控制中心的基本任务是权衡各区域控制可靠性的 大小，根据优化原则进行协调和校正。由于控制中心只是对各区域控制系统主站 的控制策略进行协调，并不实施集中实时控制，因此对通道的要求并不十分苛刻， 可以利用现有的通信系统实现。控制中心与调度系统之间进行信息交换是必须 的，通常将控制中心设置在调度中心内。控制中心计算机与调度系统之间实现联 网，以方便获取电网实时信息。同时，它为调度人员提供了与系统联系的可能， 在规划和管理电力系统各种运行方式时可模拟和估计系统的运行情况，尤其为事 故后运行情况的评估提供了准确性和可能性。依靠调度人员的维护，可保证系统 运行的高度准确性。 控制中心除对区域稳定控制实行协调和校正外，还应具有以下功能：与各区 域控制主站通信，分配和传送电网实时稳态或准稳态信息；将协调控制所确定的 一些指标与控制量约束条件( 如事故后区域网间功率平衡条件等) 传送给区域控 制主站；接受各主站所提供的策略表和主站工作异常信息，及时通报，保证整个 稳定控制系统的可靠性；将协调控制分析结果和总策略表传给调度系统进行更高 一级的评估。 各区域控制是稳定控制的主体，采用分层结构，由主站，子站和终端站组成。 它包括：事故前网架信息、运行信息的获取和记录装置：检测接线和运行方式变 坏的启动装置；自动确定控制作用量的装置；实施控制作用的执行装置；事故前 信息、事故后扰动信息和控制指令的远传设备；控制作用量自动存储装置等。其 中，通信网络的结构和性能在系统中起重要作用，应采用良好性能和机制的通信 系统，并对通信网络进行优化。 策略表配置信息 子站控制量存储装置提供当前运行方式下的策略表。策略表属于事件确认型 方式。显然，投入控制措施的快速性是保证稳定控制装置控制有效性的必要条件。 策略表法只根据故障条件查出相应的策略并执行，无需进行其他附加计算，控制 实施速度最快通常只有1 2 0 m s ( 近端切机) 1 8 0 m s ( 远端切机) 。此外，该方法 实现方便，可靠性高，子站维护工作容易。因此，它应作为控制实施的主要方法。 子站故障启动装置、控制指令执行装置、变电站指令远传设备都与目前电力 系统采用的装置一致，其精度、快速性和可靠性要求相同，因此只需解决好策略 表刷新，故障启动和指令执行等功能之间的逻辑关系。 主站完成控制作用量的确定和分配。主站安装地点的选择应考虑通信网络的 现状和发展前景，并且便于中央设备的管理和维护。 主站自动确定控制量装置是控制系统的核心。它从控制中心获取整个地区的 接线方式和运行方式，针对被控电网可能出现的每一危险故障，在当前运行方式 下确定出一种或几种预防稳定破坏的稳定控制作用，优化后得到最终的控制策 略，根据此结果对自动存储控制作用量装置进行整定。为了提高控制的可靠性和 精度，系统设计倾向于事前在线型方式。 主站计算机在进行控制作用量计算之前，应完成从控制中心获取信息和信息 预处理工作。从控制中心获取的信息包括区域网接线方式和运行方式信息、周边 网等值信息、稳定控制的协调和校正信息等。 2 3 3 集中管理区域控制系统的特点 可以根据电网全局信息计算并确定控制量，处理和考虑全局的情况，控制决 策的准确性高。 可以根据从调度系统获取的电网实时或准实时信息，在线生成和刷新策略 表，灵活适应电网接线方式和运行方式的变化。由于利用了系统实时信息，其与 实际运行方式的差异很小，相应的控制对策也要准确的多。 可以实现多个电厂之问以及发端与受端系统之间的协调控制，优化分配控制 作用量。 可以使调度系统得到各级紧急控制装置在各预想事故下的决策和对整个系 统的影响，判断各紧急控制装置之问是否协调，预防控制和紧急控制是否协调。 安全稳定装置在某种程度上具有自适应性，可以将运行人员从大量的离线稳 策略表配置信息 定计算中解脱出来。 2 4 安控集中管理系统方案 2 4 1 系统构成概述 安控集中管理系统构成图如图2 4 所示： 图2 4 安控集中管理系统 安控集中管理系统以数据服务器为核心，数据服务器联结各个模块。其它各 模块只直接与数据服务器交互。各部分的功能以及相互作用的关系具体描述如 下： 通信服务器：负责完成上级系统与各厂站数据通信以及规约转换的功能；g p s 对时功能。 数据服务器：由实时数据库( 各个需要使用局域网上实时数据的工作站均应 有自己的实时数据库，为了描述简化，集中到一起描述如图2 4 所示) 和历史数 据库两个部分组成。实时数据库常驻内存，保证系统响应速度处理实时数据( 实 时数据包括：遥测量、遥信量、事件报告、策略表) 。历史数据库用于存放需要 长期保存的重要数据，提供历史数据的统计、加工、查询、计算等功能。 人机对话：是用户监视、管理安控系统的窗口。其功能包括：画面显示、事 件以及事故追忆、数据文件录入、策略表管理及测试、系统暂态稳定仿真及策略 表查询、安控设备管理等。 策略输入终端：完成策略表的离线输入功能，对于在线预决策系统离线策略 表作为备用( 策略表输入终端考虑集成到m m i 中) 。 策略袁配置信息 预决策系统：该系统的功能包括系统图形输入并自动经拓扑分析形成系统单 线图；获取数据服务器中实时的全网数据( 由调度提供) ，完成策略表的在线生 成功能。该系统还具有用户输入数据文件的功能，该数据文件作为不能获得调度 全网数据时的备用。 其它终端：提供如工程师站等服务。 2 4 2 数据流分析 这部分将对以上介绍的安控集中管理系统各部分的数据流程做一个整体的 介绍和分析。 图2 5 数据流程分 一策略表离线生成系统数据流程分析 对于策略表离线生成的安控集中管理系统数据流程分析如下： 1 号数据流指通信管理机上送的遥测、遥信、事件报告等数据，这些数据经 实时数据库后通过5 号数据流送删i 显示；同时按指定的周期经数据流3 送历史 数据库存储：m m i 还可经1 6 号数据流获取历史数据按报表格式显示。 7 号流程指人工输入的系统数据文件和策略表，数据文件和策略表经8 号数 据流存入历史数据库。c u r e t a b l e 软件可经9 号流程从历史数据库中取出指定的 数据文件和策略表( 查看、编辑、下发) 。策略表( 封装后) 经1 0 号数据流直接 策略表配置信息 送通信管理机下发到各厂站决策装置。c u r e t a b l e 软件还可经1 l 号数据流招回 指定厂站决策机中的策略表( 封装后的) ，并自动比较、给出比较结果；人工指 定是否存放招回的策略表到历史数据库。m m i 使用从历史数据库取出的数据文件 以及通信管理机上送的实时数据做系统仿真实验。策略表测试命令经由数据流 1 0 下发到决策装置。 二在线预决策系统数据流程分析 对于在线预决策系统，离线输入的策略表作为备用策略表，数据流程分析如 下： 1 3 号数据流指人工输入的系统数据文件，1 2 号数据流指从调度s c a d a 系统 获取的系统数据。预决策机经1 4 号流程获取系统数据( 包括调度s c a d a 数据和 通信管理机上送的区域内数据) 计算出策略表，策略表由数据流1 5 送到实时数 据库。实时数据库一方面由数据流2 下发策略表，另一方面由数据流4 将策略表 存入历史数据库。其它方面同策略表离线生成系统。 策略表配置信息 第三章集中管理软件 3 1n s t a r 平台的简介 n s t a r6 0 0 0 调度自动化系统是国电南自公司集多年电力自动化系统开发经验 和最新的计算机技术于一体，推出的新一代调度自动化系统。它的网络结构采用 国际流行的双以太网、t c p i p 协议，软件设计思想采用面向对象的模块化设计和 开放的国际软件接口标准，硬件选型灵活多样，可适用于不同规模、多种需求的 调度系统。n s t a r6 0 0 0 系统是一个高度集成的商用平台，在平台上综合了s c a d a 、 设备管理、信息管理、操作票管理等功能，并向远程网络系统开放。n s t a r6 0 0 0 系统的软件支撑系统采用了微软( m i c r o s o f t ) 的w i n d o w sn t ( w i n d o w 9 5 ) 操作系统，能更好的与世界先进的系统接轨，保证本系统的连续发展及可维护性。 n s t a r6 0 0 0 系统数据库采用了透明数据管理方式，数据库的描述采用面向对象利 用人机交互图形描述，使繁杂的工作更简单更方便，也提高了系统的可维护性。 n s t a r6 0 0 0 采用系统、子系统、厂站，设备等对象化的概念，数据库的描述由传 统的面向远动的数据列表方式变为层次方式，对象层次可以任意嵌套，能够更直 观、更方便地反映系统的构成。n s t a r6 0 0 0 为了方便数据库描述对象的修改和扩 充，提供了对象描述模板，依靠它可以建立各种复杂对象的模型。 3 2n s d b l 伽l 系统数据生成工具【4 9 】 3 2 1 系统实时数据库结构 数据生成系统n s d b t o o l 是n s t a r 调度自动化系统的数据定义系统，由它生 成的数据文件是监控系统在线运行的基础，也是n s t a r 二次开发的主要工作过程 之一。n s d b t o o l 子系统的数据模型是现实世界对象或实体以及对象的约束和对象 间联系的逻辑。组织使用了面向对象概念的数据模型称为面向对象数据模型。 n s d b t o o l 子系统能够方便的表达电力系统内各种复杂的对象模型。对象模型可以 是一个遥测点也可以是r t u 设备，并且可以表达出各种复杂关系及内部属性。 n s d b t o o l 提供了方便的列表格式，用于系统数据库的描述。对于系统数据