大電網穩(wěn)定控制系統(tǒng)中幾個問題的探討_secret

1、大電網穩(wěn)定控制系統(tǒng)中幾個問題的探討摘 要：首先綜述了當前大電網穩(wěn)定控制系統(tǒng)的特點與要求，隨后討論了穩(wěn)定控制裝置的起動元件的選取、基于當前技術水平下區(qū)域子站與控制中心的構成模式等幾個問題，并就穩(wěn)定對策的優(yōu)化前提、提高控制裝置與控制策略的開放性、適當增加穩(wěn)定控制裝置的預防能力等方面提出了自己的觀點。 關鍵字：大電網 穩(wěn)定控制 起動元件 優(yōu)化 開放1引言隨著三峽工程與全國聯(lián)網、電力市場與電能交易、電力環(huán)保等新形勢的出現(xiàn)，對電網安全穩(wěn)定運行與控制的要求越發(fā)顯得重要。在我國，許多傳統(tǒng)的就地控制模式，如簡單的線路故障聯(lián)鎖切機、切負荷由于其技術性能落后、經濟性差等缺點已越來越不適應現(xiàn)代大電網的安全性與經濟性

2、的要求。近年來許多區(qū)域穩(wěn)定控制裝置的研制與投入使用在一定程度上緩解了大電網穩(wěn)定運行控制的壓力，但也只能兼顧電網的一部分，無法從全局上對電網進行協(xié)調控制。隨著快速穩(wěn)定分析方法的發(fā)展及計算機、通信技術的不斷提高，使基于大系統(tǒng)理論與分級遞階與分散控制理論的大電網穩(wěn)定控制系統(tǒng)的研制開發(fā)成為可能。本文結合作者參與研究開發(fā)的穩(wěn)定性實時觀測與控制系統(tǒng)的實際，針對大電網穩(wěn)定控制裝置開發(fā)中的幾個問題談了自己的看法。2大電網穩(wěn)控裝置的特點與要求2.1整體特點大電網穩(wěn)定控制需要大量的網絡結構與運行參數(shù)，高速可靠的硬件平臺與通信通道，快速準確的穩(wěn)定分析軟件以及合適的控制策略。目前，大電網穩(wěn)定控制裝置的開發(fā)與實現(xiàn)具有以

3、下特點：1) 控制對象仍以功角穩(wěn)定問題為主，但帶有電壓越限等輔助功能；一般都采用集中管理、分區(qū)控制的模式，如圖1所示，這樣既有利于實現(xiàn)協(xié)調控制，又可保持各區(qū)域子站的相對獨立性。根據電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制，尤其是大電網穩(wěn)定控制中控制速度快、信息量大、跨地域范圍廣的特點，一般都采用開環(huán)預測控制，且多為離散控制(如切機、切負荷、電氣制動、快關等)，如圖2所示。圖中控制量u=p(m,x0) (1)式中m為擾動信息；x0為基準狀態(tài)信息；p為控制算子，其內涵反應了預測及按補償原理實現(xiàn)控制作用的三種方式，即離線預決策實時匹配；在線預決策實時匹配；在線實時分析決策1；3) 出于可靠性與經濟性的考慮，一般考慮將穩(wěn)定控

4、制裝置與EMS、MIS等接口的可能性，充分利用豐富的數(shù)據資源與已建成的通信通道；合理利用已有的常規(guī)穩(wěn)定裝置及區(qū)域穩(wěn)定控制裝置，避免資源與設備的浪費；4) 技術上借鑒微機保護與SCADA中成熟的數(shù)據采集、故障辨識與數(shù)字濾波等技術；借鑒靜態(tài)安全分析中較為成熟的狀態(tài)估計、預想事故、靈敏度分析等技術；預想事故分析部分采用快速穩(wěn)定分析方法，如改進后的SBS法、各種直接法、人工智能、基于GPS外部觀測的預測方法等，以試圖從根本上解決穩(wěn)定控制快速性要求的前提下，滿足準確性與穩(wěn)定裕量的要求。2.2對區(qū)域子站的要求在大電網穩(wěn)定控制系統(tǒng)中，區(qū)域子站起著承上啟下的關鍵作用。在未能很好地解決控制中心與區(qū)域子站的實時通

5、信問題之前，先著重考慮區(qū)域子站以使其“保一方平安”是很重要的。從當前技術條件及運行調度人員的要求角度出發(fā)，一個自動化程度較高、開放式、功能較齊全的區(qū)域穩(wěn)定控制裝置應具備以下功能：1) 基于GPS的高精度、快速的數(shù)據采集系統(tǒng)與準確無誤的穩(wěn)定措施執(zhí)行機構：這是實現(xiàn)穩(wěn)定觀測與控制的基礎。數(shù)據的可靠性是其首要問題；而在具體的穩(wěn)定措施執(zhí)行點，還應該根據當?shù)毓r進行適當?shù)男：恕?) 可擴展性、可維護性好、開放靈活的對策表管理系統(tǒng)，具體體現(xiàn)在以下方面：當本區(qū)域內出現(xiàn)線路擴建時，穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)從硬件到軟件應能較容易地隨之擴展；當需要修改對策表時，在修改權限的限制下，可從本地/遠方靈活地修改，以使當前的穩(wěn)定對策最

6、大程度上地符合實際情況；采用可移植性好、代碼效率高的編程語言；采用模塊化設計或(分布式)組件技術；運行模塊與維護模塊應既相對分離又相互關聯(lián)。3) 較為合理、完善的穩(wěn)定啟動判據，準確快速地判斷故障線路、故障相別、故障類型，有條件的廠站還可根據采集的開關量實現(xiàn)基于關聯(lián)矩陣的電網拓撲辨識，為基于快速積分法的在線準實時穩(wěn)定計算提供實時網絡拓撲；4) 實時的圖形化監(jiān)視界面，帶有事件順序記錄、實時/定時打印、實時波形、語音報警等功能，甚至有故障錄波系統(tǒng)，以便于事故后分析；5) 完備、冗余式的通訊：通過對載波、微波、電話線、Internet、SPDnet等多種通訊方式的支持與實時切換，確保區(qū)域子站與控制中心

7、的通訊通道通暢無阻。6) 適當條件下可將電壓穩(wěn)定監(jiān)控、頻率穩(wěn)定監(jiān)控功能集成進來，并可通過電力企業(yè)綜合總線(UIB)與EMS中的SCADA/DTS、電力市場系統(tǒng)中的動態(tài)安全評估聯(lián)系等相聯(lián)系，形成一個更加完整的系統(tǒng)。 可見，新的環(huán)境與條件下的區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)是一個典型的以數(shù)據處理為中心的多任務、多功能，開放靈活的監(jiān)控系統(tǒng)。不管是采集數(shù)據的判斷辨識、對策表的管理與實時查找，還是實時生成報表、打印、事件順序記錄，都要求系統(tǒng)具有較強的數(shù)據處理、存儲等功能。當然，這是在把在線計算的任務交給控制中心的前提下的。3穩(wěn)定控制裝置起動元件的選擇對于大電網而言，當可靠性得以保證的前提下快速性就成為關鍵因素，這集中體

8、現(xiàn)在對穩(wěn)定控制裝置啟動元件的選取上。從原理上啟動元件的選取既可以采用各相(序)電流、電壓或功率突變量元件等模擬量來實現(xiàn)，也可以根據保護的動作信號及斷路器出口信號等開關量來實現(xiàn)。前者廣泛應用于微機保護中，技術較成熟可靠，速度快，但數(shù)據量較大，且有其自身的保護算法、濾波、PT、CT斷線等問題。后者數(shù)據量小的多，而且“N1”準則下的各種情況(如發(fā)電機、線路、電纜、變壓器的退運)可直接反應為開關量的變位，因此和事故預想分析(支路開斷、發(fā)電機開斷)接口簡單；缺點是拒動、誤動問題，且當考慮“N2”準則時需要考慮多種運行方式，特別是對于500kV變電站(常采用3/2接線方式)，各種運行方式組合較多，需要采用

9、關聯(lián)矩陣的方法。由以上的分析可看出：在穩(wěn)定控制這種對可靠性與快速性要求甚高的場合下，將模擬量啟動元件與開關量啟動元件相互結合，以一方為主，相互校驗與補充也許更可取。比如若以模擬量啟動元件為主，可以用適量的開關量信息(如保護出口信號)辨別故障區(qū)間等；而以開關量啟動元件為主，則可以利用適量的模擬量(如零序分量)區(qū)分兩相短路與兩相短路接地。另外，一種基于PEF理論，以不平衡功率積分作為穩(wěn)定控制啟動判據11也值得注意。4穩(wěn)定控制裝置的實現(xiàn)模式4.1區(qū)域子站的實現(xiàn)中的幾個問題當前的區(qū)域子站的實現(xiàn)有幾種方式：嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)PC系統(tǒng)以及工業(yè)局域網系統(tǒng)，三者間的比較見表1。但無論選擇哪種方式，協(xié)調好系統(tǒng)各部

10、分之間的工作與數(shù)據交換，提高整體性能是最重要的。4.2控制中心的實現(xiàn)模式控制中心要完成預想事故的快速篩選以及快速暫態(tài)穩(wěn)定分析，而且還要協(xié)調管理各區(qū)域子站，任務繁重。因此，其構成模式是否合理直接關系到整個穩(wěn)定控制系統(tǒng)的效率。控制中心的實現(xiàn)以往多采用“小型機+UNIX平臺”模式，目前則多采用“工作站+局域網+網絡操作系統(tǒng)”的模式。后者可將多項任務按組態(tài)軟件的形式加以組合并在不同的工作站間實現(xiàn)分工，開放式的結構便于擴展與利用新技術。當控制中心與EMS接口后，其數(shù)據的獲取可完全由EMS提供，而控制中心與各區(qū)域子站的通信只限于發(fā)收穩(wěn)定策略及協(xié)調控制信息，通訊量大大減小。另外，為減少局域網上信息交換量，文

11、獻6提出可采用分層局域網和共享內存技術，不把所有信息集中在一個局域網上交換。5對當前穩(wěn)定控制裝置的一些建議5.1穩(wěn)定控制措施的優(yōu)化前提目前在我國，穩(wěn)定控制措施以切機、快關、切負荷、電氣制動等為主?？紤]到充分利用原有穩(wěn)定控制執(zhí)行設備(經濟性)的基礎上，如何優(yōu)化穩(wěn)定控制策略(包括控制方式、控制量大小、控制時間長短等)是個值得研究的問題。這個問題從本質上多屬于非線性整數(shù)規(guī)劃問題，其數(shù)學描述如式(2)所示。式中Ni為各控制措施量，Ci為控制系數(shù)，它反映了控制時間、控制權重等，為控制措施下的控制裕度，它等于實際控制效果減去嚴格按穩(wěn)定分析軟件得到的穩(wěn)定控制效果。優(yōu)化的本質在保證穩(wěn)定控制裝置的有效性的基礎上

12、滿足經濟性的目標，主要是要從大量的措施組合中快速搜索出最優(yōu)策略。文獻8提出了一種快速搜索算法。而在具體應用優(yōu)化算法時，應根據實際情況，遵守一些原則，如：優(yōu)先考慮電氣制動與直流調制；在切機或快關時，應結合機組的接線、運行方式與進相等特殊問題；從機組的疲勞損耗的積累效應的角度，應用排隊論或概率方法，盡量使機組由于切機而造成的疲勞損耗最小化，尤其對于汽輪機組。在基于以上前提的基礎上，將快速穩(wěn)定分析軟件得出的穩(wěn)定策略(或離線穩(wěn)定策略)配合以適當?shù)目焖賰?yōu)化算法，方可得到切實可行的最優(yōu)的穩(wěn)定控制措施。5.2控制裝置與策略的開放性目前的穩(wěn)定控制裝置中普遍使用的仍是“離線預決策，實時匹配”的控制方案，并且這也

13、是最實用的一種方案；但是它的主要問題是存在著或輕或重的失配情況。為了減少失配的缺陷，作者認為在區(qū)域子站應采用開放式的對策表，利用控制中心的在線計算，準實時/實時地生成最新運行狀況的控制策略，對各區(qū)域子站進行刷新；也可在區(qū)域子站中加入智能控制，如對運行方式與對策表之間的自學習或模糊控制能力。總之，應形成本地/遠方多種途徑的對策略表的修正，使之具有開放性。這種開放性帶來的好處不僅僅是減小了失配情況，并且增加了靈活性、可靠性，延長了穩(wěn)定控制裝置可使用的壽命。一個功能較為完善的穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)應該以實時數(shù)據處理為中心，充分考慮對策表中數(shù)據間的聯(lián)系。比如采用數(shù)據庫的方式就可以保持數(shù)據庫各表之間的天然聯(lián)系，具

14、有“對象關聯(lián)”的特點，有利于實現(xiàn)數(shù)據圖形一體化，如圖3所示。圖中穩(wěn)定對策表具有很強的開放性，它可以通過數(shù)據庫接口被各種基于不同控制策略的、與網絡分布無關的在線實時、準實時/離線穩(wěn)定計算模塊加以刷新，并可接收、存儲動態(tài)安全評估模塊的評估結果，為調度運行人員提供系統(tǒng)實時的安全狀況。5.3適當增強穩(wěn)定控制裝置的預防能力目前的穩(wěn)定控制裝置基本上都是基于1967年Dy Liacco提出的確定性安全穩(wěn)定分析構想中的緊急控制思想，只考慮系統(tǒng)發(fā)生了(預想)事故后不穩(wěn)定怎么辦，而對系統(tǒng)未發(fā)生故障時的運行狀況不管不問，哪怕是系統(tǒng)已經處于不安全狀態(tài)(但未發(fā)生事故)。而在實際中的大多數(shù)時候系統(tǒng)都是處于無故障運行狀況下，因此在不過重的增加運算與數(shù)據通訊負擔的前提下，在區(qū)域子站中加入一些安全分析的功能(也可以考慮與當?shù)氐腅MS接口)又何樂而不為呢，況且這樣可以使區(qū)域子站的運行人員對本站在大多數(shù)情況下的安全性進一步了解，并在適當時候做出一定調整使系統(tǒng)盡量保持在一個高穩(wěn)定度運行狀況下。同時這對于今后的電力市場下的能量交易也是有益的。在目前的技術水平下，作者認為動態(tài)安全域法12可望勝任此任，且“域”的思想也有利于實現(xiàn)大電網綜合穩(wěn)定性(橫向上功角、電壓、頻率、負荷穩(wěn)定性與縱向上預防、緊急、恢復控制)的聯(lián)合、協(xié)調控制，有利于實現(xiàn)電力系統(tǒng)災變防治。6結語隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的