區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)分析

馮曉群

[摘要]結(jié)合電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的整體特點,論述電網(wǎng)穩(wěn)定控制的關(guān)鍵在于區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的成熟。

[關(guān)鍵詞]區(qū)域電網(wǎng)區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)運行方式

中圖分類號:TM7文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110031-01

所謂區(qū)域電網(wǎng)的區(qū)域性指的是該局部電力系統(tǒng)由多個電源節(jié)點構(gòu)成,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時,這些電源節(jié)點互相影響,具備較強的相關(guān)性。對于這樣的系統(tǒng),實現(xiàn)安全穩(wěn)定控制,需要考慮的因素較多。

一、電網(wǎng)穩(wěn)控控制的整體特點

電網(wǎng)需要大量的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與運行參數(shù)來實現(xiàn)穩(wěn)定控制,同時也需要可靠高速的通信通道與硬件平臺,準(zhǔn)確快速的穩(wěn)定分析軟件和適合的控制策略。當(dāng)前,電網(wǎng)穩(wěn)定控制裝置的實現(xiàn)與開發(fā)具有下列特點:(l)仍以功角穩(wěn)定問題為主要控制對象,但帶有電壓越限等輔助功能;一般均采用分區(qū)控制、集中管理的模式,這樣既可保持各區(qū)域子站的相對獨立性,又有利于實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。(2)根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制,特別是電網(wǎng)穩(wěn)定控制中信息量大、跨地域范圍廣、控制速度快的特點,一般均采用開環(huán)預(yù)測控制,且多為離散控制(如切負(fù)荷、切機、快關(guān)、電氣制動等)。(3)出于經(jīng)濟性與可靠性的考慮,一般考慮將穩(wěn)定控制裝置與MIS、EMS等接口的可能性,充分利用豐富的通信通道與已建成的數(shù)據(jù)資源;合理利用己有的區(qū)域穩(wěn)定控制裝置及常規(guī)穩(wěn)定裝置,避免設(shè)備與資源的浪費。(4)技術(shù)上借鑒微機保護與SCADA中成熟的故障辨識、數(shù)據(jù)采集與數(shù)字濾波等技術(shù);借鑒較為成熟的靜態(tài)安全分析中的預(yù)想事故、狀態(tài)估計、靈敏度分析等技術(shù);預(yù)想事故分析部分采用快速穩(wěn)定分析方法,如各種人工智能、直接法、基于GPS外部觀測的預(yù)測方法等,其目的是從根本上解決穩(wěn)定控制快速性要求的前提下,滿足穩(wěn)定裕量與準(zhǔn)確性的要求。

二、電力系統(tǒng)中緊急控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

(一)離線預(yù)想計算,實時匹配。當(dāng)前,在國內(nèi)外這種控制方案已被廣泛采用。它由控制裝置實時檢測當(dāng)前的故障和運行工況,然后從由故障和工況組成的二維表中查找控制措施并貫徹執(zhí)行。其控制決策表是離線預(yù)先準(zhǔn)備的。由于系統(tǒng)運行的工況是多維可變的,要考慮工況和故障的所有組合是不可能的。實際應(yīng)用中將工況分檔,只考慮典型工況。這樣,實際運行時,有可能出現(xiàn)工況失配問題。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)重大變化時,一定要重新計算決策表,自適應(yīng)能力較差,對當(dāng)前處于發(fā)展變化的電力系統(tǒng)來說,重復(fù)計算的工作量相對較大。

(二)在線預(yù)想計算,實時匹配。這種方案是按實際工況來制作決策表,并假定工況在幾分鐘內(nèi)不會變化,避免工況的失配問題,并能夠自動適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展變化。而不是按預(yù)想工況,該方案要求決策分析軟件在盡可能短的時間內(nèi)作出決定。

(三)實時計算,實時控制。這方面的研究有在線實時建模和同步功角測量,它按檢測的故障和實時采集信息,實時對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行判斷。如果不穩(wěn)定則作出控制決策并執(zhí)行,這些都要在較短的時間內(nèi)完成。該方案在實用中有很大的困難,對算法要求很高。

三、區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想

(一)通訊方案選擇。在區(qū)域電網(wǎng)各控制設(shè)備間的聯(lián)系較為緊密,也極為重要。因為,各設(shè)備間的參數(shù)測量需要通過及時的互相傳送,以便于整體系統(tǒng)對電網(wǎng)的實時情況作出正確的動作。遠(yuǎn)程通信網(wǎng):由于現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)下行通訊能力差,不能實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時控制功能,因此必須采用專用通信信道。在選擇通信信道方面,可以立足于現(xiàn)有的電網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò),即占用現(xiàn)有微波通信的1個或者2個話路,將調(diào)度中心和所有子站按現(xiàn)行計算機網(wǎng)絡(luò)通信的方式聯(lián)網(wǎng)。各測量站和參考站的相角測量裝置可以通過光纖收發(fā)器和網(wǎng)卡以及通信信道接口與站內(nèi)千兆局域網(wǎng),調(diào)度中心的中心處理機通過光纖收發(fā)器和網(wǎng)卡以及調(diào)度專用的千兆局域網(wǎng)連接通信信道接口,參考站與調(diào)度中心和所有子站按計算機按網(wǎng)絡(luò)方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信,可由網(wǎng)卡實現(xiàn)地址識別、網(wǎng)絡(luò)偵聽等網(wǎng)絡(luò)層規(guī)約,由光纖實現(xiàn)信號的傳輸;同時在相角中心、調(diào)度中心、后臺機、處理機與SCADA系統(tǒng)機也可以通過網(wǎng)卡運行在千兆局域網(wǎng)中。通過千兆局域網(wǎng)以及光纖實時地完成相角中心、調(diào)度中心、后臺機、處理機與SCADA系統(tǒng)機之間的數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送。從以上兩種網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)方案的比較,綜合分析微波通信傳送數(shù)據(jù)和光纖聯(lián)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)之間的利弊,同時,考慮到現(xiàn)有設(shè)備的費用和利用,采用光纖聯(lián)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)。同時,微波通信作為備用的輔助傳輸手段。實行雙通道方式運行,可以較大的提高電網(wǎng)穩(wěn)定控制能力,以實現(xiàn)電網(wǎng)安全運行。

(二)參考站、測量站的組成。參考站:參考站與測量站基本相同。但是,參考站可以起到承擔(dān)整個系統(tǒng)的參考點的作用,需要某些測量站和調(diào)度中心的信息。因此,其內(nèi)存配置和CPU均應(yīng)高于測量站,可配置雙機,互為備用,在線切換,以提高裝置的可靠性。測量站:站內(nèi)裝有GPS天線,GPS接收模塊接收衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號(三維地理坐標(biāo)和絕對時間)。測量及控制模塊的數(shù)量和變電站或發(fā)電廠機組的母線條數(shù)有關(guān),其中,模擬量模塊輸入模擬量信息(母線電壓三相瞬時值或發(fā)電機電勢),開關(guān)量模塊模擬輸入開關(guān)位置信息。監(jiān)控模塊通過通信接口進入通信網(wǎng)絡(luò),與參考中心和調(diào)度中心交換信息,通過測量模塊通信與高速總線,通過就地PC機與串行口通信。輸出模塊有相角模擬輸出和授時輸出機控制命令輸出。當(dāng)前的參考站和測量站的實現(xiàn)有下列幾種方式:工業(yè)PC系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)以及工業(yè)局域網(wǎng)系統(tǒng)。但無論選擇三者中哪種方式,提高整體性能是最重要的。

(三)調(diào)度中心的構(gòu)成。調(diào)度中心要完成快速暫態(tài)穩(wěn)定分析以及預(yù)想事故的快速篩選,而且還要協(xié)調(diào)管理各區(qū)域子站,任務(wù)較重。因此,其構(gòu)成模式是否合理直接關(guān)系到整個穩(wěn)定控制系統(tǒng)的運行效率。調(diào)度中心的實現(xiàn)多采用“小型機+UNIX平臺”模式。目前,則多采用“工作站+局域網(wǎng)+網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)”的模式。后者可將多項任務(wù)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(jié)構(gòu)便于利用新技術(shù)與擴展。當(dāng)EMS與調(diào)度中心接口后,其數(shù)據(jù)的獲取可完全由EMS提供,而各區(qū)域子站與調(diào)度中心的通信只限于發(fā)收穩(wěn)定策略及協(xié)調(diào)控制信息,通訊量大大減小。

四、關(guān)于大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的發(fā)展分析

鑒于區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)是組成電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的重要組成部分,所以,區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的技術(shù)成熟將會給大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)成型帶來可能。同時,在應(yīng)用于區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制的各類裝置中,都遵循了IEEE的通訊及總線標(biāo)準(zhǔn),這樣使得不同廠家的生產(chǎn)的電網(wǎng)穩(wěn)定控制裝置都具有相互交換信息的能力,同時也具有向大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的調(diào)度中心發(fā)送和接受信息的能力,在這樣的基礎(chǔ)上,由多個區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)組成大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)成為可能。在大電網(wǎng)的穩(wěn)定控制系統(tǒng)中,除了具備區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)之外,重點要解決的問題是調(diào)度中心的組成及功能,因為所有的區(qū)域電網(wǎng)信息都要匯總到調(diào)度中心處理。隨著計算機技術(shù)、光纖通訊技術(shù)、人工智能技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展,一定會使得大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的調(diào)度中心在技術(shù)上實現(xiàn)成為可能。

參考文獻:

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