深圳網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

曹更新，劉 剛，宋湘萍

（南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引言

隨著我國特高壓交直流電網(wǎng)［1］快速發(fā)展，遠距離跨區(qū)輸電規(guī)模持續(xù)增長，特別是在電網(wǎng)“強直弱交”的過渡期內(nèi)，一旦特高壓直流雙極閉鎖［2-3］，受端電網(wǎng)必須切除大量負荷才能保住電網(wǎng)穩(wěn)定［4-12］，但傳統(tǒng)的穩(wěn)控技術(shù)［13-15］只能直接切除變電站饋線，這將導致許多工廠和居民小區(qū)直接停電，造成較大影響。因此只能切除部分用戶的可中斷負荷，并且在事故后做到切負荷量的“精確”和對象的“準確”，為此而建設(shè)的新型電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)就是網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)［16-21］。為解決南方電網(wǎng)高壓直流閉鎖以及其它重大電網(wǎng)設(shè)備故障時造成的電網(wǎng)穩(wěn)定問題，保障電網(wǎng)安全運行，深圳電網(wǎng)針對烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程，建設(shè)了深圳電網(wǎng)網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)，挖掘分散性的用戶可中斷負荷單元，對其實施靈活快速的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)電網(wǎng)與負荷的友好互動，達到電力供需瞬時平衡，避免大面積停電的發(fā)生。把數(shù)量眾多、地理位置分散的可中斷負荷原有的南方電網(wǎng)接入穩(wěn)定控制系統(tǒng)，同時滿足電網(wǎng)安全性、可靠性、經(jīng)濟性的需求，是設(shè)計方案中需要解決的問題。

1 網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 總體架構(gòu)

深圳電網(wǎng)網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)由負荷控制主站、8個地區(qū)的網(wǎng)荷控制子站、5個地區(qū)的常規(guī)控制子站、專用通信接口設(shè)備、網(wǎng)荷精準控制終端等部分組成。500 kV現(xiàn)代主站分別與8個地區(qū)的網(wǎng)荷控制子站、5個地區(qū)的常規(guī)控制子站通信，匯集深圳全網(wǎng)的負荷量信息?，F(xiàn)代主站對上與南網(wǎng)羅洞主站通信，在發(fā)生故障后接收南網(wǎng)羅洞主站的切負荷容量命令，并向各網(wǎng)荷控制子站和常規(guī)控制子站分發(fā)切負荷指令，如圖1所示。

圖1 深圳電網(wǎng)網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Grid load intelligent interactive system architecture of Shenzhen power grid

1.2 裝置配置

網(wǎng)荷控制現(xiàn)代主站安穩(wěn)控制系統(tǒng)按雙套系統(tǒng)設(shè)置，設(shè)穩(wěn)控主機A柜、主機B柜以及通信接口柜。B套包括1臺PCS-992M主機、2臺PCS-992S從機、1臺通信復(fù)接裝置MUX-22E，使用2M接口與南網(wǎng)羅洞主站及控制子站通信，如圖2。

圖2 深圳網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)500 kV現(xiàn)代主站配置Fig.2 Shenzhen Grid load intelligent interactive system configuration of 500 kV Xiandai master substation

網(wǎng)荷控制子站按雙套系統(tǒng)配置，B套由1臺PCS-992M主機、2臺PCS-992S從機、1臺通信接口裝置MUX-S02使用STM-1光口與就近站通信，1臺通信接口裝置MUX-09A使用2M接口與主站通信，如圖3。

圖3 深圳網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)子站配置Fig.3 Shenzhen Grid load intelligent interactive system configuration of slave substation

2 各層級負荷控制裝置功能與控制策略

2.1 網(wǎng)荷控制主站

500 kV現(xiàn)代主站做為切負荷控制主站，接收來自南網(wǎng)羅洞主站的切負荷命令，同時接收各網(wǎng)荷控制子站上送的負荷信息，接收各常規(guī)控制子站上送的總可切負荷統(tǒng)計?，F(xiàn)代主站接到切除負荷命令后，在下轄的網(wǎng)荷控制子站及常規(guī)控制子站中進行分配。

若Pnwxq*Kwh≤Pwhkq，則只切網(wǎng)荷控制子站的可中斷負荷，網(wǎng)荷需切負荷量為Pwhxq=Pnwxq*Kwh；

若Pnwxq*Kwh＞Pwhkq，則優(yōu)先切除全部網(wǎng)荷控制子站負荷，剩余的量再切常規(guī)控制子站鯤鵬子站與鵬城子站的負荷。

式（1）-式（4）中，Pnwxq為南網(wǎng)羅洞發(fā)送的需切量；Pwhkq為網(wǎng)荷控制子站上送的總可切量；Kwh為網(wǎng)荷可切系數(shù)（0.1～2）；Psyxq為剩余需切量，為鯤鵬、鵬城子站的切負荷量；Pkpxq為鯤鵬站需切量；Pkpkq為鯤鵬站上送的可切量；Ppcxq為鵬城站需切量；Ppckq為鵬城站上送的可切量。

2.2 網(wǎng)荷控制子站

網(wǎng)荷控制子站接收本地區(qū)所有終端的可中斷負荷，按照重要等級進行統(tǒng)一分組，共分為5組，組別1的負荷優(yōu)先切除，組別5的負荷最后切除。對每個負荷設(shè)置優(yōu)先級定值，組別1優(yōu)先級范圍為1-50，組別2優(yōu)先級范圍為51-100，依此類推，負荷優(yōu)先級0～250。網(wǎng)荷控制子站計算各個組別的總可切負荷信息上送至網(wǎng)荷現(xiàn)代主站；接收網(wǎng)荷現(xiàn)代主站的切各組別容量命令，并結(jié)合本地頻率輔助判據(jù)切除負荷。收到切某個組別負荷容量命令時，若滿足低頻條件，按照設(shè)置的控制終端負荷切除優(yōu)先級順序，根據(jù)最小過切原則，依次選擇切除各終端的可切負荷，直到滿足該組別負荷的需切容量。同一優(yōu)先級的負荷一起切除。

2.3 常規(guī)控制子站

常規(guī)控制子站接收下屬各切負荷執(zhí)行站上送的可切負荷量，形成主站的可切負荷序列。常規(guī)控制子站接收主站切負荷命令，根據(jù)既定策略合理分配切負荷量至本站下屬各個執(zhí)行站，發(fā)送命令至相關(guān)執(zhí)行站切除負荷。常規(guī)控制子站本站內(nèi)主變過載時，根據(jù)既定負荷切除策略合理分配切負荷量至本站下屬各個執(zhí)行站，發(fā)送命令至相關(guān)執(zhí)行站，由優(yōu)先級定值確值確定切除負荷。

2.4 網(wǎng)荷控制終端

網(wǎng)荷智能互動終端裝置為PCS-992SZ，軟硬件均實現(xiàn)了模塊化結(jié)構(gòu)，拼裝靈活、通用性強，并且采用了多重可靠性措施，達到特高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置的可靠性要求。終端裝置功能主要有：

1）最大采集兩段母線三相電壓+2回線路三相電流的模擬量信息；

2）將各線路負荷的可切量上送給遠方子站；

3）接收子站切負荷命令并執(zhí)行出口。

3 網(wǎng)荷控制終端通信接入方式

網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)需要確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，通信方案非常重要。南網(wǎng)為在首套項目中積累經(jīng)驗，深圳網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)中通信接入采用了星型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)網(wǎng)、5G 3種方式［22-26］。

3.1 專用光纖星型接入就近站

就近變電站配置了MUX-02E通信接口裝置，安裝在通信機房內(nèi)，用于與PCS-992SZ網(wǎng)荷智能互動終端裝置配合使用。MUX-02E最大可支持8個2 048 kbit/s專用光纖接口與終端同時進行通信，并把終端數(shù)據(jù)通過2個E1數(shù)字復(fù)接接口，經(jīng)SDH設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)至控制子站的A、B套裝置，如圖4所示。

圖4 網(wǎng)荷控制終端星型接入示意圖Fig.4 Grid load control terminal device communication access with star topology

3.2 專用光纖環(huán)網(wǎng)接入就近站

就近變電站中配置MUX-02F通信接口裝置，用于部分試點站控制終端進行HSR環(huán)網(wǎng)通信，安裝在通信機房內(nèi)。MUX-02F最大可支持8個終端進行HSR環(huán)網(wǎng)通信，將終端數(shù)據(jù)通過2個E1接口，經(jīng)SDH設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)至控制子站的A、B套裝置，如圖5所示。

圖5 網(wǎng)荷控制終端環(huán)網(wǎng)接入示意圖Fig.5 Grid load control terminal device communication access with ring topology

3.3 5G通信試點接入方案

基于5G通信的優(yōu)點和深圳網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)的要求，控制子站與部分控制終端之間采用5G通信方案進行試點。在終端側(cè)，控制終端通過百兆電以太網(wǎng)RJ45接口連接CPE，通過5G網(wǎng)絡(luò)分別與控制子站的A、B套裝置進行通信，如圖6所示。

圖6 網(wǎng)荷控制終端5G通信試點接入示意圖Fig.6 Grid load control terminal device communication pilot access with 5G technology

4 系統(tǒng)實施與聯(lián)調(diào)

深圳網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)中經(jīng)過方案設(shè)計、硬件生產(chǎn)、軟件開發(fā)和嚴格的廠內(nèi)驗收，已于2020年12月完成現(xiàn)場安裝，進行了全面的單站調(diào)試、通道調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及測試、傳動，現(xiàn)已投入運行。為確保聯(lián)調(diào)試驗［27-30］的安全，不誤切用戶負荷，聯(lián)調(diào)過程中，網(wǎng)荷互動終端裝置的出口壓板均保持退出狀態(tài)，并執(zhí)行好現(xiàn)場安全措施，嚴防誤投壓板、誤碰回路、誤操作造成誤切負荷?，F(xiàn)場調(diào)試的主要內(nèi)容：

1）單站調(diào)試：就地采樣精度、開入開出回路、信號回路、裝置異常告警、本地控制功能檢查。

2）系統(tǒng)功能聯(lián)調(diào)

①現(xiàn)代主站A/B套裝置與各子站間的通道告警功能測試；

②現(xiàn)代主站A、B套裝置間的通道告警功能測試；

③遠方控制命令確認幀檢驗，只有收到連續(xù)3幀正確報文的情況下，子站或執(zhí)行站方可動作；

④可切負荷量上送檢驗，控制終端上送量與子站接收量應(yīng)一致；

⑤現(xiàn)代主站AB信息交換檢驗，檢驗柜間信息交換是否正確；

⑥網(wǎng)荷可中斷負荷、常規(guī)負荷通信正常的情況下，模擬現(xiàn)代主站接受南網(wǎng)羅洞切負荷命令，動作情況應(yīng)與預(yù)期一致；

⑦整組動作時間測試

現(xiàn)場共完成單體功能測試160項，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試25大項，671小項試驗項目。聯(lián)調(diào)試驗結(jié)果表明，網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)可以在故障時，快速、準確、可靠地切除負荷。試運行期間，深圳網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)經(jīng)受了各種故障的考驗，裝置反應(yīng)正確，系統(tǒng)正常。

5 結(jié)論

深圳網(wǎng)荷智能互動系統(tǒng)的成功應(yīng)用，有效拓展了電網(wǎng)故障時的可控資源，為受端電網(wǎng)解決故障情況下電網(wǎng)頻率問題提供了良好解決方案，改善了安全穩(wěn)定控制效果，最大限度地減少對用戶停電的干擾，提升了網(wǎng)荷友好互動性，提升了社會效益和經(jīng)濟效益，有利于推動能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用，為南方電網(wǎng)特高壓交直流電網(wǎng)快速建設(shè)發(fā)展保駕護航，提供強力支撐。根據(jù)本項目的試點經(jīng)驗，深圳電網(wǎng)今后將增加可中斷負荷的接入，進一步增大可中斷負荷的控制資源。