大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)中幾個(gè)問(wèn)題的探討_secret

1、大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)中幾個(gè)問(wèn)題的探討摘 要：首先綜述了當(dāng)前大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與要求，隨后討論了穩(wěn)定控制裝置的起動(dòng)元件的選取、基于當(dāng)前技術(shù)水平下區(qū)域子站與控制中心的構(gòu)成模式等幾個(gè)問(wèn)題，并就穩(wěn)定對(duì)策的優(yōu)化前提、提高控制裝置與控制策略的開放性、適當(dāng)增加穩(wěn)定控制裝置的預(yù)防能力等方面提出了自己的觀點(diǎn)。 關(guān)鍵字：大電網(wǎng) 穩(wěn)定控制 起動(dòng)元件 優(yōu)化 開放1引言隨著三峽工程與全國(guó)聯(lián)網(wǎng)、電力市場(chǎng)與電能交易、電力環(huán)保等新形勢(shì)的出現(xiàn)，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行與控制的要求越發(fā)顯得重要。在我國(guó)，許多傳統(tǒng)的就地控制模式，如簡(jiǎn)單的線路故障聯(lián)鎖切機(jī)、切負(fù)荷由于其技術(shù)性能落后、經(jīng)濟(jì)性差等缺點(diǎn)已越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代大電網(wǎng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性

2、的要求。近年來(lái)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(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行控制的壓力，但也只能兼顧電網(wǎng)的一部分，無(wú)法從全局上對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。隨著快速穩(wěn)定分析方法的發(fā)展及計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的不斷提高，使基于大系統(tǒng)理論與分級(jí)遞階與分散控制理論的大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的研制開發(fā)成為可能。本文結(jié)合作者參與研究開發(fā)的穩(wěn)定性實(shí)時(shí)觀測(cè)與控制系統(tǒng)的實(shí)際，針對(duì)大電網(wǎng)穩(wěn)定控制裝置開發(fā)中的幾個(gè)問(wèn)題談了自己的看法。2大電網(wǎng)穩(wěn)控裝置的特點(diǎn)與要求2.1整體特點(diǎn)大電網(wǎng)穩(wěn)定控制需要大量的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù)，高速可靠的硬件平臺(tái)與通信通道，快速準(zhǔn)確的穩(wěn)定分析軟件以及合適的控制策略。目前，大電網(wǎng)穩(wěn)定控制裝置的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)具有以

3、下特點(diǎn)：1) 控制對(duì)象仍以功角穩(wěn)定問(wèn)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(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，又可保持各區(qū)域子站的相對(duì)獨(dú)立性。根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制，尤其是大電網(wǎng)穩(wěn)定控制中控制速度快、信息量大、跨地域范圍廣的特點(diǎn)，一般都采用開環(huán)預(yù)測(cè)控制，且多為離散控制(如切機(jī)、切負(fù)荷、電氣制動(dòng)、快關(guān)等)，如圖2所示。圖中控制量u=p(m,x0) (1)式中m為擾動(dòng)信息；x0為基準(zhǔn)狀態(tài)信息；p為控制算子，其內(nèi)涵反應(yīng)了預(yù)測(cè)及按補(bǔ)償原理實(shí)現(xiàn)控制作用的三種方式，即離線預(yù)決策實(shí)時(shí)匹配；在線預(yù)決策實(shí)時(shí)匹配；在線實(shí)時(shí)分析決策1；3) 出于可靠性與經(jīng)濟(jì)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(jù)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(shè)備的浪費(fèi)；4) 技術(shù)上借鑒微機(jī)保護(hù)與SCADA中成熟的數(shù)據(jù)采集、故障辨識(shí)與數(shù)字濾波等技術(shù)；借鑒靜態(tài)安全分析中較為成熟的狀態(tài)估計(jì)、預(yù)想事故、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，如改進(jìn)后的SBS法、各種直接法、人工智能、基于GPS外部觀測(cè)的預(yù)測(cè)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(zhǔn)確性與穩(wěn)定裕量的要求。2.2對(duì)區(qū)域子站的要求在大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)中，區(qū)域子站起著承上啟下的關(guān)鍵作用。在未能很好地解決控制中心與區(qū)域子站的實(shí)時(shí)通

5、信問(wèn)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(dāng)前技術(shù)條件及運(yùn)行調(diào)度人員的要求角度出發(fā)，一個(gè)自動(dòng)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(yīng)具備以下功能：1) 基于GPS的高精度、快速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與準(zhǔn)確無(wú)誤的穩(wěn)定措施執(zhí)行機(jī)構(gòu)：這是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定觀測(cè)與控制的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)的可靠性是其首要問(wèn)題；而在具體的穩(wěn)定措施執(zhí)行點(diǎn)，還應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)毓r進(jìn)行適當(dāng)?shù)男：恕?) 可擴(kuò)展性、可維護(hù)性好、開放靈活的對(duì)策表管理系統(tǒng)，具體體現(xiàn)在以下方面：當(dāng)本區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)線路擴(kuò)建時(shí)，穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)從硬件到軟件應(yīng)能較容易地隨之?dāng)U展；當(dāng)需要修改對(duì)策表時(shí)，在修改權(quán)限的限制下，可從本地/遠(yuǎn)方靈活地修改，以使當(dāng)前的穩(wěn)定對(duì)策最

6、大程度上地符合實(shí)際情況；采用可移植性好、代碼效率高的編程語(yǔ)言；采用模塊化設(shè)計(jì)或(分布式)組件技術(shù)；運(yùn)行模塊與維護(hù)模塊應(yīng)既相對(duì)分離又相互關(guān)聯(lián)。3) 較為合理、完善的穩(wěn)定啟動(dòng)判據(jù)，準(zhǔn)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(jù)采集的開關(guān)量實(shí)現(xiàn)基于關(guān)聯(lián)矩陣的電網(wǎng)拓?fù)浔孀R(shí)，為基于快速積分法的在線準(zhǔn)實(shí)時(shí)穩(wěn)定計(jì)算提供實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?) 實(shí)時(shí)的圖形化監(jiān)視界面，帶有事件順序記錄、實(shí)時(shí)/定時(shí)打印、實(shí)時(shí)波形、語(yǔ)音報(bào)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(guò)對(duì)載波、微波、電話線、Internet、SPDnet等多種通訊方式的支持與實(shí)時(shí)切換，確保區(qū)域子站與控制中心

7、的通訊通道通暢無(wú)阻。6) 適當(dāng)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(jìn)來(lái)，并可通過(guò)電力企業(yè)綜合總線(UIB)與EMS中的SCADA/DTS、電力市場(chǎng)系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)安全評(píng)估聯(lián)系等相聯(lián)系，形成一個(gè)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(gè)典型的以數(shù)據(jù)處理為中心的多任務(wù)、多功能，開放靈活的監(jiān)控系統(tǒng)。不管是采集數(shù)據(jù)的判斷辨識(shí)、對(duì)策表的管理與實(shí)時(shí)查找，還是實(shí)時(shí)生成報(bào)表、打印、事件順序記錄，都要求系統(tǒng)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)等功能。當(dāng)然，這是在把在線計(jì)算的任務(wù)交給控制中心的前提下的。3穩(wěn)定控制裝置起動(dòng)元件的選擇對(duì)于大電網(wǎng)而言，當(dāng)可靠性得以保證的前提下快速性就成為關(guān)鍵因素，這集中體

8、現(xiàn)在對(duì)穩(wěn)定控制裝置啟動(dòng)元件的選取上。從原理上啟動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以根據(jù)保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)及斷路器出口信號(hào)等開關(guān)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。前者廣泛應(yīng)用于微機(jī)保護(hù)中，技術(shù)較成熟可靠，速度快，但數(shù)據(jù)量較大，且有其自身的保護(hù)算法、濾波、PT、CT斷線等問(wèn)題。后者數(shù)據(jù)量小的多，而且“N1”準(zhǔn)則下的各種情況(如發(fā)電機(jī)、線路、電纜、變壓器的退運(yùn))可直接反應(yīng)為開關(guān)量的變位，因此和事故預(yù)想分析(支路開斷、發(fā)電機(jī)開斷)接口簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是拒動(dòng)、誤動(dòng)問(wèn)題，且當(dāng)考慮“N2”準(zhǔn)則時(shí)需要考慮多種運(yùn)行方式，特別是對(duì)于500kV變電站(常采用3/2接線方式)，各種運(yùn)行方式組合較多，需要采用

9、關(guān)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(duì)可靠性與快速性要求甚高的場(chǎng)合下，將模擬量啟動(dòng)元件與開關(guān)量啟動(dòng)元件相互結(jié)合，以一方為主，相互校驗(yàn)與補(bǔ)充也許更可取。比如若以模擬量啟動(dòng)元件為主，可以用適量的開關(guān)量信息(如保護(hù)出口信號(hào))辨別故障區(qū)間等；而以開關(guān)量啟動(dòng)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(dòng)判據(jù)11也值得注意。4穩(wěn)定控制裝置的實(shí)現(xiàn)模式4.1區(qū)域子站的實(shí)現(xiàn)中的幾個(gè)問(wèn)題當(dāng)前的區(qū)域子站的實(shí)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(wǎng)系統(tǒng)，三者間的比較見表1。但無(wú)論選擇哪種方式，協(xié)調(diào)好系統(tǒng)各部

10、分之間的工作與數(shù)據(jù)交換，提高整體性能是最重要的。4.2控制中心的實(shí)現(xiàn)模式控制中心要完成預(yù)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(diào)管理各區(qū)域子站，任務(wù)繁重。因此，其構(gòu)成模式是否合理直接關(guān)系到整個(gè)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的效率?？刂浦行牡膶?shí)現(xiàn)以往多采用“小型機(jī)+UNIX平臺(tái)”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(xiàng)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(shí)現(xiàn)分工，開放式的結(jié)構(gòu)便于擴(kuò)展與利用新技術(shù)。當(dāng)控制中心與EMS接口后，其數(shù)據(jù)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(diào)控制信息，通訊量大大減小。另外，為減少局域網(wǎng)上信息交換量，文

11、獻(xiàn)6提出可采用分層局域網(wǎng)和共享內(nèi)存技術(shù)，不把所有信息集中在一個(gè)局域網(wǎng)上交換。5對(duì)當(dāng)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(guó)，穩(wěn)定控制措施以切機(jī)、快關(guān)、切負(fù)荷、電氣制動(dòng)等為主?？紤]到充分利用原有穩(wěn)定控制執(zhí)行設(shè)備(經(jīng)濟(jì)性)的基礎(chǔ)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(shí)間長(zhǎng)短等)是個(gè)值得研究的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題從本質(zhì)上多屬于非線性整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，其數(shù)學(xué)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(shí)間、控制權(quán)重等，為控制措施下的控制裕度，它等于實(shí)際控制效果減去嚴(yán)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(zhì)在保證穩(wěn)定控制裝置的有效性的基礎(chǔ)上

12、滿足經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)，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(xiàn)8提出了一種快速搜索算法。而在具體應(yīng)用優(yōu)化算法時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，遵守一些原則，如：優(yōu)先考慮電氣制動(dòng)與直流調(diào)制；在切機(jī)或快關(guān)時(shí)，應(yīng)結(jié)合機(jī)組的接線、運(yùn)行方式與進(jìn)相等特殊問(wèn)題；從機(jī)組的疲勞損耗的積累效應(yīng)的角度，應(yīng)用排隊(duì)論或概率方法，盡量使機(jī)組由于切機(jī)而造成的疲勞損耗最小化，尤其對(duì)于汽輪機(jī)組。在基于以上前提的基礎(chǔ)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(dāng)?shù)目焖賰?yōu)化算法，方可得到切實(shí)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(yù)決策，實(shí)時(shí)匹配”的控制方案，并且這也

13、是最實(shí)用的一種方案；但是它的主要問(wèn)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(rèn)為在區(qū)域子站應(yīng)采用開放式的對(duì)策表，利用控制中心的在線計(jì)算，準(zhǔn)實(shí)時(shí)/實(shí)時(shí)地生成最新運(yùn)行狀況的控制策略，對(duì)各區(qū)域子站進(jìn)行刷新；也可在區(qū)域子站中加入智能控制，如對(duì)運(yùn)行方式與對(duì)策表之間的自學(xué)習(xí)或模糊控制能力?？傊瑧?yīng)形成本地/遠(yuǎn)方多種途徑的對(duì)策略表的修正，使之具有開放性。這種開放性帶來(lái)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(zhǎng)了穩(wěn)定控制裝置可使用的壽命。一個(gè)功能較為完善的穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理為中心，充分考慮對(duì)策表中數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。比如采用數(shù)據(jù)庫(kù)的方式就可以保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)各表之間的天然聯(lián)系，具

14、有“對(duì)象關(guān)聯(lián)”的特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖形一體化，如圖3所示。圖中穩(wěn)定對(duì)策表具有很強(qiáng)的開放性，它可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)接口被各種基于不同控制策略的、與網(wǎng)絡(luò)分布無(wú)關(guān)的在線實(shí)時(shí)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)/離線穩(wěn)定計(jì)算模塊加以刷新，并可接收、存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)安全評(píng)估模塊的評(píng)估結(jié)果，為調(diào)度運(yùn)行人員提供系統(tǒng)實(shí)時(shí)的安全狀況。5.3適當(dāng)增強(qiáng)穩(wěn)定控制裝置的預(yù)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(gòu)想中的緊急控制思想，只考慮系統(tǒng)發(fā)生了(預(yù)想)事故后不穩(wěn)定怎么辦，而對(duì)系統(tǒng)未發(fā)生故障時(shí)的運(yùn)行狀況不管不問(wèn)，哪怕是系統(tǒng)已經(jīng)處于不安全狀態(tài)(但未發(fā)生事故)。而在實(shí)際中的大多數(shù)時(shí)候系統(tǒng)都是處于無(wú)故障運(yùn)行狀況下，因此在不過(guò)重的增加運(yùn)算與數(shù)據(jù)通訊負(fù)擔(dān)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(dāng)?shù)氐腅MS接口)又何樂(lè)而不為呢，況且這樣可以使區(qū)域子站的運(yùn)行人員對(duì)本站在大多數(shù)情況下的安全性進(jìn)一步了解，并在適當(dāng)時(shí)候做出一定調(diào)整使系統(tǒng)盡量保持在一個(gè)高穩(wěn)定度運(yùn)行狀況下。同時(shí)這對(duì)于今后的電力市場(chǎng)下的能量交易也是有益的。在目前的技術(shù)水平下，作者認(rèn)為動(dòng)態(tài)安全域法12可望勝任此任，且“域”的思想也有利于實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)綜合穩(wěn)定性(橫向上功角、電壓、頻率、負(fù)荷穩(wěn)定性與縱向上預(yù)防、緊急、恢復(fù)控制)的聯(lián)合、協(xié)調(diào)控制，有利于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)災(zāi)變防治。6結(jié)語(yǔ)隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的