曹曉梅，陳 熙

(1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司海安縣供電公司，江蘇 南通 226600; 2.南京師范大學(xué)，江蘇 南京 210000)

分布式安全穩(wěn)定控制裝置的應(yīng)用

曹曉梅1，陳 熙2

(1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司海安縣供電公司，江蘇 南通 226600; 2.南京師范大學(xué)，江蘇 南京 210000)

介紹了分布式安全穩(wěn)定控制裝置的基本原理和控制策略，結(jié)合實(shí)例闡述了具體的系統(tǒng)配置方案與控制策略的設(shè)置。結(jié)果表明，合理的控制策略可以有效提高安全穩(wěn)定控制裝置的運(yùn)行可靠性，確保信號(hào)采集的正確性，進(jìn)而保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

安穩(wěn)裝置；控制策略；通道配置；穩(wěn)控策略

0 引言

近年來(lái)，為了優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家大力推廣特高壓骨干電網(wǎng)以及光伏電源建設(shè)，我國(guó)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)因此發(fā)生了很大變化。因多個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的聯(lián)系加強(qiáng)，一旦特高壓骨干電網(wǎng)發(fā)生故障，將波及多個(gè)區(qū)域電網(wǎng)，增加了電網(wǎng)穩(wěn)定特性的復(fù)雜度。

安全穩(wěn)定控制裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“安穩(wěn)裝置”)是能夠快速切除系統(tǒng)故障、確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的裝置。電力系統(tǒng)發(fā)生短路或異常運(yùn)行稱(chēng)為電力系統(tǒng)的一次事故，而把可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)失步的稱(chēng)為二次事故。為了防止二次事故產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，必須裝設(shè)安穩(wěn)裝置。當(dāng)電網(wǎng)受到大擾動(dòng)而出現(xiàn)緊急狀態(tài)時(shí)，安穩(wěn)裝置能夠迅速執(zhí)行緊急控制措施，維持系統(tǒng)功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定，使系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。裝設(shè)安穩(wěn)裝置是提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、防范電網(wǎng)穩(wěn)定事故、防止大面積停電事故的有效措施，目前已廣泛應(yīng)用在全國(guó)各級(jí)電網(wǎng)和電廠(chǎng)。

1 分布式安穩(wěn)裝置基本原理

分布式安穩(wěn)裝置是在多年研制開(kāi)發(fā)安穩(wěn)裝置經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為了滿(mǎn)足特高壓互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行要求而研發(fā)的新一代安穩(wěn)裝置。分布式安穩(wěn)裝置既可用于特高壓電網(wǎng)的穩(wěn)定控制和大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制，又可適用于區(qū)域電網(wǎng)和單個(gè)廠(chǎng)站的穩(wěn)定控制，滿(mǎn)足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的需要，提高對(duì)電網(wǎng)的駕馭能力。

分布式安穩(wěn)裝置要采集交流電流、交流電壓等模擬量信息和開(kāi)關(guān)、刀閘等位置信號(hào)以及保護(hù)跳閘信號(hào)；并且為實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，還需要采集異地的線(xiàn)路、元件、裝置等運(yùn)行信息，通過(guò)采集的信息自動(dòng)識(shí)別電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行方式。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，根據(jù)判斷出的故障類(lèi)型(包括遠(yuǎn)方送來(lái)的故障信息)、事故前電網(wǎng)的運(yùn)行方式及主要送電斷面的潮流大小，查找存放在裝置內(nèi)的預(yù)先經(jīng)離線(xiàn)穩(wěn)定分析制定的控制策略表，確定應(yīng)采取的控制措施及控制量，如切機(jī)、切負(fù)荷、解列、直流功率緊急調(diào)制、調(diào)機(jī)組出力、投切電抗器/電容器等。

2 安穩(wěn)裝置控制策略

以某供電公司轄區(qū)內(nèi)110 kV光伏電站并網(wǎng)為例，對(duì)安穩(wěn)裝置控制策略進(jìn)行具體分析研究。各個(gè)變電站均采用SCS-500E型安穩(wěn)控制裝置，通過(guò)通信設(shè)備聯(lián)絡(luò)、多套裝置相互配合，組成分布式安穩(wěn)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定控制。其一次主接線(xiàn)如圖1所示。

2.1 安穩(wěn)控制系統(tǒng)一次主接線(xiàn)運(yùn)行方式

220 kV仲洋變1/2號(hào)主變分列運(yùn)行供110 kV正、副母線(xiàn)，110 kV仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)分供戚莊變110 kV正、副母線(xiàn)，110 kV戚壩線(xiàn)/戚港線(xiàn)分供老壩港變110 kVⅠ/Ⅱ段母線(xiàn)，110 kV海東光伏經(jīng)過(guò)110 kV港海線(xiàn)上老壩港變110 kVⅠ段母線(xiàn)與系統(tǒng)并列，110 kV建海光伏經(jīng)過(guò)110 kV港建線(xiàn)上老壩港變110 kVⅡ段母線(xiàn)與系統(tǒng)并列。

圖1 一次主接線(xiàn)

2.2 通道配置及通道數(shù)據(jù)交換

結(jié)合安穩(wěn)裝置的基本原理及圖1可以看出，系統(tǒng)一次接線(xiàn)方式復(fù)雜，運(yùn)行方式靈活多變，這給制定切實(shí)有效的控制策略帶來(lái)一定難度。為了能正確、及時(shí)地傳輸各類(lèi)信息，自動(dòng)識(shí)別電網(wǎng)運(yùn)行方式，通過(guò)研究分析，安穩(wěn)系統(tǒng)對(duì)通道進(jìn)行了配置，并采取了通道數(shù)據(jù)交換。通道配置如圖2所示，通道數(shù)據(jù)的交換方式如圖3所示。

圖2 通道配置示意

該區(qū)域安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制策略表總的配置原則，就是防止110 kV海東光伏(建海光伏)電站孤島運(yùn)行。當(dāng)光伏電站并網(wǎng)通道上的某一斷路器跳閘后，若安穩(wěn)裝置判斷海東光伏(建海光伏)電站為孤島運(yùn)行時(shí)，則向海東光伏(建海光伏)電站端的安穩(wěn)裝置發(fā)送跳閘命令，由其跳開(kāi)海東光伏(建海光伏)電站110kV高壓側(cè)開(kāi)關(guān)。當(dāng)仲洋變701開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，穩(wěn)控策略應(yīng)能自動(dòng)識(shí)別跳開(kāi)海東光伏或建海光伏，或者同時(shí)跳開(kāi)。該區(qū)域安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制策略表的難點(diǎn)就在于任一通道受阻后，穩(wěn)控策略如何能自動(dòng)識(shí)別跳開(kāi)海東光伏還是建海光伏，或者兩者都跳。

2.3 控制策略表信息

根據(jù)總的配置原則，系統(tǒng)控制策略表采集了如下信息。

(1) 仲洋變側(cè)。電氣量輸入：2臺(tái)主變中壓側(cè)三相電壓和三相電流；開(kāi)關(guān)量輸入：仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)HWJ和正、副母刀閘位置信號(hào)，2臺(tái)主變中壓側(cè)HWJ和正、副母刀閘位置信號(hào)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)HWJ；輸出：本地輸出無(wú)。

(2) 戚莊變側(cè)。電氣量輸入：仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)三相電壓和三相電流；開(kāi)關(guān)量輸入：仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)HWJ和正、副母刀閘位置信號(hào)，戚壩線(xiàn)/戚港線(xiàn)HWJ和正、副母刀閘位置信號(hào)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)HWJ；輸出：本地輸出無(wú)。

(3) 老壩港變側(cè)。電氣量輸入：戚壩線(xiàn)/戚港線(xiàn)、港建線(xiàn)/港海線(xiàn)三相電壓和三相電流；開(kāi)關(guān)量輸入：戚壩線(xiàn)/戚港線(xiàn)、港建線(xiàn)/港海線(xiàn)HWJ，分段開(kāi)關(guān)HWJ；輸出：本地輸出無(wú)。

圖3 穩(wěn)定控制系統(tǒng)通道數(shù)據(jù)交換示意

(4) 建海光伏側(cè)。電氣量輸入：港建線(xiàn)三相電壓和三相電流；開(kāi)關(guān)量輸入：港建線(xiàn)HWJ；輸出：跳港建線(xiàn)開(kāi)關(guān)出口。

(5) 海東光伏側(cè)。電氣量輸入：港海線(xiàn)三相電壓和三相電流；開(kāi)關(guān)量輸入：港海線(xiàn)HWJ；輸出：跳港海線(xiàn)開(kāi)關(guān)出口。

根據(jù)上述采集的信息以及預(yù)先經(jīng)離線(xiàn)穩(wěn)定分析制定的控制策略表，安全穩(wěn)定系統(tǒng)就能自動(dòng)判別仲洋變、戚莊變110 kV母線(xiàn)的結(jié)排方式，以及并網(wǎng)通道上相關(guān)斷路器的分、合閘狀態(tài)。

3 實(shí)例說(shuō)明及分析

若判斷出光伏電站接入系統(tǒng)的并網(wǎng)通道上有某一斷路器處在分閘位置(使得該光伏電站所有并網(wǎng)通道全部斷開(kāi))，則可得出該光伏電站將孤島運(yùn)行的結(jié)論，如此，裝置發(fā)出將光伏電站解列的跳閘命令?，F(xiàn)取以下2個(gè)實(shí)例予以說(shuō)明。

3.1 實(shí)例1方式

老壩港變110 kV分段開(kāi)關(guān)打開(kāi)；戚莊變110 kV母聯(lián)打開(kāi)，戚壩線(xiàn)和仲戚Ⅱ線(xiàn)掛一段母線(xiàn)，戚壩線(xiàn)和仲戚線(xiàn)掛另一段母線(xiàn)；仲洋變110 kV母聯(lián)打開(kāi)，仲戚Ⅰ線(xiàn)和2號(hào)主變中壓側(cè)掛一段母線(xiàn)，仲戚Ⅱ線(xiàn)和1號(hào)主變中壓側(cè)掛一段母線(xiàn)，實(shí)例1的運(yùn)行方式如圖4所示。

圖4 實(shí)例1運(yùn)行方式

根據(jù)掛母線(xiàn)的情況，戚莊變側(cè)穩(wěn)控裝置判別出戚壩線(xiàn)和仲戚Ⅱ線(xiàn)屬于同一串，戚港線(xiàn)和仲戚Ⅰ線(xiàn)屬于同一串。仲洋變判別出仲戚Ⅰ線(xiàn)和2號(hào)主變中壓側(cè)屬于同一串，仲戚Ⅱ線(xiàn)和1號(hào)主變中壓側(cè)屬于同一串。

當(dāng)仲洋變裝置判出1號(hào)主變中壓側(cè)跳閘，則同時(shí)判定同串元件仲戚Ⅱ線(xiàn)輸出通道受阻，并將此信息發(fā)送給戚莊變。戚莊變收到仲戚Ⅱ線(xiàn)輸出通道受阻的信息，則同時(shí)判定同串元件戚壩線(xiàn)輸出通道受阻，并將此信息發(fā)送給老壩港變。老壩港變收到戚壩線(xiàn)輸出通道受阻的信息，執(zhí)行本地該方式下的策略，切除海東光伏。

當(dāng)仲洋變裝置判出2號(hào)主變中壓側(cè)跳閘，則同時(shí)判定同串元件仲戚Ⅰ線(xiàn)輸出通道受阻，并將此信息發(fā)送給戚莊變。戚莊變收到仲戚Ⅰ線(xiàn)輸出通道受阻的信息，則同時(shí)判定同串元件戚港線(xiàn)輸出通道受阻，并將此信息發(fā)送給老壩港變。老壩港變收到戚港線(xiàn)輸出通道受阻的信息，執(zhí)行本地該方式下的策略，切除建海光伏。

3.2 實(shí)例2方式

老壩港變110 kV分段開(kāi)關(guān)閉合；戚莊變110 kV母聯(lián)打開(kāi)，戚壩線(xiàn)和仲戚雙線(xiàn)掛一段母線(xiàn)，戚港停運(yùn)；仲洋變110 kV母聯(lián)打開(kāi)，仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)和1號(hào)主變中壓側(cè)掛一段母線(xiàn)，2號(hào)主變中壓側(cè)單掛另一段母線(xiàn)，實(shí)例2的運(yùn)行方式如圖5所示。

圖5 實(shí)例2運(yùn)行方式

根據(jù)掛母線(xiàn)的情況，戚莊變裝置判別出戚壩線(xiàn)和仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)屬于同一串。仲洋變判別出仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)和1號(hào)主變中壓側(cè)屬于同一串，2號(hào)主變中壓側(cè)與仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)沒(méi)有任何聯(lián)系。

當(dāng)仲洋變裝置判出1號(hào)主變中壓側(cè)跳閘，則同時(shí)判定同串元件仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)輸出通道受阻，并將此信息發(fā)送給戚莊變。戚莊變收到仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)輸出通道受阻的信息，則同時(shí)判定同串元件戚壩線(xiàn)輸出通道受阻，并將此信息發(fā)送給老壩港變。老壩港變收到戚壩線(xiàn)輸出通道受阻的信息，執(zhí)行本地方式下的策略，切除建海光伏和海東光伏。

當(dāng)仲洋變裝置判出2號(hào)主變中壓側(cè)跳閘，則同時(shí)判定沒(méi)有仲戚Ⅰ/Ⅱ線(xiàn)輸出通道受阻，不向戚莊變發(fā)送任何信息，裝置決策到此結(jié)束。

3.3 實(shí)例分析

由上述實(shí)例可以看出，任一運(yùn)行方式下的判別均遵循上述原理，安穩(wěn)裝置均能正確識(shí)別。因仲洋變、戚莊變110 kV為雙母線(xiàn)接線(xiàn)方式，為確保正、副刀閘位置采集信號(hào)的可靠，后期試驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中，在仲洋變、戚莊變側(cè)增加了所有正、副母刀閘位置采集的強(qiáng)制壓板、檢修壓板及刀閘位置異常的告警信號(hào)，有效確保信號(hào)采集的正確性，提高安穩(wěn)裝置的可靠運(yùn)行水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

電力市場(chǎng)結(jié)構(gòu)改革增加了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制的難度，要充分發(fā)揮特高壓電網(wǎng)以及光伏電源的優(yōu)勢(shì)，需要更先進(jìn)可靠的安全穩(wěn)定系統(tǒng)，對(duì)穩(wěn)定控制技術(shù)和控制策略也提出了更高的要求。

通過(guò)對(duì)分布式安穩(wěn)裝置控制策略的分析研究，合理地配置信息通道與正確地制定控制策略，能有效確保安穩(wěn)裝置信號(hào)采集的正確性，提高安穩(wěn)裝置運(yùn)行的可靠性水平，從而為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的保障。

2016-03-06；

2016-06-06。

曹曉梅(1980-)，女，工程師，主要從事繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)管理工作，email：544213477@qq.com。

陳 熙(1994-)，男，本科在讀，主要學(xué)習(xí)有關(guān)電氣工程及自動(dòng)化的課程。