邵　林，岳付昌

(1. 國網(wǎng)鹽城供電公司電力調(diào)控中心，江蘇 鹽城　224006；2. 國網(wǎng)連云港供電公司,江蘇 連云港　222004)

防孤島安穩(wěn)裝置的配置與分析

邵林1，岳付昌2

(1. 國網(wǎng)鹽城供電公司電力調(diào)控中心，江蘇 鹽城224006；2. 國網(wǎng)連云港供電公司,江蘇 連云港222004)

摘要：分析了防孤島安穩(wěn)裝置的定位、功能以及硬件配置。針對(duì)風(fēng)、光等非連續(xù)性新能源存在的孤島電能質(zhì)量危機(jī)，分析了防孤島安穩(wěn)裝置如何系統(tǒng)解決了電網(wǎng)局部孤島問題，并給出了防孤島安穩(wěn)裝置的配置范圍、動(dòng)作原理和判斷邏輯。分析了防孤島安穩(wěn)裝置運(yùn)行中存在的風(fēng)險(xiǎn)，并給出配置安穩(wěn)裝置的建議，認(rèn)為在電網(wǎng)局部安裝防孤島安穩(wěn)裝置，能夠有效解決新能源并網(wǎng)的孤島電能質(zhì)量問題。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；新能源并網(wǎng)；孤島電能質(zhì)量；防孤島安穩(wěn)裝置

隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)系統(tǒng)接受風(fēng)電、光伏等新能源的規(guī)模逐年加大，這就對(duì)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與安全穩(wěn)定性提出了更高的要求。為了保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，裝設(shè)安穩(wěn)裝置就成為了必然的選擇。不同于常規(guī)的切負(fù)荷切機(jī)安穩(wěn)裝置，針對(duì)新能源接入的安穩(wěn)裝置其核心目的是為防止孤島現(xiàn)象的發(fā)生，避免由此產(chǎn)生的對(duì)人身和電網(wǎng)設(shè)備[1]的危害。

1安穩(wěn)裝置的發(fā)展

1.1常規(guī)安穩(wěn)系統(tǒng)的發(fā)展

常規(guī)安穩(wěn)裝置的發(fā)展[2]至今已較為成熟，根據(jù)電網(wǎng)規(guī)模以及發(fā)展程度的不同，配置安穩(wěn)裝置的規(guī)模也不盡相同。為了防止電網(wǎng)局部故障，如大機(jī)組解列、樞紐站失電、重要輸電通道跳閘等，造成全系統(tǒng)的低頻低壓崩潰，甚至?xí)簯B(tài)失穩(wěn)，電網(wǎng)企業(yè)在電網(wǎng)局部或者全域配置安穩(wěn)[3]裝置。以2006年的廣東電網(wǎng)[4]為例，因其復(fù)雜的交直流混供系統(tǒng)，其安穩(wěn)控制系統(tǒng)包含2個(gè)控制主站、13個(gè)控制子站以及69個(gè)切機(jī)切負(fù)荷執(zhí)行站[5]，通過控制主站的策略控制以及層層通信，第一時(shí)間通過局部切機(jī)切負(fù)荷，保障在事故狀態(tài)下電網(wǎng)總體安全穩(wěn)定性；2011年的桂林電網(wǎng)[6]，作為廣西局部電網(wǎng)，各類電廠多而工業(yè)負(fù)荷少，是一個(gè)典型的送端電網(wǎng)，其配置的安穩(wěn)裝置包含2個(gè)含自主判斷邏輯的執(zhí)行站，目的為防范電網(wǎng)內(nèi)大型電廠解列有可能造成的桂林電網(wǎng)崩潰。綜上可見，常規(guī)安穩(wěn)裝置無論其規(guī)模大小，其核心目的為保障主網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

1.2防孤島安穩(wěn)系統(tǒng)的定位

防孤島安穩(wěn)系統(tǒng)，其核心內(nèi)容為防止形成局部孤島，所以其執(zhí)行目標(biāo)為切除電廠并網(wǎng)線路。此類安穩(wěn)裝置主要配置于新能源并網(wǎng)區(qū)域，由于風(fēng)力、光伏的間歇性、不穩(wěn)定性，其并網(wǎng)一旦形成局部孤島造成的電能質(zhì)量危害也較為嚴(yán)重。以光伏發(fā)電為例，當(dāng)前光伏電站的并網(wǎng)逆變器[7]具備一定的反孤島功能，無論是采用被動(dòng)式或者主動(dòng)式檢測(cè)孤島，單機(jī)逆變器都能夠在并網(wǎng)點(diǎn)有較好的孤島檢測(cè)能力；但當(dāng)光伏大規(guī)模并網(wǎng)后[8]，大量光伏逆變器中低壓并聯(lián)繼而升壓上網(wǎng)，甚至多個(gè)大型光伏電站同時(shí)并網(wǎng)于同一座變電站，此時(shí)由于光伏所形成的局部供電系統(tǒng)規(guī)模較大，當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)近區(qū)負(fù)載與光伏出力趨于平衡時(shí)，光伏電站的防孤島保護(hù)難以準(zhǔn)確動(dòng)作。所以在系統(tǒng)側(cè)配置防孤島安穩(wěn)裝置就成為了保障孤島狀態(tài)發(fā)生時(shí)可靠切除的第二道防線，也是電網(wǎng)企業(yè)保障其供電質(zhì)量的有效舉措。

2防孤島安穩(wěn)系統(tǒng)配置

2.1防孤島安穩(wěn)裝置配置范圍

配置安穩(wěn)裝置首先需要分析孤島現(xiàn)象的影響范圍，繼而判斷出防孤島安穩(wěn)控制系統(tǒng)需在哪些變電站配置安穩(wěn)裝置。其分析原則為：逐級(jí)比較用電負(fù)荷與光伏發(fā)電量。這里以光伏并網(wǎng)線路對(duì)側(cè)的并網(wǎng)變電站高壓側(cè)母線作為第一級(jí)，該變電站的上級(jí)電源變電站的高壓側(cè)母線為第二級(jí)，逐級(jí)上推。以圖1為例，A站高壓側(cè)母線為第一級(jí)，B站高壓側(cè)母線為第二級(jí)，C站高壓側(cè)母線為第三級(jí)，其后以此類推。

圖1　孤島范圍逐級(jí)標(biāo)示圖

母線供電負(fù)荷的計(jì)算：以A站為例，若A站光伏并網(wǎng)開關(guān)在A站I段母線上且母聯(lián)開關(guān)在分位，則該母線負(fù)荷僅以I段母線所供負(fù)荷計(jì)算；若母聯(lián)開關(guān)在合位，則該母線負(fù)荷以整段母線所供負(fù)荷計(jì)算。

第一級(jí)檢測(cè)方法：一級(jí)差額=A站高壓側(cè)母線供電負(fù)荷的有功最小值-光伏電站并網(wǎng)發(fā)電功率的最大值；若一級(jí)差額大于等于0，則孤島范圍延伸至A站即結(jié)束；若一級(jí)差額小于0，則孤島范圍伸出A站至B站，需進(jìn)行第二級(jí)孤島范圍檢測(cè)；

第二級(jí)檢測(cè)方法：二級(jí)差額=A站與B站母線供電負(fù)荷之和的有功最小值-光伏電站并網(wǎng)發(fā)電功率的最大值；若二級(jí)差額大于等于0，則孤島范圍延伸到B站結(jié)束；若二級(jí)差額大于0，則孤島范圍伸出B站至C站，需進(jìn)行第三級(jí)孤島范圍檢測(cè)。

根據(jù)江蘇省鹽城電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般的光伏電站的孤島范圍延伸至公共電網(wǎng)內(nèi)變電站的中低壓側(cè)母線即結(jié)束，鹽城市新能源風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量占江蘇全省40%以上。以圖1為例，其孤島范圍延伸至B站結(jié)束，即只需在A站和B站配置安穩(wěn)裝置就可以確保對(duì)孤島現(xiàn)象的準(zhǔn)確判斷。當(dāng)然實(shí)際投運(yùn)安穩(wěn)裝置時(shí)的計(jì)算以實(shí)際負(fù)荷的比較計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)。下文中的安穩(wěn)裝置配置都以孤島范圍延伸至公共電網(wǎng)內(nèi)變電站的中低壓側(cè)母線即結(jié)束作為分析前提，本文主要研究220 kV電壓等級(jí)以下并網(wǎng)的光伏電站，220 kV及以上電壓等級(jí)為環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，正常情況下不具備孤島發(fā)生條件，故此不做研究。

2.2典型防孤島安穩(wěn)系統(tǒng)

2.2.1典型防孤島安穩(wěn)裝置功能

以110 kV并網(wǎng)的光伏電站為例，假設(shè)光伏并網(wǎng)線路對(duì)側(cè)為110 kV明珠變的高壓側(cè)母線，而后經(jīng)陳明953線并入220 kV陳堡變的中壓側(cè)母線，如圖2所示。

圖2　110 kV并網(wǎng)典型接線

根據(jù)安穩(wěn)裝置配置范圍分析得出，需在明珠變及陳堡變兩站配置安穩(wěn)控制裝置。

2.2.1.1安穩(wěn)裝置采集參數(shù)

(1)110 kV明珠變采集參數(shù)

1)采集本站陳明953開關(guān)位置及線路三相電流。

2)當(dāng)陳明953線供明珠變時(shí)，陳明953線路或母差出口跳閘導(dǎo)致明珠變形成孤島時(shí)發(fā)令切除明珠變所有光伏并網(wǎng)開關(guān)。

3)動(dòng)作判據(jù)：陳明953開關(guān)位置分位且線路無流切除明珠變所有光伏并網(wǎng)開關(guān)；接收陳堡變遠(yuǎn)跳命令時(shí)切除明珠變所有光伏并網(wǎng)開關(guān)。

(2)220 kV陳堡變采集參數(shù)

1)采集本站#1、#2主變220 kV側(cè)開關(guān)位置；1、2號(hào)主變110 kV側(cè)開關(guān)位置及母線側(cè)閘刀位置；陳明953開關(guān)位置；110 kV 母聯(lián)710開關(guān)位置及7101、7102閘刀位置；220 kV母線電壓。

2)采集1、2號(hào)主變高壓側(cè)、中壓側(cè)、母聯(lián)電流、陳明953線路電流；

3)1、2號(hào)主變高壓側(cè)、中壓側(cè)、母聯(lián)、陳明線斷路器手跳或者合后位置。

2.2.2.2裝置動(dòng)作原理

(1)110 kV明珠變動(dòng)作邏輯

明珠變動(dòng)作邏輯：明珠變陳明953開關(guān)分且無流，孤島出口切光伏并網(wǎng)開關(guān)光一921、光二922開關(guān)；收到陳堡變孤島遠(yuǎn)跳令，孤島出口切所有光伏并網(wǎng)開關(guān)。

(2)220 kV陳堡變動(dòng)作邏輯

裝置通過軟件分析上述開關(guān)閘刀位置，區(qū)分陳堡變不同方式下動(dòng)作邏輯：

方式一：正常運(yùn)行方式(兩臺(tái)主變110 kV側(cè)分別運(yùn)行不同母線，母聯(lián)710開關(guān)分)；

方式二：單變檢修方式(一臺(tái)主變運(yùn)行)；

方式三：并列運(yùn)行方式(兩臺(tái)主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行，即兩臺(tái)主變運(yùn)行于同一母線或兩臺(tái)主變運(yùn)行于不同母線母聯(lián)710開關(guān)合)；

方式一對(duì)應(yīng)動(dòng)作邏輯：①陳明953開關(guān)跳閘；②與陳明953開關(guān)運(yùn)行同一條母線上的主變高或中壓側(cè)開關(guān)跳閘；以上均發(fā)孤島遠(yuǎn)跳令。

方式二對(duì)應(yīng)動(dòng)作邏輯：①陳明953開關(guān)跳閘；②陳明953與在運(yùn)主變運(yùn)行同一條母線，主變高或中壓側(cè)開關(guān)跳閘；③陳明953與在運(yùn)主變不在同一條母線，母聯(lián)710開關(guān)跳閘或在運(yùn)主變高或中壓側(cè)開關(guān)跳閘；以上均發(fā)孤島遠(yuǎn)跳令。

方式三對(duì)應(yīng)動(dòng)作邏輯：①陳明953開關(guān)跳閘；②陳明953運(yùn)行母線相對(duì)應(yīng)的主變高壓側(cè)或中壓側(cè)開關(guān)跳閘且母聯(lián)710開關(guān)跳閘；③1號(hào)主變高或中壓側(cè)開關(guān)跳閘且2號(hào)主變高或中壓側(cè)開關(guān)跳閘；以上均發(fā)孤島遠(yuǎn)跳令。

圖3　陳明安穩(wěn)裝置動(dòng)作邏輯圖

2.2.1.2其他技術(shù)要求

(1)明珠變陳明953線路重合閘方式設(shè)定：①重合閘方式采用無壓重合閘；②電壓取明珠變110 kV母線電壓；③當(dāng)明珠變側(cè)陳明953開關(guān)跳閘，明珠變110 kV母線無壓時(shí)重合閘啟動(dòng)，有壓時(shí)不重；④當(dāng)明珠變母線壓變停用(即電壓二次回路無壓)時(shí)，明珠變陳明953開關(guān)無壓重合閘停用。

(2)陳堡變及明珠變側(cè)裝置具備PT斷線閉鎖功能。

(3)陳堡變或明珠變?nèi)我粋?cè)安穩(wěn)裝置停用時(shí)，明珠變陳明953開關(guān)重合閘停用。陳明953線路或兩側(cè)開關(guān)停用時(shí)，陳堡變及明珠變側(cè)安穩(wěn)裝置均停用。

(4)陳堡變220 kV母線分列運(yùn)行時(shí)，陳堡變側(cè)裝置停用。

(5)陳堡變110 kV母線由外來電源特殊方式供電時(shí)，陳堡變側(cè)裝置停用。

(6)若明珠變側(cè)裝置停用時(shí)，陳堡變側(cè)裝置需陪停；若陳堡變側(cè)裝置停用時(shí)，明珠變側(cè)裝置無需停用。

2.2.2典型防孤島穩(wěn)控系統(tǒng)的硬件配置

2017年1月25日，天成控股對(duì)于2016年度業(yè)績預(yù)告是“預(yù)計(jì)2016年與上年同期相比將實(shí)現(xiàn)扭虧為盈，實(shí)現(xiàn)歸屬于上市公司股東的凈利潤在1000萬元至1500萬元之間”。但這份業(yè)績預(yù)告，既未進(jìn)行董事會(huì)決議，也未征求獨(dú)立董事意見。

2.2.2.1防孤島安穩(wěn)裝置中主從機(jī)配合

防孤島安穩(wěn)控制系統(tǒng)包含多個(gè)廠站，每個(gè)廠站配置一套安穩(wěn)裝置，各廠站之間通過光纖進(jìn)行通訊。就某個(gè)變電站而言，其防孤島安穩(wěn)裝置的硬件配置，與常規(guī)安穩(wěn)裝置的配置大體相同，每套穩(wěn)控裝置，包含1臺(tái)RCS-992A主機(jī)[9]和1臺(tái)RCS-990A從機(jī)。

RCS-992A主機(jī)內(nèi)置安穩(wěn)控制策略，通過方式壓板的投退進(jìn)行控制策略的切換，方式壓板根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行選擇投入，多個(gè)方式壓板不允許同時(shí)投入。RCS-990A從機(jī)，通過交流輸入插件，采集元件的三相電流、電壓值，通過弱電光耦插件，采集所需的開關(guān)及閘刀的變位開關(guān)量信息。從機(jī)裝置中包含出口插件，能夠輸出多組出口，每組出口至少包含兩副接點(diǎn)，一副用于出口跳閘，一副用于閉鎖開關(guān)重合閘。

RCS-992A主機(jī)中配置有保護(hù)定值和通信定值，保護(hù)定值僅配置線電壓突變啟動(dòng)定值和失壓解列定值兩項(xiàng)；通信定值則配置安穩(wěn)控制系統(tǒng)內(nèi)包含的各關(guān)聯(lián)廠站的通信地址。RCS-990A從機(jī)中，僅配置本站安穩(wěn)裝置各接入間隔(開關(guān)及各側(cè)閘刀)的故障判別定值，每個(gè)間隔的故障判定值包含12項(xiàng)內(nèi)容，分別為額定電壓、額定電流、投運(yùn)電流、投運(yùn)功率、電流起動(dòng)、功率起動(dòng)、間隔類型、開關(guān)HWJ(合閘位置繼電器)接入、間隔跳閘前功率、間隔跳閘后功率、開關(guān)重合時(shí)間、開關(guān)無故障跳閘時(shí)間。

防孤島安穩(wěn)裝置，通過RCS-992A主機(jī)與RCS-990A從機(jī)的配合工作，結(jié)合相關(guān)定值，通過內(nèi)置判別邏輯判斷相關(guān)間隔開關(guān)是否投運(yùn)、是否無故障跳閘，從而為上文中各運(yùn)行方式下的控制策略提供最基礎(chǔ)的元件狀態(tài)認(rèn)定依據(jù)。

2.2.2.2元件狀態(tài)認(rèn)定

(1) 元件投停判定邏輯

投停狀態(tài)判別所需輸入量：HWJ接入、投運(yùn)電流、投運(yùn)功率；

投停狀態(tài)判別邏輯：①實(shí)測(cè)功率大于投運(yùn)功率，延時(shí)T后判定為投運(yùn)狀態(tài)；②實(shí)測(cè)電流大于投運(yùn)電流，延時(shí)T后判定為投運(yùn)狀態(tài)；③HWJ接入且HWJ接點(diǎn)閉合，延時(shí)T后判定為投運(yùn)狀態(tài)。當(dāng)接入元件為線路或主變時(shí)，T為2 s，若接入元件為發(fā)電機(jī)，T為0 s。

HWJ位置報(bào)警判別邏輯：投停判別邏輯①或邏輯②成立，HWJ接入但HWJ接點(diǎn)斷開，則判定為HWJ位置報(bào)警。

(2) 元件無故障跳閘判定邏輯

無故障跳閘判別所需輸入量：投運(yùn)電流、電流起動(dòng)、功率起動(dòng)、跳閘前功率、跳閘后功率、無故跳時(shí)間；

無故障跳閘判別邏輯：無故障跳閘必須同時(shí)滿足5個(gè)條件，分別為

①電流突變或功率突變，啟動(dòng)無故障跳閘判別裝置；

②實(shí)測(cè)電流小于投運(yùn)電流(Is)，Is應(yīng)盡量??；

③啟動(dòng)前200 ms功率大于跳閘前功率定值(Ps1)，Ps1定值應(yīng)盡量大；

④當(dāng)前功率P小于跳閘后功率定值(Ps2)，Ps2定值應(yīng)盡量小；

3防孤島安穩(wěn)裝置的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

防孤島安穩(wěn)裝置在投運(yùn)前需進(jìn)行大量前期準(zhǔn)備工作，安穩(wěn)裝置的安裝涉及多個(gè)變電站，其間的調(diào)試工作包含各運(yùn)行方式下邏輯回路驗(yàn)收、光纖通道傳輸試驗(yàn)、出口動(dòng)作邏輯驗(yàn)收、電壓電流開入開出試驗(yàn)等大量工作。此類防孤島安穩(wěn)裝置需與開關(guān)重合閘、備自投、光纖差動(dòng)等保護(hù)及安自裝置做好配合，需根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)情況，選擇對(duì)應(yīng)保護(hù)定值。安穩(wěn)裝置的投運(yùn)[10]因?yàn)樯婕罢{(diào)試設(shè)備多、邏輯復(fù)雜，因此不能忽視每一個(gè)調(diào)試細(xì)節(jié)，如CT回路實(shí)際變比和裝置參數(shù)設(shè)定變比不符導(dǎo)致安穩(wěn)裝置誤動(dòng)、裝置CT回路絕緣擊穿導(dǎo)致安穩(wěn)裝置板件損壞等。

配置有防孤島安穩(wěn)裝置的變電站，在實(shí)際運(yùn)維工作中，其設(shè)備狀態(tài)切換的工作量有時(shí)會(huì)增大，以安裝有安穩(wěn)裝置的變電站停運(yùn)為例，運(yùn)維人員需先停運(yùn)安穩(wěn)裝置然后再停主變，其間工作票的填寫比之常規(guī)變電站自然會(huì)更復(fù)雜。同時(shí)安穩(wěn)裝置日常的運(yùn)維工作也需謹(jǐn)慎對(duì)待，如誤投或漏投運(yùn)行壓板導(dǎo)致安穩(wěn)裝置不正確動(dòng)作、安穩(wěn)裝置壓板操作順序不當(dāng)造成安穩(wěn)裝置誤動(dòng)、站間光纖通道的日常維護(hù)[11]等。上述運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)際運(yùn)維過程中，只需嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行則能夠保障安穩(wěn)裝置的正確運(yùn)行。安穩(wěn)裝置調(diào)試安裝到位后，對(duì)于局部電網(wǎng)的運(yùn)行能夠帶來可靠的安全保障。

4建議

安穩(wěn)裝置發(fā)展到今天，技術(shù)已較為成熟。但伴隨著新能源的不斷發(fā)展，電網(wǎng)的局部穩(wěn)定有了更多的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)企業(yè)承載著無條件全電量接受新能源的歷史使命，所以發(fā)展防孤島安穩(wěn)裝置，是保障新能源并網(wǎng)安全可靠的有效選擇，也是發(fā)展綠色清潔能源，提高全網(wǎng)清潔能源消費(fèi)量的重要系統(tǒng)支撐。可以預(yù)見，在發(fā)展清潔能源的時(shí)代背景下，防孤島安穩(wěn)裝置必然憑借其可靠的動(dòng)作特性，得到電網(wǎng)運(yùn)營企業(yè)的重視和發(fā)展。

對(duì)于存在大量新能源接入的地區(qū)，配置防孤島安穩(wěn)系統(tǒng)是該區(qū)域電力系統(tǒng)一個(gè)有效的選擇，防孤島安穩(wěn)裝置可配置于存在110 kV及以下電壓等級(jí)并網(wǎng)新能源的電力系統(tǒng)側(cè)，對(duì)輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)均能起到明顯的保護(hù)作用，避免了局部電能質(zhì)量危機(jī)，保障了電網(wǎng)設(shè)備和人身安全。

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(本文編輯：楊林青)

Configuration and Analysis of Anti-Islanding Security and Stability Control Devices

SHAO Lin1, YUE Fu-chang2

(1. State Grid Yancheng Power Supply Company, Yancheng 224006, China;2. State Grid Lianyungang Power Supply Company, Lianyungang 222004, China)

Abstract:This paper analyzes the positioning, function and hardware configuration of anti-islanding security and stability control devices (ASSCD). As wind energy and light energy both have the characteristics of non-continuity, which leads to the islanded power quality crisis, this research analyzes how ASSCD can solve the power quality problems, and describes the operation principle, judgment logic, configuration range of ASSCD. It also analyzes the risks of ASSCD in the operation and maintenance period, and gives some recommendations about how to use and configure ASSCD. It is concluded that ASSCD installed in the local power grid can effectively solve the islanded power quality crisis which is aroused by grid-integration of new energy power plants.

Key words:power system; new energy grid access; islanded power quality; anti-islanding security and stability control devices (ASSCD)

DOI：10.11973/dlyny201601009

作者簡介：邵林(1987)，男，碩士，從事供電企業(yè)電力調(diào)度工作。

中圖分類號(hào)：TM744

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-1256(2016)01-0042-05

收稿日期：2015-10-22