电力系统在线安全稳定评估及决策技术的研究.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第卷第期年月日电力系统自动化,电力系统在线安全稳定评估及决策技术 的研究孙 光辉,毕兆东,赵希才,陈松林,沈国荣南京南瑞继保电气有限公司,江苏省南京市摘要阐述了电 力系统在线安全稳定评佑及决策的概念及其对电网预防控制、暂稳控制、电压稳定控制等方面的重要作用,认为 电力系统在 线安全稳定评估及决策是今后电网稳定 运行和控制 的发展方向。对 实现在线评佑及决策的条件进行了分析和评述,指出电 力系统 运行状态数据采 集的快速性、同时性、可靠性是实现在线评估及决策系统的 重要基拙,提出了构建电网统一数据平 台的设想和建议,并介绍了福建电网在线决策系统的工程实践。关键词在线稳定分析在线决策安全稳定评估统一数据平台中图分类号引言电力 系统 的稳 定 性 是电 网正 常 运 行 的基本 前提,国外 多次大停电事故 的教训充分说明,确保电力系统的安全稳定运行对国家的社会安定和国民经济快速发展具有重要 意义。纵观国外历次大停电事故发生、发展 的原因,不外 乎是电网结构不合理,缺乏预 防性安全控制手段 事故 时继电保护动作不 正确,对设备跳 闸引起 的潮 流 大转移 缺 乏预计或对策,稳定控制 系统不完善电 网事故期间系统信息不畅等。因此,有针对性地采 取措施就 可以避免发生大停电事故,而实现电力系统的在 线 安 全 稳定分析和评估则能改善和显著提高电网的安全稳 定 运 行水平,是今后 电网安全稳定运行的发展方向。本 文结合南瑞继保电气 有 限公司的研究成果,将重点讨论实现在线安全稳定评估和决策的若干关键技术问题。大大面积积停停电电预预防性控制制制继电保护动作作作稳定控制制自自动或调度度度第一道防线切机或切负荷荷调调整整整整整整整整整整整第二道防线图电力 系统稳定控制阶段示意 图防止灾难性大 停电事故的基本对策加强 电 网整体结构。电网整体结构 的合理性取决于电网规划,且存在不 断发 展 完 善 的过 程。但对于电网的运行部 门来说,只能 立 足于当前的实际网架,精心安排运行方 式,采 取 有 效 措 施,如高低 压电 网解环、防止 出现潮 流大转移等,做好电 网的各项调度管理工作。加强电网三道 防线。电网三道 防线 的概念是在 总结我国电网多 年 安 全运 行 经 验 的基础上,结合电力 系统事故发生、发展的实际特点提 出来的,针对性很强,很 实际。三道 防线 的关 系见图。收稿日期一一修回日期一一。当电力设备出现故 障时,首先 由该设备的继电保护装置正确、快速 动作,切 除故 障元 件,就可以保证电网在大多数故障情况下能够继续稳定运行。对于可能存在暂态稳定、设备过 载或 电压稳定问题的少数单一严重故 障或一事 故,依靠 稳定 控制装置在送端电厂切机、受端电 网切负荷、直流功率快速调制等措施,维持电力 系统 的安全稳定 运 行。万 一遇到极其严重 的多重事故,系统稳定破坏,依靠失步解列装置立即解列失 步的电网,并对解列 后 的电网按频率或 电压 的变化 采取切 负荷或 切机措施,防止事故扩大,防止系统崩 溃。如果三道防线措施完善,不管多么严重 的故 障也不会出现连 锁反应,更不会发展成全网大停电事故川。采取预防性 控 制。电网运行 也必 须坚持“安全第一,预防为主”的方针,为实现提前防范,使 电网安全可控、在控,首先应预先做好各种方式的分析和安排,对各种可能 出现 的情况有准备、有对策。上述措施 中,电网的安全稳定控制和预防性控制都需要进行电 网稳 定 分析,确 定具体的控制策略。根据电力 系统的特点,控制策略的分析计算应在事故前进行,实现方法分为种 一种是离线方式,即由调度 和运行方式人员,对电网各种运行方式下可能遇 到的故障进行稳 定分析计算,形成控 制策 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/电力系玩自动快,略 另一种是在线方式,由在线决策 系统 的计算机根据 当前电网的实 时状 态,对可能发生 的各种 预想故障进行稳定分析计算,形成 当前电网的控制策略,在线刷新控制策略表,同时给调度员进 行 预 防性控 制的提示。电网当前 的运行状态和有关数据,并保证 这些数据与信息 的正确性,否则仿真计算的工具再好,也难以保证计算结果的正确性和可用性。电力系统在线 安全评估和决策的概念对 电力系统进行仿真计算是掌握电力系统稳定运行状况 的基本手 段,因此 要求仿真计算结果尽可能接近实际,计算的速度尽可能快。为此,必须解决个 方面问题计算所需电力 系统 数 据应符合 电网实际运行情况计算 采 用的各 种 数 学模型应准确模 拟电网各种元件的动态特性潮流计算、稳定计算的软件应正确、可靠、精练、快速实现高性能的计算机平 台。根据计算所需数据的来源是人为输人 的还是从实 际系统 在线 获 取 的,可分为离 线仿真计算 与在线仿 真计算。但无论哪种 方 式,数据 的正确 与否将直接影 响计算结果的可用性。离线方 式下的仿 真计算,主要 用于电网规划研究、年度方式研究、检修方 式 安排、稳定 控制 策 略研究、专题研究等,为了具有典型性、代表性,通常选用一些典型方式,例 如 夏季 大 方式,冬 季 小方式,水电大发及枯水方式,正 常方式,各种检修方式等。由于都是基于极端典 型方 式,计算 中往往又 留有较大裕度,因而计算条件 与实际运行情况可能差别较大,且多数情况下计算结果过于保守。对于日常调度运行或稳定控制策 略来说,过于保守 的计算结果 将使电网运行效益降低,不利于提高 电网输电能力。另外,繁重 的计算 工作量 也令调 度 运 行 方 式 人员 不堪重负。在线 方式 下的仿真计算,采用当前 电网实时运行状态和数据,分析计算结果符合 当前电网实际,避免了离线方式造成 的计算 结 果 过于保 守,又能使运行方式人员从繁重的计算 工 作 中解 脱 出来,对电 网的日常运行 与控制有着重要 的意义。在线方式下 的仿真计算是 电力系统动态安全评估和稳定控制决策 的基础。动态安全评估 内容主要包括 当前 电网在发 生 各 种 事 故 时暂 态 稳定 性、动 态稳定性及事故后 的过载能力、频率与电压 的稳定性,并希望给 出系统的极 限或 安全稳 定 裕度,而且 在 发现裕度不足时能够提醒并给出提高稳定裕度 的控制手段,因此在线安 全 评估 是 调 度 员 了解当前电网安全运行状态和进行预 防性控制 的重要依据。稳定控制决策主要 内容是对当前电网运行状态下稳定控制 系统 的控 制 策 略表 内容 进 行计算分析,形成新 的控制策略并刷新稳控装置 内策略表 内容。为实 现在线 方 式 下 的仿真计算,首先需要输 人电力系统 数 据采集 的现 状及统一数据平台的构想电力系统数据采集的现状目前,电 网调度 中心的数据源 主要有个能量管理系统的数据,其 中分为原始数据和经过状态估计软 件处理后的数据 稳 控装置上送给稳控管理 系统的有 关 数 据同步相 量测量装置上送 调 度 中心 主站 的带有 时标 的测量数据 继电保护信息管理系统 的故障录波数据。其 中继电保护信息管理系统的数据主要供给继 电保护人员事故后分析 电网事 故及保 护装置 动作 行 为,不适合用于系统 的稳定分析。目前主要用于功角监视和事故记录,其实际应用还局 限在运行 方式人员利用事故过程 中记录的数据进行电力系统动态特性 的分析,校验仿真软件的数学模型,因此在 电网的布点不需要太多,其数据 的可靠性 及传送 方式等都很难 满 足 在 线 稳 定分析 的需 要。调 度 中心的主要用 于监视系统 内的稳 控装 置 运 行状态,分析其动作行为,由于稳定控制的站点较少,而且对数据 的实时性、不 同站数据的同时性都没有明确要求,因此需经改造后,的采集数据才可能作为在线稳定分析 的辅助数据源。的数据与其他种数据源有较大区别,其优点主要是覆盖了所有,电网及部分重 要 的电网,并可与联网的其他 系统交换所需要 的数据,也就是说,数据信息比较全面系统是调度人 员用来 进行电 网日常调度运行 的基本依据,因此特别受重视,并有规范的队伍进行维护和完善,确保 其运行可靠以及 电网模型与信息数据 的正确 性,这 是 其 他数据源无 法 相比的采用最新 的计算机技术、网络技术、通信技术,性能得到不断完善和提高。目前系统存在的主要问题有 各厂站上 送 的遥测及 遥信数 据不带 时标,实时性、同时性较差,而且数据 的可靠性不够高,经常引起状态估计合格率降低甚至不收敛。尽管如此,的数据源仍是在线稳定分析可以依赖 的最可信的数据源,对其存在 的问题可以逐步解 决。为此,我们建议以数据 采集 系统 为基 础 构建新的电力系统统一数据平 台。电力系统统一数据平台的构想要实现 的目标 综 合考虑电力 系统的数据采集和处理所需硬件设 备、软件、协议,使其 满足调度运行、在线稳定分析、电网管 理、系统事故分析等多方 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/工程应用孙光辉,等电力系统在线安全稳定评估及决策技术的研究面的需要,运行可靠性高、数据实时性和 同时性好。按新 的 统 一 数 据 平 台 要求,修改 原 有 远 动、变 电站测控标准,或 提 出新的技术标准,分别对厂站端测量装置 的时钟 同步 与时标、采样速度、测量精度、遥测与遥信上送方式等做出明确规定,对调度端负责数据 收集的前置处 理 机的通信方式、数据库格式等做出规定,对 数 据传输 的通道 和通信协议提出明确要求。例如,变电站测控装 置 内设时标,并以该站公用 对 时 系统 校 准 采 用 交 流 采样,一般采样速率,没 有 必 要 片面追 求 高 速率采样,正常上送每个整秒的第个采样点计算出的数据保证所有厂站数据的同时性在之 内。在新 建工 程 中,厂站数 据终 端设备应采用新标准 的数据终端设备 对于原有变电站 的测控装置,能按新标准改造的,有计划地逐步改造,对于不能改造的变电站测控装置及原 有设备则有计划地逐步更新。为保证数据源的可靠性,建议数据终 端设备双重化。按新标准要求配置调度端前置处理机 的硬件与软件,对收集的全网数据进行处理,并按不 同用途用户 的需求进行分类例如,、在线 安全评估与决策系统、保护 管 理系统和分发。前 置处理 机应采用双机 双网配 置。建 议选 用数 字 接口,并尽量采用双路由的双通道。由于各专业对电 网数据的侧 重点及可靠性需求不尽相 同,建议状 态 估计软 件应安装在各用 户 自己专用的平 台上。在线安全评估及决策 系统应从前置机直接接收电网的数据,由 自己专用 的状态估计软件进行状 态估计,并 利 用其估计结 果进行潮流计算。统一数据平 台的概念对 于做好电力 系统二次规划将有重要 的指导意义。计算机、网络、通信技术已高度发展 的今天,应该 摈 弃 历 史 发 展 过 程 中出现 的从各个专 业 需 要 出发 建 立 各 自数据 采集系统 的做法,要立足全局,统 筹 考 虑,建立 能满 足各个 专业需求 的统一数据平 台。组成,因此在线决策系统对各稳 控站的通信接口也各 自独立。在线决策系统 由安装在福建电力调度 中心 的决策服务器、维护工作 站、与以及 现场稳控装置进行数据交换 的通信接口装置等组成。系统采用高可靠性 的双机双网工作方式。图为福建系统配置图。维维护护护决策策策决策策工工作站站站服务器器器服务器器门门门口口口口口对对通信接口口南瑞继保安德装置三菱电机安稳装置图福建系统配置盯实现在线 决策系统的工程初探实现在线安全稳定分析一直是电力系统稳定分析人员追求的 目标。本公司与福建电力公司密切合作,并得到日本 中部电力公司的技术 咨询,已在福建电网建立了整 套 在 线 电 网安 全 稳 定 控 制 决策系统简称福建系统,经过年的试运行考核,证明该系统的计算分析结果正确,符合电 网运行实际,计算刷新周期相 当快,已具备实际投运 的条件。福建 系统的稳 定 控制装 置 由年新安装 的稳控站与原有的三菱公司提供设备的稳控站部分福建系统主要有以下特点在线决策系统 与本公司开发 的共用软件与硬件平 台,使 该系统 的起点高,状 态估计、数据库管理、电 网模型 的维护、人机界面等相关软件与硬件配套。潮流、暂态等稳定计算程序 自主开发,采用通用的经典算法,选用 的元件模型与仿真程序使用 的模型一致,为运行计算人员所熟悉,并便于与离线计算分析结果对照。福建系统考虑了对电网运行 中可能出现的各种情况的适应性,例如在策略表刷新周期内联络线潮流发生变化对控制策 略 的影 响、电网运行方式 的改变等,稳定控制策略能 自动进行调整。福建系统的套决策服务器采用主备的运行方式,并由其中的台服务器 负责对台服务器 的策略表进行裁决。福建系统具有预防性控 制的提示功能,通过送给的调度员画面供调度员参 考,此 功 能将不断完善。福建系统设有一 种特殊的研究模式,该模式是安装在维护工作站 的一个 独立的软件模块,该软件从决策服务器 中取得必 要 的数据,用户可以对 系统的各种参数进行修改,然后 程序对修改后 的系统工况进行稳定性分析并给出相应控制策略。根据实际情 况对外部 电网进行了动态等值华东 网内江苏、安徽、浙江及上海三省一市电网对福建电网来说是外部电网,目前在福建调度 中心还不 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/电力系玩自,能充分得到华东三省 一 市电网内部的运 行 数据,而宜华东 电网相对福 建电网要大得 多,又经长 的联络线相接,将其 动态 等值化简后对福建电网的稳定计算结 果影 响很 小,误 差完全 在 工程允许范围内。华东电 网等值机和等值负荷的数据将随系统运行状态 的变化而自动调整。试运行 表 明,对华 东电网的等值情况是令人满意 的。福建 中调管辖 范围内的厂站远动数据 的覆盖率已达 到了纬,数据 的刷 新 速 度 一 般 为一。经测试,对于福 建 电网 目前计算规模多个节点、种故障方式,使用台服务 器进行一次计算 决策分析 的周期平均为,实现了高速超实时仿真计算。电 网计算规模增 大会使计算分析周期时间加长,但增加并行 处 理 的服 务 器 个数可以满足 用户所希望的计算周期要求。的负荷、改变联络线 的潮流等,保证电 网运行有足够的安全裕度,并能够充分挖掘 电网的送 电潜力。在线安全评估与决策 的实现,将使电网运行方式人员从繁重的离线计算 任务 中解 放 出来,以便充分研究 电网的特性,提高电网的运行水平。在线 安全稳定评估与决策技术的展望近年来,国 内外对 在 线安 全稳定分析和控制决策方面的研究和实践证明,现今 的技 术 水平完全可以实现在 线 安 全 评估及 稳 定 决策。但 由于历史 原因,目前 电网还存在种种实际 问题,使在线稳定分析计算遇 到某些困难,只要我们正视这些问题,并有计划、有步骤地解决这些 问题,就能在我国电网真正实现在线 动态安全评估及稳定决策这一目标。随着在线稳定 决 策系统试点 工 程的进展,不断发现和解决面临 的问题,使分析和评估软件不断完善、实用,经过 总结经 验,在线 安 全评估和决策技术水平将逐 步提高。电力 系统统一数据平台的方案将会被各电力调度部 门认可,有关标准将修订,统一数据平 台分阶段实施,在线稳定分析 的数据将更加准确、可靠。由于有了上述基础,电力 系统预 防性控制技术将会有所突破,例 如 在线 电压 稳 定分析 和动态无功控制技术、动态安全域的技术等,调度值班员可以根据预 防控制的提示画面及 时了解 当前电网运行所处 的状态,并按照提示 调整 电厂 出力、限制某些地区结语随着我 国电力工业 的迅速发展,西 电东送、大区互联,输电距离越来越 远,交直 流并联 运行,以及 特高压输 电线路的 出现,电力 系统的稳定问题更 为突出,依靠传统稳定分析手段已远不能满足需要,因此有必要研究、开发在线安全稳定分析、在线安全评估及决策技 术。现今 计算机、通信、等 技 术的最新成果为这一领域 的发展提供了有利的条件。如果我们有计划地建设好电力系统 统一数据平 台,不仅为在线安全评估与稳定决策系统 的实现及推广应用打下坚实的基础,而且将有 利 于 电网二 次 系统今后的发展。在线稳定决策技术 的试 点工 程已取得 成效,在此基础上研究和逐步推广 电力 系统 动态安全评估技术,必将为预防性控制提供支持,显著提高我国电网的安全稳定运行水平。参 考文献孙 光辉,沈国荣加强 三道 防线建设,确保电 网的安 全 稳定运行江苏电机工程,一一,一,一一,电力 系统安全稳定导则一,一孙光辉一,男,教授级 高级工程师,从 事电网安全稳定控制技术的研究。一一毕兆东一,男,博士,从事电网安 全稳定控制与在线稳定 分析方面的研究。赵希才一,男,高级工程师,从事电 力系统继 电保护与变电站 自动化系统的技术研究。一一,一,一,一艺,一,一一,介一介,一,介一