新型电力系统稳定控制

李德胜国网电力科学研究院稳定技术研究所南京南瑞集团公司稳定技术分公司2020/2/10新型电力系统稳定控制目录一、电力系统紧急控制的发展方向二、电力系统安全稳定控制装置新产品三、电力系统安全稳定控制装置新判据电力系统紧急控制的发展方向（1）光电传感器的应用新型光学电压、电流互感器日益显现出富有魅力的前景和强大的生命力，它与传统的电压、电流互感器相比，优势十分明显，良好的绝缘性能，较强的抗电磁干扰能力，测量频带宽，动态范围大，与现代技术紧密结合，而且体积小、重量轻、维修方便、价格相对便宜。近几年来各方面对这种新型互感器表示了极大的兴趣，再加上数字信号处理器(DSP)技术，光电技术的催化、推动作用，发展势头很好，国外一些大公司投入大量人力和物力开发光学电压、电流互感器，并且已有挂网运行产品。数字化变电站的投运对于电网稳定控制装置在硬件软件上都提出了更高的要求。电力系统紧急控制的发展方向（2）自适应稳定控制（1）将全球定位系统（GPS）技术引入电力系统可以解决从广域中采集实时量的统一时标问题，无疑对电力系统的故障记录、事故分析，甚至继电保护技术带来不可取代的贡献。但要特别强调指出，它只能提供已成为事实的受扰轨迹，充其量只相当于数值仿真程序的一次运行。紧急控制的全部决策和执行过程必须在实际系统到达动态鞍点之前，例如在检测到故障后的200ms内完成。但稳定分析依赖于对主导群的正确识别，而故障清除后才起作用的各种因素也可能改变主导群，故不知道整个受扰轨迹就不能正确判断其主导群。任何时序数据的外延只能适用于参数连续变化的过程，希望利用故障期间或控制前的信息的外延来得到故障后或控制后的轨迹是不可能的。电力系统紧急控制的发展方向（3）自适应稳定控制（2）系统在未加控制措施时的受扰轨迹可以用数值仿真、物理仿真、GPS实时量测等任一种方法得到。但是稳定控制的决策过程必须对各种控制措施的组合进行估计和比较。试探控制措施的效果时，不可能用实际系统做试验，因此，即使能够按照局部的受扰轨迹判断出系统将失稳，在庞大的控制措施空间中，那怕仅仅试探一次，也必须求取新的受扰轨迹。基于GPS的广域测量对此无能为力，只能依靠事先的数值仿真或物理仿真。因此，“实时计算，实时控制”的紧急控制框架从原理上看也不可行。电力系统紧急控制的发展方向（4）自适应稳定控制（3）我国学者在1993年首次提出基于EEAC的“在线预想计算，实时匹配”在线紧急控制框架，2001年研制成功OPS-1紧急控制在线预决策系统并作为国内外首例基于在线优化决策的稳定控制系统投入工业运行。OPS-1安装在稳定控制系统的主站或调度中心，与能够提供电力系统实时测量数据的控制装置或电网EMS接口，接收电网实测数据，快速进行紧急控制策略的自动寻优，定期刷新控制装置中的控制策略表，使得控制措施总是与电网当前结构和运行方式相适应，从而实现电力系统的自适应稳定控制，并具有对相继开断事故的处理能力。目前，OPS-1已经发展成为系列化的预防控制与紧急控制在线预决策系统，并与广域测量技术结合，实现了电力系统安全稳定的广域测量分析控制一体化。二、电力系统安全稳定控制装置新产品装置的研制背景随着特高压电网的逐步建设，“西电东送、南北互供”格局的形成,我国电网的结构将会发生很大变化，以特高压电网为骨干电网的安全稳定特性将变得更加复杂。我国对特高压电网缺少运行管理经验,更需要安全稳定控制系统为其稳定运行提供保障。为此，国家电网公司已把“1000kV级交流输电系统稳定及控制技术的研究”作为1000kV级交流输电系统关键技术研究框架的重要课题。SCS-500E分布式区域型安全稳定控制装置1000kV级交流输电系统稳定及控制技术的研究特高压互联电网安全稳定协调防御及决策系统的研究与开发适应特高压交流同步电网安全稳定控制措施研究和装置开发南瑞稳定所区域稳定装置平台FWK-300SCS-500E基于32位单片机+DSP的分布式稳定控制装置，主要用于第二道防线的区域稳定控制系统。1999年开始开发，2001年在三峡左岸投入运行，2006年中标三峡右岸安控系统，已投入运行600多台套。满足特高压互联电网要求的新一代安全稳定控制平台——正在研发中（２００７年国家电网公司科技项目）。系统构架、信息采样、系统通讯、控制策略等方面均有所提高和突破——目前在广东、河南、安徽试运行,2008年下半年投入市场。SCS-500E稳定控制装置SCS-500E稳定控制装置SCS-500E主要特点SCS|500E主要特点分散式布置的主从式系统构架全新的机箱结构高速DSP,主频可达600M32Mbps高速通讯模块高效的计算方法、可靠的判别原理装置级故障在线仿真在线决策无缝接口SCS-500E的技术改进合理的系统构架——适合小室布置的分散式结构SCS-500E的技术改进高速的信息处理能力、新的算法和判据：采用专用的DSP(数字信号处理器)芯片或SoC（系统芯片）/SiP（系统封装）技术，提高信息处理能力。模拟量计算采用新的算法以及线路无故障跳闸等判据。高速、可靠的通讯能力：装置之间、装置内部采用高速通讯接口（专用光纤、LVDS、低电压差分传输）技术，速率达３２Mbps很强的互换性和互操作性（IEC61850）：考虑了IEC61850标准，具备与数字化变电站合并单元的接口具备与在线决策系统的接口功能，能够实现具有优化功能的自适应稳定控制提高装置可靠性的措施提高装置可靠性的措施硬件方面：装置自检和闭锁措施（通讯、电源等）完全独立的启动回路开出回路的防误动提高抗干扰能力——EMC软件方面：多重相关条件的判断确认，即判别条件的冗余电气量或开关量应采用变化过程逻辑补充判断通信方面的可靠性措施：报文的检错：如数字报文的CRC校验等命令报文的特殊编码识别通讯报文分类传送命令报文的连续多次确认方便可靠的装置配置管理软件：帮助用户下载定值、校验定值，查看事件记录和动作记录，可以用曲线图形的方式直观的显示数据变化情况。提供标准COMTRADE格式的数据记录。专用的频率测量模块常用的传统方法捕捉器方式（快速,精度０.０１Hz）软件计算（速度慢，精度目前可以达到0.001Hz）SCS-500E采用方法CPLD上采用专用模块,速度快,精度高（0.005Hz）装置可以提供频率记录分析功能模块，以便事后查阅频率变化及异常情况辐射电磁场干扰：场强10V/m扫频80MHz——1GHz点频80MHz、160MHz、450MHz、900MHz电压突降、短时中断和电压变化抗扰度SCS-500E电磁兼容性静电放电——4级：•空气放电+15KV•接触放电+8KVSCS-500E的电磁兼容性快速瞬变——4级：电压+4KV频率2.5kHz浪涌（冲击）抗扰度：•共模+4KV•差模+2KV1M脉冲群干扰(根据2006年7月《特高压交流试验示范工程二次系统技术研讨会纪要》):共模2.5KV3KV差模1KV1.5KV带触摸屏的人机交互波形显示打印完善的装置管理软件在线数据仿真功能元件故障和数据仿真、运行方式设定等功能，大大的方便了系统的出厂试验、现场调试和装置的定检。动模及数字仿真试验针对国家示范试验工程——晋东南－－荆门的特高压线路，进行了动模试验和数字仿真试验，对装置的所有故障判据进行了试验，判据满足特高压线路的要求。对500kV系统，各种线路模型参数，进行了动模试验和数字仿真试验，对装置的所有故障判据进行了试验，判据满足要求。1000KV动模试验模型数字仿真模型SCS-200稳定控制装置装置的研制背景随着电网建设的不断发展，对于电网稳定控制的第三道防线的控制装置已经不能完全满足要求，市场迫切需要我们提高软硬件水平，研制适应现场需求的新一代稳定控制装置。装置实现功能•24路模拟量的采集计算，故障判断；•2路装置间光纤接口，接口标准同500光纤接口；•至少32组独立输出空接点（每组包括2对空接点）；•至少31个外部弱电开入；•至少8路独立中央信号（每路包括2对空接点）；•3个隔离RS485，1个隔离RS232(监控用)；•2个10M/100M以太网RJ45接口(监控用)；•1个隔离打印RS232；•1个符合B码标准的通信对时接口和脉冲对时接口；•液晶显示板1个调试及下载minUSB串口；•中央处理模块(SCM-910)单板调试minUSB串口；•显示通信处理模块(SCM-930)单板调试minUSB串口；•通过光纤可外扩机箱协调判断故障软件总体方案组态化、可配置，总体目标是不修改工程软件源代码，只通过配置参数，即可形成新工程软件。中央处理模块(SCM-910)软件作为核心控制软件，负责同单元处理模块(SCM-912)、通信处理模块(SCM-930)进行数据交换，同时收集判断弱电开入模块(SCM-980)信息，判断输出给中央信号和启动模块(SCM-950)和出口输出模块(SCM-960)。单元处理模块(SCM-912)软件负责本模件线路故障判断，通信处理模块(SCM-930)负责对外监控通讯和打印功能，显示处理模块(SCM-932)负责人机交互和液晶显示。硬件设计特点全部板无工程跳线可单个minUSB口下载所有工程软件和配置文件低通滤波截止频率在175HZ所有跳闸和信号回路均为8A大电流继电器所有模拟量和开入开出信号均使用7.62mm间距以上的大端子固定前面板,提高抗干扰能力整体密闭机箱，机箱长度为270mm，远小于原有型号360mm三、电力系统安全稳定控制装置新判据背景电力系统紧急控制装置检测发电厂或变电站出线、主变和机组的运行工况，根据本厂站的信息和必要的远方信息，识别电网当前运行方式，判断本厂站出线、主变、母线的故障状态。当系统发生故障时，根据故障类型与当前电网运行方式，查找离线/在线分析制定的控制策略表，选定控制措施及控制量，快速发出切机、切负荷、解列等控制命令，保障电网稳定运行。显然，可靠、快速、准确的故障类型判据是正确实施紧急控制的基础。为此，我公司针对目前在判据上存在的难点疑点组织专人进行攻关，通过大量的理论研究和试验，取得了突破，研究成功了一些新的可靠判据。无故障跳闸新判据原理dxz1dxy1dxl1I2I1U2U长距离输电线路的分布参数等值电路lshZUlchIIlshIZlchUUcc221221分析不同情况下装置侧电压、电流、测量阻抗、功率的变化规律如下。1.1本侧跳闸电流I1近似为0，没有充电电流。1.2对侧跳闸电流I1近似为线路充电电流总和，电流I2近似为0，这样装置安装处的测量阻抗就等于开路阻抗.此测量阻抗仅与线路参数及线路长度有关。当线路长度不超过时，此阻抗的幅值随着长度的增加而降低，且为容性。对实际应用中的220kV或500kV或更高电压等级的输电线路，其波长约在（4700km—6000km）范围内，而实际线路长度一般在800km以内，小于。对于超高压输电线路，线路电阻很小，因此，测量阻抗相角近似为-90°。几种线型的开路阻抗随线路长度的变化如:基本本地电气量的无故障跳闸新判据二、电力系统安全稳定控制装置新判据基本本地电气量的无故障跳闸新判据基于上述分析，根据在不同情况下装置安装处的电气量变化特征，新的无故障跳闸判据可描述如下：若装置启动后，检测到功率和电流突变至近似为0值，则判为线路本侧发生无故障跳闸；若装置启动后，检测到功率和电流发生突变，但仍有容性无功电流，且装置安装处的测量阻抗等于开路阻抗，则判为线路对侧发生无故障跳闸；若若装置启动后，检测到功率和电流发生突变，但装置安装处的测量阻抗不等于开路阻抗（可能是模值不等，也可能是相位不等），则判为线路发生潮流转移。快速解列及低频振荡判据原理采用传统的失步判据存在以下的诸多问题：（1）判据仅能反映一般失步特性，多数判据还不完善；（2）现在大多数判据都是针对两机系统，对于多频失步振荡，判据可能失效；（3）复杂电力系统中，装置的参数整定困难；（4）在电力系统中多套解列装置的配合困难。目前还没有一种判据可以对系统的振荡做出全面