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    智能电网调度控制系统实时监控与预警的应用

      发布时间:2019-05-20 04:32

      特高压交直流电网持续投运使得各级电网的电气联系越来越紧密。智能电网调度控制系统实时监控与预警类应用为电网的实时在线监视、运行分析、操作和控制等提供了核心支撑,是电网安全稳定运行的重要技术保障。

      近年来国家电网公司(国网)和南方电网公司(南网)系统已在省级以上调控中心建成了智能电网调度控制系统并向市级调度机构推进部署。实时监控与预警作为四大类应用中的重要实时应用,直接影响到调控业务的正常开展。目前围绕实时监控与预警类应用已形成了国网、南网各自的企业标准,彼此之间有共通之处,但功能特点各有不同,尚无行业标准对该类应用进行统筹规范。这不利于总结实时监控与预警类应用在各地运行实用化过程中取得的成果,无法在行业范围内形成合力促进优秀技术成果的继承共享和相互推广,因此继续亟需统一行业标准以指导业内运行、研发等单位开展工作,推进系统的标准化和规范化建设。鉴于此,2015年1月14日国家能源局下达了文件将其列入2015年行标制修订计划。

      国家电网公司国家电力调度控制中心(国调中心)、中国南方电网电力调度控制中心(南网总调)、国家电网公司华北分部和其他参编单位为适应电网发展方式转变和调度业务转型,在参考相关国标、行标的基础上,本着先进性、成熟性和适用性的原则,总结了近年来该类应用研发和建设已取得并获得广泛应用的成果经验,首次编制了DL/T 1709.4-2017《智能电网调度控制系统技术规范第4部分:实时监控与预警》。本规范共分为8章,本文依据规范的主要章节对实时监控与预警类应用的关键功能和技术要求进行解读。

      该标准规定了智能电网调度控制系统实时监控与预警类应用的组成及各应用的功能要求,明确了其适用于各级智能电网调度控制系统实时监控与预警类软件的设计、开发、建设、运行和维护各环节工作。该规范引用了与实时监控与预警应用相关的最新国标、行标和国家文件。

      由于实时监控与预警类应用概念较多,为力求在内容和形式上与相关标准保持一致且突出重点,该规范在参照GB/T 33590.2-2017《智能电网调度控制系统术语》的基础上,仅对驾驶舱类应用、调度计划类应用、网络分析、在线安全稳定分析、自动发电控制、自动电压控制等关键术语进行说明。

      该规范将该类应用分为电网实时监控与智能告警、电网自动控制、电网运行分析与决策、辅助监测四类。其功能共同点是可实现电网运行的监视和故障诊断、实时跟踪运行风险并闭环优化控制、提出预控策略并分析评价运行的安全和经济性等。

      根据安全防护要求,实时监控与预警应用在I区通过防火墙与II区隔离,通过单向隔离装置与III区隔离,并能向调度计划和调度管理应用输出所需的各类信息,也可向电网运行驾驶舱输出电网模型数据、故障信息等关键性能指标(key performance indicator,KPI)信息并从中获取其结果。

      稳态监控是智能电网调度控制系统的基本功能,可处理各类模拟量和状态量,支持旁路代、对端代、状态估计代等操作以及多源数据和数据质量码处理并可对遥测遥信采样查询。稳态监控对设备和断面的状态动态拓扑着色功能直接影响运行人员对电网状态的判断,且应能灵活配置(见图1)。稳态监控还需支持断路器、隔离开关和分接头的远方控制和调节以满足电网运行中遥控的需求。

      动态监视与分析是稳态监控的重要补充,具备动态和稳态量测对比、坏数据辨识、公式定义和提供计算库的能力。该模块能提供相角测量归算、机组运行状态监视,支持相角参考个性设置。此外,应提供母线平衡、断面监视、量测及相角差越限告警及屏蔽功能。

      主站间PMU实时及历史数据的远程调阅为近年来实用化过程中的新增功能。随着特高压交直流互联电性的日益复杂,低频振荡监视、在线扰动识别、机组一次调频及励磁系统性能分析监视等在运行中也逐步实用化,发挥着愈来愈大的作用。

      继电保护设备在线监视与分析应能实时处理保护设备状态量、模拟量、事件/定值/软压板信息、故障录波等以及异常告警、自检、动作和通信状态等信息,从而正确显示保护设备的运行状态及动作,确保发生故障时给出故障简报并提供给综合智能告警。当前保护信息已成为综合智能告警重要的数据源之一。该模块可支持保护设备定值等信息的查询召唤,具备装置远程操作能力及必要的安全机制,具备一定的智能分析能力。

      安稳装置在线监测能提供装置运行方式监视,如压板状态、允切状态、可切负荷和机组量、直流最大可提升和回降量等运行方式信息以及通道状态、异常告警、装置动作等信息,并能提供安控装置(系统)的动作行为和异常状态的统计分析及事件告警,具备当值策略控制量不足的告警功能,支持召唤定值和策略表描述文件等。安稳装置在线监测系统是为应对电网迅速发展后安自装置数量增多、复杂性增强的局面提出的技术新举措。目前在各地的建设及实用化进展程度不一。

      综合智能分析与告警改变了故障时依靠厂站运行人员电话汇报调度的传统模式,可第一时间分析产生设备跳闸等系统异常告警,还可结合保护信息产生保护设备异常告警,可结合网络分析和在线安全稳定分析等产生电网运行预警,可结合水电或新能源检测管理系统产生气象水情预警,可结合雷电定位系统产生雷电预警信息。如图2中的云彩即为雷电告警示意,左侧为故障相关稳态、PMU、故障测距等信息,右侧为结合地理潮流图对故障点定位的可视化展示,下方为故障相关厂站图及故录简报等信息。

      综合智能告警可提供规范的告警信息格式,支持可灵活配置的告警逻辑库和关联推理,并可触发高级应用分析计算。随着近年来调控一体化的推进,该功能逐步实现了系统间告警的实时校验和推送并可根据需要实现跨系统订阅本调机构所关心的告警。告警信息推送支持信息行、变色闪烁、推图、语音等多种形式以便第一时间告知运行人员。

      自动发电控制(automatic generation control,AGC)功能支持分级控制建模和多区域多目标控制,包括断面、调峰约束目标,可支持多级目标自动优化调整和单机/全厂控制方式及梯级水电厂的多厂控制方式。随着新能源的快速发展,风电、光伏AGC应支持新能源场站作为控制对象,且AGC在控制模型校验更新时不应影响实时控制。

      AGC运行状态包括在线、暂停、离线,其数据采集、控制命令周期等可设。根据实际控制需求,其模式包括恒定频率控制、恒定联络线功率控制和联络线和频率偏差控制,同时支持接收遥测区域控制偏差(area control error,ACE)和ACE滤波,如当前华北区域省级电网均采用华北网调计算下发的ACE进行实时控制。在计算区域调节功率时应考虑时钟误差和无意交换电量等校正分量,如图3所示,它将AGC最核心的计算过程和控制逻辑用直观形式进行说明,并将中间变量的计算数据进行展示。

      随着分布式能源的快速发展,AGC应支持场站群构成的虚拟对象。在运行需要时或测试时可采用手动模式。它支持区域及机组性能指标、频率、交换功率、ACE等合格率计算并可提供机组响应测试。为保证机组运行的安全性,指令应经过严密验证及校验执行,如指令修改权限不赋予无关人员。

      自动电压控制(automatic voltage control,AVC )支持分级分区协调和中枢/控制母线建模并可设定电压计划,可修改不同时间及方式的目标,支持优化变量和约束条件的修改校核。其无功优化是在满足安全约束前提下以网损最小为目标给出中枢母线电压和关键联络线无功设定值、优化前后网损和控制变量的对比结果以及是否满足约束条件的情况。AVC能自动划分控制分区,实现分区无功备用、母线、无功设备和主子站工况的监视。变电站可选择分散或集中控制模式。AVC支持连续或离散调节,具备开闭环模式及系统、厂站、设备级闭锁。近年来伴随电网耦合的加强,各级AVC基本实现了上下级协调以达到无功分层分区平衡,且当上下级主站失联时可自动切换至本地模式以确保稳定。