1、,李德勝 國網(wǎng)電力科學研究院穩(wěn)定技術研究所 南京南瑞集團公司穩(wěn)定技術分公司 2020/7/16,電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制新技術新產(chǎn)品及其應用,目 錄,一、電力系統(tǒng)緊急控制的發(fā)展方向 二、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置新產(chǎn)品 三、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置新判據(jù),電力系統(tǒng)緊急控制的發(fā)展方向 （1）,光電傳感器的應用 新型光學電壓、電流互感器日益顯現(xiàn)出富有魅力的前景和強大的生命力，它與傳統(tǒng)的電壓、電流互感器相比，優(yōu)勢十分明顯，良好的絕緣性能，較強的抗電磁干擾能力，測量頻帶寬，動態(tài)范圍大，與現(xiàn)代技術緊密結合，而且體積小、重量輕、維修方便、價格相對便宜。近幾年來各方面對這種新型互感器表示了極大的興趣，再加上數(shù)字信

2、號處理器(DSP)技術，光電技術的催化、推動作用，發(fā)展勢頭很好，國外一些大公司投入大量人力和物力開發(fā)光學電壓、電流互感器，并且已有掛網(wǎng)運行產(chǎn)品。數(shù)字化變電站的投運對于電網(wǎng)穩(wěn)定控制裝置在硬件軟件上都提出了更高的要求。,電力系統(tǒng)緊急控制的發(fā)展方向 （2）,自適應穩(wěn)定控制 （1） 將全球定位系統(tǒng)（GPS）技術引入電力系統(tǒng)可以解決從廣域中采集實時量的統(tǒng)一時標問題，無疑對電力系統(tǒng)的故障記錄、事故分析，甚至繼電保護技術帶來不可取代的貢獻。但要特別強調(diào)指出，它只能提供已成為事實的受擾軌跡，充其量只相當于數(shù)值仿真程序的一次運行。 緊急控制的全部決策和執(zhí)行過程必須在實際系統(tǒng)到達動態(tài)鞍點之前，例如在檢測到故障后的

3、200ms內(nèi)完成。但穩(wěn)定分析依賴于對主導群的正確識別，而故障清除后才起作用的各種因素也可能改變主導群，故不知道整個受擾軌跡就不能正確判斷其主導群。任何時序數(shù)據(jù)的外延只能適用于參數(shù)連續(xù)變化的過程，希望利用故障期間或控制前的信息的外延來得到故障后或控制后的軌跡是不可能的。,電力系統(tǒng)緊急控制的發(fā)展方向 （3）,自適應穩(wěn)定控制 （2） 系統(tǒng)在未加控制措施時的受擾軌跡可以用數(shù)值仿真、物理仿真、GPS實時量測等任一種方法得到。但是穩(wěn)定控制的決策過程必須對各種控制措施的組合進行估計和比較。試探控制措施的效果時，不可能用實際系統(tǒng)做試驗，因此，即使能夠按照局部的受擾軌跡判斷出系統(tǒng)將失穩(wěn)，在龐大的控制措施空間中，

4、那怕僅僅試探一次，也必須求取新的受擾軌跡?；贕PS的廣域測量對此無能為力，只能依靠事先的數(shù)值仿真或物理仿真。因此，“實時計算，實時控制” 的緊急控制框架從原理上看也不可行。,電力系統(tǒng)緊急控制的發(fā)展方向 （4）,自適應穩(wěn)定控制 （3） 我國學者在1993年首次提出基于EEAC的“在線預想計算，實時匹配”在線緊急控制框架，2001年研制成功OPS-1緊急控制在線預決策系統(tǒng)并作為國內(nèi)外首例基于在線優(yōu)化決策的穩(wěn)定控制系統(tǒng)投入工業(yè)運行。OPS-1安裝在穩(wěn)定控制系統(tǒng)的主站或調(diào)度中心，與能夠提供電力系統(tǒng)實時測量數(shù)據(jù)的控制裝置或電網(wǎng)EMS接口，接收電網(wǎng)實測數(shù)據(jù)，快速進行緊急控制策略的自動尋優(yōu)，定期刷新控制裝

5、置中的控制策略表，使得控制措施總是與電網(wǎng)當前結構和運行方式相適應，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自適應穩(wěn)定控制，并具有對相繼開斷事故的處理能力。 目前，OPS-1已經(jīng)發(fā)展成為系列化的預防控制與緊急控制在線預決策系統(tǒng)，并與廣域測量技術結合，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的廣域測量分析控制一體化。,二、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置新產(chǎn)品,裝置的研制背景 隨著特高壓電網(wǎng)的逐步建設，“西電東送、南北互供” 格局的形成, 我國電網(wǎng)的結構將會發(fā)生很大變化，以特高壓電網(wǎng)為骨干電網(wǎng)的安全穩(wěn)定特性將變得更加復雜。 我國對特高壓電網(wǎng)缺少運行管理經(jīng)驗, 更需要安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)為其穩(wěn)定運行提供保障。為此，國家電網(wǎng)公司已把“1000kV級交流

6、輸電系統(tǒng)穩(wěn)定及控制技術的研究”作為1000kV級交流輸電系統(tǒng)關鍵技術研究框架的重要課題。,SCS-500E 分布式區(qū)域型安全穩(wěn)定控制裝置,1000kV級交流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定及控制技術的研究 特高壓互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定協(xié)調(diào)防御及決策系統(tǒng)的研究與開發(fā) 適應特高壓交流同步電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制措施研究和裝置開發(fā),南瑞穩(wěn)定所區(qū)域穩(wěn)定裝置平臺,FWK-300,SCS-500E,基于32位單片機+DSP的分布式穩(wěn)定控制裝置，主要用于第二道防線的區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)。 1999年開始開發(fā)，2001年在三峽左岸投入運行，2006年中標三峽右岸安控系統(tǒng)，已投入運行600多臺套。,滿足特高壓互聯(lián)電網(wǎng)要求的新一代安全穩(wěn)定控制平臺正

7、在研發(fā)中（年國家電網(wǎng)公司科技項目）。 系統(tǒng)構架、信息采樣、系統(tǒng)通訊、控制策略等方面均有所提 高和突破目前在廣東、河南、安徽試運行,2008年下半年 投入市場。,SCS-500E穩(wěn)定控制裝置,SCS-500E穩(wěn)定控制裝置,SCS-500E 主要特點,SCS | 500E 主 要 特 點,分散式布置的主從式系統(tǒng)構架,全新的機箱結構,高速DSP,主頻可達600M,32Mbps高速通訊模塊,高效的計算方法、可靠的判別原理,裝置級故障在線仿真,在線決策無縫接口,SCS-500E的技術改進,提高裝置可靠性的措施,提高裝置可靠性的措施,專用的頻率測量模塊,常 用 的 傳 統(tǒng) 方 法,捕捉器方式（快速,精度.

8、Hz） 軟件計算（速度慢，精度目前可以達到0.001Hz）,SCS - 500E 采 用 方 法,CPLD上采用專用模塊,速度快,精度高（0.005Hz ） 裝置可以提供頻率記錄分析功能模塊，以便事后查閱頻率變化及異常情況,SCS-500E電磁兼容性,SCS-500E的電磁兼容性,帶觸摸屏的人機交互,波形顯示打印,完善的裝置管理軟件,在線數(shù)據(jù)仿真功能,元件故障和數(shù)據(jù)仿真、運行方式設定等功能，大大的方便了系統(tǒng)的出廠試驗、現(xiàn)場調(diào)試和裝置的定檢。,動模及數(shù)字仿真試驗,針對國家示范試驗工程晉東南荊門的特高壓線路，進行了動模試驗和數(shù)字仿真試驗，對裝置的所有故障判據(jù)進行了試驗，判據(jù)滿足特高壓線路的要求。

9、對500kV系統(tǒng)，各種線路模型參數(shù)，進行了動模試驗和數(shù)字仿真試驗，對裝置的所有故障判據(jù)進行了試驗，判據(jù)滿足要求。,1000KV動模試驗模型,數(shù)字仿真模型,SCS-200 穩(wěn)定控制裝置,裝置的研制背景 隨著電網(wǎng)建設的不斷發(fā)展 ，對于電網(wǎng)穩(wěn)定控制的第三道防線的控制裝置已經(jīng)不能完全滿足要求，市場迫切需要我們提高軟硬件水平，研制適應現(xiàn)場需求的新一代穩(wěn)定控制裝置。,裝置實現(xiàn)功能,24路模擬量的采集計算，故障判斷 ； 2路裝置間光纖接口，接口標準同 500光纖接口； 至少32組獨立輸出空接點（每組包括2對空接點）； 至少31個外部弱電開入； 至少8路獨立中央信號（每路包括2對空接點） ； 3個隔離RS48

10、5， 1個隔離RS232(監(jiān)控用) ； 2個10M/100M以太網(wǎng)RJ45接口(監(jiān)控用) ； 1個隔離打印RS232； 1個符合B碼標準的通信對時接口和脈沖對時接口； 液晶顯示板1個調(diào)試及下載minUSB串口； 中央處理模塊(SCM-910)單板調(diào)試minUSB串口； 顯示通信處理模塊(SCM-930)單板調(diào)試minUSB串口； 通過光纖可外擴機箱協(xié)調(diào)判斷故障,軟件總體方案 組態(tài)化 、可配置，總體目標是不修改工程軟件源代碼，只通過配置參數(shù)，即可形成新工程軟件 。 中央處理模塊(SCM-910)軟件作為核心控制軟件，負責同單元處理模塊(SCM-912)、通信處理模塊(SCM-930)進行數(shù)據(jù)交換

11、，同時收集判斷弱電開入模塊(SCM-980)信息，判斷輸出給中央信號和啟動模塊(SCM-950)和出口輸出模塊(SCM-960)。單元處理模塊(SCM-912)軟件負責本模件線路故障判斷，通信處理模塊(SCM-930)負責對外監(jiān)控通訊和打印功能，顯示處理模塊(SCM-932)負責人機交互和液晶顯示。,硬件設計特點,全部板無工程跳線 可單個minUSB口下載所有工程軟件和配置文件 低通濾波截止頻率在175HZ 所有跳閘和信號回路均為8A大電流繼電器 所有模擬量和開入開出信號均使用7.62mm間距以上的大端子 固定前面板,提高抗干擾能力 整體密閉機箱，機箱長度為270mm，遠小于原有型號360mm

12、,三、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置新判據(jù),背景 電力系統(tǒng)緊急控制裝置檢測發(fā)電廠或變電站出線、主變和機組的運行工況，根據(jù)本廠站的信息和必要的遠方信息，識別電網(wǎng)當前運行方式，判斷本廠站出線、主變、母線的故障狀態(tài)。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，根據(jù)故障類型與當前電網(wǎng)運行方式，查找離線/在線分析制定的控制策略表，選定控制措施及控制量，快速發(fā)出切機、切負荷、解列等控制命令，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行。顯然，可靠、快速、準確的故障類型判據(jù)是正確實施緊急控制的基礎。 為此，我公司針對目前在判據(jù)上存在的難點疑點組織專人進行攻關，通過大量的理論研究和試驗，取得了突破，研究成功了一些新的可靠判據(jù)。,無故障跳閘新判據(jù)原理,長距離輸電線路的分

13、布參數(shù)等值電路,分析不同情況下裝置側(cè)電壓、電流、測量阻抗、功率的變化規(guī)律如下。 1.1 本側(cè)跳閘 電流I1近似為0，沒有充電電流。 1.2 對側(cè)跳閘 電流I1近似為線路充電電流總和，電流I2近似為0，這樣裝置安裝處的測量阻抗就等于開路阻抗. 此測量阻抗僅與線路參數(shù)及線路長度有關。當線路長度不超過時，此阻抗的幅值隨著長度的增加而降低，且為容性。對實際應用中的220kV或500kV或更高電壓等級的輸電線路，其波長約在（4700km6000km）范圍內(nèi)，而實際線路長度一般在800km以內(nèi)，小于。對于超高壓輸電線路，線路電阻很小，因此，測量阻抗相角近似為-90。幾種線型的開路阻抗隨線路長度的變化如:,

14、基本本地電氣量的無故障跳閘新判據(jù),二、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置新判據(jù),基本本地電氣量的無故障跳閘新判據(jù),基于上述分析，根據(jù)在不同情況下裝置安裝處的電氣量變化特征，新的無故障跳閘判據(jù)可描述如下： 若裝置啟動后，檢測到功率和電流突變至近似為0值，則判為線路本側(cè)發(fā)生無故障跳閘； 若裝置啟動后，檢測到功率和電流發(fā)生突變，但仍有容性無功電流，且裝置安裝處的測量阻抗等于開路阻抗，則判為線路對側(cè)發(fā)生無故障跳閘； 若若裝置啟動后，檢測到功率和電流發(fā)生突變，但裝置安裝處的測量阻抗不等于開路阻抗（可能是模值不等，也可能是相位不等），則判為線路發(fā)生潮流轉(zhuǎn)移。,快速解列及低頻振蕩判據(jù)原理,采用傳統(tǒng)的失步判據(jù)存在以下的諸多問題：（1）判據(jù)僅能反映一般失步特性，多數(shù)判據(jù)還不完善；（2）現(xiàn)在大多數(shù)判據(jù)都是針對兩機系統(tǒng)，對于多頻失步振蕩，判據(jù)可能失效；（3）復雜電力系統(tǒng)中，裝置的參數(shù)整定困難；（4）在電力系統(tǒng)中多套解列裝置的配合困難。目前還沒有一種判據(jù)可以對系統(tǒng)的振蕩做出全面的描述。而對于系統(tǒng)性的振蕩檢測措施，檢測判據(jù)的研究還處于空白階段。四川省電力調(diào)度中心保護處與國網(wǎng)電力科學研究院穩(wěn)定技術研究所，通過密切合作，吸取了穩(wěn)定控制技術方面研究、開發(fā)和工程應用的經(jīng)驗，結合新的理論研究成果和新的計