大电网稳定控制系统研究论文

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摘要：首先综述了当前大电网稳定控制系统的特征和要求，随后讨论了稳定控制装置的起动元件的选取、基于当前技术水平下区域子站和控制中心的构成模式等几个新问题，并就稳定策略的优化前提、提高控制装置和控制策略的开放性、适当增加稳定控制装置的预防能力等方面提出了自己的观点。摘要：大电网稳定控制起动元件优化开放1引言随着三峡工程和全国联网、电力市场和电能交易、电力环保等新形势的出现，对电网平安稳定运行和控制的要求越发显得重要。在我国，许多传统的就地控制模式，如简单的线路故障联锁切机、切负荷由于其技术性能落后、经济性差等缺点已越来越不适应现代大电网的平安性和经济性的要求。近年来许多区域稳定控制装置的研制和投入使用在一定程度上缓解了大电网稳定运行控制的压力，但也只能兼顾电网的一部分，无法从全局上对电网进行协调控制。随着快速稳定分析方法的发展及计算机、通信技术的不断提高，使基于大系统理论和分级递阶和分散控制理论的大电网稳定控制系统的研制开发成为可能。本文结合作者参和探究开发的稳定性实时观测和控制系统的实际，针对大电网稳定控制装置开发中的几个新问题谈了自己的看法。2大电网稳控装置的特征和要求2.1整体特征大电网稳定控制需要大量的网络结构和运行参数，高速可靠的硬件平台和通信通道，快速准确的稳定分析软件以及合适的控制策略。目前，大电网稳定控制装置的开发和实现具有以下特征摘要：1)控制对象仍以功角稳定新问题为主，但带有电压越限等辅助功能；一般都采用集中管理、分区控制的模式，如图1所示，这样既有利于实现协调控制，又可保持各区域子站的相对独立性。根据电力系统稳定控制，尤其是大电网稳定控制中控制速度快、信息量大、跨地域范围广的特征，一般都采用开环猜测控制，且多为离散控制(如切机、切负荷、电气制动、快关等)，如图2所示。图中控制量u=p(m,x0)(1)式中m为扰动信息；x0为基准状态信息；p为控制算子，其内涵反应了猜测及按补偿原理实现控制功能的三种方式，即离线预决策实时匹配；在线预决策实时匹配；在线实时分析决策［1］；3)出于可靠性和经济性的考虑，一般考虑将稳定控制装置和EMS、MIS等接口的可能性，充分利用丰富的数据资源和已建成的通信通道；合理利用已有的常规稳定装置及区域稳定控制装置，避免资源和设备的浪费；4)技术上借鉴微机保护和SCADA中成熟的数据采集、故障辨识和数字滤波等技术；借鉴静态平安分析中较为成熟的状态估计、预想事故、灵敏度分析等技术；预想事故分析部分采用快速稳定分析方法，如改进后的SBS法、各种直接法、人工智能、基于GPS外部观测的猜测方法等，以试图从根本上解决稳定控制快速性要求的前提下，满足准确性和稳定裕量的要求。2.2对区域子站的要求在大电网稳定控制系统中，区域子站起着承上启下的关键功能。在未能很好地解决控制中心和区域子站的实时通信新问题之前，先着重考虑区域子站以使其“保一方平安”是很重要的。从当前技术条件及运行调度人员的要求角度出发，一个自动化程度较高、开放式、功能较齐全的区域稳定控制装置应具备以下功能摘要：1)基于GPS的高精度、快速的数据采集系统和准确无误的稳定办法执行机构摘要：这是实现稳定观测和控制的基础。数据的可靠性是其首要新问题；而在具体的稳定办法执行点，还应该根据当地工况进行适当的校核。2)可扩展性、可维护性好、开放灵活的策略表管理系统，具体体现在以下方面摘要：当本区域内出现线路扩建时，稳定监控系统从硬件到软件应能较轻易地随之扩展；当需要修改策略表时，在修改权限的限制下，可从本地/远方灵活地修改，以使当前的稳定策略最大程度上地符合实际情况；采用可移植性好、代码效率高的编程语言；采用模块化设计或(分布式)组件技术；运行模块和维护模块应既相对分离又相互关联。3)较为合理、完善的稳定启动判据，准确快速地判定故障线路、故障相别、故障类型，有条件的厂站还可根据采集的开关量实现基于关联矩阵的电网拓扑辨识，为基于快速积分法的在线准实时稳定计算提供实时网络拓扑；4)实时的图形化监视界面，带有事件顺序记录、实时/定时打印、实时波形、语音报警等功能，甚至有故障录波系统，以便于事故后分析；5)完备、冗余式的通讯摘要：通过对载波、微波、电话线、Internet、SPDnet等多种通讯方式的支持和实时切换，确保区域子站和控制中心的通讯通道通畅无阻。6)适当条件下可将电压稳定监控、频率稳定监控功能集成进来，并可通过电力企业综合总线(UIB)和EMS中的SCADA/DTS、电力市场系统中的动态平安评估联系等相联系，形成一个更加完整的系统。可见，新的环境和条件下的区域稳定控制系统是一个典型的以数据处理为中心的多任务、多功能，开放灵活的监控系统。不管是采集数据的判定辨识、策略表的管理和实时查找，还是实时生成报表、打印、事件顺序记录，都要求系统具有较强的数据处理、存储等功能。当然，这是在把在线计算的任务交给控制中心的前提下的。3稳定控制装置起动元件的选择对于大电网而言，当可靠性得以保证的前提下快速性就成为关键因素，这集中体现在对稳定控制装置启动元件的选取上。从原理上启动元件的选取既可以采用各相(序)电流、电压或功率突变量元件等模拟量来实现，也可以根据保护的动作信号及断路器出口信号等开关量来实现。前者广泛应用于微机保护中，技术较成熟可靠，速度快，但数据量较大，且有其自身的保护算法、滤波、PT、CT断线等新问题。后者数据量小的多，而且“N－1”准则下的各种情况(如发电机、线路、电缆、变压器的退运)可直接反应为开关量的变位，因此和事故预想分析(支路开断、发电机开断)接口简单；缺点是拒动、误动新问题，且当考虑“N－2”准则时需要考虑多种运行方式，非凡是对于500kV变电站(常采用3/2接线方式)，各种运行方式组合较多，需要采用关联矩阵的方法。由以上的分析可看出摘要：在稳定控制这种对可靠性和快速性要求甚高的场合下，将模拟量启动元件和开关量启动元件相互结合，以一方为主，相互校验和补充也许更可取。比如若以模拟量启动元件为主，可以用适量的开关量信息(如保护出口信号)辨别故障区间等；而以开关量启动元件为主，则可以利用适量的模拟量(如零序分量)区分两相短路和两相短路接地。另外，一种基于PEF理论，以不平衡功率积分作为稳定控制启动判据［11］也值得注重。4稳定控制装置的实现模式4.1区域子站的实现中的几个新问题当前的区域子站的实现有几种方式摘要：嵌入式系统、工业PC系统以及工业局域网系统，三者间的比较见表1。但无论选择哪种方式，协调好系统各部分之间的工作和数据交换，提高整体性能是最重要的。4.2控制中心的实现模式控制中心要完成预想事故的快速筛选以及快速暂态稳定分析，而且还要协调管理各区域子站，任务繁重。因此，其构成模式是否合理直接关系到整个稳定控制系统的效率。控制中心的实现以往多采用“小型机UNIX平台”模式，目前则多采用“工作站局域网网络操作系统”的模式。后者可将多项任务按组态软件的形式加以组合并在不同的工作站间实现分工，开放式的结构便于扩展和利用新技术。当控制中心和EMS接口后，其数据的获取可完全由EMS提供，而控制中心和各区域子站的通信只限于发收稳定策略及协调控制信息，通讯量大大减小。另外，为减少局域网上信息交换量，文献［6］提出可采用分层局域网和共享内存技术，不把所有信息集中在一个局域网上交换。5对当前稳定控制装置的一些建议5.1稳定控制办法的优化前提目前在我国，稳定控制办法以切机、快关、切负荷、电气制动等为主。考虑到充分利用原有稳定控制执行设备(经济性)的基础上，如何优化稳定控制策略(包括控制方式、控制量大小、控制时间长短等)是个值得探究的新问题。这个新问题从本质上多属于非线性整数规划新问题，其数学描述如式(2)所示。式中Ni为各控制办法量，Ci为控制系数，它反映了控制时间、控制权重等，η为控制办法下的控制裕度，它等于实际控制效果减去严格按稳定分析软件得到的稳定控制效果。优化的本质在保证稳定控制装置的有效性的基础上满足经济性的目标，主要是要从大量的办法组合中快速搜索出最优策略。文献［8］提出了一种快速搜索算法。而在具体应用优化算法时，应根据实际情况，遵守一些原则，如摘要：优先考虑电气制动和直流调制；在切机或快关时，应结合机组的接线、运行方式和进相等非凡新问题；从机组的疲惫损耗的积累效应的角度，应用排队论或概率方法，尽量使机组由于切机而造成的疲惫损耗最小化，尤其对于汽轮机组。在基于以上前提的基础上，将快速稳定分析软件得出的稳定策略(或离线稳定策略)配合以适当的快速优化算法，方可得到切实可行的最优的稳定控制办法。5.2控制装置和策略的开放性目前的稳定控制装置中普遍使用的仍是“离线预决策，实时匹配”的控制方案，并且这也是最实用的一种方案；但是它的主要新问题是存在着或轻或重的失配情况。为了减少失配的缺陷，作者认为在区域子站应采用开放式的策略表，利用控制中心的在线计算，准实时/实时地生成最新运行状况的控制策略，对各区域子站进行刷新；也可在区域子站中加入智能控制，如对运行方式和策略表之间的自学习或模糊控制能力。总之，应形成本地/远方多种途径的策略略表的修正，使之具有开放性。这种开放性带来的好处不仅仅是减小了失配情况，并且增加了灵活性、可靠性，延长了稳定控制装置可使用的寿命。一个功能较为完善的稳定监控系统应该以实时数据处理为中心，充分考虑策略表中数据间的联系。比如采用数据库的方式就可以保持数据库各表之间的天然联系，具有“对象关联”的特征，有利于实现数据图形一体化，如图3所示。图中稳定策略表具有很强的开放性，它可以通过数据库接口被各种基于不同控制策略的、和网络分布无关的在线实时、准实时/离线稳定计算模块加以刷新，并可接收、存储动态平安评估模块的评估结果，为调度运行人员提供系统实时的平安状况。5.3适当增强稳定控制装置的预防能力目前的稳定控制装置基本上都是基于1967年DyLiacco提出的确定性平安稳定分析构想中的紧急控制思想，只考虑系统发生了(预想)事故后不稳定怎么办，而对系统未发生故障时的运行状况不管不问，哪怕是系统已经处于不平安状态(但未发生事故)。而在实际中的大多数时候系统都是处于无故障运行状况下，因此在不过重的增加运算和数据通讯负担的前提下，在区域子站中加入一些平安分析的功能(也可以考虑和当地的EMS接口)又何乐而不为呢，况且这样可以使区域子站的运行人员对本站在大多数情况下的平安性进一步了解，并在适当时候做出一定调整使系统尽量保持在一个高稳定度运行状况下。同时这对于今后的电力市场下的能量交易也是有益的。在目前的技术水平下，作者认为动态平安域法［12］可望胜任此任，且“域”的思想也有利于实现大电网综合稳定性(横向上功角、电压、频率、负荷稳定性和纵向上预防、紧急、恢复控制)的联合、协调控制，有利于实现电力系统灾变防治。6结语随着电力系统规模的扩大以及平安稳定新问题的日益突出，仅靠单纯的就地控制或区域稳定控制已不能满足大电网稳定控制的要求，因此，针对大电网微机稳定控制系统的探究也越来越受到重视。作为现代电网不可缺少的三大支柱之一的稳定控制系统，不仅要探究其非线性动态大系统的稳定性理论和优化运行控制理论，而且还应在实用化的道路上解决好如何提高其可靠性，协调好“几性”［7］的关系，如何优化其稳定策略，如何象“四统一”的保护产品一样形成标准化、规则化、统一化的稳定装置，如何对大电网稳定控制装置进行试验仿真等诸多新问题。