智能电网中的调度自动化技术应用

孙晓宇

(西山煤电 电力公司，山西 太原 030053)

随着电网建设的发展,地区内电网设备和参数越来越多,对调度工作的考验也越来越大。为实现电网运行安全,调度自动化技术应运而生[1-3]。调度自动化系统是在SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监视控制)系统的基础上发展而来的,在运行方式调整、电压调整、调度员技能培训等方面分别推出了PAS、DTS、AVC控制等高级应用,这些调度自动化应用很大程度上提高了地区电网运行的安全性[4-6]。SCADA系统在本质上还是靠调度员进行调度,所以本文只对调度自动化等高级功能进行阐述。本文结合运行经验,总结了调度自动化技术的技术特点和应用效果。

保证电网安全运行是调度工作的首要责任,为了在电网运行过程中分析和研判其中可能存在的安全隐患,调度自动化系统中设计了电力系统静态安全分析软件(PAS)。对于省级及以上的电网,PAS的分析注重于发电量控制和电网损耗方面;对于地市级及县级以下电网,PAS的首要目标是通过控制无功补偿来确保系统电压控制在正常范围之内。PAS的功能包括网络建模、状态估计、调度员潮流和负荷预测。

1.1 网络建模

网络建模是PAS实现其他功能的基础,该功能将地区内所有元件通过一定的拓扑关系构建成电网,然后通过赋予数值使其与实际电网相对应。网络建模的辅助功能有明确电网范围、节点入库和连接关系验证等。电网范围定义了网络的边界,从发电厂出发到各级变电站,最后与其他调度范围的电站相连接,省、市、县的电网范围是不同的。节点入库是帮助电网设备进行连接,每个元件的端口有一个编号,相同编号的元件直接相连。确定网络范围和节点入库之后,PAS可以对端口的正确性进行验证,验证结果通过警告和错误显示,警告表示有端口未连接,错误表示设备连接错误,例如电压等级不符等。

1.2 状态估计

状态估计有在线方式和离线方式:在线方式就是进行实时数据计算;离线方式是导入之前数据进行计算。在PAS中设定了自动计算的启动周期,每次循环期限到时间会自动计算一次状态估计,然后显示正常,也可以通过按钮进行手动启动。状态估计的结果可以通过图形和表格来展示,线路首末功率、主变三侧功率、母线电压等状态数据均显示在一次接线图中,潮流、越限、可疑数据等遥测数据通过列表展示。状态估计具有量测控制功能,可以在计算出现错误时将错误数据屏蔽,如果错误是单个数据,可以对该数据进行屏蔽;如果整座变电站数据错误,也可以对整座变电站数据屏蔽,使其不参加PAS计算。

1.3 调度员潮流

调度员潮流的目的是维护潮流数据,使其收敛,在此基础上才能进行其他高级网络分析。调度人员通过使用调度员潮流来研究电网可能发生的状态,专门研究和制订电网运行方式的工作人员使用其进行调度计划的合理性校验和安全性校验。通过调度员潮流软件,可以对电网实时数据、预测数据和历史数据进行分析,也可以通过修改运行方式进行辅助分析,方便调度员和运行方式人员检查和调整运行方式。

1.4 负荷预测

负荷预测根据SCADA获取数据,通过超短期预测预报60 min负荷、短期预测日负荷。超短期预测通过AGC(Automatic Generation Control,自动发电控制)访问,调节不同发电厂的多个发电机有功功率输出以响应负荷的变化。短期预测还结合了节假日、特殊时间或天气情况等因素的影响,应用多种手段进行预报,用户界面友好。

使用PAS后,状态估计月可用率达到了90%的基本要求,月合格率达到了95%,调度员潮流月合格率和潮流计算误差小于1.5%。

调度员培训仿真子系统(DTS)由SCADA/EMS子系统、电网仿真子系统、教员和控制子系统组成,SCADA/EMS仿真系统的数据全部来自实时SCADA系统,电网仿真子系统的主要作用是模拟电网结构,教员和控制子系统的作用是编制实训方案、控制实训过程和存储实训数据,三者之间的关系如图1所示。教员在教员和控制子系统中设置电网运行信息,包括运行方式、潮流分布等,然后设置故障信息,包括故障种类、负荷损失、保护信息等。学员在SCADA/EMS子系统进行实训操作,该子系统的界面和实际调控系统的界面相同,达到了与实际工作一样的操作环境。DTS的培训方式有以下4种:①使用教员机进行自学;②教员和实训人员互不干扰的培训;③教员和实训人员通过系统共同进行反事故演习;④教员和实训人员通过系统共同进行反事故演习,同时还可以远方通信。

图1 DTS系统结构

DTS在智能电网调度自动化系统中起到的作用包括仿真电网事故和反事故演习、培训调度人员、研究电网运行方式、为继电保护人员提供支持和为SCADA系统新功能提供测试平台。在DTS运行过程中,参与实训的调控人员面对的操作界面和操作过程与实际工作中的调度操作一致,只是实际调控大厅的系统背后是实时电网,而DTS所调度的是单独构建的虚拟电网。在实训过程中,模拟系统可以反映出SCADA系统中模拟量、开关量、潮流等信息,同时上级调度机构和下级调度机构也可以参与进来,将事故处理的联系和处置形成一个完整的过程。

DTS运行2年之后,公司通过该系统完成27班次实训任务,培训新上岗调度员和系统其他岗位人员173人次。通过DTS系统的应用,缩减了培训周期和费用,提高了培训效率,特别是对新上岗调度员的培训,完全模拟了真实调度操作台,相较于之前的模式培训效果有显著提高。

目前电网中的无功功率补偿采取就地平衡的方式,AVC系统在保证电网和元件安全的前提下计算出电网各处无功功率和电压等关键数据,制定出符合当前实际的电压控制策略,并通过SCADA将控制命令下发到站内电容器组和主变有载调压开关,控制电容器组的投入、切除和对主变分接开关的档位调整。AVC系统的运行前提是保证电网和设备的安全,在此基础上,还要考虑电容器组和主变分接开关操作的时间间隔、允许动作次数和事故闭锁信号等,在满足上述原则和条件的情况下,AVC的运行能够降低网损,使电网电压始终保持在允许范围。AVC系统运行过程中还要接收上级调度的控制,避免调度冲突。图2为调度与厂站AVC系统关系图。

图2 调度和厂站AVC系统关系

在AVC运行过程中,关键环节涉及到的安全控制要求必须满足。在系统运行后,以下环节的安全要求需要特别注意:

(1) 电容器组投入和切除过程中,主变分接头调整过程中是否会引起振荡。

(2) 电容器组断路器分闸和合闸过程中,主变分接开关档位切换过程中是否满足规定时间内的动作次数。

(3) 在电容器组开关跳闸后,AVC系统能否识别电容器组保护装置的故障类型,在断路器跳闸后向该组电容器发出闭锁信号,同时向调度员发出声光报警。

(4) 主变在额定负载运行时,禁止AVC系统对其进行调压。

(5) AVC系统能否识别SCADA系统发出的死数据,如果判断为死数据,系统应能够闭锁相应的电容器组和主变分接头。

(6) 对于同步运行的主变,AVC系统按照内置的程序对其进行同步调整。

在AVC系统运行后,本地区的厂站AVC覆盖率达到了90%,按3 min计算一次,AVC的月均可用率在98%以上,满足验收细则。自系统运行以来无特殊情况均没有退出,投运率达到了100%,控制合格率100%。

PAS软件的使用提高了调度员对电网的预测能力,DTS软件的使用提高了培训调度员的效率,AVC软件的使用提高了地区电网的电压水平。综上所述,调度自动化技术对智能电网建设起到了关键作用,在实际工作中还应进一步开展对其的学习与应用,提高调度工作的安全性和效率。

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