王 良 任祖怡 夏尚學(xué) 徐 柯

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

大型企業(yè)電網(wǎng)典型穩(wěn)控方案探討

王 良 任祖怡 夏尚學(xué) 徐 柯

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

大型企業(yè)電網(wǎng)存在以下典型問題：外部供電通道單一，可靠性差；受電比例高，發(fā)生與系統(tǒng)斷開事故后有功缺額較大，頻率穩(wěn)定控制問題突出；當(dāng)系統(tǒng)側(cè)發(fā)生故障時(shí)會(huì)引發(fā)逆功率；當(dāng)與系統(tǒng)某條聯(lián)絡(luò)線斷開時(shí)，會(huì)導(dǎo)致剩余線路過載；大型企業(yè)電網(wǎng)與外部電網(wǎng)系統(tǒng)失步或其他原因會(huì)造成系統(tǒng)振蕩；備用電源快速切換成功率不高。針對(duì)上述問題，提出了一種適用于此類電網(wǎng)的安全自動(dòng)控制方案。

企業(yè)電網(wǎng)；頻率控制；過載控制；系統(tǒng)振蕩

0 引言

大型企業(yè)電網(wǎng)對(duì)外部電網(wǎng)穩(wěn)定性、送電通道可靠性要求較高，但很多變電站沒有真正實(shí)現(xiàn)雙電源供電，基本上是一運(yùn)一備方式運(yùn)行，該類企業(yè)電網(wǎng)自身具備一定的發(fā)電能力，同時(shí)通過一回或多回聯(lián)絡(luò)線從系統(tǒng)受電，供電通道一旦斷開，就會(huì)造成系統(tǒng)功率缺額較大，頻率穩(wěn)定問題突出。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，聯(lián)絡(luò)線潮流向系統(tǒng)大量送出，此時(shí)需要主動(dòng)斷開與主網(wǎng)的聯(lián)系，保證孤網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。一回聯(lián)絡(luò)線發(fā)生故障時(shí)，可能導(dǎo)致剩余一回運(yùn)行線路過負(fù)荷，此時(shí)需要按功率缺失額度選切部分負(fù)荷，以保持功率平衡。同時(shí)，為確保系統(tǒng)穩(wěn)定，需要在切負(fù)荷執(zhí)行站配置就地低頻低壓減載作為第三道防線。當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)，需主動(dòng)將企業(yè)電網(wǎng)與外部系統(tǒng)解列，然后通過減負(fù)荷等措施確保本地小系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。備用電源的切換不及時(shí)引起的停機(jī)停爐或切換時(shí)機(jī)不當(dāng)可能對(duì)企業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備造成不必要沖擊，需要進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的工作電源、備用電源間的切換，從而保持受端系統(tǒng)穩(wěn)定。

綜上所述，對(duì)于該類型電網(wǎng)架構(gòu)，一方面需要提高系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的供電能力以及可靠性；另一方面可以以較少的投資、較快的建設(shè)周期建設(shè)一套穩(wěn)定控制、失步解列、備用電源快速切換系統(tǒng)，充分發(fā)揮現(xiàn)有電網(wǎng)的供電能力，提高現(xiàn)有電網(wǎng)供電可靠性。

1 大型企業(yè)電網(wǎng)典型穩(wěn)控系統(tǒng)功能

基于上述需要解決的問題，本文提出了一套適用于大型企業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定控制的、典型的配置方案。即在企業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)與外界電網(wǎng)接口控制站點(diǎn)配置穩(wěn)定控制主站、在負(fù)荷變電站配置穩(wěn)定控制系統(tǒng)執(zhí)行站，主站和子站之間通過2M光纖復(fù)接通道建立通信聯(lián)系，按照分層分布的原則設(shè)計(jì)整套系統(tǒng)。同時(shí)，在企業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)與外界電網(wǎng)接口控制站點(diǎn)配置一套失步解列裝置、一套備用電源快速切換裝置。

大型企業(yè)電網(wǎng)典型穩(wěn)控系統(tǒng)主要具備以下功能：

1.1 主站功能

(1) 采集系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線、主變的高壓側(cè)三相電壓、三相電流，接收執(zhí)行站的可切負(fù)荷、機(jī)組信息。(2) 檢測系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線、主變是否跳閘。當(dāng)發(fā)生跳閘時(shí)，若事故前功率為受進(jìn)，則根據(jù)事故前受進(jìn)功率和發(fā)令切除執(zhí)行站一部分負(fù)荷；若事故前功率為送出，則需要發(fā)令壓機(jī)組出力或切機(jī)。(3) 若發(fā)生聯(lián)絡(luò)線一回跳閘，另一回過載，則裝置根據(jù)過載情況進(jìn)行精確切負(fù)荷，保證地區(qū)功率基本平衡。(4) 若系統(tǒng)側(cè)發(fā)生故障，導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)線潮流向系統(tǒng)大量送出，此時(shí)裝置主動(dòng)跳開聯(lián)絡(luò)線，同時(shí)發(fā)令切除執(zhí)行站一部分負(fù)荷，保證孤網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。(5) 檢測聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行情況，當(dāng)檢測到供電電網(wǎng)與企業(yè)電網(wǎng)發(fā)生失步振蕩時(shí)，將聯(lián)絡(luò)線解列，并在解列后，根據(jù)企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部頻率的情況采取一定措施保證企業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。(6) 當(dāng)檢測到系統(tǒng)進(jìn)線跳閘并無流時(shí)，經(jīng)過檢同期合熱備用線路，完成備用電源快速切換。

1.2 執(zhí)行站功能

(1) 采集負(fù)荷、機(jī)組信息并上送給主站。(2) 接收主站發(fā)送的切機(jī)、切負(fù)荷命令并執(zhí)行。(3) 配置低頻低壓切負(fù)荷的功能，作為第三道防線，當(dāng)切負(fù)荷量不足時(shí)，通過就地低頻低壓減載來切除負(fù)荷。

2 大型企業(yè)電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)下的控制系統(tǒng)動(dòng)作邏輯

針對(duì)大型企業(yè)電網(wǎng)典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(圖1)，正常運(yùn)行方式是#1聯(lián)絡(luò)線、#3聯(lián)絡(luò)線為主供線路，#2聯(lián)絡(luò)線為熱備線路。企業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)與外界電網(wǎng)接口控制站點(diǎn)為系統(tǒng)主站，采集本站聯(lián)絡(luò)線電壓、電流、開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)收集執(zhí)行站的負(fù)荷、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信息，根據(jù)以上信息實(shí)現(xiàn)前述主要功能。

圖1 企業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)口站接線簡圖

2.1 聯(lián)絡(luò)線跳閘控制策略

(1) 線路發(fā)生無故障跳閘[1]，且檢測到開關(guān)TWJ；(2) 線路發(fā)生無故障跳閘，且頻率下降超過“頻率變化量閉鎖df”定值；(3) 線路發(fā)生故障跳閘[2]。

當(dāng)滿足上述3個(gè)條件中任意1個(gè)時(shí)，裝置判斷聯(lián)絡(luò)線跳閘，此時(shí)根據(jù)事故前斷面潮流方向及大小，發(fā)令到執(zhí)行站，切除相應(yīng)容量的負(fù)荷或機(jī)組。

2.2 聯(lián)絡(luò)線逆功率控制策略

(1) 功率方向?yàn)槠髽I(yè)系統(tǒng)向外送出；(2) 聯(lián)絡(luò)線斷面功率和大于“逆功率動(dòng)作功率”定值；(3) 系統(tǒng)頻率降低，且低于“逆功率低頻門檻”定值(可經(jīng)“低頻輔助判據(jù)投”控制字投退)；(4) 上述3個(gè)條件連續(xù)滿足時(shí)間大于“逆功率延時(shí)”定值。

當(dāng)上述4個(gè)條件均滿足時(shí)，判斷為逆功率動(dòng)作，裝置發(fā)令跳開與供電系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線，并根據(jù)事故前斷面功率和，發(fā)令到執(zhí)行站，切除相應(yīng)容量的負(fù)荷或機(jī)組。

2.3 聯(lián)絡(luò)線過載控制策略

(1) 功率方向?yàn)橥獠肯到y(tǒng)向企業(yè)系統(tǒng)送入；(2) 聯(lián)絡(luò)線電流大于“過載動(dòng)作電流”定值；(3) 上述2個(gè)條件連續(xù)滿足時(shí)間大于“過載動(dòng)作延時(shí)”定值。

若以上3個(gè)條件均滿足，則判斷為過載動(dòng)作，根據(jù)過載時(shí)刻的斷面功率，發(fā)令到執(zhí)行站，切除一部分負(fù)荷，維持功率的基本平衡。

2.4 系統(tǒng)振蕩控制策略

在關(guān)口站專門配置一臺(tái)失步解列裝置，該裝置采用ucosφ原理[3]，將ucosφ的變化范圍分為7個(gè)區(qū)，振蕩發(fā)生時(shí)振蕩中心電壓逐級(jí)穿過若干個(gè)區(qū)域。通過監(jiān)測振蕩中心電壓的變化軌跡來區(qū)分失步振蕩、短路故障。

當(dāng)檢測到電力系統(tǒng)或企業(yè)電網(wǎng)發(fā)生失步振蕩時(shí)，將聯(lián)絡(luò)線斷面解列，解列后，穩(wěn)控系統(tǒng)根據(jù)企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部頻率的情況采取一定措施保證企業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定；若解列后系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，則不采取措施，若系統(tǒng)出現(xiàn)低頻，則穩(wěn)控系統(tǒng)根據(jù)啟動(dòng)前送入功率，選切適量的負(fù)荷線路，若系統(tǒng)出現(xiàn)高頻，則根據(jù)啟動(dòng)前送出功率，選切適量的機(jī)組。

2.5 備用電源切換控制策略

2.5.1 充電條件

(1) 兩段母線均有壓；(2) “備用電源有壓”控制字退出，或#2聯(lián)絡(luò)線線電壓Ux大于“有壓幅值”；(3) 1DL、3DL合位且2DL分位。

上述條件均滿足，經(jīng)“自投充電時(shí)間”后充電完成。

2.5.2 放電條件

(1) #2聯(lián)絡(luò)線檢修或2DL合位，立刻放電；(2) #1聯(lián)絡(luò)線、#3聯(lián)絡(luò)線均檢修，立刻放電；(3) 1DL或2DL或3DL開關(guān)拒動(dòng)，立刻放電；(4) 1DL或2DL或3DL開關(guān)異常，延時(shí)放電；(5) “備用電源有壓”控制字投入，且#2聯(lián)絡(luò)線線電壓Ux小于“有壓幅值”經(jīng)“后備失電延時(shí)”定值后報(bào)警，并放電；(6) 有閉鎖備投開入，立刻放電。

2.5.3 動(dòng)作過程

充電條件滿足后，當(dāng)檢測到如下條件：(1) #1聯(lián)絡(luò)線、#3聯(lián)絡(luò)線電流均小于“線路無流幅值”；(2) 2條母線均無壓；(3) #1、#3聯(lián)絡(luò)線開關(guān)均在跳位；(4) “后備失電閉鎖”退出或#2聯(lián)絡(luò)線電壓大于“有壓幅值”。

當(dāng)滿足條件(1)、(2)、(4)時(shí)(無壓+無流)，或者滿足條件(1)、(3)、(4)時(shí)(跳位+無流)則啟動(dòng)，經(jīng)“備投動(dòng)作延時(shí)”動(dòng)作，跳1DL、3DL，合閘條件滿足后合2DL。

3 結(jié)語

針對(duì)此類典型的企業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)所存在的上述問題，在不改變一次接線結(jié)構(gòu)的情況下，本文提出的綜合解決方案，能夠有效改善系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)于提高該類電網(wǎng)的供電可靠性、抵御各種故障給企業(yè)電網(wǎng)帶來的穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1] 蔡敏，孫光輝，吳小辰，等.穩(wěn)定控制所用交流設(shè)備跳閘判據(jù)的分析及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007(9)

[2] 竇乘國，任祖怡，孫光輝，等.穩(wěn)定控制系統(tǒng)用交流線路故障跳閘判據(jù)的研究及應(yīng)用[A].2008年中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C]，2008

[3] 宗洪良，任祖怡，鄭玉平，等.基于ucosφ的失步解列裝置[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003(19)

2014-09-15

王良(1980—)，男，遼寧撫順人，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全穩(wěn)定控制的研究工作。