沈誠(chéng)亮，羅志偉，唐 明

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

基于OPEN3000系統(tǒng)的低周減載實(shí)時(shí)控制方法

沈誠(chéng)亮，羅志偉，唐 明

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

由于傳統(tǒng)的低周減載裝置無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，為確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的第三道防線得到100%落實(shí)，減輕人工操作量，降低誤操作的可能性，提出了基于OPEN3000系統(tǒng)的低周減載實(shí)時(shí)控制方法。該方法具有動(dòng)態(tài)優(yōu)化和實(shí)時(shí)控制兩大功能，能根據(jù)OPEN3000中相關(guān)線路的潮流數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化配置，并利用遙控功能實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)低周減載功能的實(shí)時(shí)投退，在確保第三道防線安全可靠的同時(shí)，減輕相關(guān)人員的工作量，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

低周減載；OPEN3000；自動(dòng)調(diào)節(jié)；實(shí)時(shí)控制

頻率是電力系統(tǒng)運(yùn)行最重要的參數(shù)之一，頻率的變化直接反映整個(gè)電網(wǎng)的有功出力及負(fù)荷情況，超過(guò)正常范圍的頻率將對(duì)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)安全帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此,如何將系統(tǒng)頻率控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)是電網(wǎng)運(yùn)行的主要任務(wù)之一。低周減載作為電網(wǎng)安全運(yùn)行的第三道防線，是一種防止頻率崩潰的有效方法，在電網(wǎng)發(fā)生罕見(jiàn)的嚴(yán)重復(fù)雜故障后，對(duì)防止系統(tǒng)因頻率崩潰造成大面積停電事故具有重大意義。

1 低周減載裝置運(yùn)用現(xiàn)狀

1.1 保護(hù)原理

目前最常用的低周減載保護(hù)裝置動(dòng)作原理主要是：當(dāng)頻率低于預(yù)先設(shè)定的整定值時(shí)，切除部分負(fù)荷；如果頻率繼續(xù)下降，再切除一部分負(fù)荷，直到頻率恢復(fù)，即通常所謂的逐輪次切除。其動(dòng)作邏輯如圖1所示。

圖1 低周減載動(dòng)作邏輯

低周減載動(dòng)作條件由若干外部閉鎖條件及內(nèi)部邏輯判斷條件組成，當(dāng)無(wú)外部閉鎖條件且系統(tǒng)頻率低于整定值后，減載裝置經(jīng)一定延時(shí)后出口跳閘，切除相關(guān)負(fù)荷，以確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

1.2 減載方案

低周減載所切的負(fù)荷量是在各種運(yùn)行方式下，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，找出實(shí)際可能發(fā)生的最大功率缺額來(lái)確定的。動(dòng)作時(shí)的減載方案大致分為3類(lèi)：傳統(tǒng)法、半適應(yīng)法、自適應(yīng)法。

（1）傳統(tǒng)法是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)的事故，再提出延時(shí)和切負(fù)荷的方案。其切除負(fù)荷數(shù)只與整定方案有關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生變化后，其動(dòng)作情況不發(fā)生變化。

（2）半適應(yīng)法是根據(jù)低周減載裝置動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)頻率的變化速度來(lái)決定具體切負(fù)荷數(shù)量。該方法需要測(cè)量系統(tǒng)頻率在通過(guò)某個(gè)整定頻率點(diǎn)時(shí)的速度，這一速度越高則切除的負(fù)荷也就越多，反之則越少。

（3）自適應(yīng)法是基于頻率微分和系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型建立的，根據(jù)簡(jiǎn)化的系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)頻率的變化情況及系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算出需要切除的負(fù)荷數(shù)。

1.3 3種減載方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較

3種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)（見(jiàn)表1），從經(jīng)濟(jì)性及實(shí)際效果來(lái)看，傳統(tǒng)法仍是被廣泛采用的低周減載方案，但是其“離線整定”的特性，使之很難適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)的快節(jié)奏變化。

隨電網(wǎng)的復(fù)雜化與運(yùn)行方式的多樣化，在線路的運(yùn)行方式改變后，低周減載裝置的投入情況均需進(jìn)行相關(guān)校驗(yàn)、調(diào)整，以保證減載容量的100%投入，此外還需要大量的人力進(jìn)行低周減載裝置的投退工作，增加了勞動(dòng)量的同時(shí)更是增加了電網(wǎng)運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)，帶來(lái)了不安全因素。

1.4 運(yùn)用中存在的問(wèn)題

目前湖州電網(wǎng)主要采用分布式的低周減載裝置，整定的依據(jù)是：根據(jù)每年浙江省調(diào)度中心（簡(jiǎn)稱(chēng)省調(diào)）下達(dá)的浙江電網(wǎng)按頻率減負(fù)荷分配方案，切負(fù)荷總數(shù)整定在100%～140%的范圍內(nèi)，各輪次則由相關(guān)負(fù)荷的重要程度來(lái)確定。在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，由于缺乏有效的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)手段，目前傳統(tǒng)法的低周減載裝置在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題：

（1）電網(wǎng)運(yùn)行中低周減載投入的容量隨線路負(fù)荷的變化而改變，預(yù)計(jì)切除負(fù)荷與實(shí)際可切除負(fù)荷存在較大差異，電網(wǎng)安全運(yùn)行的第三道防線要求難以時(shí)時(shí)刻刻做到100%落實(shí)，電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性得不到充分保證。

（2）目前大多數(shù)低周減載裝置采用的是分布式方式接入于10 kV饋線，10 kV饋線的特點(diǎn)是負(fù)荷小、分布廣。由此在需要調(diào)整低周減載備用線路時(shí)，面臨著現(xiàn)場(chǎng)操作量大和操作時(shí)間長(zhǎng)的現(xiàn)象，同時(shí)還存在誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）傳統(tǒng)的非實(shí)時(shí)低周減載控制方法既耗費(fèi)了大量的人力物力，又難以保證電網(wǎng)100%的安全可靠，嚴(yán)重制約電網(wǎng)安全的保障與工作效率的提高。

表1 減載方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

2 基于OPEN3000的解決方法

2.1 低周減載的控制

傳統(tǒng)法的低周減載裝置由于其分布式地裝設(shè)在10 kV線路上，具有天然的獨(dú)立性；同時(shí)低周減載作為電網(wǎng)的第三道防線，需要對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)籌安排，建立統(tǒng)一的防范體系，這是低周減載防線的整體性要求。

如何通過(guò)可靠、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方式使裝置的獨(dú)立性與系統(tǒng)的整體性有效融合，避免低周減載容量投入不足帶來(lái)的安全隱患以及減少人工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，這就需要利用已有的廣域?qū)崟r(shí)信息系統(tǒng)平臺(tái)——OPEN3000來(lái)協(xié)調(diào)指揮分布在電網(wǎng)各個(gè)角落的低周減載裝置，使它們之間協(xié)同工作，提升電網(wǎng)的智能化程度及安全運(yùn)行水平。

2.2 低周減載控制系統(tǒng)原理

該控制系統(tǒng)以O(shè)PEN3000中的SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）采集到的電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)低周減載子系統(tǒng)的處理，最后經(jīng)SCADA出口，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)低周減載裝置的實(shí)時(shí)控制，如圖2所示。

圖2 基于OPEN3000的低周減載實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)原理

控制流程如下：

（1）數(shù)據(jù)采集。利用SCADA的遙測(cè)、遙信功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

（2）數(shù)據(jù)濾波。對(duì)SCADA提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，剔除具有明顯跳變特征的壞點(diǎn)，防止不正確的數(shù)據(jù)影響后續(xù)處理的結(jié)果。

（3）動(dòng)態(tài)分區(qū)。利用線路兩端的開(kāi)關(guān)位置的遙信量，對(duì)負(fù)荷情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分區(qū)處理，將負(fù)荷精確分配到220 kV片區(qū)下的110 kV變電站。

（4）優(yōu)化計(jì)算。根據(jù)分區(qū)的結(jié)果以及負(fù)荷情況，結(jié)合上級(jí)下發(fā)的低周減載負(fù)荷分配情況，對(duì)線路低周減載裝置的定值區(qū)間、軟壓板投退進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，確保低周減載各輪次的負(fù)荷容量100%投入，同時(shí)避免不必要的投切及短時(shí)間內(nèi)的多次投切。

（5）結(jié)果校驗(yàn)。對(duì)低周減載投切壓板的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行安全性、合理性校驗(yàn)，并將相關(guān)減載負(fù)荷與上級(jí)下發(fā)的減載負(fù)荷進(jìn)行核對(duì)，確保低周減載子系統(tǒng)整個(gè)處理過(guò)程的準(zhǔn)確性。

（6）遙控接口。利用SCADA的遙控功能，根據(jù)低周減載子系統(tǒng)的處理結(jié)果對(duì)各減載壓板的投退狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，確保控制命令能切實(shí)有效地落實(shí)到各個(gè)減載裝置上。

（7）自檢校驗(yàn)。對(duì)低周減載子系統(tǒng)的各個(gè)模塊的功能完好性進(jìn)行循環(huán)自檢；同時(shí)將電網(wǎng)遙信量與控制命令比較，確保遙控命令100%執(zhí)行到位。

（8）人工干預(yù)。作為低周減載子系統(tǒng)的一個(gè)補(bǔ)充，在低周減載子系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，OPEN3000實(shí)時(shí)告警窗口將發(fā)出相關(guān)告警信息，調(diào)控人員立即介入處理相關(guān)故障缺陷，確保在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，能通過(guò)人工調(diào)整保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 具體實(shí)現(xiàn)方法

（1）在省調(diào)規(guī)定配置不同輪次容量的前提下，對(duì)于不同輪次適當(dāng)增加備用容量，以每輪次增加10%～20%容量為宜，將增加的這一部分負(fù)荷作為機(jī)動(dòng)負(fù)荷，用于該輪次所切線路負(fù)荷變化后，填補(bǔ)對(duì)應(yīng)的缺額，確保該輪次的容量100%投入。

（2）以100%投入的原則設(shè)置實(shí)時(shí)控制策略，避免某一輪次中的低周減載容量過(guò)低或過(guò)高；當(dāng)容量不足時(shí)，應(yīng)具備相應(yīng)的告警功能，確保低周減載這道防線100%投入。

（3）控制過(guò)程實(shí)行分層分區(qū)控制原則：即以1座220 kV變電站所轄區(qū)域?yàn)?個(gè)單元?jiǎng)澐?，進(jìn)行分區(qū)域?qū)崟r(shí)自動(dòng)控制，將每個(gè)輪次的減載容量平均分配到各個(gè)區(qū)域，避免集中在1個(gè)區(qū)域內(nèi)大量切除負(fù)荷。

（4）由OPEN3000的低周減載實(shí)時(shí)控制裝置實(shí)時(shí)判斷電網(wǎng)低周減載容量的投入情況，并利用遙控功能以投退低周減載軟壓板方法進(jìn)行實(shí)時(shí)容量自動(dòng)調(diào)整。

基于OPEN3000的低周減載實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。該低周減載實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)所需硬件簡(jiǎn)單，僅在原OPEN3000的基礎(chǔ)上增加2臺(tái)低周減載服務(wù)器（一主一備），具有成本低、易于維護(hù)的特點(diǎn)。

圖3 低周減載實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.4 計(jì)算評(píng)估

（1）對(duì)小系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。例如，500 kV變電站下應(yīng)考慮220 kV發(fā)電廠及其負(fù)荷形成小系統(tǒng)的低周容量分配是否合理，能否保證供需平衡。同理，220 kV變電站應(yīng)考慮110 kV發(fā)電廠及其負(fù)荷形成的小系統(tǒng)。

（2）通過(guò)對(duì)小系統(tǒng)的各種故障暫態(tài)分析和計(jì)算，對(duì)小系統(tǒng)的低周容量進(jìn)行分析評(píng)估。

（3）對(duì)區(qū)域內(nèi)低周總?cè)萘恳约案鬏喖?jí)容量進(jìn)行分析和評(píng)估后給出自動(dòng)控制策略。

2.5 遠(yuǎn)方控制方式

低周減載實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)方控制方式是該系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，對(duì)于不同時(shí)期建造的變電站，宜采取不同的通信方式進(jìn)行相關(guān)裝置的遙控：

（1）針對(duì)傳統(tǒng)的變電站，宜采用IEC 104+103的數(shù)據(jù)通信方式。

（2）針對(duì)智能化（數(shù)字化）變電站，宜采用IEC 61850的數(shù)據(jù)通信方式。

低周減載遠(yuǎn)方控制系統(tǒng)應(yīng)具有遠(yuǎn)方在線更改低周減載裝置定值、投退軟壓板等功能；能實(shí)時(shí)對(duì)通道及裝置通信工況進(jìn)行監(jiān)視，確保相關(guān)信息鏈路的完整性；同時(shí)應(yīng)提供廠站或裝置遠(yuǎn)程控制閉鎖、解閉鎖功能，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行定值遠(yuǎn)程修改或壓板投退操作時(shí)，應(yīng)自動(dòng)屏蔽其他裝置對(duì)該設(shè)備的控制。遠(yuǎn)方遙控/修改定值流程如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)方遙控/修改定值流程

低周減載實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)在進(jìn)行人工操作時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

（1）相關(guān)用戶(hù)進(jìn)行人工操作前應(yīng)由系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)身份、權(quán)限進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)不同的身份給予不同的操作權(quán)限。

（2）提供簡(jiǎn)潔明了的狀態(tài)顯示和修改操作界面，采取確認(rèn)設(shè)備編號(hào)的方式防止誤操作。

（3）在數(shù)據(jù)修改/壓板投退過(guò)程中，系統(tǒng)應(yīng)完整記錄整個(gè)操作流程的每個(gè)步驟，包括操作人、操作時(shí)間、操作前后的狀態(tài)、操作結(jié)果等信息。

（4）操作時(shí)每一步應(yīng)有提示，每一步的操作結(jié)果有相應(yīng)的響應(yīng)，確保操作到位。

2.6 低周減載實(shí)時(shí)控制方法的優(yōu)點(diǎn)

這一控制方法成功地將低周減載裝置的獨(dú)立性與低周減載防線的整體性相統(tǒng)一，主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）應(yīng)用OPEN3000的實(shí)時(shí)控制功能并依據(jù)變電站10 kV饋線保護(hù)屏所具備的低周減載軟壓板現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，在預(yù)置的調(diào)控策略范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低周減載容量的實(shí)時(shí)控制，以達(dá)到100%地滿(mǎn)足上級(jí)下達(dá)的電網(wǎng)低周減載容量要求。

（2）可以100%地實(shí)現(xiàn)上級(jí)調(diào)度下達(dá)的低周減載容量在線投入，能有效加固電網(wǎng)安全第三道防線，防止電網(wǎng)崩潰，為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮重要作用。

（3）可以避免運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)操作低周減載的投入與退出，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本并能大幅提高工作效率。

（4）可以降低因二次操作和交通等因素產(chǎn)生的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，低周減載裝置以及其他自動(dòng)保護(hù)裝置必將向智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。但是，在實(shí)際電網(wǎng)中考慮到技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)、人力等因素，傳統(tǒng)非智能設(shè)備仍然會(huì)在未來(lái)較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)占主導(dǎo)地位?；贠PEN3000的低周減載實(shí)時(shí)控制方法，能以較低的成本提供較可靠的電網(wǎng)自動(dòng)實(shí)時(shí)減載控制。

低周減載裝置的獨(dú)立性與系統(tǒng)的整體性可以通過(guò)OPEN3000得到很好的統(tǒng)一，通過(guò)相關(guān)模塊的數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)減載控制，增加工作效率的同時(shí)降低了事故風(fēng)險(xiǎn)，為電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性提供了強(qiáng)有力的保障。

[1]胥傳普，張磊，高翔，等.關(guān)于華東電網(wǎng)第3道防線建設(shè)的思考[J].華東電力，2008（4）∶389-393.

[2]楊博，解大，陳陳，等.電力系統(tǒng)低頻減載的現(xiàn)狀和應(yīng)用[J].華東電力，2002（9）∶14-18.

[3]侯學(xué)勇，邱巍，鞠平，等.江蘇電網(wǎng)低頻減載優(yōu)化研究[J].江蘇電機(jī)工程，2008（7）∶8-11.

[4]陳俊山，洪蘭秀，鄭志遠(yuǎn).電力系統(tǒng)低頻減載研究與應(yīng)用發(fā)展[J].繼電器，2007（7）∶79-82.

[5]趙強(qiáng)，劉肇旭，張麗，等.對(duì)中國(guó)低頻減載方案制定中若干問(wèn)題的探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010（6）∶48-53.

[6]DL 755-2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[7]Q/GDW 586-2010電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國(guó)電力出版社，2010.

（本文編輯：陸 瑩）

A Real-time Control Method for Low-cycle Load Reduction Based on OPEN3000 System

SHEN Chengliang，LUO Zhiwei，TANG Ming
（State Grid Huzhou Power Supply Company，Huzhou Zhejiang 313000，China）

Since the traditional low-cycle load reduction equipment can not be adjusted in real time，a real-time control method for low-cycle load reduction based on OPEN3000 system is proposed to fully implement the third defense line for operation safety of power grid，reduce manual work and lower the probability of misoperation. The method has two major functions，namely dynamic optimization and real-time control，and can make optimal configuration according to the power flow data of the correlative line in the OPEN3000 system；it can also achieve the real-time switching of low-cycle load reduction with its remote control function，assuring the safety and reliability of the third defense line，reducing the work load of the relevant people and improving the operation safety of power grid.

low-cycle load reduction；OPEN3000；automatic regulation；real-time control

TM866

B

1007-1881（2015）07-0026-04

2015-06-05

沈誠(chéng)亮（1988），男，助理工程師，從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化工作。