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電源送出安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)典型方案及裝置主輔運(yùn)設(shè)置原則分析

文檔作者：李惠軍湯奕李雪明曹一中文檔來(lái)源： (1．東南大學(xué)電氣工程學(xué)院 2．國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年04月13日
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第39卷第4期
2011年2月16日
電力系統(tǒng)保護(hù)與控制
Power System Protection and Control
Vl0l_39 NO．4
Feb．16，2011
電源送出安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)典型方案及裝置主輔運(yùn)
設(shè)置原則分析
李惠軍 ，湯奕 ，李雪明 ，曹一中
(1．東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇南京21 0096；2．國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院／南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇南京21 0003)
摘要：研究了與不同送出電網(wǎng)相匹配的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)方案及各方案下安控裝置的主輔運(yùn)原則。分析了單點(diǎn)大電源遠(yuǎn)距離
輸電、多電源跨區(qū)域輸電以及地區(qū)小網(wǎng)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)向主網(wǎng)送電等不同送出電網(wǎng)存在的突出穩(wěn)定問(wèn)題；指出了為保證安控措施
的恰當(dāng)性與經(jīng)濟(jì)性，不同電網(wǎng)對(duì)安控系統(tǒng)的差別要求。通過(guò)對(duì)安控方案在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通道組織、站間交互信息、故障決策算
法等方面的對(duì)比說(shuō)明，給出了送出電網(wǎng)各種典型的安控設(shè)計(jì)方案，并分析了不同方案不同的主輔運(yùn)設(shè)置原則。針對(duì)安控系統(tǒng)
運(yùn)行管理模式，給各方案提出了廠站間裝置接點(diǎn)信號(hào)交互、雙套裝置柜間數(shù)據(jù)交換等建議。
關(guān)鍵詞：電源送出；安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)；配置原則；主輔／g；接點(diǎn)信號(hào)交互；數(shù)據(jù)交換
Analysis of the typical schemes for security and stability control systems of electric power transmission and
the devices’main and auxiliary operation configuration principles
LI Hui-jun ，-，TANG Yi ，LI Xue．ming ，CAO Yi—zhong
(1．School ofElectrical Engineering，Southeast University，Nanjing 210096，China；
2．State Grid Electric Power Research Institute，NARI Group Corporation，Nanjing 2 10003，China)
Abstract：The paper studies two aspects，including the security and stability control programs matching for diferent transmission
networks and the relevant devices’main and auxiliary operation configuration principles．Typical stability issues of three grids have
been analyzed．The three grids include grid of single point big power long-distance tran smission and grid of multiple power cross
regional transmission and grid of small area providing power for main network via tie line． Different grids need different stability
control systems to ensure the appropriateness and economy of security and stability control measure．Through contrasting several
aspects of diferent stability control systems，including topological structure，channel organ ization，information exchan ge an d fault
decision algorithm，the paper gives several typical stability control system solutions and analyzes the main and auxiliary operation
configuration principles of each solution．According to different management modes，the paper provides several suggestions，including
device signal contactor interaction，cabinet data exchange of devices，etc．
Key words：power transmission； security and stability control systems； configuration principle； main and auxiliary operation；
contactor signal exchange； data exchange
中圖分類(lèi)號(hào)： TM712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)： 1674．3415(2011)04-0141—05
0 引言
近些年各國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)生了多起影響較大的大
面積停電事故【l J。事故原因分析說(shuō)明除加強(qiáng)電網(wǎng)、
電源的一次建設(shè)外，合理配置安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)也
是防止發(fā)生大面積停電和電網(wǎng)崩潰事故的重要手
段【2】。目前我國(guó)提出發(fā)展“一特四大”電網(wǎng)的新戰(zhàn)
略：建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展
的堅(jiān)強(qiáng)國(guó)家電網(wǎng)，促進(jìn)大煤電、大水電、大核電、
大可再生能源基地集約化開(kāi)發(fā)，實(shí)施更大范圍內(nèi)能
源資源優(yōu)化配置L31。此新戰(zhàn)略表明我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)處
于迅速發(fā)展的時(shí)期，因此，為了保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)
定運(yùn)行，需要更為重視新的電網(wǎng)發(fā)展時(shí)期中安全穩(wěn)
定控制系統(tǒng)的作用。
作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定的第二道防線(xiàn)【4J，安全
穩(wěn)定控制系統(tǒng)一般由多個(gè)廠站組成，每套系統(tǒng)都是
根據(jù)各電網(wǎng)存在的特定問(wèn)題定制生產(chǎn)的。由于功能
的差異性，安控系統(tǒng)在保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同
時(shí)，也給運(yùn)行管理部門(mén)提出了很高的要求，因此對(duì)
安控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則盡量做到統(tǒng)一與規(guī)范顯得尤為
電力系統(tǒng)保護(hù)與控制
重要。本文介紹了電源送出安控系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)方
案及與之匹配的雙套系統(tǒng)主輔運(yùn)原則，并分析了各
方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了相應(yīng)的完善建議。
1 電源送出安控系統(tǒng)典型方案及主輔運(yùn)方式
我國(guó)幅員遼闊，經(jīng)濟(jì)負(fù)荷中心主要集中在東部
沿海地區(qū)，而水力、煤炭資源又多集中在中西部地
區(qū)。隨著電網(wǎng)的建設(shè)，西部大水電、坑口電廠群通
過(guò)超高壓、特高壓交直流通道遠(yuǎn)距離送電至東部負(fù)
荷中心，安控系統(tǒng)對(duì)于保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、提高通
道送電能力起到了重要作用[51。此外，在我國(guó)部分
地區(qū)小水電豐富，但地區(qū)可消納負(fù)荷容量小，局部
電網(wǎng)與主網(wǎng)聯(lián)系薄弱，系統(tǒng)抗干擾能力弱，也需要
安控系統(tǒng)在緊急情況下保證系統(tǒng)內(nèi)大部分負(fù)荷的正
常運(yùn)行。
電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)裝置一般都考慮雙套配
置。一般安控系統(tǒng)的控制措施針對(duì)的不是單一元件，
例如同時(shí)控制同一電廠的多臺(tái)機(jī)組，為防止一些情
況下雙套裝置決策差異導(dǎo)致實(shí)際控制效果失當(dāng)，必
須考慮同一廠站雙套裝置決策優(yōu)先權(quán)問(wèn)題。雙套裝
置主輔運(yùn)行就是基于上述考慮的結(jié)果，在一套裝置
動(dòng)作后閉鎖另套裝置。根據(jù)安控系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能，主
輔運(yùn)功能可設(shè)置在執(zhí)行站，也可設(shè)置在主站，依據(jù)
是安控系統(tǒng)控制措施所涉及可控電廠順序是否固
定。若涉及切機(jī)電廠順序固定，在各執(zhí)行站設(shè)置主
輔運(yùn)功能；若電廠順序隨機(jī)選擇，則必須在主站設(shè)
置主輔運(yùn)功能。
下面結(jié)合實(shí)例分別介紹單點(diǎn)大電源送出系統(tǒng)、
多電源跨區(qū)域送出系統(tǒng)以及孤網(wǎng)小系統(tǒng)的安控方
案，并對(duì)各方案的特點(diǎn)進(jìn)行分析。
1．1單點(diǎn)大電源送出系統(tǒng)方案
我國(guó)中西部地區(qū)建有眾多大型水力樞紐和大型
坑口電廠，其中部分電廠甚至是專(zhuān)廠、專(zhuān)線(xiàn)、專(zhuān)供
方式跨區(qū)域向負(fù)荷中心供電。典型的水電站例如三
峽水力樞紐、二灘電站，坑口電廠如山西陽(yáng)城電廠、
內(nèi)蒙托克托電廠等。此類(lèi)單點(diǎn)大電源送出系統(tǒng)電壓
等級(jí)高，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較清晰，但由于輸電通道地域跨
度大，一般都存在暫穩(wěn)問(wèn)題。對(duì)于此類(lèi)系統(tǒng)，一般
在各廠站配置雙套安控裝置，串行組成安控系統(tǒng)。
正常情況下廠站問(wèn)盡量不交換數(shù)據(jù)，緊急情況下，
各站不結(jié)合其他廠站數(shù)據(jù)即可判別本站出線(xiàn)故障并
遠(yuǎn)切機(jī)組。
以陽(yáng)城電廠送出為例， 電廠一、二期共6臺(tái)
350 MW 及2臺(tái)600 Mw機(jī)組，通過(guò)三回500 kV線(xiàn)
路經(jīng)東明開(kāi)關(guān)站補(bǔ)償后，送電江蘇。與之匹配安控
系統(tǒng)包括陽(yáng)城電廠、東明開(kāi)關(guān)站及三堡變等三廠站，
廠站安控裝置間通過(guò)2M 通道互聯(lián)，主要解決在各
種方式下，系統(tǒng)存在的暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題。由于電網(wǎng)結(jié)
構(gòu)簡(jiǎn)單，管理人員離線(xiàn)計(jì)算好系統(tǒng)在不同方式及斷
面下，線(xiàn)路故障需切機(jī)組量，東明、三堡兩站裝置
與電廠正常情況下無(wú)需傳遞機(jī)組信息，變電站出線(xiàn)
故障的緊急情況下，東明或三堡變裝置依據(jù)策略表
給定的切機(jī)臺(tái)數(shù)，向電廠發(fā)送切機(jī)臺(tái)數(shù)命令。該系
統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。
圖1陽(yáng)城電廠送出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
Fig．1 Power structure ofYangcheng power plant
東明、三堡兩站雙套裝置為并列運(yùn)行，陽(yáng)城電
廠裝置為主輔運(yùn)行。對(duì)于電廠而言，兩套裝置同時(shí)
收到命令，由于采取了主輔運(yùn)設(shè)計(jì)，若主運(yùn)裝置動(dòng)
作，將閉鎖輔運(yùn)裝置，避免了采樣誤差等原因?qū)е?
雙套裝置同時(shí)動(dòng)作而過(guò)切機(jī)。例如：電廠雙套裝置
同時(shí)收到切除兩臺(tái)350 Mw 機(jī)組命令，雙套裝置采
樣存在差異(見(jiàn)表1)，電廠根據(jù)切機(jī)從大Nd,原則，
若雙柜同時(shí)出口，則將切3臺(tái)機(jī)，措施失當(dāng)；采取
主輔運(yùn)方式，只有#1柜動(dòng)作，切除2臺(tái)大機(jī)，滿(mǎn)
足要求。
表1裝置采樣數(shù)據(jù)及決策結(jié)果
Tab．1 Devices’sampling data and decision result
#1柜采樣及決策(主運(yùn)柜) #2柜采樣及決策(輔運(yùn)柜)
#l機(jī)l#2機(jī) #3機(jī) #1機(jī) #2機(jī)I#3機(jī)
354MW l 352MW 350MW 355MW 348MW f 350MW
切#1機(jī)、#2機(jī) 切#1機(jī)、#3機(jī)
類(lèi)似送出系統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定問(wèn)題單一。
安控方案中各站裝置功能相對(duì)獨(dú)立，更多的是基于
本站元件信息考慮穩(wěn)措問(wèn)題，方案易于理解，運(yùn)行
方便，提高了安控系統(tǒng)的可靠性。
1．2多電源跨區(qū)域送出系統(tǒng)方案
中西部一次能源豐富省份電力送出模式更多的
是電廠出線(xiàn)匯集至樞紐變電站，通過(guò)超高壓、特高
壓交直流通道送出。內(nèi)蒙火電機(jī)組群匯集至豐泉
500 kV變電站，通過(guò)若干回500 kV線(xiàn)路送電華北；
西北黃河上游水電站及各大火電廠出力通過(guò)蘭州
東、平?jīng)觥⑶h750 kV交流通道，再經(jīng)德寶直流實(shí)
現(xiàn)與華中電網(wǎng)互連；南方電網(wǎng)六交四直西電東送通
道【61無(wú)不是這種模式。對(duì)于此類(lèi)多點(diǎn)電源送出系統(tǒng)，
李惠軍，等 電源送出安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)典型方案及裝置主輔運(yùn)設(shè)置原則分析 一143．
系統(tǒng)有如下明顯的特點(diǎn)：互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模大，大功率
遠(yuǎn)距離輸電導(dǎo)致穩(wěn)定問(wèn)題突出 J：不同電廠機(jī)組參
數(shù)特性差異大，電廠至樞紐變電站電氣距離差異也
較大，系統(tǒng)送出線(xiàn)路故障，切機(jī)涉及的電廠順序有
嚴(yán)格要求。另外，系統(tǒng)緊急情況下切機(jī)涉及電廠多，
必須保證實(shí)際措施的過(guò)切量在允許范圍內(nèi)。
解決該類(lèi)復(fù)雜系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題，必須在主站與
各執(zhí)行站雙套裝置間配置獨(dú)立通道，組成星形結(jié)構(gòu)
安控系統(tǒng)，電廠將機(jī)組信息分別上送至主站，主站
裝置對(duì)各電廠可切機(jī)組出力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并全局排序，
根據(jù)系統(tǒng)全局需切容量，主站實(shí)時(shí)匹配切機(jī)涉及電
廠及各電廠切機(jī)臺(tái)數(shù)，各電廠按出力從大Nd,切除
機(jī)組。一般控制措施有兩個(gè)原則：第一是電廠按機(jī)
組出力大小順序向主站上送機(jī)組信息，第二是各電
廠設(shè)置優(yōu)先級(jí)順序，高優(yōu)先級(jí)電廠機(jī)組不夠切，再
切除次優(yōu)先級(jí)電廠機(jī)組【8】。安控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，
其中虛線(xiàn)代表各執(zhí)行站向主站上送機(jī)組信息，實(shí)線(xiàn)
代表主站根據(jù)需切容量得到切機(jī)信息并向各執(zhí)行站
下發(fā)切機(jī)臺(tái)數(shù)命令。
圖2安控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
Fig．2 Topological structure of the security and stability control
systems
依據(jù)上述總體原則，主站裝置具體實(shí)施如下：
1)設(shè)系統(tǒng)共m個(gè)電廠，可切機(jī)組共 臺(tái)，各
電廠機(jī)組出力定義為Pf7(其中f代表電廠，．，代表
在電廠內(nèi)機(jī)組按出力大小排序號(hào))。定義一數(shù)組A，
存儲(chǔ)各電廠機(jī)組信息。存儲(chǔ)順序有如下要求：首先
根據(jù)電廠優(yōu)先級(jí)排序，被切優(yōu)先級(jí)高電廠存儲(chǔ)在前，
優(yōu)先級(jí)低電廠在后；其次根據(jù)每個(gè)電廠可切機(jī)組臺(tái)
數(shù)分配存儲(chǔ)單元，在給各電廠分配的單元內(nèi)，按機(jī)
組出力大小先后存放機(jī)組信息，出力大機(jī)組存儲(chǔ)在
前，出力小的存儲(chǔ)在后。假設(shè)優(yōu)先級(jí)最高和最低電
廠各有2臺(tái)機(jī)組可切，則P11>P12、Pm1> 2。見(jiàn)表
2。
2)定義另一數(shù)組B，大小與數(shù)組A相同，，z臺(tái)
可切機(jī)組則，2個(gè)存儲(chǔ)單元。其每個(gè)單元值如下：B[明
= ΣA[i1(尼>0，1≤f<(斛1))，代表此編號(hào)之前優(yōu)先
被切除機(jī)組出力之和。見(jiàn)表2。
系統(tǒng)發(fā)生故障，根據(jù)實(shí)時(shí)決策的系統(tǒng)需切機(jī)組
容量P，主站裝置首先匹配數(shù)組B 中單元值，當(dāng)
B[糾<尸></尸>

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