CN101068081A - 电网安全稳定控制系统试验测试方法 - Google Patents

Abstract

电网安全稳定控制系统试验测试方法，采集电网各种扰动情况下的各节点电压、电流曲线数据，通过统一数据处理软件的方法，由稳控测试故障场景数据处理软件，处理得到统一格式的各扰动情况下电网的节点数据文件，将所述节点数据文件输入到对应节点处的测试仪中，由GPS对各测试仪进行时间校准和触发，配置选择测试仪的扰动数据输出到电网安全稳定控制装置，对电网安全稳定控制装置进行异地同步动态测试。本发明原理清晰，方法简单，不受电网规模以及扰动类型的限制，可全面、系统地校核稳定控制系统逻辑的严密性，其实现成本较低，特别适用于大型复杂电网的安全稳定控制系统的现场联调试验，大大减轻现场联调试验的工作量。

Description

电网安全稳定控制系统试验测试方法

                              技术领域

本发明涉及电力系统安全稳定装置的试验测试方法，尤其涉及电网安全稳定控制系统试验测试方法。

                              背景技术

电力系统由于扰动进入紧急状态或极端紧急状态，为防止系统稳定性破坏、运行参数严重超出规定范围、以及事故进一步扩大引起大范围停电，必须进行紧急控制。区域电网安全稳定控制系统是确保电力系统安全稳定运行的重要手段，根据扰动的类型以及运行方式切除一定数量的发电机组或负荷，可有效维护电网稳定，防止事故扩大。控制策略表是紧急控制的基本依据，安全稳定控制装置(以下简称为：稳控装置)构成的区域电网安全稳定控制系统(以下简称为：稳定控制系统)是策略实施的主体。

作为控制实施的主体，稳控装置大多基于模块化思想设计，主要包括：电网运行方式及扰动判别、策略搜索匹配以及策略执行模块等。策略搜索和匹配是稳控装置的核心模块，也是相对易变的部分，策略的制定与软件编写是稳定控制系统的核心工作。因此每个电网的稳定控制系统基本上都是“量身定做”的；运行部门要根据电网运行方式和结构的变化进行稳定分析计算以及策略表的更新，稳控装置的策略搜索软件也要进行相应的二次开发，同时伴随着大量的测试和现场调试工作。大电网稳定控制系统还需要多个省、区的多个厂、站间协调配合，涉及人员多、地域广，实施过程中某个环节稍有疏漏，都会给电网的安全运行带来隐患。对稳定控制系统进行全面、系统的测试能起到把关的作用，因此是一项非常重要的工作。稳定控制系统能否按照既定的策略表正确实施控制，其关键问题是稳控装置中的策略搜索匹配软件流程是否正确、逻辑是否严密，系统越复杂，这种问题越突出，因而测试的重点是针对策略搜索匹配逻辑的严密性进行反复的校核与验证。

互联电网某一点受到扰动后，例如短路故障，安全自动装置相继动作等，系统其它节点会因一系列扰动产生连锁的动态响应，响应的程度与互联电网的各项参数(发电机参数、变压器参数、线路参数以及系统运行方式)等密切相关。目前用于现场稳定控制系统测试的继电保护测试仪，可模拟输出各种类型的扰动电流、电压，对于简单的系统，可以使用这种方法模拟单纯的扰动和简单的组合扰动，但其模拟的扰动只反映被测节点的变化，对于互联电网内其它节点由于扰动可能产生的动态响应无法做出模拟，如：潮流的转移，系统振荡等，因为其它节点的测试仪即没有相互通信联系，也无法得到电网参数，从而无法模拟出电网一点扰动后其它节点应该产生的动态响应。

要测试，必先仿真。首先不可能直接用真实的系统来做测试；最接近真实系统的仿真是按比例搭建物理动态模型，对于一个大型的电网来说，几乎不可能通过搭建物理动态模型的实验方法来测试电网的安全稳定控制系统，即使可以也需要耗费大量的人力物力。大电网的稳定控制策略一般比较复杂，其测试所面临的突出困难是：分布式控制系统的异地、同步动态仿真测试问题，目前尚无完善的解决方案，一般系统测试大多采用分层、分级的局部测试方法，对整个系统的全面测试难以实现。

现有稳定控制系统测试方法有：

1)利用实时数字仿真系统RTDS仿真实际电网，并与稳定控制系统构成闭环系统，进行实时闭环仿真试验，能同时验证策略的有效性和搜索匹配逻辑的严密性，这种方法的缺点是RTDS设备完全依赖进口，价格昂贵，现有的RTDS规模只能集中仿真测试较小的系统，且无法用于现场测试。

2)利用多台继电保护测试仪输出电流、电压、开关量模拟电网的运行工况和扰动，对稳定控制系统进行开环测试，是目前常用的方法，该方法简单，容易实现，可解决现场试验的异地测试问题，其缺点是地理上分散、电气上相互独立的测试仪，无法准确模拟互联电网内部各节点之间相互影响的动态过程，即无法进行同步动态仿真。

                              发明内容

本发明的目的是：针对现有电网安全稳定控制系统测试方法的不足，提供一种异地同步动态电网安全稳定控制系统试验测试方法，通过完全模拟电网扰动时整个系统的动态过程，可全面、系统地校核稳定控制系统逻辑的严密性。

本发明的技术方案是：电网安全稳定控制系统试验测试方法，采集电网各种扰动情况下的各节点电压、电流曲线数据，通过统一数据处理软件的方法，由稳控测试故障场景数据处理软件，处理得到统一格式的各扰动情况下电网的节点数据文件，将所述节点数据文件输入到对应节点处的测试仪NR HELP-2000继电测试保护装置中，由GPS对各测试仪进行时间校准和触发，配置选择测试仪的扰动数据输出到电网安全稳定控制装置，对电网安全稳定控制装置进行异地同步动态测试。

本发明的统一数据处理软件的方法是：根据目标电力系统BPA或PSASP等仿真工具计算输出的各节点数据或PMU录波数据，得到BPA暂态稳定计算结果文件、PMU稳控数据记录文件、PSASP暂态稳定计算结果文件，选择需要处理的节点数据，读取BPA暂态稳定计算结果文件、读取PMU稳控数据记录文件、读取PSASP暂态稳定计算结果文件，对不同格式的数据进行数量和格式转换，形成同一格式、输出至NR HELP-2000支持的数据格式文件，如图2所示。所述BPA指电力系统仿真软件((Bonneville Power Administration.简称BPA开发的BPA程序)；PSASP指中国电力科学研究院开发的PSASP暂态稳定计算数学模型的程序；PMU是指功角测量设备，能提供实时、同步的电网运行数据，其数据为PMU数据及故障录波仪、SOE记录仪等其它设备的录波信息。用于稳控系统和终端装置之间的通信等。

本发明的数据采集利用电力系统机电暂态仿真软件对目标电网进行仿真，设定电网各种可能的运行方式和会引起电网稳定破坏的扰动类型，分别计算得到电网在扰动下各节点的电压、电流曲线数据，或从实际电网的故障录波系统以及PMU系统获得各节点的电压、电流曲线数据。通过软件处理得到的各节点数据文件同步且在同一时间断面有统一的时标。节点数据文件输入到测试仪后，可由测试仪转换为相应的模拟量输出到电网安全稳定控制装置。

本发明将对整个电网的仿真分为对各个节点的仿真，易于实现；软件处理得到的同一扰动状况下的各节点数据文件同步且有统一的时标，同时采用GPS对测试仪统一校时和同步触发，测试仪之间无需进行通信即可实现异地同步动态测试。

本发明利用电力系统机电暂态仿真软件仿真目标电网在扰动下各个节点的动态变化，原理清晰，方法简单，故障场景模拟比目前国内外已有方法更加符合现场实际情况，而且不受电网规模以及扰动类型的限制，可仿真大型电力系统的复杂扰动过程。本发明同时解决了分布式稳定控制系统异地、同步、动态仿真测试这三个问题，可全面、系统地校核稳定控制系统逻辑的严密性，其实现成本较低，特别适用于大型复杂电网的安全稳定控制系统的现场联调试验，大大减轻现场联调试验的工作量，形成的典型故障场景数据可保存和修改并形成测试集，在工程中反复使用。

                              附图说明

图1为本发明基于故障场景的稳定控制系统测试原理框图。

图2稳控测试故障场景数据处理软件流程图

图3为本发明实施例由BPA仿真软件计算输出的2高肇直流双极相继闭锁情况下1#节点换流变功率曲线。

图4为本发明实施例由BPA仿真软件计算输出的2高肇直流双极相继闭锁情况下1#节点换流变线电压曲线。

图5为本发明实施例由BPA仿真软件计算输出的2高肇直流双极相继闭锁情况下1#节点换流变A相电流曲线。

图6为本发明实施例稳定控制装置功率录波数据。

图7为本发明实施例稳定控制装置录波电压数据。

图8为本发明实施例稳定控制装置录波电流数据。

图9为本发明实施例稳定控制装置动作报告。

                           具体实施方式

本发明利用电力系统机电暂态仿真软件对目标电网进行仿真，设定电网各种可能的运行方式，设想可能会引起电网稳定破坏的扰动类型，把某种运行方式下的某种扰动以及引起的系统动态响应定义为“故障场景”。根据设想的多种故障场景分别计算出电网在扰动下各节点的电压、电流曲线数据(一般是工频每个周波输出一个点的幅值与相角)，这些数据也可以从实际电网的故障录波系统以及PMU系统获得；由稳控测试故障场景数据处理软件形成统一格式的数据文件，然后输入到测试仪NR HELP-2000继电测试保护装置，测试仪再将数字量转化为模拟量，并根据工程需要配置相应的模拟量及开关量，输出到各个节点的稳控装置，稳控装置根据采集到的故障前后的电流、电压以及开关量，判断运行方式和扰动类型，进而搜索策略表并根据情况实施策略，从而达到类似于动模实验的测试目的。这种方法可以方便的对整个系统的控制策略进行完整、系统的测试，且简单方便。

BPA和PSASP是我国电网稳定分析的主要工具，可以进行大规模电力系统的仿真和稳定分析计算。在策略表的制定过程中，要进行大量的分析和计算，得到有效的控制策略，而计算的中间结果一般很少保存和再利用。实际上BPA等工具可以按照指定步长(如：工频每个周波)输出任意时刻、任意节点的电压、电流、有功、无功、相角以及频率值。利用这一特点，可将电网各种动态过程中相关节点(安装稳控装置的节点)的电压、电流等状态量以指定步长输出形成文件，各节点数据同步且有统一时标，经处理后输入到测试仪，测试仪再将数字量转化为模拟量输出到各节点的稳控装置，实现对稳定控制系统的测试。这种方法是利用BPA等工具形成的非实时的但时间上连续的数据在稳定控制系统中实时回放，完全模拟故障场景下整个系统的动态过程，可全面、系统地校核稳定控制系统逻辑的严密性。

以国内某交直流混合输电网为目标电网，设定直流双极相继闭锁的故障场景，测试仪为NR HELP-2000继电测试保护装置，稳定控制策略为：根据故障前直流输送的断面功率，采取切除安顺、青岩发电机组以及广东负荷的紧急控制措施，维持电网安全稳定运行。图3、图4和图5所描述的是由BPA仿真软件计算输出的1#节点换流变的故障场景数据，包括换流变的功率、电压和电流。图6、图7和图8所描述的是故障场景数据经测试仪输出到稳控装置后，稳控装置动作后的录波数据，图9为稳定控制装置的动作报告。

a.采用公认的机电暂态仿真软件，如BPA或者PSASP工具软件对目标电网进行仿真，对设定故障场景进行仿真计算，生成仿真数据，使用稳控测试故障场景数据处理软件，分别形成各厂、站稳控装置测试用的故障场景数据文件，对不同厂站、不同故障场景文件进行统一编号，以便于区分和使用；要求不同厂站之间各线路、机组等状态数据在同一时间断面上有统一的时标，以保证试验的同步性。数据同步时标由BPA或者PSASP在计算中形成，仿真计算输出的故障场景数据按工频一个周波为步长，逐步仿真输出数据，同一时刻每个节点的每一步数据的时标(相对时标)是相同的，以此保证数据的同步性。

b.将生成的各厂、站的故障场景数据文件下载到各相关测试仪，准备进行试验。

c.通过GPS校正各个测试仪和稳控装置的时钟，进行同步触发试验，测试仪根据上述输入数据后可形成电流、电压等模拟量信号输出，并根据需要生成开关量信号，通过通道配置，将上述数据输出到对应的稳控装置，进行仿真测试。

d.测试结束后，校核装置动作报告，检查策略执行结果。

Claims (5)

1、电网安全稳定控制系统试验测试方法，其特征是采集电网各种扰动情况下的各节点电压、电流曲线数据，通过统一数据处理软件的方法，由稳控测试故障场景数据处理软件，处理得到统一格式的各扰动情况下电网的节点数据文件，将所述节点数据文件输入到对应节点处的测试仪NR HELP-2000继电测试保护装置中，由GPS对各测试仪进行时间校准和触发，配置选择测试仪的扰动数据输出到电网安全稳定控制装置，对电网安全稳定控制装置进行异地同步动态测试。

2、根据权利要求1所述的电网安全稳定控制系统试验测试方法，其特征是统一数据处理软件的方法是：根据目标电力系统BPA或PSASP等仿真工具计算输出的各节点数据或PMU录波数据，得到BPA暂态稳定计算结果文件、PMU稳控数据记录文件、PSASP暂态稳定计算结果文件，选择需要处理的节点数据，读取BPA暂态稳定计算结果文件、读取PMU稳控数据记录文件、读取PSASP暂态稳定计算结果文件，对不同格式的数据进行数量和格式转换，形成同一格式、输出至NR HELP-2000支持的数据格式文件。

3、根据权利要求1或2所述的电网安全稳定控制系统试验测试方法，其特征是利用电力系统机电暂态仿真软件对目标电网进行仿真，设定电网各种可能的运行方式和会引起电网稳定破坏的扰动类型，分别计算得到电网在扰动下各节点的电压、电流曲线数据，或从实际电网的故障录波系统以及PMU系统获得各节点的电压、电流曲线数据。

4、根据权利要求1所述的电网安全稳定控制系统试验测试方法，其特征是各节点数据文件同步且在同一时间断面有统一的时标。

5、根据权利要求1所述的电网安全稳定控制系统试验测试方法，其特征是测试仪NR HELP-2000继电测试保护装置将节点数据文件转换为相应的模拟量输出到电网安全稳定控制装置。

Images