电力系统安全稳定控制新技术新产品

1000kV级交流输电系统稳定及控制技术的研 究 特高压互联电网安全稳定协调防御及决策系 统的研究与开发 适应特高压交流同步电网安全稳定控制措施 研究和装置开发
南瑞稳定所区域稳定装置平台
FWK-300 基于32位单片机 基于 位单片机+DSP的分布式稳定控制装置，主要用于第二 的分布式稳定控制装置， 位单片机 的分布式稳定控制装置 道防线的区域稳定控制系统。 道防线的区域稳定控制系统。 1999年开始开发，2001年在三峡左岸投入运行，2006年中 年开始开发， 年在三峡左岸投入运行， 年开始开发 年在三峡左岸投入运行 年中 标三峡右岸安控系统，已投入运行600多台套。 多台套。 标三峡右岸安控系统，已投入运行 多台套 SCSSCS-500E 满足特高压互联电网要求的新一代安全稳定控制平台——正 正 满足特高压互联电网要求的新一代安全稳定控制平台 在研发中（２００７年国家电网公司科技项目 年国家电网公司科技项目）。 在研发中（２００７年国家电网公司科技项目）。 系统构架、信息采样、系统通讯、 系统构架、信息采样、系统通讯、控制策略等方面均有所提 高和突破——目前在广东、河南、安徽试运行 目前在广东、 高和突破 目前在广东 河南、安徽试运行,2008年下半年 年下半年 投入市场。 投入市场。
常 用 的 传 统 方 法
捕捉器方式（快速,精度０ ０１Hz） 捕捉器方式（快速,精度０.０１Hz） Hz 软件计算（速度慢，精度目前可以达到0.001Hz） 软件计算（速度慢，精度目前可以达到0.001Hz） 0.001Hz
SCS 500E 采 用 方 法
CPLD上采用专用模块,速度快,精度高（ CPLD上采用专用模块,速度快,精度高（0.005Hz ） 上采用专用模块 装置可以提供频率记录分析功能模块， 装置可以提供频率记录分析功能模块，以便事后查 阅频率变化及异常情况
SCS-500E的技术改进 SCS-500E的技术改进
合理的系统构架 ——适合小室布 —— 置的分散式结构 SCS-500E的技 SCS-500E的技 术改进 具备与在线决策 系统的接口功能， 系统的接口功能， 能够实现具有优 化功能的自适应 稳定控制
高速的信息处理能 力、新的算法和判 据：
采用专用的DSP(数字 信号处理器)芯片或SoC （系统芯片）/SiP（系 统封装）技术，提高信 息处理能力。 模拟量计算采用新的 算法以及线路无故障跳 闸等判据。
方便可靠的装置配 置管理软件：
帮助用户下载定值、 校验定值，查看事件 记录和动作记录，可 以用曲线图形的方式 直观的显示数据变化 情况。 提供标准 COMTRADE格式的数 据记录。
软件方面： 软件方面： 多重相关条件的 判断确认，即判别 条件的冗余 电气量或开关量 应采用变化过程 逻辑补充判断
专用的频率测量模块
二、电力系统安全稳定控制装置新产品 SCS-500E 分布式区域型安全稳定控制装置
装置的研制背景 随着特高压电网的逐步建设， 西电东送、 随着特高压电网的逐步建设，“西电东送、 南北互供” 格局的形成, 南北互供” 格局的形成, 我国电网的结构将会发 生很大变化， 生很大变化，以特高压电网为骨干电网的安全稳 定特性将变得更加复杂。 定特性将变得更加复杂。 我国对特高压电网缺少运行管理经验, 我国对特高压电网缺少运行管理经验, 更需 要安全稳定控制系统为其稳定运行提供保障。 要安全稳定控制系统为其稳定运行提供保障。为 国家电网公司已把“1000kV级交流输电系统 此，国家电网公司已把“1000kV级交流输电系统 稳定及控制技术的研究”作为1000kV 1000kV级交流输电 稳定及控制技术的研究”作为1000kV级交流输电 系统关键技术研究框架的重要课题。 系统关键技术研究框架的重要课题。
辐射电磁场干 扰： 1M脉冲群干扰 1M脉冲群干扰 根据2006 2006年 (根据2006年7月 《特高压交流试验 示范工程二次系统 技术研讨会纪 要》):
共模 2.5KV 3KV 差模 1KV 1.5KV 场强 10V/m 扫频 80MHz— —1GHz 点频 80MHz、 160MHz、450MHz 、900MHz
电力系统紧急控制的发展方向 （4） ）
自适应稳定控制 （3） ） 我国学者在1993年首次提出基于 年首次提出基于EEAC的“在线预 我国学者在 年首次提出基于 的 想计算，实时匹配”在线紧急控制框架， 想计算，实时匹配”在线紧急控制框架，2001年研制 年研制 成功OPS-1紧急控制在线预决策系统并作为国内外首 成功 紧急控制在线预决策系统并作为国内外首 例基于在线优化决策的稳定控制系统投入工业运行。 例基于在线优化决策的稳定控制系统投入工业运行。 OPS-1安装在稳定控制系统的主站或调度中心，与能 安装在稳定控制系统的主站或调度中心， 安装在稳定控制系统的主站或调度中心 够提供电力系统实时测量数据的控制装置或电网EMS 够提供电力系统实时测量数据的控制装置或电网 接口，接收电网实测数据， 接口，接收电网实测数据，快速进行紧急控制策略的 自动寻优，定期刷新控制装置中的控制策略表， 自动寻优，定期刷新控制装置中的控制策略表，使得 控制措施总是与电网当前结构和运行方式相适应， 控制措施总是与电网当前结构和运行方式相适应，从 而实现电力系统的自适应稳定控制， 而实现电力系统的自适应稳定控制，并具有对相继开 断事故的处理能力。 断事故的处理能力。 目前， 目前，OPS-1已经发展成为系列化的预防控制与紧 已经发展成为系列化的预防控制与紧 急控制在线预决策系统，并与广域测量技术结合， 急控制在线预决策系统，并与广域测量技术结合，实 现了电力系统安全稳定的广域测量分析控制一体化。 现了电力系统安全稳定的广域测量分析控制一体化。
SCS-500E电磁兼容性 SCS-500E电磁兼容性
静电放电——4 静电放电——4 —— 级：
•空气放电 +15KV •接触放电 +8KV
SCS-500E的电 SCS-500E的电 磁兼容性
电压突降、 电压突降、短 时中断和电压 变化抗扰度
快速瞬变—— 快速瞬变—— 4级 ：
电压 +4KV 频率 2.5kHz
硬件方面： 硬件方面： 装置自检和闭锁措 施（通讯、电源等） 完全独立的启动回 路 开出回路的防误动 提高抗干扰能力— —EMC 通信方面的可靠 性措施： 性措施： 提高装置可靠 性的措施
报文的检错：如 数字报文的CRC 校验等 命令报文的特殊 编码识别 通讯报文分类传 送 命令报文的连续 多次确认
SCS-500E稳定控制装置 SCS-500E稳定控制装置
SCS-500E稳定控制装置 SCS-500E稳定控制装置
SCSSCS-500E 主要特点
分散式布置的主从式系统构架 全新的机箱结构 高速DSP,主频可达600M 高速DSP,主频可达600M 主频可达 32Mbps高速通讯模块 高速通讯模块 高效的计算方法、 高效的计算方法、可靠的判别原理 装置级故障在线仿真 在线决策无缝接口 SCS | 500E 主 要 特 点
动模及数字仿真试验
针对国家示范试验工程——晋东南－－荆 晋东南－－荆 针对国家示范试验工程 晋东南－－ 门的特高压线路， 门的特高压线路，进行了动模试验和数字 仿真试验， 仿真试验，对装置的所有故障判据进行了 试验，判据满足特高压线路的要求。 试验，判据满足特高压线路的要求。 对500kV系统，各种线路模型参数，进行 500kV系统，各种线路模型参数， 系统 了动模试验和数字仿真试验， 了动模试验和数字仿真试验，对装置的所 有故障判据进行了试验，判据满足要求。 有故障判据进行了试验，判据满足要求。
电力系统紧急控制的发展方向 （2） ） 自适应稳定控制 （1） ）
将全球定位系统（ 将全球定位系统（GPS）技术引入电力系统可以解 ） 决从广域中采集实时量的统一时标问题， 决从广域中采集实时量的统一时标问题，无疑对电力 系统的故障记录、事故分析， 系统的故障记录、事故分析，甚至继电保护技术带来 不可取代的贡献。但要特别强调指出， 不可取代的贡献。但要特别强调指出，它只能提供已 成为事实的受扰轨迹， 成为事实的受扰轨迹，充其量只相当于数值仿真程序 的一次运行。 的一次运行。 紧急控制的全部决策和执行过程必须在实际系统到 达动态鞍点之前，例如在检测到故障后的200ms内完 达动态鞍点之前，例如在检测到故障后的 内完 但稳定分析依赖于对主导群的正确识别， 成。但稳定分析依赖于对主导群的正确识别，而故障 清除后才起作用的各种因素也可能改变主导群， 清除后才起作用的各种因素也可能改变主导群，故不 知道整个受扰轨迹就不能正确判断其主导群。 知道整个受扰轨迹就不能正确判断其主导群。任何时 序数据的外延只能适用于参数连续变化的过程， 序数据的外延只能适用于参数连续变化的过程，希望 利用故障期间或控制前的信息的外延来得到故障后或 控制后的轨迹是不可能的。 控制后的轨迹是不可能的。
高速、 高速 、 可靠的通 讯能力： 讯能力：
装置之间、装置内 部采用高速通讯接 口（专用光纤、 LVDS、低电压差分 传输）技术，速率 达３２Mbps
很强的互换性和 互 操 作 性 IEC61850 （ IEC61850 ） ：
考虑了IEC61850标 准，具备与数字化 变电站合并单元的 接口
提高装置可靠性的措施
新型光学电压、 新型光学电压、电流互感器日益显现出富有魅力 的前景和强大的生命力，它与传统的电压、 的前景和强大的生命力，它与传统的电压、电流互感 器相比，优势十分明显，良好的绝缘性能， 器相比，优势十分明显，良好的绝缘性能，较强的抗 电磁干扰能力，测量频带宽，动态范围大， 电磁干扰能力，测量频带宽，动态范围大，与现代技 术紧密结合，而且体积小、重量轻、维修方便、 术紧密结合，而且体积小、重量轻、维修方便、价格 相对便宜。 相对便宜。近几年来各方面对这种新型互感器表示了 极大的兴趣，再加上数字信号处理器(DSP)技术，光 技术， 极大的兴趣，再加上数字信号处理器 技术 电技术的催化、推动作用，发展势头很好， 电技术的催化、推动作用，发展势头很好，国外一些 大公司投入大量人力和物力开发光学电压、 大公司投入大量人力和物力开发光学电压、电流互感 并且已有挂网运行产品。 器，并且已有挂网运行产品。数字化变电站的投运对 于电网稳定控制装置在硬件软件上都提出了更高的要 求。
电力系统紧急控制的发展方向 （3） ） 自适应稳定控制 （2） ）
系统在未加控制措施时的受扰轨迹可以用数值仿 物理仿真、 实时量测等任一种方法得到。 真、物理仿真、GPS实时量测等任一种方法得到。 实时量测等任一种方法得到 但是稳定控制的决策过程必须对各种控制措施的组 合进行估计和比较。试探控制措施的效果时， 合进行估计和比较。试探控制措施的效果时，不可 能用实际系统做试验，因此， 能用实际系统做试验，因此，即使能够按照局部的 受扰轨迹判断出系统将失稳， 受扰轨迹判断出系统将失稳，在庞大的控制措施空 间中，那怕仅仅试探一次， 间中，那怕仅仅试探一次，也必须求取新的受扰轨 基于GPS的广域测量对此无能为力，只能依靠 的广域测量对此无能为力， 迹。基于 的广域测量对此无能为力 事先的数值仿真或物理仿真。因此， 实时计算， 事先的数值仿真或物理仿真。因此，“实时计算， 实时控制” 的紧急控制框架从原理上看也不可行。 实时控制” 的紧急控制框架从原理上看也不可行。
电力系统安全稳定控制 新技术新产品及其应用
李德胜 国网电力科学研究院稳定技术研究所 南京南瑞集团公司稳定技术分公司 2011-9-19
目
录
一、电力系统紧急控制的发展方向 二、电力系统安全稳定控制装置新产品 三、电力系统安全稳定控制装置新判据
电力系统紧急控制的发展方向 （1） ） 光电传感器的应用
浪涌（冲击） 浪涌（冲击） 抗扰度： 抗扰度：
•共模 +4KV •差模 +2KV
带触摸屏的人机交互
波形显示打印
完善的装置管理软件
Hale Waihona Puke Baidu线数据仿真功能
元件故障和数据仿真、 元件故障和数据仿真、运行方式设定等 功能，大大的方便了系统的出厂试验、 功能，大大的方便了系统的出厂试验、 现场调试和装置的定检。 现场调试和装置的定检。