电力系统时空协调的安全稳定在线自适应综合防御解决方案

一、业务挑战

中国能源资源与消费中心呈逆向分布,跨区域、远距离、大规模、交直流互联的电力输送是中国电网不可回避的问题。随着电网规模的变大以及大量新型电力元件的使用,大范围一体化的电网运行状态导致广域动态的交互影响加剧,多种稳定形态交织显现使得电网运行控制愈发困难。采用传统的稳定分析方法局限于用确定性或概率的观点研究孤立的扰动、用离线仿真和人工经验定性地判断系统稳定性,同时传统的稳定控制技术缺乏在线优化及自适应能力,并且孤立地对待预防控制、紧急控制和校正控制,缺乏协调优化的理念,缺乏风险的概念,不能对危险的相继事件及时预警,不能及时调整各道防线的时空决策。研究适应电力发展需求的电力系统时空协调的安全稳定在线自适应综合防御体系,确保大电网安全、优化运行,意义重大。

二、方案描述

基于warmap(wide areamoniting analysis protection-control)和安稳控制装置的电力系统时空协调的安全稳定在线自适应综合防御体系解决方案示意图如下,系统由数据采集子系统、分析预警子系统和控制决策子系统、离线研究、实时控制系统五大部分组成。

数据采集子系统采集和处理电力系统实时状态信息,为后续的安全稳定分析和控制决策提供数据源;分析预警子系统根据实时工况对潜在故障进行综合评估及预警;在系统出现不安全或潜在不安全的情况下,启动预防控制或紧急控制策略搜索模块,向调度运行人员提供运行方式调整建议;实时控制系统由安稳控制装置组成,实时采集控制终端信息,作为分析预警、控制决策的依据,并接受紧急控制在线决策实现电网安全稳定实时闭环控制。

  

三、业务价值

warmap系统以信息技术和稳定性量化技术为支撑,通过ems、wams及其它外部系统获取电网运行信息和外部环境信息,在线跟踪电网实际工况,使得电网调度运行从传统的“离线预案”提升到“在线预警及辅助决策”,直至”在线协调控制”。主要包括:

1)构筑优化和协调的安全稳定防御体系,面向调度运行,实现电网安全稳定实时动态监视,实现电网静态安全、暂态和动态安全稳定性的实时预警;

2)综合协调不同安全稳定问题的在线预防控制与辅助决策,实现安全稳定的综合优化辅助决策支持;

3)综合协调暂态、静态和动态安全稳定的控制,以及单一故障与复杂故障的控制,实现安全稳定紧急控制决策优化与闭环自适应控制;

4)提供调度计划的安全校核与经济评估辅助决策建议,为超前防范电网逾越安全稳定域提供技术支持;

5)为电网运行方案研究提供平台和离线运行方案辅助决策。

四、相关产品

1)warmap系统:主要实现1)统一的广域信息平台,实现电力系统安全稳定在线分析的断面数据整合;2)多物理量稳定性的统一量化分析及多稳定形态控制的统一优化决策算法,实现电网安全稳定实时预警、辅助决策,以及闭环自适应控制;3)各道防线内控制决策在广域空间及控制时机上的自适应优化技术,实现安全稳定三道防线的优化协调控制以及电网多重故障的协调防御;4)提供电网计划的安全校核与经济评估辅助决策建议,为超前防范电网逾越安全稳定域提供技术支持。

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                                                                     warmap应用系统主画面

2)安稳控制装置:安稳控制装置是实现warmap闭环控制的硬件基础,安全稳定控制系统/装置产品主要有:分布式安全稳定控制装置/系统、新能源并网安全稳定控制装置、新能源并网安全稳定智能控制系统、风光储安全稳定控制系统、频率电压紧急控制装置、解列装置、智能备用电源自投装置和频率电压录波记录装置。如:scs-600数字式稳定控制装置(图2)、scs-500e分布式安全稳定控制装置(图3)、ufv-200a 频率电压紧急控制装置(图4)、ufv-200f 失步解列装置(图5)、ufv-200j 备用电源自投装置(图6),等。

  

  scs-600数字式稳定控制装置

  

  scs500e分布式安全稳定控制装置

  

  ufv-200a 频率电压紧急控制装置

  

  ufv-200f 失步解列装置

  

  ufv-200j 备用电源自投装置

五、相关成功案例

大电网广域测量分析保护控制(warmap)系统已推广应用于国调、南网总调、华东、江苏、安徽、福建、浙江和上海等24个省级以上调度中心,近两年已完成华东、西北、江苏、浙江、上海和安徽等国网系统内17个省级以上调度中心基于d-5000平台的在线安全稳定分析、调度运行辅助决策和动态安全校核等应用功能的开发与工程实施。

安全稳定控制系统/装置产品主要有:分布式安全稳定控制装置/系统、新能源并网安全稳定控制装置、新能源并网安全稳定智能控制系统、风光储安全稳定控制系统、频率电压紧急控制装置、解列装置、智能备用电源自投装置和频率电压录波记录装置,这些电网安全稳定控制系统/装置应用于国家电网公司1000千伏晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程、±800千伏向上特高压直流试验示范工程和华东-福建联网工程,以及南方电网、四川、广东、江苏、安徽、浙江和上海等全国各网省公司的500千伏和220千伏电网。

具体示例:

1)江苏电网安全稳定实时预警及协调防御系统

eaccs系统由江苏省电力公司和国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司共同开发,整个项目分三期完成。其中,“实时预警系统”于2006年10月投入试运行,“辅助决策和预防控制”于2007年3月投入试运行,“实时控制系统”于2007年6月20日投入试运行,这也标志着整个项目正式投入试运行。该系统投运后运行正常,在江苏电网发生的两次多重故障中均动作正确。

  

2)华东电网广域监视分析保护控制系统

华东电网wamap系统于2002年11月开始设计研究和前期准备工作,一期功能于2005年11月成功投运,二期功能于2006年12月通过现场验收。2007年3月9日,国家电网公司在上海组织召开了“华东电网广域监测分析保护控制系统(wamap)”项目验收会。该系统在国际上首次提出了综合应用稳态、动态和暂态数据组成的wamap系统的概念和总体方案,建立了广域信息的集成数据平台,初步构建了现代电力系统安全稳定协调防御体系。该系统在华东电网投入运行以来,运行稳定、可靠,为华东电网安全稳定动态监视、预警和在线决策提供了技术手段,为运行方式的研究、电力交易的稳定校核和离线事故分析提供了技术支持。