基于测控的远方同期并网高级应用研究

杨云翠　李成文　胡建明　张颖

摘 要：通过对测控装置同期功能、同期合闸模式、同期触发条件、变电运行模式、调控端远方同期并网五个现状的深入分析，提出测控装置同期功能不满足调控端远方同期并网的要求，需对测控装置的同期功能进行改进，文中介绍了包含同期闭锁情况反馈调控端和自动远方同期并网预估功能的测控同期高级应用，并重点对自动远方并网同期预估功能的原理及数学模型进行了介绍，通过应用分析，研究内容能提高调控端远方并网成功几率，提升事故处置速度。

关键词：测控；远方；同期并网；闭锁反馈；预估

中图分类号：TM76 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）32-0161-03

Abstract： Through the in-depth analysis of five current situations， the synchronous function of the measurement and control device， the synchronous closing mode， the synchronous triggering condition， the operation mode of the substation， and the synchronous power grid connection at the remote control end， it is pointed out that the synchronization function of the measurement and control device can not meet the requirements of the remote synchronization of the regulating end， and the synchronization function of the measurement and control device needs to be improved. This paper introduces the advanced application of measurement and control synchronization， which includes feedback control end and automatic remote synchronization prediction function， and focuses on the principle and mathematical model of automatic remote synchronization prediction function. Through application analysis， the research content can improve the success probability of remote connection of regulatory end as well as the speed of accident disposal.

Keywords： measurement and control； distance； synchronization； locked feedback； prediction

前言

测控装置是用来实现对处于正常运行状态的电力系统开展实时测量、监视和控制等功能的综合性装置[5]，变电站测控装置除了包含基本的遥测、遥信、遥控和遥调功能外，还包含了同期功能，测控装置的同期功能主要应用于断路器合闸方式的出口判断。随着变电站无人值班改造及调控一体化工作的大力推广应用，变电站现场已实现运行工作无人值守，变电站监视控制业务转移至调控端开展，电网正常的操作及事故处理均由调控端直接下发控制命令完成，测控装置的同期执行结果不具备调控端的远方查询和调阅，在同期闭锁引起遥控并网不成功时，将严重影响调控员的操作和事故处置速度，由于小电网孤网运行时间过长，甚至可能引发更大的电网事故，开展测控同期功能与调控运行模式相匹配将迫在眉睫。本研究通过对测控装置同期功能进行改进，实现同期执行闭锁情况反馈远方，针对差频并网合闸角度难于捕捉和运行监视处于远方的的现状，开展针对调控模式下的自动远方同期并网预估功能的开发，满足调控员远方同期并网的要求。

1 现状分析

1.1 测控同期功能

同期作为测控装置的一个基本功能，在测控装置的预试定检中均作为一个必检项目，已实现调控一体运行的厂站，在测控定检时，还要配合调控端开展遥控同期功能验证。同期执行情况以报告的形式记录在测控装置内，只支持本地化查询。测控装置具备同期方式的自适应判断，由于测控自适应判断模式存在电压采集回路异常导致非同期并网的风险，所以要求调控端具备同期判断方式的手动选择。

大部分测控只具备外送断路器两侧电压、频率，不具备实时角度的外送，外加信号传输到调控端传送时间长、环节多，调度端的显示值与电网实际运行值相差较大，调度端显示的同期相关遥测值只能对同期模式选择起作用，事故处理中，调控员无法实时监控到并网两端电网的准确运行数据。

1.2 同期合闸模式

同期合閘模式分为检同期、检无压、强制合闸方式，并要求测控装置收到对应的合闸命令不能自动转化合闸方式[1]。

1.2.1 检同期

检同期合闸又分为同期合和合环合，其中，同期合也称为并网或并列，一般用于两个系统之间的断路器同期合闸，特点是断路器两端的系统频率不相同，如果频率差大于0.2Hz时或者电网两侧相角差3秒钟发生转动超过5度被认为是频差并网，需要捕捉同期[5]，当频差在0Hz～0.5Hz内变化时，合闸相位角不超过3.6°[1]，在差频并网过程中，必须严加控制“相角差”这一指标，否则将对系统造成极大的冲击[2]。合环合，一般用于同一个系统的联络断路器合闸，特点是断路器两端的系统频率基本相同（频差小于0.02Hz），不需要捕捉同期，只要压差和角差满足即可同期出口合闸。同期合与合环合的区别是同期合需要捕捉最小合闸相角差。

1.2.2 检无压和强制合闸

当两侧或任一侧电压幅值低于无压定值，同期按照检无压出口合闸。强制合闸就是不经同期检测直接合闸出口，一般在试验定检中会用到，设备正常运行时，不允许选择强制合闸的方式，都要经过同期模块的检无压或检同期检测后才能出口合闸。

1.3 同期触发条件

变电站测控的同期功能一般用于断路器的合闸，所以同期功能的启动依赖以合闸命令的触发，在合闸命令有限期内，根据装置当时的运行工况选用不同的合闸判据，执行相应的控制[4]。测控的合闸分为遥控合和就地合，就地合通过一对硬节点遥信触发同期功能的启动，遥控合通过内部逻辑触发同期功能的启动。

1.4 变电运行模式

随着变电运行设备可靠性、稳定性的提高，变电站运行模式已从有人向少人、无人转变，监控端也已将监控业务和调度业务进行了有效融合，整个电网设备的监控形成了调控+巡维的运行模式。

1.5 调控端远方并网

调控一体运行后，正常设备的操作及事故处理均由调控端下发控制命令。调控端远方并网前，需要先核对两侧的电压值、频率，采用遥控投入检无压或检同期压板的方式实现同期方式的人工选择，再进行断路器的遥控合闸，测控即可按照选定的模式开展同期检测判断。对于不具备同期方式选择的，调控端直接下发断路器遥控合闸命令，由测控自动判断合闸方式。在调度端设定的遥控响应时间内未收到断路器的合闸位置，即认为测控出现了同期条件不满足而闭锁的情况，具体闭锁原因需要巡维人员到测控上调取同期报告方能知晓，在紧急事故处理需要尽快并网的情况，需要调控员不断下发遥控合闸命令进行最小合闸相角差的捕捉。

2 调控运行模式对测控同期的需求

随着调控一体化逐步推进，测控装置同期闭锁情况无法反馈调控端，调控人员进行同期并网时，需要多次遥控操作进行最小合闸相角差的盲目捕捉等问题，暴露出测控装置同期功能已不满足调控运行模式的要求，需要对测控的同期功能进行改进。

3 测控同期高级应用研究内容

3.1 同期闭锁情况反馈远方

同期合闸时，运行人员更关注同期闭锁的原因，《变电站测控装置技术规范》（DL/T 1512-2016）规定的测控装置处理检同期、检无压、强制合闸方式的流程图中已明确了同期闭锁操作时应上送闭锁原因，目前，闭锁原因仅以同期报告的形式上送在测控装置内，不具备闭锁原因外送远方的功能，对于已实现调控一体化且电网结构薄弱的厂站，具备“同期闭锁原因外送远方”的功能显得更加急迫。

调控端显示的电压幅值和频率，仅能在同期模式选择环节辅助调控员进行直观判断，针对调控员更加关注的远方同期并网过程中的压差、角差、频差、滑差，为不增加通道传输开销，将压差、角差、频差、滑差四个遥测转换为更加直观的遥信，采用将同期报告中压差、角差、频差、滑差与同期定值进行比较的方式得到相应的虚拟信号，如压差大于定值合成“同期压差大”的虚拟遥信、角差大于定值合成“同期角差大”的虚拟遥信，频差大于定值合成“同期频差大”的虚拟遥信，滑差大于定值合成 “同期滑差大”的虚拟遥信，再将这些虚拟信号上送给调控端，调控员根据这些虚拟信号可以知道具体的同期闭锁原因，然后对电网做出相应的调整和处置，提高下一次远方同期并网成功几率。

3.2 自动远方同期并网预估功能研究

自动远方并网同期点预估功能，是在测控上开展的最主要的同期高级应用开发，主要针对调控端远方并网的现状，在频差并网需要捕捉最小合闸相位角的情况下应用。

3.2.1 所处环节及启动条件

自动远方并网同期点预估功能是嵌入在检同期合闸模式中进行应用的，其所处的流程环节如图1所示。它在第一次同期捕捉失败后自动启动，取代调控端不断下发遥控命令进行同期捕捉的过程，与测控装置原有的依赖合闸命令触发同期检测并不矛盾，有第一次合闸命令触发同期进行同期捕捉失败后，才有自动远方并网同期点预估功能的开始，一旦出现与预估相关的信号就说明装置在设定时间内未捕捉到同期点。

3.2.2 原理

调控端远方同期并网，一般应用于一侧是系统侧，频率稳定在50Hz，一侧是孤网侧，频率不固定，孤网侧能运行成功，说明孤网侧发电机组与负荷的一次调频特性能满足要求，孤网侧频率总体是往标准的50Hz靠近的一个过程，机组与负荷的一次调频所用的时间为秒级，不是一个突变量。根据该过程，自动远方同期点预报功能基于断路器两侧系统在并网前运行较为稳定不会出现大的波动，两侧系统频率分布点比较集中，以系统两侧电压频率差的历史值作为样本参数导入预估并网的数学模型中，在一个固定的时间长度的中寻找下次合适并网的预估时间点。

预估时间点的寻找基于越前时间的同期原理，充分利用装置测量信息对断路器两侧电压的相位差的变化建立数学模型，根据模型进行同期点预报[3]。相位差的产生是由于频率的不一致引起，直接用频率差来取代相位差建立数学模型，每个周波对断路器两侧的相角差进行测量计算，取最新的n点的频率差？驻fi，按先后顺序，形成n點频率差序列？驻f=[？驻f0，？驻f1，…？驻fn-1]，其中？驻fn-1为根据最新接收的采样值数据测量出的断路器两侧频率差，为保证预估的准确性又不大额增加测控装置的硬件开销，对频率差序列？驻f进行排序去掉两个最大、最小的频差，再对剩余的有效频差序列求取算术平均值得到式（1）？驻f，最后将式（1）转换为时间即可得到预估功能的相对时间式（2）

在当前时间的基础上加上预估相对时间？驻T，即可得到远方并网同期点的绝对预估时间，所以远方并网同期点的预估时间是一个未来的计划时间。根据公式（2），平均频差？驻f越小，捕捉最小合闸角所需时间越长。

3.2.3 预估程序运转的数学模型

根据调控端远方同期并网需要考虑信号的传输及人员的操作时延，设计自动远方同期点预估功能运转的数学模型如图2所示：

预估功能在t0时间开始启动，t0～tp为预估功能的运行周期，t1为预估到有并网点（最小合闸角）的时间，t1～t2为预留给调控员的操作时间Td1，Td1是一个固定时间，即t2=t1+Td1；t2～t3为预估并网点靶区Td2，也是调控员允许一个并网点最长的并网时间。预估的同期点必须落在Td2期间内，若落在Td1期间内则放弃并继续预估，调控员的操作时间Td1和预估并网点靶区Td2随每次预估到有并网点的t1时间而进行位移。

4 应用前景展望

需要远方同期并网的时候，调控员下发断路器遥控合闸命令，测控进行同期捕捉，同期捕捉失败后自动进入远方并网同期点预估功能，预估到有并网点时，向调控端上送“预估下次同期并网时间”的变位遥信和预估的并网点SOE（未来时间），调控员根据SOE的时间提示，在一个合适的时间下发遥控命令。根据远方并网同期点预估功能的原理分析，频差越小，同期捕捉时间越长，为了调控端与测控的有效配合，提高远方同期并网的成功几率，可以适当延长同期捕捉的时间定置，如果测控在图2中的tp时间到达前都未找到并网点则向调控端返回“预估下次同期并网失败”变位遥信。

本次研究内容提供的同期闭锁情况反馈远方功能，能提醒调控员进行相应的电网运行参数调整，便于下一次同期并网的成功。远方并网同期预估功能对于小频差的差频并网合闸角度难于捕捉的问题，能间接的协助调控员进行同期捕捉，预估结果的提供能使调控员的操作更具有针对性，从根本上解决调控员盲目合闸进行同期捕捉的情况。

随着用户对供电可靠性要求不断提升，电力系统网络结构的日趋紧凑，在并网过程中断路器同期合闸操作越来越多[4]。随着集约化管理要求的提出，调控一体化的运行模式将逐步从220kV高电压等级覆盖到35kV低电压等级，容量小的水电机组均通过35kV线路进行送出，高电压等级的变电站由于供电方式灵活、可靠性高，使用同期高级应用进行远方同期并网的几率较小，对于低电压等级的变电站或水电丰富、分散，电网结构薄弱的地区，雨季线路跳闸频繁，常需要调控员进行远方同期并网，本次的研究成果可以大量的应用在低电压等级的调控厂站，将使调控员远方并网成功率得到提高，事故处置速度得到提升。

5 结束语

通过测控装置同期功能、同期模式、变电站运行模式及调控员远方同期并网的现状分析，得出现有测控装置同期功能与调控一体运行模式不匹配的问题，提出一种包含同期闭锁反馈调控及远方并网同期预估功能的测控远方同期并网高级应用研究，能提高调控端的同期并网成功率，提高调控员的事故处置速度。

参考文献：

[1]技术标准.DL/T 1512-2016.变电站测控装置技术规范[S].

[2]魏强，王芳，林中时.同期导前时间及导前角的测试及分析[J].电工技术，2017，09：132-133.

[3]周斌，张斌，闫承志.数字化变电站同期功能的实现[J].電力系统自动化，2009（33）：57-60.

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[6]方政，张明忠，史玉文.通过SCADA远方实现工厂电气同期点并列操作[J].电气时代，2012，06：108-109.