一種確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法，根據(jù)在國內(nèi)外的理論研究、試驗、應(yīng)用程度將廣域測量與控制技術(shù)的分為不同的成熟度等級；使用時可根據(jù)廣域測量與控制技術(shù)的成熟度等級來確定智能電網(wǎng)建設(shè)過程中技術(shù)研發(fā)、試驗、推廣、運行等各項資源配置的投入，這樣明確各過程的工作重點，優(yōu)化資源配置，促進智能電網(wǎng)的高效建設(shè)。
【專利說明】一種確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]廣域測量與控制技術(shù)是將先進的全球同步定位授時技術(shù)，傳感測量技術(shù)、高速通 信技術(shù)、微處理器技術(shù)、數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)和智能分析決策技術(shù)等相結(jié)合，并與電網(wǎng)一次設(shè) 備智能化發(fā)展相互促進而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)分析決策與控制技術(shù)。廣域測量與控制技 術(shù)是智能電網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，為電網(wǎng)智能調(diào)度提供了更詳實可靠的數(shù)據(jù)來源和更智 能的分析控制手段，有利于一次設(shè)備性能的充分發(fā)揮，有利于系統(tǒng)更經(jīng)濟、更安全的運行。 [000 3]隨著世界電網(wǎng)向智能電網(wǎng)方向發(fā)展，我國已經(jīng)提出了建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略目 標(biāo)。在一次設(shè)備智能化的基礎(chǔ)上，如何更好的發(fā)揮智能化設(shè)備的性能，真正實現(xiàn)電網(wǎng)裝備水 平與控制水平的共同提高，廣域測量與控制技術(shù)為我們提供了更廣闊的發(fā)展空間，但由于 基于廣域測量信息的各種技術(shù)發(fā)展水平不同，因此，在智能電網(wǎng)建設(shè)背景下引入廣域測量 與控制技術(shù)的成熟度分級對于明確發(fā)展目標(biāo)，提高建設(shè)水平，優(yōu)化資源配置，具有較高的理 論意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法，以提高智 能電網(wǎng)建設(shè)水平、優(yōu)化資源配置。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法技術(shù) 方案如下：根據(jù)在國內(nèi)外的理論研究、試驗、應(yīng)用程度將廣域測量與控制技術(shù)的分為不同的 成熟度等級。
[0006] 進一步的，成熟度等級值越高對應(yīng)技術(shù)越成熟。
[0007]進一步的，成熟度等級分為9級，從第1級到第9級的成熟度依次增高。
[0008]本發(fā)明的一種確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法，根據(jù)在國內(nèi)外的理論 研究、試驗、應(yīng)用程度將廣域測量與控制技術(shù)的分為不同的成熟度等級；根據(jù)廣域測量與控 制技術(shù)的成熟度等級來確定智能電網(wǎng)建設(shè)過程中技術(shù)研發(fā)、試驗、推廣、運行等各項資源配 置的投入，這樣明確各過程的工作重點，優(yōu)化資源配置，促進智能電網(wǎng)的高效建設(shè)。

【具體實施方式】
[0009]確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法根據(jù)在國內(nèi)外的理論研究、試驗、應(yīng) 用程度將廣域測量與控制技術(shù)的分為不同的成熟度等級，將成熟度等級分為9級，且從第 級到第9級的成熟度依次增高，第 9級的成熟度最高。
[0010] 1.同步相量測量單元（PMU)
[0011] WAMS外部基本單兀為基于全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystems, GPS)的 PMU和連接各PMU的實時通信網(wǎng)絡(luò)，其核心是一個數(shù)據(jù)處理中心及基于數(shù)據(jù)處理結(jié)果的高 級擴展應(yīng)用功能?；谌蚨ㄎ幌到y(tǒng)技術(shù)的同步相量測量單元（PMU )能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)運行 數(shù)據(jù)的實時同步采集，然后借助高速通信網(wǎng)絡(luò)將分散的相量數(shù)據(jù)集中起來，以得到時空坐 標(biāo)下的電網(wǎng)全局動態(tài)信息。
[0012] PMU的研究起步于20世紀(jì)80年代的美國，1982年至1986年處于概念階段，1986年 至198S處于試驗裝置階段，1988年至1"1年處于系統(tǒng)中試運行階段。1992年以后工業(yè)化產(chǎn) 品問世，美國西部WECC系統(tǒng)安裝了近 5〇臺PMU，主要用于動態(tài)記錄、模型修正、分析和建模。
[0013] 我國有關(guān)工作起步于1995年。目前，中國電力科學(xué)研究院、北京四方、南瑞等單位 都已有成熟的產(chǎn)品應(yīng)用于系統(tǒng)，我國PMU裝置的架構(gòu)、性能均處于世界先進水平。我國各省 網(wǎng)，大區(qū)網(wǎng)都已通過在關(guān)鍵節(jié)點安裝PMJ構(gòu)筑了較完備的WAMS ;河南電網(wǎng)在2004年開始在 所轄電廠和500kV變電站安裝PMU,在國內(nèi)首次構(gòu)建系統(tǒng)級WAMS的電網(wǎng)。
[0014] 當(dāng)前，關(guān)于PMU的研究主要集中在高精度的同步采樣技術(shù)，定點采樣下的頻率跟 蹤技術(shù)，基于標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號的同步相量測量技術(shù)，失去標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號后的同步守時技術(shù)以 及PMU的優(yōu)化布點研究等方面。
[0015] 由上可知PMU在我國的技術(shù)成熟度最高，評定為TRL9級。
[0016] 2.電網(wǎng)動態(tài)過程記錄與事故分析
[0017] 記錄全網(wǎng)動態(tài)過程是WAMS的基本功能，WAMS中分布于互聯(lián)大電力系統(tǒng)各個地點 的PMU可以在同一參考時間框架下獲取各種擾動下全網(wǎng)的動態(tài)過渡過程信息，在這個意義 上WAMS相當(dāng)于一個大的故障錄波器。各PMU得到的本地動態(tài)過渡過程信息可以實時上傳 至控制中心用于實時監(jiān)視，也可在事故后傳至控制中心用于事故分析。WAMS記錄的實際擾 動過程信息給系統(tǒng)動態(tài)性能分析、事故起因分析、調(diào)度員培訓(xùn)等提供了寶貴的資料。
[0018] 現(xiàn)有的WAMS都具有電網(wǎng)動態(tài)過程記錄與分析的功能，該技術(shù)在我國的技術(shù)成熟 度最高，評定為TRL9級。
[0019] 3.系統(tǒng)狀態(tài)估計與穩(wěn)態(tài)分析
[0020] PMU可以直接測量所裝節(jié)點的電壓幅值和相角，避免了一般潮流計算或狀態(tài)估計 的迭代過程，并且其測量精度較高，可以和現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)相結(jié)合提高系統(tǒng)狀態(tài)估計的 精度。
[0021] 如果在電力系統(tǒng)的所有節(jié)點均安裝PMU，則系統(tǒng)各節(jié)點電壓相量(幅值和相角）將 能直接測得，原來系統(tǒng)狀態(tài)估計的模型為高階非線性模型，可簡化為線性狀態(tài)估計。在系統(tǒng) 大部分節(jié)點電壓相量和電流相量可測的條件下·推導(dǎo)出了整個電網(wǎng)電壓相量的線性狀態(tài) 估計表達式，并對測量隨機誤差對狀態(tài)估計的影響進行了分析。
[0022]線性狀態(tài)估計的優(yōu)點在于其計算過程沒有迭代，計算速度快，狀態(tài)量可以直接計 算得到。當(dāng)電網(wǎng)中PMU的配置的數(shù)目還不足以滿足線性狀態(tài)估計的要求時，這些信息可以 和SCADA系統(tǒng)原有測量值構(gòu)成混合量測系統(tǒng)共同用于狀態(tài)估計。河北南部電網(wǎng)、南方電網(wǎng) 等多各個區(qū)域電網(wǎng)的WAMS都已具備該功能并用于生產(chǎn)管理，該技術(shù)在我國的技術(shù)成熟度 較高，評定為TRL8級。
[0023] 4.廣域動態(tài)穩(wěn)定分析與抑制
[0024]廣域動態(tài)穩(wěn)定主要研究基于廣域信息的低頻振蕩阻尼控制。
[0025]在大規(guī)模的互聯(lián)電力系統(tǒng)中，區(qū)間低頻振蕩是危及電力系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之 一，成為限制傳輸能力的瓶頸。
[0026] 目前，電力系統(tǒng)抑制低頻振蕩的措施主要有：1)發(fā)電機組勵磁附加控制，即電力系 統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS) ;2)柔性交流輸電（FACTS)裝置阻尼控制；3)高壓直流輸電（HVDC)附加控 制；4)發(fā)電機組調(diào)速阻尼控制。近年來，隨著廣域測量技術(shù)的進步，基于廣域信號開展的動 態(tài)穩(wěn)定控制研究為區(qū)域間振蕩模式的實時監(jiān)測分析與控制提供了新的契機，目前，主要有 以下幾種廣域控制方法：遠(yuǎn)方反饋控制，多回路PSS以及使用全局信號的FACTS控制器。
[0027] 中國南方電網(wǎng)基于WAMS研發(fā)的廣域多直流協(xié)調(diào)阻尼控制系統(tǒng)，2009年10月正式 投入運行，投運后多次大幅動作輸出，動作行為基本符合其設(shè)計原理，直流功率調(diào)制輸出對 抑制區(qū)域間功率振蕩有較好的效果。在該項目的研發(fā)過程中，先后解決了廣域反饋信號的 選擇，廣域信號時延的影響，系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的處理，控制系統(tǒng)的構(gòu)架及控制策略的選擇等核 心問題。該工程是世界上第一個正式運行的廣域連續(xù)阻尼控制工程，研究、試驗和實際運行 展示了廣域控制良好的工程應(yīng)用前景。
[0028] 2〇〇7年，山東電網(wǎng)開展了動態(tài)廣域阻尼控制（Widearea damping control，WADC) 系統(tǒng)的研究，探討如何基于已有WAMS平臺構(gòu)建廣域動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)，主動提高山東電網(wǎng) 的動態(tài)穩(wěn)定性和主要輸電截面的傳輸能力，提出一套實際可行的控制系統(tǒng)方案，主要包括 系統(tǒng)辨識、最佳反饋信號和最佳控制點的選擇、工程需要的不同約束條件、模式性能指標(biāo)的 目標(biāo)函數(shù)、反饋控制規(guī)律的設(shè)計、仿真的驗證結(jié)果等。
[0029] 針對山東電網(wǎng)2006年夏季大方式，針對西電東送斷面的關(guān)鍵通道進行仿真計算 分析，并得到結(jié)論，合適的WADC參數(shù)能夠改善系統(tǒng)的阻尼。
[0030] 綜上所述，基于廣域測量信息的廣域動態(tài)穩(wěn)定分析與抑制技術(shù)成熟度可分級為 TRL7 級。
[0031] 5.電壓穩(wěn)定分析與控制
[0032]電壓穩(wěn)定問題的本質(zhì)是一個動態(tài)問題，它與發(fā)電機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)、負(fù)荷、無功補償 系統(tǒng)、有載變壓器抽頭的調(diào)節(jié)、直流輸電等元件的動態(tài)特性有很大的關(guān)系，所以目前很多電 壓穩(wěn)定的研究是基于各種元件的電壓穩(wěn)定機理和建模的探索。電壓失穩(wěn)的判據(jù)為母線電壓 下降，平均值持續(xù)低于限定值，采用暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定分析程序可以計算出暫態(tài)和動態(tài) 電壓穩(wěn)定性。
[0033] 廣域測量系統(tǒng)的出現(xiàn)為電壓穩(wěn)定控制提供了很大的便利條件。利用廣域測量系統(tǒng) 同步監(jiān)測各個負(fù)荷節(jié)點的電壓相量和相關(guān)支路的電流相量，利用這些測量可以對每個負(fù)荷 節(jié)點進行在線實時等值，通過對每個負(fù)荷節(jié)點制定相應(yīng)的局部電壓穩(wěn)定指標(biāo)，對無功補償 設(shè)備制定更合理的運行策略，確保系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。
[0034] 國外在該領(lǐng)域有己有許多研究成果，不過大部分成果僅僅局限于理論探討，少數(shù) 進入工程試驗階段。
[0035] 美國的BPA開發(fā)的廣域穩(wěn)定和電壓控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了一種基于WAMS的反饋控制， 用于發(fā)電機、電容投切，變壓器分接頭調(diào)節(jié)，負(fù)荷切除控制，其動作依據(jù)電力系統(tǒng)的實時響 應(yīng)持續(xù)進行，已完成實驗室測試，證明了采用廣域信息的優(yōu)勢。
[0036] 挪威NIP工程，基于ABB開發(fā)的WAMS主站系統(tǒng)PsGuard,實現(xiàn)基于廣域信息的多個 SVC間協(xié)調(diào)二次電壓控制，保持關(guān)鍵節(jié)點電壓，2004年系統(tǒng)投運。
[0037]基于一次設(shè)備優(yōu)化調(diào)節(jié)的廣域電壓穩(wěn)定控制屬于基于廣域信息的系統(tǒng)非連續(xù)閉 環(huán)控制，國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究還僅局限于理論方面，缺乏實踐工程的應(yīng)用。針對電壓穩(wěn)定性 分析的理論研究經(jīng)歷了從靜態(tài)模型分析到動態(tài)模型分析的過程，對其控制策略也從事故后 控制發(fā)展到事故前的預(yù)防性控制，理論基礎(chǔ)已相當(dāng)完備。
[0038]綜上所述，基于廣域測量信息的電壓穩(wěn)定分析與控制技術(shù)成熟度可分級為TRL6級。 [0039] 6.廣域后備保護與控制
[0040] 傳統(tǒng)的繼電保護主要集中于元件保護，以切除被保護元件內(nèi)部故障為己任，各電 力設(shè)備的主保護相互獨立，不顧及故障元件被切除后，剩余電力系統(tǒng)中的潮流轉(zhuǎn)移引起的 后果；同時，隨著系統(tǒng)的擴大，后備保護整定困難，為了實現(xiàn)保護間的配合，動作延時被擴 大，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定。而廣域保護利用廣域測量系統(tǒng)的相量測量信息，借助后備保護動作的 短暫延時，它可以根據(jù)廣域信息對故障進行準(zhǔn)確定位，克服主保護拒動、斷路器失靈等情況 下后備保護動作時間過長、停電范圍擴大的問題；對保護動作或經(jīng)受大擾動的系統(tǒng)進行在 線實時安全分析，防止故障后相鄰線路過負(fù)荷導(dǎo)致后備保護誤動作，避免事故范圍擴大。
[0041] 對廣域后備保護算法的研究，已經(jīng)提出的有：利用現(xiàn)代通信技術(shù)對電流和開關(guān)位 置信息的采集分析，判斷故障區(qū)域和開關(guān)動作情況，利用實時網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吞l函數(shù)實現(xiàn)最 優(yōu)后備保護跳閘的保護方案；將差動保護范圍從獨立的電氣元件擴展到與該元件相鄰區(qū)域 的廣域電流差動后備保護算法；通過對系統(tǒng)建立廣域節(jié)點阻抗矩陣，在系統(tǒng)發(fā)生潮流轉(zhuǎn)移 時，依靠廣域網(wǎng)中的節(jié)點阻抗矩陣來對電流過載系數(shù)進行估算和判斷，以確定過載保護跳 開后是否會引起連鎖跳閘；通過引入潮流轉(zhuǎn)移因子的概念建立潮流轉(zhuǎn)移矩陣，判斷某元件 主保護動作后相鄰線路是否過載來控制后備保護動作等方法。
[0042] 200S年，河南電網(wǎng)就廣域后備保護進行了工程應(yīng)用研究，將傳統(tǒng)的動作可靠性較 高的方向保護的原理拓展應(yīng)用到廣域系統(tǒng)，用保護方向元件動作信息構(gòu)成故障判別矩陣， 實現(xiàn)廣域后備保護，并研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各部分實現(xiàn)功能以及軟硬件的實現(xiàn)，而后針對洛陽某 區(qū)域200kV電網(wǎng)進行仿真計算，證明了該方法的可行性。
[0043]綜上所述，基于廣域測量信息的計及動作后備的廣域后備保護技術(shù)成熟度可分級 為TRL6級。
[0044] 現(xiàn)有的基于廣域測量信息的監(jiān)測與控制技術(shù)的成熟度分級可總結(jié)如下表1所示。
[0045] 表1廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級表
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法，其特征在于：根據(jù)在國內(nèi)外的理 論研究、試驗、應(yīng)用程度將廣域測量與控制技術(shù)的分為不同的成熟度等級。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法，其特征在 于：成熟度等級值越高對應(yīng)技術(shù)越成熟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種確定廣域測量與控制技術(shù)成熟度分級的方法，其特 征在于：成熟度等級分為9級，從第1級到第9級的成熟度依次增高。
【文檔編號】H02J3/00GK104300529SQ201410101326
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】王璟, 劉巍, 許長清, 王利利, 郭建宇 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院