專利名稱：電網安全穩定控制系統試驗測試方法
技術領域：
本發明涉及電力系統安全穩定裝置的試驗測試方法，尤其涉及電網安全穩定控制系統試驗測試方法。
背景技術：
電力系統由于擾動進入緊急狀態或極端緊急狀態，為防止系統穩定性破壞、運行參數嚴重超出規定范圍、以及事故進一步擴大引起大范圍停電，必須進行緊急控制。區域電網安全穩定控制系統是確保電力系統安全穩定運行的重要手段，根據擾動的類型以及運行方式切除一定數量的發電機組或負荷，可有效維護電網穩定，防止事故擴大。控制策略表是緊急控制的基本依據，安全穩定控制裝置(以下簡稱為穩控裝置)構成的區域電網安全穩定控制系統(以下簡稱為穩定控制系統)是策略實施的主體。
作為控制實施的主體，穩控裝置大多基于模塊化思想設計，主要包括電網運行方式及擾動判別、策略搜索匹配以及策略執行模塊等。策略搜索和匹配是穩控裝置的核心模塊，也是相對易變的部分，策略的制定與軟件編寫是穩定控制系統的核心工作。因此每個電網的穩定控制系統基本上都是“量身定做”的；運行部門要根據電網運行方式和結構的變化進行穩定分析計算以及策略表的更新，穩控裝置的策略搜索軟件也要進行相應的二次開發，同時伴隨著大量的測試和現場調試工作。大電網穩定控制系統還需要多個省、區的多個廠、站間協調配合，涉及人員多、地域廣，實施過程中某個環節稍有疏漏，都會給電網的安全運行帶來隱患。對穩定控制系統進行全面、系統的測試能起到把關的作用，因此是一項非常重要的工作。穩定控制系統能否按照既定的策略表正確實施控制，其關鍵問題是穩控裝置中的策略搜索匹配軟件流程是否正確、邏輯是否嚴密，系統越復雜，這種問題越突出，因而測試的重點是針對策略搜索匹配邏輯的嚴密性進行反復的校核與驗證。
互聯電網某一點受到擾動后，例如短路故障，安全自動裝置相繼動作等，系統其它節點會因一系列擾動產生連鎖的動態響應，響應的程度與互聯電網的各項參數(發電機參數、變壓器參數、線路參數以及系統運行方式)等密切相關。目前用于現場穩定控制系統測試的繼電保護測試儀，可模擬輸出各種類型的擾動電流、電壓，對于簡單的系統，可以使用這種方法模擬單純的擾動和簡單的組合擾動，但其模擬的擾動只反映被測節點的變化，對于互聯電網內其它節點由于擾動可能產生的動態響應無法做出模擬，如潮流的轉移，系統振蕩等，因為其它節點的測試儀即沒有相互通信聯系，也無法得到電網參數，從而無法模擬出電網一點擾動后其它節點應該產生的動態響應。
要測試，必先仿真。首先不可能直接用真實的系統來做測試；最接近真實系統的仿真是按比例搭建物理動態模型，對于一個大型的電網來說，幾乎不可能通過搭建物理動態模型的實驗方法來測試電網的安全穩定控制系統，即使可以也需要耗費大量的人力物力。大電網的穩定控制策略一般比較復雜，其測試所面臨的突出困難是分布式控制系統的異地、同步動態仿真測試問題，目前尚無完善的解決方案，一般系統測試大多采用分層、分級的局部測試方法，對整個系統的全面測試難以實現。
現有穩定控制系統測試方法有1)利用實時數字仿真系統RTDS仿真實際電網，并與穩定控制系統構成閉環系統，進行實時閉環仿真試驗，能同時驗證策略的有效性和搜索匹配邏輯的嚴密性，這種方法的缺點是RTDS設備完全依賴進口，價格昂貴，現有的RTDS規模只能集中仿真測試較小的系統，且無法用于現場測試。
2)利用多臺繼電保護測試儀輸出電流、電壓、開關量模擬電網的運行工況和擾動，對穩定控制系統進行開環測試，是目前常用的方法，該方法簡單，容易實現，可解決現場試驗的異地測試問題，其缺點是地理上分散、電氣上相互獨立的測試儀，無法準確模擬互聯電網內部各節點之間相互影響的動態過程，即無法進行同步動態仿真。
發明內容
本發明的目的是針對現有電網安全穩定控制系統測試方法的不足，提供一種異地同步動態電網安全穩定控制系統試驗測試方法，通過完全模擬電網擾動時整個系統的動態過程，可全面、系統地校核穩定控制系統邏輯的嚴密性。
本發明的技術方案是電網安全穩定控制系統試驗測試方法，采集電網各種擾動情況下的各節點電壓、電流曲線數據，通過統一數據處理軟件的方法，由穩控測試故障場景數據處理軟件，處理得到統一格式的各擾動情況下電網的節點數據文件，將所述節點數據文件輸入到對應節點處的測試儀NR HELP-2000繼電測試保護裝置中，由GPS對各測試儀進行時間校準和觸發，配置選擇測試儀的擾動數據輸出到電網安全穩定控制裝置，對電網安全穩定控制裝置進行異地同步動態測試。
本發明的統一數據處理軟件的方法是根據目標電力系統BPA或PSASP等仿真工具計算輸出的各節點數據或PMU錄波數據，得到BPA暫態穩定計算結果文件、PMU穩控數據記錄文件、PSASP暫態穩定計算結果文件，選擇需要處理的節點數據，讀取BPA暫態穩定計算結果文件、讀取PMU穩控數據記錄文件、讀取PSASP暫態穩定計算結果文件，對不同格式的數據進行數量和格式轉換，形成同一格式、輸出至NR HELP-2000支持的數據格式文件，如圖2所示。所述BPA指電力系統仿真軟件((Bonneville Power Administration.簡稱BPA開發的BPA程序)；PSASP指中國電力科學研究院開發的PSASP暫態穩定計算數學模型的程序；PMU是指功角測量設備，能提供實時、同步的電網運行數據，其數據為PMU數據及故障錄波儀、SOE記錄儀等其它設備的錄波信息。用于穩控系統和終端裝置之間的通信等。
本發明的數據采集利用電力系統機電暫態仿真軟件對目標電網進行仿真，設定電網各種可能的運行方式和會引起電網穩定破壞的擾動類型，分別計算得到電網在擾動下各節點的電壓、電流曲線數據，或從實際電網的故障錄波系統以及PMU系統獲得各節點的電壓、電流曲線數據。通過軟件處理得到的各節點數據文件同步且在同一時間斷面有統一的時標。節點數據文件輸入到測試儀后，可由測試儀轉換為相應的模擬量輸出到電網安全穩定控制裝置。
本發明將對整個電網的仿真分為對各個節點的仿真，易于實現；軟件處理得到的同一擾動狀況下的各節點數據文件同步且有統一的時標，同時采用GPS對測試儀統一校時和同步觸發，測試儀之間無需進行通信即可實現異地同步動態測試。
本發明利用電力系統機電暫態仿真軟件仿真目標電網在擾動下各個節點的動態變化，原理清晰，方法簡單，故障場景模擬比目前國內外已有方法更加符合現場實際情況，而且不受電網規模以及擾動類型的限制，可仿真大型電力系統的復雜擾動過程。本發明同時解決了分布式穩定控制系統異地、同步、動態仿真測試這三個問題，可全面、系統地校核穩定控制系統邏輯的嚴密性，其實現成本較低，特別適用于大型復雜電網的安全穩定控制系統的現場聯調試驗，大大減輕現場聯調試驗的工作量，形成的典型故障場景數據可保存和修改并形成測試集，在工程中反復使用。
圖1為本發明基于故障場景的穩定控制系統測試原理框圖。
圖2穩控測試故障場景數據處理軟件流程3為本發明實施例由BPA仿真軟件計算輸出的2高肇直流雙極相繼閉鎖情況下1#節點換流變功率曲線。
圖4為本發明實施例由BPA仿真軟件計算輸出的2高肇直流雙極相繼閉鎖情況下1#節點換流變線電壓曲線。
圖5為本發明實施例由BPA仿真軟件計算輸出的2高肇直流雙極相繼閉鎖情況下1#節點換流變A相電流曲線。
圖6為本發明實施例穩定控制裝置功率錄波數據。
圖7為本發明實施例穩定控制裝置錄波電壓數據。
圖8為本發明實施例穩定控制裝置錄波電流數據。
圖9為本發明實施例穩定控制裝置動作報告。
具體實施例方式
本發明利用電力系統機電暫態仿真軟件對目標電網進行仿真，設定電網各種可能的運行方式，設想可能會引起電網穩定破壞的擾動類型，把某種運行方式下的某種擾動以及引起的系統動態響應定義為“故障場景”。根據設想的多種故障場景分別計算出電網在擾動下各節點的電壓、電流曲線數據(一般是工頻每個周波輸出一個點的幅值與相角)，這些數據也可以從實際電網的故障錄波系統以及PMU系統獲得；由穩控測試故障場景數據處理軟件形成統一格式的數據文件，然后輸入到測試儀NR HELP-2000繼電測試保護裝置，測試儀再將數字量轉化為模擬量，并根據工程需要配置相應的模擬量及開關量，輸出到各個節點的穩控裝置，穩控裝置根據采集到的故障前后的電流、電壓以及開關量，判斷運行方式和擾動類型，進而搜索策略表并根據情況實施策略，從而達到類似于動模實驗的測試目的。這種方法可以方便的對整個系統的控制策略進行完整、系統的測試，且簡單方便。
BPA和PSASP是我國電網穩定分析的主要工具，可以進行大規模電力系統的仿真和穩定分析計算。在策略表的制定過程中，要進行大量的分析和計算，得到有效的控制策略，而計算的中間結果一般很少保存和再利用。實際上BPA等工具可以按照指定步長(如工頻每個周波)輸出任意時刻、任意節點的電壓、電流、有功、無功、相角以及頻率值。利用這一特點，可將電網各種動態過程中相關節點(安裝穩控裝置的節點)的電壓、電流等狀態量以指定步長輸出形成文件，各節點數據同步且有統一時標，經處理后輸入到測試儀，測試儀再將數字量轉化為模擬量輸出到各節點的穩控裝置，實現對穩定控制系統的測試。這種方法是利用BPA等工具形成的非實時的但時間上連續的數據在穩定控制系統中實時回放，完全模擬故障場景下整個系統的動態過程，可全面、系統地校核穩定控制系統邏輯的嚴密性。
以國內某交直流混合輸電網為目標電網，設定直流雙極相繼閉鎖的故障場景，測試儀為NR HELP-2000繼電測試保護裝置，穩定控制策略為根據故障前直流輸送的斷面功率，采取切除安順、青巖發電機組以及廣東負荷的緊急控制措施，維持電網安全穩定運行。圖3、圖4和圖5所描述的是由BPA仿真軟件計算輸出的1#節點換流變的故障場景數據，包括換流變的功率、電壓和電流。圖6、圖7和圖8所描述的是故障場景數據經測試儀輸出到穩控裝置后，穩控裝置動作后的錄波數據，圖9為穩定控制裝置的動作報告。
a.采用公認的機電暫態仿真軟件，如BPA或者PSASP工具軟件對目標電網進行仿真，對設定故障場景進行仿真計算，生成仿真數據，使用穩控測試故障場景數據處理軟件，分別形成各廠、站穩控裝置測試用的故障場景數據文件，對不同廠站、不同故障場景文件進行統一編號，以便于區分和使用；要求不同廠站之間各線路、機組等狀態數據在同一時間斷面上有統一的時標，以保證試驗的同步性。數據同步時標由BPA或者PSASP在計算中形成，仿真計算輸出的故障場景數據按工頻一個周波為步長，逐步仿真輸出數據，同一時刻每個節點的每一步數據的時標(相對時標)是相同的，以此保證數據的同步性。
b.將生成的各廠、站的故障場景數據文件下載到各相關測試儀，準備進行試驗。
c.通過GPS校正各個測試儀和穩控裝置的時鐘，進行同步觸發試驗，測試儀根據上述輸入數據后可形成電流、電壓等模擬量信號輸出，并根據需要生成開關量信號，通過通道配置，將上述數據輸出到對應的穩控裝置，進行仿真測試。
d.測試結束后，校核裝置動作報告，檢查策略執行結果。
權利要求
1.電網安全穩定控制系統試驗測試方法，其特征是采集電網各種擾動情況下的各節點電壓、電流曲線數據，通過統一數據處理軟件的方法，由穩控測試故障場景數據處理軟件，處理得到統一格式的各擾動情況下電網的節點數據文件，將所述節點數據文件輸入到對應節點處的測試儀NR HELP-2000繼電測試保護裝置中，由GPS對各測試儀進行時間校準和觸發，配置選擇測試儀的擾動數據輸出到電網安全穩定控制裝置，對電網安全穩定控制裝置進行異地同步動態測試。
2.根據權利要求1所述的電網安全穩定控制系統試驗測試方法，其特征是統一數據處理軟件的方法是根據目標電力系統BPA或PSASP等仿真工具計算輸出的各節點數據或PMU錄波數據，得到BPA暫態穩定計算結果文件、PMU穩控數據記錄文件、PSASP暫態穩定計算結果文件，選擇需要處理的節點數據，讀取BPA暫態穩定計算結果文件、讀取PMU穩控數據記錄文件、讀取PSASP暫態穩定計算結果文件，對不同格式的數據進行數量和格式轉換，形成同一格式、輸出至NR HELP-2000支持的數據格式文件。
3.根據權利要求1或2所述的電網安全穩定控制系統試驗測試方法，其特征是利用電力系統機電暫態仿真軟件對目標電網進行仿真，設定電網各種可能的運行方式和會引起電網穩定破壞的擾動類型，分別計算得到電網在擾動下各節點的電壓、電流曲線數據，或從實際電網的故障錄波系統以及PMU系統獲得各節點的電壓、電流曲線數據。
4.根據權利要求1所述的電網安全穩定控制系統試驗測試方法，其特征是各節點數據文件同步且在同一時間斷面有統一的時標。
5.根據權利要求1所述的電網安全穩定控制系統試驗測試方法，其特征是測試儀NR HELP-2000繼電測試保護裝置將節點數據文件轉換為相應的模擬量輸出到電網安全穩定控制裝置。
全文摘要
電網安全穩定控制系統試驗測試方法，采集電網各種擾動情況下的各節點電壓、電流曲線數據，通過統一數據處理軟件的方法，由穩控測試故障場景數據處理軟件，處理得到統一格式的各擾動情況下電網的節點數據文件，將所述節點數據文件輸入到對應節點處的測試儀中，由GPS對各測試儀進行時間校準和觸發，配置選擇測試儀的擾動數據輸出到電網安全穩定控制裝置，對電網安全穩定控制裝置進行異地同步動態測試。本發明原理清晰，方法簡單，不受電網規模以及擾動類型的限制，可全面、系統地校核穩定控制系統邏輯的嚴密性，其實現成本較低，特別適用于大型復雜電網的安全穩定控制系統的現場聯調試驗，大大減輕現場聯調試驗的工作量。
文檔編號G06F17/00GK101068081SQ20071002221
公開日2007年11月7日 申請日期2007年5月9日 優先權日2007年5月9日
發明者陳松林, 王新寶, 王亮, 李興建, 孫光輝, 鄭玉平, 沈國榮 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司