广域电力系统

广域电力系统（精选12篇）

广域电力系统 篇1

0 引言

继电保护是保障大电网安全的第一道防线。如果保护装置在故障发生时正确、快速、可靠动作,将有效遏制系统的状态恶化,起到保障电网安全稳定运行的作用。反之,则可能扩大事故,甚至导致电网大面积停电。近30年来国内外频繁发生的大停电事故调查表明,虽然引发电网大面积停电的因素很多,但由于保护误动、拒动以及电网大范围潮流转移过程中发生的保护连锁动作,是导致事故扩大,乃至引发系统大面积停电的关键因素之一。此外,传统保护采用离线整定方式确定保护定值,由于系统结构复杂、需考虑的运行方式众多,难以兼顾灵敏性和选择性的要求,无法保证定值性能始终处于最佳状态。且离线整定模式下的定值修改需依靠人工完成,存在安全隐患[1]。

近年来,随着广域同步测量和数字化变电站技术的发展与成熟,为从根本上提高和改善继电保护的性能提供了契机。因此,在复杂电网环境下审视传统继电保护存在的问题,研究能够快速识别与隔离故障、简化保护整定计算的广域保护原理和配置方案,是保障电网安稳运行的重要内容。同时,故障的快速定位与隔离、系统运行方式更新后的保护在线自适应整定也是未来智能电网要实现的主要自愈功能[2]。

根据国际大电网会议(CIGRE)对广域保护功能的描述,其研究可分为2方面:一是基于广域信息的电网安全稳定控制研究,主要对电网的安稳运行状态进行监测、分析和评估[3];另一方面的研究则集中于利用广域信息改进和提高传统继电保护的性能。

引入基于广域信息的继电保护,其根本目的在于:一是防止系统发生大范围潮流转移时,现有后备保护因线路过负荷发生误动,引发电网连锁跳闸事故;二是改善现有保护性能,简化传统后备保护的整定计算,消除保护失配、整定错误等危及电网稳定运行的安全隐患。

针对以上2个目的,国内外学者已从下述3个层面对广域继电保护开展研究。

a.实时跟踪电力系统运行方式的变化,对电网进行在线自适应整定计算,特别是在线调整后备保护(对于超高压线路主要是距离保护和零序电流保护)的定值,提高保护的灵敏性和选择性,使其始终处于最佳工作状态[4]。

b.在保持现有保护配置不变的前提下,利用潮流转移识别算法区分电网大范围潮流转移和故障,并与区域安稳控制系统配合作用,消除元件过负荷,防止后备保护连锁跳闸[5]。

c.提出基于多点同步测量信息进行故障元件识别的广域后备保护[6]。应用广域方向比较、广域电流差动算法快速判别故障元件在电网中的位置,相邻元件之间只需通过简单的时序配合就能保证保护动作的选择性。

本文将对广域继电保护的现有研究进行分析,从在线自适应整定、潮流转移识别、基于故障元件识别的广域后备保护3个层面对已取得的研究成果进行论述,分析各条技术路线的研究难点并提出建议。在此基础上,进一步展望了广域继电保护的未来发展,内容包含:广域保护系统的体系结构、广域信息的组织融合及与传统保护的协调工作机制、故障快速识别与隔离算法、基于智能变电站的通信网络、保护系统的可靠性评价指标和灾变后的重构原则。

1 在线自适应整定

在线自适应整定的研究在20世纪80年代就已开始,其基本思路是:采用事件触发模式,实时跟踪电网运行方式的变化,在线调整保护的定值,防止保护失配并提高其灵敏度。基于双端电气量的主保护受系统运行方式影响不大,在线自适应整定的重点是后备保护。

系统运行方式的变化主要包括2方面:一是发电机、变压器、线路等设备的投/退及故障引起的开关跳闸;另一方面是负荷与发电机出力的变化,主要体现在电网潮流量变化。对于常见的各种运行方式,其所对应的定值可离线计算出来并存储。当该运行方式在实际应用中出现时,直接刷新定值即可[7]。

1.1 计及设备投退的在线自适应整定

电网中发生任意线路开断时,仅会引起断开线路相邻小范围内其他线路的短路电流水平发生显著变化,进而影响该区域内线路(或其他设备)保护的灵敏性和选择性。而远离断开线路的其他区域内的线路,短路电流水平变化较小,无需重新整定。因此,确定影响域的大小是减少在线整定计算量、提高定值刷新速度的关键。

文献[8]以支路开断前后通过保护的短路电流值为指标,提出线路运行方式变化时的影响域划分方法。文献[9]在计算短路电流时,采用外网等值来减小节点阻抗矩阵的阶数,并通过搜索电网保护的影响集和函数依赖集,最终确定零序电流保护的影响域。文献[10]采用窗口法划分电流保护的影响域,并已在实际电网中应用。

文献[11]采用改进紧邻集法,对厂站运行方式变化时的影响域进行划分。将各厂站等价为连接厂站的一条接地支路,以其阻抗变化表示厂站运行方式的变化。以最大阻抗值到最小阻抗值的变化幅度表示该厂站方式的变化幅度。将大于门槛值的厂站列入影响域中。

通过影响域确定需要刷新定值的保护后,即可对保护进行在线整定计算。由于传统分支系数的计算存在误差,文献[9]采用故障时保护的实际测量值取代离线整定时使用的分支系数,计算相间电流Ⅱ段定值。文献[11]采用感受量整定的方法计算接地距离Ⅱ、Ⅲ段定值。这2种基于实测量的整定方法准确性更高,并提高了保护的灵敏性。

1.2 计及负荷变化的在线自适应整定

由于在线整定计算中计及了负荷潮流的变化,使防止潮流转移时远后备保护误动成为可能。文献[12]提出:根据系统当前运行方式下的负荷功率及线路电压值和功率因数,对相间距离Ⅲ段进行在线整定。由于母线电压不变时,负荷功率与阻抗成反比,因而在电网发生潮流转移时,可防止距离Ⅲ段误动。

1.3 电网黑启动过程中的在线自适应整定

在系统发生大停电后的黑启动过程中,其运行方式的变化已远超出离线整定考虑的限度,因而在线自适应整定计算更显得重要。文献[13]将与电网黑启动过程对应的整定计算分为3步,从片区电网整定动态刷新到全网正常运行整定。文献[14]进一步提出在电网黑启动初期,单电源运行方式下零序电流保护、距离保护及纵联保护的整定方法。现有文献对电网黑启动过程中的整定计算仍处于初步探讨阶段。

1.4 研究的难点和建议

在线自适应整定的研究时间较长,但实用化程度一直不高,其根本原因在于现有的在线整定算法未能从根本上克服传统后备保护整定配合复杂、计算量大的缺陷。其算法本身仍存在以下缺陷:

a.系统运行方式的改变对距离保护和零序电流保护的影响不同,现有算法还只能确定单一元件投退时的影响域划分准则,完善的保护影响域在线划分算法仍有待研究;

b.在电网黑启动过程中,如何根据电网的恢复情况,研究快速获取保护新的最小断点集算法,并进行合理的实时整定也仍有待探索。

在当前电网强化主保护、简化后备保护的指导思想下,应利用广域量测信息,进一步完善在线自适应整定算法,简化整定配合程序,提高算法的实用性。

2 潮流转移识别

针对传统后备保护在潮流转移时误动而是否应被取消的问题,A.G.Phadke博士指出[15]:在变电站发生直流电源掉电并无备用电源时,距离Ⅲ段仍是最有效的保护手段,不能被完全取消。因此,在现有保护配置下增设基于不同潮流转移识别算法的过负荷保护一直是研究的热点。当系统发生潮流转移时,可通过闭锁保护跳闸信号,允许被保护设备合理的短时过负荷,在其热稳定极限到达前切除受端负荷或送端机组来消除或减轻过负荷,达到防止保护误动继而引发电网连锁跳闸的目的[16]。

2.1 输电断面有功安全性保护算法

文献[17]根据实时网络拓扑结构与潮流分布建立系统状态图,再利用有向图的邻接矩阵和路径矩阵搜索出电网的并行输电断面。该法避免了传统的潮流计算,为执行安全紧急控制提供了更充足的时间。文献[18]进一步探讨了在输电断面确定后,快速计算单一支路断开时,并行输电断面中其他支路有功潮流的方法。但也指出这种方法由于忽略了基态潮流的影响,会造成10%以内的误差。文献[19]以线路相关集表示单条支路断开时,与断开线路两端关联且受有功潮流影响较大的线路集合。利用决策树理论搜索线路相关集,进而估算出故障线路断开后相关线路承受的潮流转移。

2.2 基于潮流转移因子的过负荷保护算法

与上述方法不同,文献[20]引入用支路电流关系表达的潮流转移因子(FTRF)概念,将FTRF矩阵通过离线计算形成。当单一支路断开时,通过FTRF矩阵中与该支路对应的列元素估算出其他线路的电流,通过估算值与实测值的比较来判断线路是否出现潮流转移。文献[21]通过潮流转移的虚拟折返过程,推导出系统中出现多支路连锁切除时转移因子的快速算法,避免了多次修改FTRF矩阵。并在计及支路切除后的系统机电暂态过程基础上,对支路电流估算进行校正。文献[22]利用支路断开前的节点阻抗矩阵数据,估算双重支路开断后的电流分布系数,原理与前述算法类似。

2.3 研究的难点和建议

从仿真结果看,以上潮流转移识别算法的运算时间都能满足实时紧急控制的要求。但由于支路切除时,系统中发电机、负荷支路的注入电流可能发生变化,再加上FACTS等非线性元件在电网中的广泛应用,很难保证转移功率(或电流)与被切除支路的原有功率(或电流)的关系是完全线性的,即算法中基于线性叠加原理的潮流分布系数和转移因子计算存在一定误差。因此,潮流转移识别算法在计算精度上仍需进一步改进。

从另一个角度看,对于输电线路而言,过负荷状态与故障状态的特性相差很大。线路发生不对称故障时,电流中会出现负序或零序分量[23];线路发生三相短路时,保护装置的测量阻抗基本为线路阻抗,而过负荷时基本为负荷阻抗,特性也有较大差别。因此,在现有后备保护算法中,补充防止保护连锁误动的辅助判据,可以作为潮流转移识别的新思路。

3 基于故障元件识别的广域后备保护

这里要首先明确的是:由于广域信息传递存在延时、可靠性及安全性等局限,且现有主保护的正确动作率较高,广域继电保护与传统主保护相比无明显优势。因此,将广域信息引入到后备保护更符合实际。广域后备保护应与传统主/后备保护相协调,共同承担电网“第一道防线”的职责。

广域后备保护的核心思想在于通过电网中的多点同步测量信息,确定故障元件的具体位置,在相邻保护之间通过简单的时序配合来保证保护动作的正确性。目前的研究主要是基于主保护算法的拓展,将方向比较纵联保护和电流差动保护原理引伸到广域后备保护中,并结合智能算法提高信息的容错性。广域后备保护根据所基于的系统结构不同,可分为区域集中式、变电站集中式、分布式3类。而由于系统结构的不同,相同的算法在实现过程中也有所差别。

3.1 广域方向比较纵联保护

文献[24]以区域调度中心为后备保护系统中心,通过采集区域内各变电站线路保护装置的方向判别信息,构建故障方向关联矩阵,从而快速判断出故障线路并做出动作决策。网络仿真软件(NS2)的仿真结果表明主站到子站的端对端通信时延为4.6 ms,满足广域后备保护的通信要求。文献[25]进一步阐述了这一系统的硬、软件设计方案,该系统已通过了动模试验并在河南省投入实际运行。

文献[26-27]采用变电站集中式结构构建广域后备保护系统,将母线和变压器保护也纳入系统中。通过发电厂的主接线形式和方向元件位置形成关联矩阵,结合故障方向信息确定具体的故障元件,并通过采集间接相关元件的信息保证算法的容错性。在电网拓扑结构发生变化时,集中式结构的广域后备保护都只需调整关联矩阵对应的行和列即可与之适应。

针对集中式结构存在中心站单点失效风险的问题,文献[28]提出基于分布式结构的广域后备保护系统。各断路器和TA对应的智能电子设备(IED)不仅完成安装点的信息采集和运算,而且自行完成故障定位和判断。算法首先确定各IED的最小和最大保护区域,从而保证各IED只与其相关范围内的其他IED交互信息,并定义动作系数和关联系数,再通过相应判据算出被保护对象是否存在故障。

3.2 广域电流差动保护

文献[29]采用基于分布式结构的广域电流差动保护算法,提出一种基于图论方法的专家系统,根据设备状态信息及拓扑结构,在线确定各设备的主、后备保护区。属同一保护区内的保护装置相互通信即可实现差动保护。并可根据网络拓扑结构的变化,自适应调整保护区。文献[30]在此基础上引入基于预测和修正自愈策略的保护Agent承担通信和协调功能。仿真结果证明其在电网连锁故障发生时,比传统过流保护具有更佳的动作特性。

文献[31]将基于Agent的后备保护系统建立在传统线路保护基础上,采用常规保护动作信息与电流差动相结合的方法判别故障元件。在广域后备保护由于通信故障退出时,可与传统保护相协调实现后备保护功能。文献[32]在此基础上对广域后备保护系统的Agent模型进行了具体分析,提出了在网络阻塞、Agent故障、断路器失灵等状态下系统的容错策略。并使用电力和通信同步仿真器(EPOCHS)对广域后备保护系统进行仿真,该仿真器实现了网络通信(NS2)和电磁暂态仿真(PSCAD)接口[33],提高了仿真结果的可信度。

3.3 广域信息容错性算法

文献[32]在信息容错性方面的研究是基于集中决策系统“知晓”何种信息错误的基础上,缺乏对信息本身正确与否的识别。文献[34]针对次此问题提出了基于遗传算法的故障判别原理,通过构造适合度函数进行选择、交叉、变异等进化操作,求出最优解。仿真结果表明在5/32的信息畸变率下保护仍能做出正确判别。文献[35]利用状态估计辨识不良数据原理,采用递归量测误差估计辨识法对不良数据进行检测和辨识,与前述算法相比,具有更高的实用价值。

3.4 研究的难点和建议

从保护系统基于的结构模式看,区域集中式、变电站集中式和分布式结构的广域保护系统各有优势和缺陷。区域集中式和变电站集中式结构系统的投资较小,集成的信息量更大,可以实现更多的保护功能[36],同时也存在对决策中心依赖程度高的缺陷。分布式结构的保护系统通信量较少,不存在决策站单点失效的风险,算法更简单可靠,但也存在对IED性能要求较高,实用化困难的缺点。因此,如何根据电网的实际情况,选择合适的结构构建系统仍有待研究。

从广域后备保护系统基于的保护算法看,采用方向比较纵联保护的最大优点在于对GPS同步对时的要求不高,但如何解决逻辑量传输的可靠性及传统纵联方向保护所面临的问题还有待研究。例如:区内(区外)单相接地故障转区外(区内)异名相单相/两相接地故障时,方向元件拒动;线路非全相运行,负/零序方向元件退出后,故障时保护拒动;环网中功率分点故障,线路两侧不同方向元件可能同判为正向,导致保护误动等。采用广域电流差动保护则可避免考虑上述问题。和前者相比,由于需要多个测量点的电流值而非逻辑值,其对GPS同步对时的要求很高。因此,多站信息的高精度同步问题,是广域电流差动算法实用化的关键。

摆脱传统保护算法的束缚,研究新的故障快速识别与隔离算法,弥补现有保护原理存在的缺陷,也是值得探索的方向。文献[37]以两端电压/电流相量的同步测量值为基础,构建复合相量函数进行故障定位。该法与电流差动算法结合应用,可在一定程度上弥补后者受线路分布电容电流影响较大的缺陷。

4 研究展望

从已完成的工作看,广域继电保护还处于初步理论研究和探讨阶段,研究内容虽涉及面广,并已取得一定成果,但仍局限于某些特定问题的解决,尚缺乏总体的规划和把握。

实际上,随着广域同步测量(WAMS)和数字化变电站技术的应用,继电保护可利用的信息资源和通信条件都发生了根本性的变化,从而引发继电保护在配置、原理、整定以及实现技术等方面的重大变革。笔者认为,有必要从全局角度出发,对广域继电保护从理论和实现技术等方面开展系统的研究工作。

基于故障元件识别的广域后备保护对大范围潮流转移引发的连锁误动具有较好的防御能力,和在线自适应整定、潮流转移识别算法相比,在实现方法上更为简单可靠,从根本上克服了传统后备保护整定配合复杂的问题。由华中科技大学和北京四方继保公司分别研发的实验装置也已在河南省和广东省投入运行,迈出了实用化的第一步。因此,建议以广域后备保护为基础,构建我国面向智能电网的广域继电保护系统。

在此,对广域继电保护的研究方向提出一些建议。

a.系统的体系架构。对基于区域集中式、变电站集中式和分布式结构的广域保护系统结构进行仿真比较和理论分析,确定其分别适用的范围,为不同电压等级、输电方式、拓扑结构、经济及技术条件的电网选择合适的系统结构提供理论依据。

从广域继电保护的通信需求出发,借鉴现有调度通信网的分层结构和基本配置,建立基于多电压等级和复杂网络环境的广域保护区域划分算法、决策中心站选择准则。

b.广域信息组织与融合机制。研究不同来源、重要性和应用要求的多点信息的组织模式及权值设置准则,建立控制中心集中决策与保护控制单元分布自治、传统保护与广域保护协调动作的工作机制,改善传统主保护的性能,简化传统后备保护的整定计算,从而优化整个保护系统的动作机理和故障判别。

c.快速故障识别与隔离算法。完善现有的广域保护算法,克服传统电流差动保护、纵联方向保护存在的缺陷。构思基于网络拓扑实时跟踪和数据高容错性的新型算法,与现有保护算法互补。在此基础上,制定健全的保护跳闸策略,防止大范围潮流转移引起的保护不正确动作,提高整个保护系统在电网复杂运行方式下的应对能力。

d.通信网络的结构。IEC61850标准规范了变电站内保护/控制IED之间的通信行为和相关要求[38],即将发布的IEC61850-90-1(变电站间通信)已包含了基于双端量测信息的电流差动、纵联距离和方向保护通信标准。广域继电保护可以此为基础,建立广域继电保护系统的数据模型和通信服务模型,制定基于智能变电站通信平台的数据传输和交互机制,根据广域信息的数据传输速度、精度和同步要求,设计其通信网络。

e.广域继电保护系统的可靠性。结合传统继电保护的可靠性评估算法,研究适合广域继电保护可靠性分析的数学模型,设计统一的可靠性评价指标。

f.研究在自然灾害导致的部分电网通信线路损坏、信息失效情况下,利用基于同步数字体系(SDH)光纤环网的迂回通道,恢复广域信息传输和交互的保护系统自适应重构原则,提高系统应对灾变的能力。

摘要：分析了传统继电保护在保障电网安稳运行时存在的问题,对基于广域信息的继电保护研究涉及的主要内容进行了综述,包括:在线自适应整定、潮流转移识别、基于故障元件识别的广域后备保护。在线整定的目的是根据系统运行方式的变化,调整保护定值至最佳状态。计及的运行方式变化包括:电力设备投退、发电机出力与负荷变化等。潮流转移识别旨在防止传统后备保护的不适当动作引发电网连锁跳闸事故,主要方法有:支路开断前后输电断面的有功潮流比较、相邻支路电流比较。广域后备保护利用电网多点量测信息确定故障元件的具体位置,从根本上克服了传统后备保护整定复杂、可靠性低的问题。主要研究包括:基于传统主保护理论的故障识别算法、广域信息的容错性算法。最后,提出了以基于故障元件识别的广域后备保护为基础,构建面向智能电网的广域继电保护系统,并对其发展方向进行了展望。

关键词：广域继电保护,在线自适应整定,潮流转移识别,广域后备保护,故障元件识别

广域电力系统 篇2

WA N 由两个以上的L A N 构成，这些L A N 间的连接可以穿越3 0 m i l e *以上的距离。大型的WA N可以由各大洲的许多L A N 和M A N 组成。最广为人知的WA N 就是

I n t e r n e t ，它由全球成千上万的L A N 和WA N 组成，

广域电力系统 篇3

创新技术 保证产品性能

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广域电力系统负荷建模的对比研究 篇4

近年来,国内外在电力系统负荷建模方面取得了很大进展[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20],大系统理论、复杂系统理论等相关领域的发展为电力系统广域建模与仿真的研究提供了理论基础。基于相量测量单元(PMU)技术的广域测量系统(WAMS)在电力系统中的推广则为电力系统广域建模与仿真的研究提供了技术支撑。WAMS能够记录同步时标下的电网动态数据,这不但为广域建模提供了数据来源,而且这些广域测量信息蕴含了电网丰富的动态特性。

文献[21-22]提出利用WAMS测量所得的广域电力系统全局变量,进行电力负荷整体建模的方法。文献[23]提出了基于灵敏度的可辨识性分析方法。广域电力系统负荷建模的基本步骤如下:(1)确定负荷节点分类的特征变量;(2)根据各个负荷节点的特征变量,对全系统负荷节点进行分类,假设为L类;(3)建立系统化(而不是某个负荷节点)的模型评价(优化)指标;(4)根据WAMS测量数据,优化L类负荷参数,使评价指标最优化。具体辨识方法参见文献[21-23]。

本文进一步从建模方法、误差指标、观测变量方面进行广域电力系统负荷建模的对比研究,所得结果有利于加深关于广域电力系统负荷建模的认识,有利于有关问题的选择。

1 算例系统

本文以IEEE 39节点系统为例,如图1所示。其中,电力负荷参数的准确值已知,这样可以进行各种对比分析。

将系统分为A,B,C共3个区域:A区中同调发电机为30,37,38;B区中同调发电机为33,34,35,36;C区中同调发电机为31,32。

将系统中的负荷节点分为3类:负荷节点3,4,15,16,18,21,23,25为Ⅰ类负荷;负荷节点7,20,26,27,28为Ⅱ类负荷;负荷节点8,24,29,39为Ⅲ类负荷。

系统干扰是:在节点26和节点29之间线路中点,发生瞬时三相短路,3个周期后恢复正常。采用BPA程序计算获得各种动态数据,由此替代WAMS测量值。然后采用蚁群优化方法辨识参数,计算过程中精度控制相同。该系统的参数及其辨识过程参见文献[22]。

在进行不同建模方法、不同误差指标的对比研究时,所采用的观测变量是区域之间同调发电机群之间的相对功角。

当然,以IEEE 39节点系统为例所得计算结果不一定具有普遍意义,但大部分结果可以从定性上获得解释。

2 不同建模方法对比

所对比的广域电力系统负荷建模方法是整体建模方法和节点建模方法。图2所示为整体建模方法示意图。图3所示为节点建模方法示意图。

整体建模方法针对全部负荷节点同时进行建模,通过WAMS获得系统广域测量变量,建立系统级指标,优化获得负荷模型参数。节点建模方法仅针对某一个负荷节点,通过该节点测量装置测得的实测数据建立节点级指标,优化获得该节点的负荷模型参数。

整体建模方法与节点建模方法的区别在于:在采用的信息上,从节点标量信息转向广域相量信息;在参数确定上,从节点逐个确定转向多点同步确定;在模型的有效性上,从节点局部有效转向整体全局有效。

采用整体建模方法,所得参数如表1第2列所示。采用节点建模方法,在每类负荷中挑选一个节点,分别为节点3,28,8,所得参数如表1第3列所示。PMP1,KL1,XS1,PMP2,KL2,XS2,PMP3,KL3,XS3分别为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ类负荷的电动机比例、初始负载率、定子电抗。

对比表1中结果可见:节点建模方法的大多数参数误差大于整体建模方法;节点建模方法的少数参数误差小于整体建模方法。当然,从辨识计算量来看,整体建模方法远大于节点建模方法。但由于负荷建模一般是离线的基础性工作,对计算量并没有多少要求,重要的是精度。因此,总体来说,整体建模方法好于节点建模方法。

3 不同误差指标的对比

参数辨识的过程就是寻找一组最佳参数使得目标函数最小化,目标函数是系统重要动态变量的仿真值与测量值之间的误差函数。不同的误差指标函数所得目标函数不同,进而会影响系统参数辨识的结果。

误差指标的常用形式有以下3种:

1)轨迹误差平方和:

2)轨迹误差绝对值:

3)轨迹误差平方和开根号:

分别采用上述3种误差指标进行整体建模,所得参数辨识结果对比如表2所示。

对比表2中结果可见:3种误差指标下进行参数辨识都能够得到较好的辨识结果。总体来看,轨迹误差平方和指标所得参数精度略高,这可能是由于误差平方和对于误差大小变化更加灵敏。

4 不同观测变量的对比

在广域电力系统中,不同的观测变量对于电力负荷参数的灵敏度不同,所以选择不同观测变量进行参数辨识的效果也就不同。对于广域电力系统来说,模型的好坏主要取决于能否模拟出系统的整体动态行为,一般比较关注区域之间发电机相对功角、联络线功率以及枢纽母线电压。

文献[22-23]根据灵敏度和可辨识性的分析指出,主要辨识负荷模型中的3个参数,即电动机的比例PMP、初始负载率KL和定子电抗XS,所以下文将重点对比这3个参数的轨迹灵敏度和参数辨识结果。

以区域A和B之间发电机的相对功角为观测变量,轨迹灵敏度曲线如图4所示,轨迹灵敏度平均值如表3所示。可见:(1)参数灵敏度大小顺序为PMP,KL,XS;(2)3类负荷的灵敏度大小顺序为Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅰ类。

以联络线3-4的功率为观测变量,有功功率和无功功率的轨迹灵敏度平均值如表4所示,有功功率的轨迹灵敏度曲线如图5所示。

由表4可见:(1)有功功率的灵敏度明显大于无功功率的灵敏度;(2)参数的灵敏度大小顺序为PMP,KL,XS;(3)3类负荷的灵敏度大小相当。

以区域A与区域B之间联络线断面的总功率为观测变量,有功功率和无功功率的轨迹灵敏度平均值如表5所示,有功功率的轨迹灵敏度曲线如图6所示。

由表5可见:(1)有功功率的灵敏度明显大于无功功率的灵敏度;(2)参数的灵敏度大小顺序为PMP,KL,XS;(3)3类负荷的灵敏度大小相当。对比表5和表4可见:采用联络线断面功率作为观测变量的灵敏度大于一条联络线功率作为观测变量的灵敏度,尤其是有功功率的灵敏度,这主要是因为联络线断面功率总量大,而且受负荷的影响也大。

以枢纽母线6的电压为观测变量,轨迹灵敏度曲线如图7所示,轨迹灵敏度平均值如表6所示。

对比表3~表6可见,不同观测量的灵敏度大小顺序依次为:发电机相对功角、联络线功率、枢纽母线电压,而且枢纽母线电压的灵敏度比前者小2个数量级。

对比图4~图7可见:发电机相对功角、联络线功率的轨迹灵敏度在很长的时间区间(图中为20 s)上均有较大的数值,而枢纽母线电压的轨迹灵敏度只在扰动初期短时间内表现出一定的数值,随后的灵敏度很小。这个结果可以理解,因为枢纽母线电压主要受到该节点附近负荷的影响,而发电机相对功角和联络线功率与各处负荷节点均有关系。

综上所述,枢纽母线电压不适合作为全局性观测变量,而只能作为局部性观测变量。进一步对比时分别采用发电机相对功角、联络线功率作为观测变量,参数辨识结果对比见表7。

由此可见,发电机相对功角作为观测变量时,大多数参数的辨识精度要高一些。这主要是因为发电机相对功角的灵敏度大,所以采用灵敏度大的观测变量可以获得更高的辨识精度。

根据准确模型与2种观测变量下的辨识模型进行仿真计算,所得2种辨识模型的曲线与准确模型的曲线完全吻合,几乎没有区别,如附录A图A1所示。

5 结语

本文针对广域电力系统负荷建模中的几个重要方面进行了对比研究:(1)对比了2种建模方法,即整体建模方法与节点辨识方法,前者辨识精度高一些,但计算量很大;(2)对比了3种误差指标,即误差平方和、误差绝对值以及误差平方和开根号,总体上辨识精度相当,而误差平方和指标效果略好;(3)对比了3类测量变量,即发电机相对功角、联络线功率以及枢纽节点电压,发电机相对功角和联络线功率的灵敏度大、辨识精度高,较适合作为广域电力系统负荷建模的测量变量。

摘要：首先对比研究了不同的建模方法,结果表明,从辨识精度来看,整体辨识法略好于节点辨识法,但从辨识计算量来看,节点辨识法远小于整体辨识法;其次对比研究了不同误差指标,结果表明,3种误差指标的辨识效果总体上差不多,轨迹误差平方和指标效果稍好;然后对比研究了不同观测变量,结果表明,灵敏度大小依次为发电机相对功角、联络线功率、枢纽母线电压,而且灵敏度大小与辨识精度高低基本对应。

路由器故障：广域网故障处理分析 篇5

问：不同速率的POS接口是否能够加入同一个IP-Trunk?

答：可以将不同速率的POS接口加入到同一个IP-Trunk，但是建议不要将转发能力不同的接口捆绑到同一个IP-Trunk中。此时每个接口的转发能力，只能达到能力最低的接口的水平。例如，将一个10G的POS接口和一个2.5G的POS接口加入到同一个IP-Trunk中，那么此时10G的POS接口只能达到2.5G的传输能力，而整个IP-Trunk的传输能力为5G，而不是12.5G。

问：采用HDLC协议互连时，发送介于两端MTU之间大小的ping报文，为什么能够ping通?

答：HDLC协议不会协商两端接口的MTU值，按照这个原理，发送大于较小MTU值的报文应该不能通过。但是，缺省情况下，华为路由器上发送的ping报文是允许分片的。路由器会根据接口的MTU值进行分片，因此，即使ping报文的长度大于某一端的MTU值，仍然可能ping通。在一般情况下，为了保证所有的转发业务正常，互连的端口MTU值要配置成一致。

问：传输设备的倒换会对POS接口产生什么影响?

答：当POS接口通过传输设备与对端互连时，如果传输设备进行主备倒换，可能会引起POS接口瞬间闪断，并且收到SDH告警。如果在主用链路中断的瞬间，主用链路信号失效，POS接口检测到短暂的通道信号失效，会将接口的物理状态置为Down，同时上报相应的SDH告警。传输设备根据检测到的信号失效发起倒换，倒换完成后，业务将转到备用链路，信号恢复正常，

POS接口也会检测到正常的信号，同时将接口的物理状态恢复为Up。

问：短序列方式的MP-Group能否和长序列方式的MP-Group互通?(NE80/40)

答：可以。对于路由器，当一端配置为短序列方式，一端没有配置时，两端会进行协商，协商结果为长序列方式。报文头中的序列字(sequence number)用于表示分片报文的顺序，MP报文的报文头有长序列字和短序列字两种格式：

长序列字在报文头中占24位。

短序列字在报文头中占12位。

在实际使用中，建议将两端配置为相同的序列方式。

问：光模块的接收光功率和接收灵敏度、过载光功率有什么关系?

答：接收光功率是指光模块接收到的光的功率。接收灵敏度是光模块能够正常接收的光的功率下限。过载光功率是光模块能够正常接收的光的功率上限。只有当光模块的接收光功率不低于接收灵敏度，而且不高于过载光功率时，光模块才能够正常工作。当光模块的接收光功率低于接收灵敏度时，接口的物理状态可能会反复震荡。

问：两端的CRC校验位必须要一致吗?

答：是的。如果两端的CRC校验位不同，接口的链路层状态可能为Down。特别是与其他厂商设备对接时，两端的缺省配置可能不同，需要配置为两端一致。

问：在VT接口上配置了MPLS相关参数后，需要重启接口吗?(NE20/20E)

广域网优化告别“利基市场” 篇6

但这是否意味着销售广域网优化产品的增值分销商会由此分到更大块的“蛋糕”呢？

做广域网优化

赚钱吗？

解决方案供应商Pluto Networks的创始人兼首席执行官Larry Chaffin说：“两年前，我可能会说是的。而现在可以说是今非昔比，外面已经有了很多合作伙伴来分食‘蛋糕’；市场在日趋饱和，就像当初的路由器和交换机市场那样。现在，有多少人在卖路由器和交换机，就有多少人在卖广域网优化产品。”

Chaffin表示，如今之所以出现这一幕，原因在于有越来越多的人“涌入”了这一市场。除了可以以折扣价格批量销售广域网优化产品的大型服务供应商和系统集成商外，越来越多的解决方案供应商也在经销广域网优化和加速产品，因而这个市场不再被认为是小众市场，这也就是“利基”破灭的根源。

业内人士表示，厂商们需要调整和完善渠道计划，确保派设销售代表的增值分销商能够从市场分得一杯羹，防止广域网优化技术沦为大众化。

Chaffin认为：“这其实取决于厂商们愿意为渠道做些什么。”

追逐利益之道——

多点开花

与销售广域网优化产品的许多解决方案供应商一样，Chaffin也选择了Riverbed Technology来作为合作伙伴。但是他认为这还不够，因此Pluto Networks的合作伙伴最近还多了一家新厂商——Certeon。Certeon是一家处于快速上升期的广域网优化新兴公司，其凭借纯软件的广域网优化平台，正在积极追逐渠道合作伙伴，并向增值分销商承诺会带来丰厚利润。

Chaffin表示，他对Riverbed的忠诚度没有因而减小，不过他觉得与其他厂商合作会更加“保险”。他认为，一方面，Certeon提供了完全基于软件的广域网优化产品，而且与虚拟机管理程序和硬件无关，这非常引人注目；另一方面，主要还是在于Certeon所积极推行的诱人的合作伙伴奖励计划。

Chaffin说：“对于我们来说，我们有很多客户希望加强虚拟化的力度，而不想到处安装硬件设备。Riverbed的确有这方面的解决方案，确实也有客户在使用其解决方案。但是许多时候客户还需要比较不同的技术和价格。所以，不管是什么原因，在比较之后，有一些客户对Riverbed失去了兴趣。”

在“不要将鸡蛋放在一个篮子里”的思维感召下，Pluto Networks在广域网优化市场上的合作伙伴包括Riverbed、Certeon以及Web加速软件提供商Fastsoft。

他说：“我认为，这三家厂商能满足我们客户的不同需要，这正是市面上出现的情况。”

扩张与渠道——

厂商的目标

有些渠道合作伙伴希望根据客户要求，尽可能提供定制的广域网优化体验。对于他们来说，Pluto Networks正符合他们的要求：选择多家厂商作为合作伙伴，以满足不同客户的广域网优化需要。这种状况在解决方案供应商群体中正变得越来越常见。

这种状况对厂商也提出了挑战。Riverbed的产品营销主管Nik Rouda表示说：“向云转变是为了找到最高效的IT交付模式——云模式为解决方案带来了灵活性和差异化优势。因此对于我们来说，业务范围不再仅仅是广域网优化了。与我们合作的增值分销商其实很喜欢我们的发展势头。”

Rouda认为，Riverbed对于合作伙伴们来说是最佳选择，因为它在广域网优化领域的地盘最广；这家公司在2011年还做出了诸多举措，扩大其在广域网优化市场的领先优势，其中就包括积极寻求收购与合作以实现扩张。此前，Riverbed积极收购了两家公司：虚拟应用交付控制器公司Zeus Technology和Web内容优化厂商Aptimize。此外，Riverbed与Akamai进行了合作，通过混合云网络，更有效地交付基于云的应用服务。

Rouda认为：“Riverbed在所有这些领域的表现比别人胜出一筹，这就是为什么合作伙伴接连不断地找上门来。他们看中的是，自己挑选的技术能够适合各种客户需求。”

当然，Riverbed的竞争对手并不认为这家公司的霸主地位牢不可破。

Certeon主管全球销售和业务开发的高级副总裁Karl Soderlund表示，Certeon的aCelera系列对于Riverbed、思科和Blue Coat Systems这些老牌广域网优化厂商来说是个有力的竞争对手，因为它是一款灵活的、虚拟化就绪的解决方案，而且要比那些厂商的产品便宜得多。

Soderlund之前在惠普ProCurve担任过两年的销售和营销副总裁兼总经理，后来在2010年加盟Certeon。他希望让合作伙伴能够实现其最关心的目标：盈利。

今年5月，Certeon启动了一项新的渠道计划。按照计划，合作伙伴销售aCelera产品时不再有标准折扣，但如果符合标准的合作伙伴通过Certeon的合作伙伴门户网站登记aCelera产品的交易，则可以保证该合作伙伴至少获得20%的利润。另外，合作伙伴还有机会与aCelera一起，使用网上利润计算器，了解怎样给予最终的折扣。如果增值分销商登记了Certeon产品的交易，但是生意最终被Certeon的另一个合作伙伴抢去了，其也能拿到10%的利润。

Soderlund表示，他听到合作伙伴反映的两大抱怨就是保护交易和利润压力：“过去，你可以向合作伙伴承诺高利润，但如今由于竞争方面的压力，利润降到了个位数。大多数分销商会说，个位数的利润无法确保自己健康地运作。”

解决方案供应商Area-Wide Technologies的首席执行官Jeff Facer是这样看待Certeon的渠道计划的：“如果你拉来了客户，但是客户最终没有与你成交，厂商还是会给你利润。这种事我从来没听说过。这个渠道计划极其独特，我们涉足的IT市场中没有哪一家厂商提供这样的计划。”

解决方案供应商Hipskind的总经理Wally Lang认为，鉴于广域网优化领域的竞争激烈程度，像Certeon这类厂商在设计渠道计划时考虑到增值分销商盈利能力的做法是明智之举。

市场上依然

有“新兵”加入

随着带宽和网络连接的价格更为便宜，小企业也能够使用现有连接来传输更多的数据。这意味着，希望部署广域网优化和加速技术的不再仅仅是大企业——要知道，现在中小型企业也在更多地使用起IT即服务模式，而且买得起像灾难恢复和业务连续性这类产品。

根据Gartner的预测，由于基于云的广域网优化和加速产品走向前台，厂商们又大力推行不依赖硬件设备的广域网优化平台，因此广域网优化市场的总体规模会在接下来的5年中增加10倍。

Gartner方面认为：“厂商们在开发创新方法，让所部署的基于云的通信和网络服务更安全、更可靠、更高效。范围遍布全球的企业正在考虑使用广域网优化服务。”

Aryaka是希望搭上广域网优化市场“快车”的新兴公司之一。这家总部设在美国加利福尼亚州的广域网优化厂商在去年6月筹到了1500万美元的第二轮资金。Aryaka由来自Speedera和Akamai的几位前成员在2008年创办，其卖点是对代理服务器、冗余去重及其他技术的应用，而并非使用专有网络。Aryaka运行着由分布在全球的25个接入网点来管理的广域网优化服务。

Aryaka的创始人兼首席执行官Ajit Gupta表示说：“广域网优化市场的普及率只有大约5%，也就是说卖出的设备只有大约30万件。我们希望与那些能够洞察未来，而不用费尽口舌去推销广域网优化的供应商合作。”

增值分销商们表示，由于云计算和移动技术改变了IT模式，解决方案供应商们不但需要突出广域网优化节省成本的优点，还要突出提高灵活性的优点。

Pluto Networks的Chaffin认为：“我认为人们没有认识到这项技术会带来多大的影响。我们还没有看到广域网加速广泛应用于手机和平板电脑上。”

厂商们表示，为此，解决方案供应商需要相应调整广域网优化技术这块业务。Riverbed的Rouda认为：“解决方案供应商们需要开展广域网优化方面的独特业务，因为需求摆在那里。这是一项特别的技术，而不是一项大众化技术。它能够带来许多不同的方案。业界应该从解决方案的角度来看待广域网优化，它是一项关键的支撑性技术。”

广域电力系统 篇7

电力系统动态仿真的准确性将直接影响系统研究、规划、设计和运行的可靠性,实际工程中多次发现仿真结果无法重现真实的动态过程,仿真的有效性问题逐渐引起更多学者和机构的重视[1,2,3,4,5]。模型是造成仿真误差的主要因素,其有效性评估及校准[6]是电力系统重要的基础性工作。为了使仿真模型及时跟踪系统的增建和调整,需要定期进行系统模型的校准。系统运行中的随机扰动为模型校准提供了很好的契机,美国WECC通过十几年间持续记录扰动数据不断地修正系统模型,改善其元件动态模型和数据库[7]。由多系统互联组成的广域电力系统节点面广量大,元件众多,其系统模型校准难度可想而知。

系统模型能够成为实际广域系统镜像的充要条件是二者在所有激励下均能获得完全相同的动态响应,其研究必须基于系统的整体动态信息。广域测量系统(WAMS)为广域电力系统模型的评估和校准提供了参照信息基础[8]。将WAMS采集的实际系统响应曲线作为比较的标准,建立仿真与实测轨迹间的差异度评估指标,用作模型校准的目标函数。在系统临界状态处,参数的微小变化往往引起受扰轨迹几何外形特征在动态鞍点后的巨大差异,故其差异度指标在系统位于稳定域边界处不满足连续性,后者只能依靠系统的物理机理特征[9,10]。

广域电力系统负荷数目繁多,且负荷具有分散和时变特性,若对每个负荷节点都精确建模,无论是建模还是计算,都十分困难。为了提高仿真速度,在大系统仿真过程中,通常按照所属区域设置负荷模型参数,甚至全系统共用一套模型参数,虽然简单,却不符合实际,且会带来较大误差。也可以先根据负荷节点的特征变量[11,12,13,14]对负荷分类,同一类负荷采用相同参数统一识别[15]。即便如此,广域系统中的待识别负荷参数数量仍是非常可观的。文献[3,16]利用PMU实测数据对系统分块识别。不同空间位置的节点参数对响应的影响程度不同[17],如何选择PMU实测数据的注入点将系统分块值得探讨。

多数情况下,仿真系统中的负荷被设置为与电压相关的静态模型或静态模型并联电动机的综合模型,后者的参数具体为有功、无功负荷的恒阻抗、恒电流、恒功率组成比例,负荷功率初值和电动机模型参数及比例。为简化问题,本文在此前提下,假定各节点电动机模型参数已知,且有功、无功负荷有相同的静态组成比例,进一步将负荷模型参数的校准对象限定为静态、动态负荷比例参数和负荷功率初值。

本文就广域电力系统负荷模型校准展开研究,首先以系统功角稳定裕度关于负荷参数的灵敏度定义负荷模型的校准导航;其次,针对校准对象参数,用具有理想两群特性的两机系统讨论了负荷模型主导校准区域的分布规律及其影响因素,并通过IEEE10机39节点系统和实际电网验证结论的正确性;最后,提出了广域电力系统负荷模型的校准方案,并讨论了负荷模型的适用性问题。

1 模型校准的特征提取

系统中所有元件的影响都会反映于系统轨迹,广域电力系统负荷模型校准是通过调整系统内各负荷节点模型使仿真响应逼近系统实测的过程,局部信息难以有效反映系统整体动态,难以充分反映各节点负荷模型的影响,因此宜选取能有效反映广域系统整体动态行为的轨迹集来校准模型。由于在高维空间中难以定义动态特征,往往需要在保持动态特性的前提下,先将高维轨迹映射到低维空间,再提取特征。扩展等面积准则(EEAC)将多维轨迹的动态特征通过互补群惯量中心相对运动变换,严格地保留到主导映象上的时变单机系统的轨迹中,进而可以识别受扰轨迹的主导模式,计算受扰轨迹的功角稳定裕度[18]。另外,功角稳定裕度可以在整个参数域连续反映系统参数变化,有利于正确反映参数的变化。

按照机组所属领先群和余下群的不同,系统有多种分群模式,其中最危险的模式为系统的主导模式,该模式反映了系统最剧烈的动态行为,能够充分体现模型对系统动态的影响,具有较强的可观性。本文选择系统的整体功角曲线为观察对象,设系统第i个分群模式下共q台机组属领先群,则该模式可记为OMi={Gb1,…,Gbq},其中b1、bq分别为第1和第q台机组所在母线的序号,用OM1表示系统的主导模式,OMi(i≠1)为系统的非主导模式。用系统分群模式下的功角稳定裕度作为负荷模型校准的特征。

2 广域电力系统负荷模型的主导校准区域

2.1 模型的校准导航

用系统分群模式下的功角稳定裕度关于各节点负荷模型参数的灵敏度空间分布作为参数在该模式下的校准导航CN(Calibration Navigator)。第k个模式下负荷第i个参数的校准导航如下:

其中,αij(j=1,2,…,N)为系统第j个节点负荷的第i个参数;OMk为系统第k个分群模式;ηOMk为第k个模式下的功角稳定裕度。

广域电力系统规模庞大,为了能够利用已有的商业分析软件方便地计算出式(1)中各元素,本文用数值差分法来计算灵敏度:

根据可以判断出主导模式OM1下系统各节点的负荷参数αi对系统动态影响大小和方向的空间分布。将中各元素幅值较大者所对应节点定义为关于参数αi的主导校准节点(简称为主导节点),该节点上参数αi的调整对系统动态影响更为突出。依次比较不同参数的CN中对应元素的幅值,将其中较大者对应的参数定义为相应节点的主导校准参数(简称为主导参数),某节点主导参数的调整较其他参数对系统的动态影响更为突出。

在参数αi的校准过程中,主导节点上该参数的调整能使系统动态更快地逼近实测轨迹,相反,非主导节点上该参数的调整对系统特征的影响较小,其参数如何取值对系统动态影响不大,无法根据系统动态有效校准此类参数。同理,某节点上主导参数的调整能使系统动态更快地逼近实测轨迹,而非主导参数的调整对系统特征的影响较小。因此,用典型模型及参数表示非主导节点和主导节点上的非主导参数,既不会影响系统动态,又可以大幅减少广域电力系统的待校准节点及参数个数,提高模型校准效率。

2.2 主导变换

适当选取关于参数αi主导节点比例θi,定义主导变换,用算子TD[·]表示,该变换将中各元素绝对值最大的前Nθi个节点取为主导节点,将CN的对应位置处元素置1,其余元素为非主导节点,CN的对应位置处元素置0,得到主导模式下关于参数αi的主导节点标志DBS(Dominant Buses Symbol)序列为:

2.3 系统的主导校准区域

将系统的主导节点集合定义为主导校准区域DA(Dominant Area),由各参数主导节点集合的或运算得到,如果系统共有m个待校准参数(α1,…,αm),则系统的主导节点标志序列为:

为了提高计算效率,对负荷模型校准时,在某场景下不宜一次性考虑过多的节点和参数,可以通过控制θi的取值,将系统的主导校准区域规模限制在一定范围内。因此中将存在较多零值,为了使表述简化,仅用该序列中非零元素所对应的节点号序列来描述主导校准区域,并将其记为。

为了得到系统的主导节点,需要统一比较各类参数的灵敏度大小,然而,各类参数的量纲、物理意义不一定相同,因此,功角稳定裕度关于各参数灵敏度的物理意义可能不同,因此应适当选取各参数的主导节点比例参数θi,使由其选出的各类参数的主导节点对系统有相应的影响程度。

3 CN对负荷稳定群属特征的表征

广域电力系统负荷模型校准时,若主导区域仍然较大,可根据负荷节点的特征进行分类,同一类负荷采用相同参数,统一优化校准各类负荷参数。笔者曾以静态负荷比例参数为例讨论了负荷的稳定群属特征,只有按照各节点构成特征接近且群属特征相同的原则对负荷节点分类,才能保证同一类负荷节点的识别结果在不同扰动场景下都有较好的适应性[13]。当节点间负荷构成特征与群属特征矛盾,又不便增加负荷分类数目时,所属群相同的节点,如各节点负荷构成特征相差不是太大或节点功率较小,可近似并入同一分类;构成特征相近的节点,如与各自所属群电气联系不是很紧密或负荷比例参数摄动引起的稳定裕度变化微乎其微,可并入同一分类。

根据中各元素的正负,可以直接得到各节点关于该负荷参数的稳定群属特征。各参数下节点的稳定群属特征可能不一致,需选择一个对系统影响最大的关键参数,并用其CN定义系统各节点的稳定群属特征。用各负荷节点的稳定群属特征和构成特征对节点分类,每类负荷节点采用相同参数进行模型校准,可以进一步减少广域系统负荷的待校准模型参数数量。

4 主导校准区域的分布

EEAC首先将多机系统轨迹聚合为最危险模式下的两群,然后再转换为时变单机系统轨迹计算功角稳定裕度。故本文直接以图1所示具有理想两群特性的两机系统为例,针对校准对象参数说明主导校准区域的分布规律,其中发电机G1、G2均为经典模型,其转子运动方程如下:

其中,δi、Mi、Pm i分别为发电机Gi(i=1,2)的功角、惯量、机械功率;为简化问题,假设系统负荷均为ZP静态特性,αzi、PLi0、Ui0分别为母线i上负荷的恒阻抗负荷比例参数、初始负荷功率、初始母线电压;Gii为导纳矩阵Yii的实部。扰动过程中,两机系统具有理想的两群特性,2台发电机将分别属于领先群和余下群,二者间的相对运动反映了系统的同步稳定性,等值单机无穷大OMIB(One Machine Infinity Bus)系统的数学模型为:

根据EEAC,系统功角稳定裕度η表示如下:

将式(7)表示为:

设动态过程中机组出力不变,即Pm为常数,以节点1的负荷参数αz1为例,对式(9)关于αz1求导:

可知:

系统功角稳定裕度关于αz1的灵敏度如下:

将式(10)代入上式,并整理得:

电网结构和机组性质一般较固定,故A、B是随OMIB系统功角变化的参数,由式(11)可知,扰动过程中功角变化对各负荷节点的灵敏度产生相近的影响,各负荷节点参数灵敏度的大小差异主要取决于负荷节点电压U1、与之相连节点的电压U2和负荷的初始功率PL10,后者的影响显而易见,负荷的初始功率越大,该负荷节点的负荷比例参数灵敏度越大,即功率初值大的负荷,其参数αzi对功角稳定裕度的影响较其他负荷更大。下面主要讨论电压对负荷参数灵敏度的影响。如系统无扰动,则所有负荷节点的灵敏度均为零。扰动情况下,如故障点与负荷节点1之间的电气距离无限大,故障过程中U1保持不变,则∂η/∂αz1=0,即参数变化不会影响功角稳定裕度;反之,若故障点靠近节点1,∂η/∂αz1的绝对值将会增大。如故障中各节点电压下降,显然负荷节点1越接近故障点,U1值越小,∂η/∂αz1的绝对值越大。如故障中节点电压U1、U2上升,任意取实数k和l,且k>l>1,若负荷节点1更靠近故障点,设U1=k,U2=l,则|∂η/∂αz1|=|PL10(k2-1)A/(Bkl-1)|;若负荷节点1远离故障点,设U1=l、U2=k,则|∂η/∂αz1|=|PL10(l2-1)A/(Bkl-1)|,显然,负荷节点1越接近故障点,其灵敏度绝对值越大。

归纳之,系统扰动过程中,稳定裕度关于静态负荷比例参数的灵敏度大小与负荷自身容量和该负荷距扰动点的电气距离密切相关,动态负荷比例参数的灵敏度有类似的规律。用相同方法,可分析出稳定裕度关于负荷初始功率的灵敏度大小与负荷距扰动点的电气距离和负荷自身性质密切相关,其中后者的作用在负荷容量很小时退化为零。

5 仿真验证

5.1 实验系统验证

本节以IEEE 10机39节点系统为研究对象,以母线序号标记负荷,考察各负荷节点的初始有功功率P0、初始无功功率Q0、静态负荷比例参数αZ和电动机负荷比例参数αM,假设各节点的电动机负荷模型参数已知。分别在2个扰动场景下考察各参数的CN:扰动场景1为线路24-23首端三相短路,tc1切除该线路;扰动场景2为线路2-25首端三相短路,tc2切除该线路。

在系统负荷为ZP模型下考察各负荷节点的P0和Q0,ΔP0和ΔQ0均取为负荷总量的1%,在扰动场景1下,tc1分别取为0.21、0.22、0.23、0.24、0.25 s,均在主导模式OM1={G35,G36}下观察,为了研究分群模式对CN的影响,当tc1为0.25 s时,还选取了其他2种模式OM2={G39}和OM3={G33}进行观察。在扰动场景2下,tc2分别取为0.15、0.17、0.19、0.21、0.23 s,均在主导模式OM1={G37}下观察,当tc2为0.23 s时,也选取了其他2种模式OM2={G39}和OM3={G35,G36}进行观察。根据式(1)计算关于负荷初始有功和无功功率的校准导航,如图2、3所示。

在系统负荷均为ZP模型下考察负荷恒阻抗比例参数αZ,ΔαZ取0.1,在扰动场景1下,tc1分别取为0.21、0.22、0.23、0.24、0.25 s,均在主导模式OM1={G35,G36}下观测,当tc1为0.25 s时,选取模式OM2={G39}和OM3={G33}观察。在扰动场景2下,tc2分别取为0.15、0.17、0.19、0.21、0.23 s,OM1={G37},当tc2为0.23 s时,选取模式OM2={G39}和OM3={G35,G36}观察。关于负荷恒阻抗比例参数的校准导航如图4所示。

系统各节点负荷均采用动态负荷与静态负荷并联的综合负荷模型,其中动态负荷模型采用三阶的感应电动机模型,静态负荷采用ZP模型,考察动态负荷比例参数αM,ΔαM取0.1。在扰动场景1下,tc1分别取为0.13、0.14、0.15 s,OM1={G35,G36},当tc1为0.15 s时,选取模式OM2={G39}和OM3={G33,G34}观察。在扰动场景2下,tc2分别取为0.15、0.16、0.17 s,OM1={G37},当tc2为0.17 s时,选取模式OM2={G37,G38}和OM3={G30,G31,G39}观察。关于动态负荷比例参数的校准导航如图5所示。

由图5可得出如下结论。

(1)同样的扰动场景下,CN中各元素的幅值将随着扰动持续时间的增大而增大,这说明扰动强度越大越易激发系统元件的动态特征,模型也更易校准,相反,强度小的激励只能激发出系统平衡点附近的模态,难以有效指导模型校准。CN中各元素幅值的排序基本不随扰动强度变化,即在固定的扰动场景和分群模式下系统模型校准具有较为稳定的主导校准区域。

(2)系统主导模式下CN中各元素的幅值远大于非主导模式下的结果,进一步验证了主导模式对系统动态有更强的观测能力。

(3)如果非主导模式下系统也较危险,此时模型参数也可能会有较好的可观测性,如图5扰动场景2中的OM2,但其CN各元素幅值的排序与OM1几乎完全相同,且观察能力仍不如主导模式,故仍以主导模式为准。

(4)图中同一模式下,CN各元素的符号没有随着扰动强度的变化而改变,但当扰动由1变为2后,CN中部分元素的符号发生变化,说明系统中各负荷节点关于某参数的稳定群属特征不会随着扰动强度变化,但如果扰动的位置或性质改变时,节点的稳定群属特征将可能随之改变。

(5)改变分群模式,CN各元素的符号有可能随之改变,即各负荷节点的稳定群属特征依赖于系统分群模式。

系统共19个负荷节点,设各参数的主导节点比例θi均为20%,即各参数的主导节点个数都为4。主导模式下各参数及系统的负荷模型主导校准区域见表1,系统主导校准区域分布如图6所示,其中圆形、星形分别用于标注扰动场景1、2下属系统主导校准区域的节点。图中主导校准区域大多分布于相应的扰动点附近。

为了进一步研究主导校准区域分布的影响因素,用两节点互阻抗的模衡量节点间的电气距离,则扰动场景1、2下各负荷节点i距扰动点c1、c2的电气距离分别为。此外,用分别表示扰动场景1、2下各负荷节点距扰动点的最短路径,用以显示主导节点与扰动点的拓扑关系。各节点负荷的有功功率、2种扰动场景下各节点距扰动点的电气距离和最短路径如表2所示,表中电气距离为标幺值,后同。扰动场景1下主导节点15、16、18、20、21、23和24都靠近扰动点,它们距扰动点的电气距离小于0.08,最短路径小于等于3,而且均带有相当数量的有功负荷。主导节点4、8和39虽然距扰动点较远,但这些节点的有功负荷都非常大。非主导节点距扰动点普遍较远,节点31虽然距扰动点的距离较近,但由于其有功功率很小,故仍属于非主导节点。扰动场景2下主导校准区域的分布有类似的规律。这说明了系统负荷主导校准区域的分布主要取决于扰动点的位置和节点所带有功负荷的大小,当某节点靠近扰动点,且带有一定的有功负荷,那么该节点将很可能落入负荷的主导校准区域;当节点远离扰动点,如果其所带有功负荷很大,则该节点仍可能落入主导校准区域,相反,虽然节点接近扰动点,但其有功负荷非常小,因为过小负荷的参数变化对系统行为影响甚微,故也可能落入非主导区域。

针对具体参数而言,负荷有功功率的大小对静态负荷和电动机负荷比例参数的主导校准区域分布的影响更大;而关于负荷初始有功和无功功率参数的主导校准区域分布则与负荷节点距扰动点电气距离的远近更加密切。在实际工程应用中,为了简化计算,也可以用扰动点到各负荷节点的最短路径来近似反映相关节点间电气距离的大小。

5.2 实际电网验证

本节以某实际省网为研究对象,该电网最高电压为500 k V,共有79台机组,395个节点,节点用编号1—395表示,其中负荷节点246个,各节点电动机负荷参数已知。扰动场景为242 k V线路171-190距首端20%处发生三相瞬时短路,故障持续时间为0.8 s。考察负荷参数同5.1节,取θi=10%,故各参数所对应的主导节点个数为25。计算得到共34个主导负荷节点,其分布情况、各节点负荷的有功功率、各节点距扰动点的电气距离如表3所示。主导节点负荷容量一般较大且距故障点较近,其中少数容量较小的负荷由于它们距故障点电气距离很小所以节点上稳定裕度关于功率的灵敏度较大,也被选入主导校准区域。

6 广域电力系统负荷模型校准方案

广域电力系统负荷数量繁多,利用本文第2节的CN,将负荷校准对象缩小至对系统动态影响较大的主导校准区域中,然后利用该区域内各节点的负荷构成及稳定群属特征将负荷分类,各类负荷采用相同的模型参数。以从广域系统轨迹降维得到的系统动态机理特征定义实际系统和仿真模型的差异度指标,作为模型校核的目标函数。为各参数中灵敏度绝对值最大者设置初始步长,其余参数的修正大小按其灵敏度大小等比例调整,以各参数灵敏度方向确定参数的修正方向,即逐步对主导校准区域中的各类负荷参数同时修正,在参数空间内使目标函数沿梯度下降,最终得到广域系统负荷模型的校准结果。非线性系统的参数灵敏度仅能反映系统运行点附近较小邻域内的参数影响,故初始步长不宜过大,如迭代过程中目标函数不能持续减小,还需进一步减小步长。也可以采用诸如遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等智能优化方法来解决负荷模型参数识别这一含约束的连续优化问题。对于离线的模型校核,优化算法的选择不受计算时间的限制。电力系统区域负荷参数的优化以满足工程可接受精度为终止条件,不应苛求。广域电力系统负荷模型校准方案如图7所示。

根据前述分析,系统主导校准区域大多分布于扰动点附近,故每次扰动发生后,仅根据扰动数据对本次扰动的主导校准区域进行模型校准,其他非主导区域参数对系统动态影响不大,所以保留其模型不做调整,并不会给系统响应带来过多影响。随着数据库中历史扰动记录的增多,可以逐步分块地在各个扰动对应的主导校准区域内校准模型,逐渐覆盖全系统所有负荷节点的模型校准。

任意节点处的PMU量测很难将该量测所关联的多个区域解耦,但若某区域是非主导区域,该区域背景参数[19]对系统动态较小的影响将使PMU数据能够更独立地反映其他区域校准对象的特性。

7 广域系统负荷模型适用性的讨论

对电力系统中各元件建立白箱模型难度很大,元件模型的识别大多通过反复试探-校核,最终得到满足精度要求的模型结构和参数。而后者的精度仍然密切依赖于该元件的运行条件。美国EPRI曾针对单台发电机进行模型检验:同样的模型和参数,不同运行条件下,仿真结果与实测不同;同样的模型、参数和运行场景,不同仿真软件的仿真结果不同。模型校核的难度可见一斑,更何况是对分散、时变、数目巨大的负荷模型按区域进行校准。

仿真模型的适用性是模型校核的关键,如果系统确实存在真实解,那么系统模型的适用性就取决于是否能找到该真实解;如果系统的真实解不一定实际存在(例如模型结构设置不准确,或存在类似“某区域所有负荷采用相同的参数”的简化设定等),则只能在设定好的模型结构下用最合适的参数使仿真结果尽量逼近PMU实测曲线,本文所讨论的问题即属于后者。电力系统是高维、强时变、强非线性系统,线性化的灵敏度分析结果仅能反映系统在该运行场景下,运行点附近很小的邻域内参数的特性,即使用很小的步长逐步搜索得到区域负荷的解,也很难判断其是否适用于下一个运行场景,只能通过搜集尽量多的系统负荷信息,找到最能代表实际系统负荷物理特征的参数,同时,尽量综合多运行场景下的系统信息去不断改进,找出能够适用于大多数常规运行场景的参数,或者按照运行场景分类动态更新模型参数。该问题的有效解决必然是基于系统每个元件的模型结构及参数的详细分析建模和仿真计算的不断改进。

8 结语

本文主要研究了广域电力系统负荷模型校准的主导对象选取问题,提出用系统主导模式下功角稳定裕度关于各节点负荷参数的灵敏度作为广域电力系统负荷模型的CN,由其区分系统负荷模型的主导校准区域和主导校准参数,还可以用其分析节点的稳定群属特征。针对负荷的静态、动态比例参数和初始功率,本文通过对两机系统的讨论、对仿真和实际系统的算例研究,观察了参数主导校准区域的分布规律及其影响因素,结果表明主导模式下系统模型具有更好的可观测性,此外,负荷模型主导校准区域的分布取决于扰动的位置和各节点负荷有功功率的大小。在此基础上,本文提出了广域系统负荷模型的校准方案,依据负荷模型校准导航选择主导区域和参数,确定主导区域内各负荷节点的稳定群属特征,结合各节点的负荷构成特征对主导区域分类,同一类负荷节点用相同的模型参数进行统一校准。该方案减少了广域系统负荷模型校准对象的维数,屏蔽了非主导校准区域的参数影响,可以提高广域电力系统负荷模型校准的效率和精度。最后本文讨论了广域负荷模型的适用性问题。

广域电力系统 篇8

随着继电保护系统的发展,其功能不断加强和扩大。但是,目前的保护原理仍然停留在利用当地信息和有限的故障信息,这就影响了它的速动性和选择性,导致其越来越难以满足日益扩大和复杂的电力系统的需要。而建立综合采用多点信息量的广域保护系统(WAPS)成为电力系统将来发展的需要。

随着计算机和通信技术的发展进步,尤其是广域时钟同步系统(如全球定位系统GPS和我国的北斗卫星导航系统)和高速宽带通信网络(如光纤网SDH)的应用,使得获取整个系统的广域实时信息成为可能,这就促进了WAPS的发展[1,2,3]。WAPS能够通过高速通信网络获得整个广域系统的实时信息,可以从整个电力系统的全局性高度观察和分析问题,从而有希望克服现有保护原理的局限性,提高继电保护的各项性能。而且,WAPS也可以预测某个继电保护动作后对整个系统的影响,从而可以采取协调控制措施,以防止出现级联跳闸和系统崩溃。

文中分析了传统保护(如电流差动保护和距离保护)的局限性后,指出了它们的不足。介绍了WAPS的优点和研究状况,并详细分析了WAPS可能采取通信方式及其特点,利用OPNET进行了仿真分析。

1 传统保护与WAPS的比较

目前,传统继电保护的缺点在于各个保护装置只能采集和利用当地信息,缺乏相互间的通信和分享故障信息的能力,从而限制了保护性能的提高,难以满足大型高压电力系统的需要。最基本的三段式电流保护只能采集当地信息,已经难以满足复杂系统对于速动性和选择性的要求。虽然电流差动保护通过采集线路两端的电流信号,有效提高了保护的速动性和选择性,但仍然存在一些问题。一是基于电流差动原理的主保护只能响应区内故障,无法为邻近的设备提供后备保护;二是各种后备保护,如距离保护,虽然具有较大的保护范围,但是不得不牺牲响应速度来保证选择性。最后,由于保护装置只能获得当地的故障信息,所以缺乏对于整个系统的宏观认识,难以保护整个系统的稳定性。

WAPS则为解决这些问题提供了新方案。WAPS是由瑞典学者Bertil Ingelsson在1997年提出。最初它是用于防止长期电压崩溃[1]。日本学者Yoshizumi Swrizawa结合了广域保护和继电保护的概念,提出了一种广域差动保护,利用GPS实现精确的时间同步,并使用光纤网络来传输信息[4]。

广域保护目前主要研究集中在5个领域。

a.分析传统保护和后备保护(如电流差动和距离保护)的缺点[5]。

b.分析推动WAPS研究和应用的技术、经济和环境因素[6,7]。例如,开发先进的数据测量和通信手段,以实现广域实时信息的获取。

c.分析适合WAPS的结构和通信方式[8,9]。

d.提出WAPS的算法,例如广域电流差动算法[10]。在这个领域,引入一些新理论(如专家系统)也得到了重视[11]。

e.探讨WAPS在安全分析以及稳定控制中的应用[12]。

由于WAPS需要进行实时的信息交换,所以其结构和通信就决定了数据流状况和各个保护单元所能够得到的信息。虽然广域测量系统已经基本实用化,但要使传输信息的实时性达到保护的要求仍然有难度。在理想情况下,将信息以光速传输1 500 km也需要5 ms。因此,目前所研究的WAPS主要侧重于对时间要求不是很高的后备保护。当然,在大多数情况下,并不需要将所有的信息都传递到每个保护单元,在设计WAPS的结构和通信时应当考虑到这一点。

2 WAPS通信网结构的讨论

一般而言,WAPS可以分为3层:当地、变电站级和系统级。以变电站为例,当前主要有2种结构形式可以选择:集中式和分布式。下面将根据文献[5,9]详细讨论这2种形式的优缺点,尤其侧重于其对保护性能的影响进行分析。同时,文中结合电力系统监控和数据采集(SCADA)系统发展的3个阶段[13]和WAPS的需求,提出了WAPS通信网络中可以采用的一种新结构形式,即网络式结构。

2.1 集中式结构的特点

集中式结构如图1所示。在集中式结构中,CE代表中央处理单元,它可以获得变电站内的所有信息,从而进行优化决策。其中TE代表终端设备,TE功能简单且廉价,主要执行基于当地信息的传统保护功能,它们由CE协调和控制。基于WAPS故障信息的保护算法由CE完成,CE通过通信信道收到故障信息作出优化决策,然后将跳闸命令传送给TE执行跳闸。

但是,这种结构形式和第一代SCADA系统相似,它对于CE的要求很高,存在以下问题:第1,CE要处理广域保护的所有功能,计算负担很重,对计算机要求高;第2,CE需要通过通信网络从所有TE处采集信息,作出决策后还要通过通信网络将控制命令传送到相应的TE,因此要花费比较多的时间;第3,如果CE出现故障,整个WAPS就瘫痪了,系统可靠性不高。那么,是否可以通过增加一个“备用”CE来提高可靠性呢?如果这样做,备用CE能否在足够短的时间内接替主CE的工作呢?

同时,在这种结构中,通信网络主要为CE服务,而且很大程度上受CE的控制和管理,这对于TE间通信是不利的。实际上,相互间具有直接电气联系的TE间更需要交换信息,以完成电流差动或后备保护等功能。因此,从长远而言,集中式结构对于将来应用一些保护算法有不利影响。

2.2 分布式结构的特点

分布式结构如图2所示,其中没有中央处理单元,而且各节点是平等的,这种结构形式具有先进性而且目前大量采用。每个TE都能和其他TE自由通信。这样,每个TE都不仅可以利用自己当地的信息,还可以通过通信网络获得整个系统的信息,它就可以直接决策跳开断路器而不必等待所谓CE的命令,这样也就减少了保护的动作时间。

同时,整个WAPS的冗余性和可靠性也得到提高。由于WAPS功能被分解下放到各个TE去完成,一个TE的故障不会导致整个WAPS的瘫痪,实际上其他正常的TE可以继续发挥WAPS作用,并隔离故障区域。分布式的WAPS不必依赖CE而依赖通信网络,而通信网络一般具有较高的可靠性,例如目前的光纤网络中普遍采用了具有自恢复功能的通道环。

分布式结构的主要缺点是对TE的功能要求比较高(不同厂家的设备可能不能兼容和相互通信)。考虑保护对速动性的要求,各个TE并不一定要负责整个系统的保护,实际上更可能的是TE只为其邻近的TE提供后备保护。这样对于信息采集、通信和计算的负担都可以减轻。

下面以国内常见的220 k V变电站为例进行分析。传统的输电线主保护有电流差动保护和高频保护,后备保护有阶段距离保护和零序电流保护。当220 k V输电线上发生故障时,必须尽快地切除线路,因为这关系到电力系统的稳定性。

当故障发生时,主保护应该无延时动作,实际约需100 ms。这个时间包括保护装置对信号采样和处理数据(10~30 ms),断路器动作时间(10~50 ms)和其他延时。当采用现代的高速通信网络,例如多采用同步数字体系SDH(Synchronous Digital Hierarchy)光纤网时,无论对集中式还是分散式的WAPS,在这100 ms内足以采集到有关故障信息,并且判断出故障类型和应该动作的保护装置。

如果主保护拒动,广域后备保护就应该动作。对于集中式和分布式的WAPS,各自的时间延迟分析如下。

对于集中式WAPS,CE不能直接测量到故障电压、电流和断路器的动作状况,所以CE必须依赖通信网络来提供这些信息。设CE通过通信网络召唤到(主保护拒动)的信息所用时间为tup,而CE下达后备保护动作命令到对应TE所需时间为tdown。

对于分布式和网络式WAPS,TE可以完成WAPS后备保护的功能。同时,TE在当地可以直接测量到故障电压、电流和断路器的动作状况,因此可以不依赖通信网络就可以判断出主保护动作是否成功,故障是否切除。所以TE可以独立决定是否需要启动后备保护。这样,时间延迟tup和tdown就可以省略,分布式WAPS的动作速度要快于集中式WAPS。

2.3 网络式结构的特点

随着电力系统光纤网的发展,WAPS通信网络将在集中式、分布式基础上向网络式结构形式发展。

网络式结构有多个TE通过通信网执行功能,与分布式相似,继承了分布式的优点。与分布式结构相比,网络式结构能实现开放式的系统结构、开放的标准和协议,可以通过广域网(WAN)而不仅是局域网(LAN)分配信息,也使整合不同公司的产品变得容易。

网络式结构满足了WAPS的要求,随着光纤网的快速发展和其在电力系统的广泛应用,WAPS通信网采用网络式结构成为可能。考虑到电力规模的不断扩大和结构的复杂化,广域通信网络应该能实现多个复杂网点的连接,这就要求网络能实现开发式的系统结构、开发的标准和协议。

总之,WAPS有3种结构:集中式、分布式和网络式,其中网络式更适合于WAPS通信网。

3 仿真模型的建立

为了有效地分析上述理论,对WAPS系统的不同结构进行建模,比较了它们针对继电保护的工作情况,并利用OPNET进行仿真。

3.1 OPNET仿真软件简介

OPNET是一种优秀的网络仿真和建模工具,支持面向对象的建模方式,并提供图形化的编辑界面供用户使用,几乎可以模拟任何网络设备、支持各种网络技术。OPNET的Modeler是专门用于可视化原形设计的软件,Modeler中提供多种编辑器,如网络编辑器(Network Editor)、节点编辑器(Node Editor)、过程编辑器(Process Editor)等,可以帮助用户完成网络建模和仿真运行[14,15]。

3.2 仿真模型的建立

《继电保护和安全自动装置技术规程》中规定了传送继电保护信号的通道在实时、可靠性方面的要求:各类保护命令在通道上传输时延不大于10 ms(220 k V及以上系统);传输主保护信息的通道传输时延应不大于5 ms。依据这个规定,利用OPNET软件针对网络的时延问题进行了仿真[16]。

广域保护的通信网要求实时性、可靠性好,要求主干网最低层的物理载体必须是能够提供大带宽和高速率的通信媒介,光纤以其自身的优点成为首选的物理介质[17,18]。

目前,实际电力系统中大部分地区已经建立起了光纤通信网络,SDH网络具有灵活的分插功能,强大的网络管理能力和自愈,有标准的光接口规范和后向兼容性和前向兼容性。以山东省网为例:其光缆线路达到1 600 km以上,光通信站超过900个,覆盖全省所有市、区、县供电公司,直调电厂和110 k V以上变电站。全省SDH骨干网由4个光自愈环网(东环、西环、北环和中环)组成。

目前,保护用光纤速率一般为64 Kbit/s或者2 Mbit/s。网络中64 Kbit/s的保护信号经过调制和解调光信号进行传输,或者将64 Kbit/s数据信号经过保护专用的脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation)复接成2 Mbit/s信号再利用光纤通道传输。

现以山东省SDH骨干网北环网(济南、德州、滨州、淄博、泰安)为例进行仿真,其中采集变电站内5个智能电子设备IED(Intelligent Electronic Device)的数据信息。SDH北环网如图3所示。

在每个变电站内部采用10 Mbit/s或者100 Mbit/s以太网传输数据,如图4所示。

本系统每周期采样12点,传送采样值(而不是有效值)20 ms/12=1.667 ms,单个变电站8路模拟量(包括3个故障电流、3个故障电压和2个零序分量),采样频率600 Hz,按照IEC60044-8标准,用户数据帧采用FT3格式传输,以太网MAC(Media Access Control)层为74个字节[14]。

3.3 OPNET参数设置

针对仿真需要这里选择Video Conference和FTP 2种服务。其中,Video Conference是双向通信的,可以在不同的通信方向(接收和发送)上配置不同的数据负荷,且能够运行在用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)之上,可以直接观测请求响应时间等参数,可按照需要在不同的通信链路配置不同的数据流量,这里利用其仿真网络中正常的周期性数据通信。利用文件传输协议FTP(File Transfer Protocol)服务仿真故障性或者突发数据传输[14]。

OPNET仿真模型中5个变电站间为光纤通道,每个变电站中的TE之间是以太网通信。

对Video Conference服务配置参数如下:

为了评价不同结构的通信情况,文中对4种情况进行了比较。

a.10M_CE:利用10 Mbit/s以太网的集中式结构。

b.10M_TE:利用10 Mbit/s以太网的网络式结构。

c.100M_CE:利用100 Mbit/s以太网的集中式结构。

d.100M_TE:利用100 Mbit/s以太网的网络式结构。

4 仿真结果及分析

利用OPNET仿真对不同的WAPS通信网进行比较。经OPNET仿真得到10 Mbit/s和100 Mbit/s以太网的通信延时,其中通信延时包括以太网延时和Video Conference数据包的点到点延时,对4种不同以太网的延时见图5(图中,ts为仿真时间,tdy为以太网延时时间,1为10 M_CE、2为10 M_TE、3为100 M_CE、4为100 M_TE,下同)和表1。

ms

从图5和表1可以得到3点结论。

a.网络式结构的以太网延时比集中式的小,正如前面第2节的讨论。网络式结构的优越性得以验证。

b.当传输的只是继电保护数据时,10 Mbit/s和100 Mbit/s以太网都只有很小的延时,都能满足保护的要求。但是当通信中有大量突发数据时,以太网的延时将急剧上升变得很大。

c.为了在特殊事件时减小以太网的延时并满足WAPS的要求,采用100 Mbit/s以太网优于10 Mbit/s以太网。

OPNET也提供了另一种通信指标,Video Conference数据包的点到点延时,利用它可以估计2点之间的延时。需要说明这里的Video Conference是指预先定义后的继电保护数据通信,这对WAPS通信网络非常重要。4种模式下Video Conference数据包的点到点延迟如图6和表2所示。

从图6和表2可见,可以得出与上面相似的结论。这证明了网络式结构在传输时间方面优于集中式和分布式结构,而且在应对突发性数据时100 Mbit/s以太网优于10 Mbit/s以太网。

5 结论

广域测量系统集成测试方案 篇9

目前,中国电网正步入特高压、交直流互联、大容量远距离输电阶段,动态稳定问题日益突出,风电等新能源的接入、多级电磁环网、多落点直流输电等导致电网调度管理越来越复杂,对调度人员的应变能力要求越来越高,迫切需要提升现有的调度自动化水平,使其能在电网出现异常行为时辅助调度员快速处理事故,尽快恢复电网的正常运行。广域测量系统(WAMS)又称为动态实时监控系统,它的出现为这一问题的解决提供了新的技术途径[1,2,3]。WAMS通过地理上分散配置的相量测量单元(PMU)同步采集电网中不同电气点的动态过程数据,并以25帧/s~100帧/s的速度上传主站,实现了广域范围内电网的动态同步监视,克服了传统数据采集与监控(SCADA)系统只能监视稳定状态,保护装置只能保护单个元件的不足,将调度监控范围从稳态扩展到动态,为低频振荡、机组失磁、频率扰动等电网实时动态行为的监视提供了较好的技术手段,并为进一步实现大电网的协调控制与辅助决策功能提供了数据基础。

目前,学者们的研究成果主要集中于WAMS的体系结构[4]、实时通信[5,6]和应用算法的实现[7,8,9,10,11,12,13]等几个方面,为WAMS在调度机构的实际应用奠定了良好的基础。但在WAMS实际应用过程中也发现不少问题,主要有:通信不稳定;存在丢帧和时钟跳变现象;算法对参数敏感度高,各地区电网特性不同,造成参数设置困难;电网扰动时因PMU自身的性能原因,导致数据记录不完整;数据存储(动态信息库)稳定性有待提高,经常出现莫名其妙的数据丢失现象;算法设计存在缺陷,对不良数据的辨识和处理能力有待提高;等等。以上问题涉及PMU、通信、算法、数据处理和存储等各个环节,势必影响WAMS整体功能的发挥,必须加以解决。上述问题的存在与系统缺乏足够的测试密切相关,因此,有必要对WAMS的测试方法进行系统性的研究。

1 WAMS技术特征

WAMS通过PMU同步采集的实时相量数据实现大电网的动态安全稳定监视,实时、动态、广域、同步以及数据的高速传输是其最基本的特征。典型WAMS的结构如图1所示。WAMS包括多个PMU子站和WAMS主站,同一子站可同时与多个主站通信,实现动态数据的共享,主站之间也可直接通信交换信息,所有PMU与主站通过全球定位系统(GPS)或北斗卫星导航系统实现时钟同步。

数据由PMU内部产生后,一般可直接或经数据集中器上传至主站,并由主站前置系统(FES)负责接收。FES在收到PMU子站报文后进行协议解析,并将处理后的数据转发给后台的实时数据服务程序,由服务程序将经过校验的数据写入WAMS内部的时间序列实时库,便于各个应用快速访问,从而实现电网的实时监控。数据在写入实时库的同时被写入历史数据库,供事故反演、历史查询和事后分析时使用。

国内PMU在以实时方式传输动态数据的同时,还支持录波文件的离线召唤及上传[14],故兼有故障录波器的功能,所传录波文件可用于电网的扰动识别和故障分析。100帧/s的离线动态文件可用于负荷建模、电网模型及参数辨识。离线数据由于采集密度较高,在实时数据不完整时也可用作实时数据的补充。将SCADA系统稳态断面数据与PMU动态数据相结合,可实现电网的动态安全评估与实时预警。

2 WAMS测试技术

WAMS测试是为了检验系统的各项功能和性能指标是否符合规定的要求。要达到高效的测试,必须对整个测试工作进行精心安排,明确测试目标和测试内容,确定具体的测试方案,准备测试案例,并根据测试结果对系统进行合理评估。

2.1 测试内容

WAMS的设计包含4个基本要素:数据、平台、应用和性能指标。数据是分析的基础,是应用要处理的对象;平台提供各类通用的支撑服务,是应用功能的实现基础;应用是实现WAMS监控功能的关键所在;性能指标用来表征WAMS的整体工作性能。四者之间相互依赖,完整的测试必须覆盖所有上述4个方面。针对数据的测试内容包括:①流程测试,即采集、传输、存储、查询、显示等;②采集测试,即PMU工况监视、通道工况监视、协议解析、GPS时钟失步监视等。针对平台的测试内容包括:通信、告警、画面、数据存储、进程监控、资源监视、应用管理等。针对应用的测试内容包括:①功能(是否有漏报/误报)、输入/输出、计算精度;②模块间信息交换和协调操作监视。针对性能指标的测试内容包括:中央处理器(CPU)负载率、网络负载率、PMU通信延时、实时数据刷新频率、画面操作响应速度、数据库容量和每秒事务吞吐量、连续稳定运行时间等。

2.2 方案设计

2.2.1 系统测试

为保证测试的有效性,所提供的方案应能模拟真实的系统运行场景,不改变系统的基本结构和数据流方向,同时,方案应足够灵活,能满足多种应用场合下的测试需要。框架技术是解决上述测试问题的理想手段,可将整个系统抽象为一个框架,组成该系统的各个环节可抽象为不同的框架单元,在最终方案设计时为上述单元指定具体的实现方式,便形成特定的测试方案,因而具有较高的灵活性。

具体到WAMS而言,由于系统中所有监测数据都来自于现场PMU,可将系统看做是一个开环或闭环控制系统,将PMU、通信、前置等环节看做是系统中不同逻辑的控制单元,只需要改变各个环节的输入信号,便可得到适用于不同应用场合的测试方案,如图2所示。

这些方案虽通过同一个框架产生,但由于信号来源、组织方式不同,其应用场合往往也不相同。不同测试方案的比较如表1所示。

采用框架最大的好处是结构灵活,可根据需要自由定制,能最大限度地满足各类开发和工程测试需要。此外,由于本文中所叙述的框架方案只涉及外部输入数据的改变,不影响WAMS的内部结构和正常数据流,测试结果具有较高的可信度。

2.2.2 模块测试

上文对基于框架的系统测试方案进行了详细讨论,但有时(如算法研究)并不需要对整个系统进行测试,只需要针对其中的部分功能或算法进行测试,此时方案可最大程度简化,如图3所示。

2.3 测试评估

测试完成之后,需要根据测试结果对系统进行综合评估,确定各项功能和性能指标是否符合相应的设计和技术规范要求,并根据缺陷严重程度决定其能否在调度中心投入使用。测试评估可采用定量分析与定性评估相结合的方式。定量分析多用于系统性能指标的测试、扰动特征的精度分析等。定性评估是指相关的功能是否已经实现,对电网异常行为的监视是否存在漏报或误报现象。以某WAMS的性能指标和低频振荡监视功能测试为例,分别对测试结果进行定量分析和定性评估,其方式如附录A表A1所示。

对测试过程中发现的问题需要进一步分类汇总,并依据严重程度进行分级,供开发和使用单位参考,以确定其是否能投入使用。缺陷分级不宜过多,一是因为部分缺陷难以量化,分类过多则难以界定,二是因为决策参考需要尽可能简单明了。建议将缺陷分为轻微缺陷、次要缺陷、重要缺陷和高危缺陷4个等级。轻微缺陷一般不影响系统的运行或功能实现,但会对用户的日常操作和系统维护造成影响;次要缺陷会影响系统的正常运行,或对系统的基本功能实现造成破坏,但一般不影响电网的安全运行,且问题可以在短时间内解决;重要缺陷会对系统的正常运行或功能实现造成影响,虽然不至于对电网的安全运行造成影响,但该缺陷受现有技术条件限制或属于技术原理上的缺陷,短时间内无法解决;高危缺陷会导致系统重要功能障碍,或者对调度操作形成误导,危及电网自身安全,必须在彻底解决此类缺陷并经过严格测试之后系统才能投入运行。

3 典型测试案例

如前所述,在框架技术下指定不同的输入数据源可实现不同的测试方式,例如:只用现场PMU,可实现WAMS的现场扰动测试;将PMU与电力系统实时动态仿真器(RTDS)相连,可实现动模环境测试;将WAMS与仿真试验平台相连,可实现任意方式下的电网动态过程测试。下文将以国内WAMS发展过程中2个重要的测试案例为例,说明该方法的具体应用。

3.1 华东广域监测分析保护控制(WAMAP)系统动模测试

华东WAMAP系统是国内第1套建立在大主站支撑平台上的WAMS应用系统,在开发阶段先后3次(2005年6月、10月和2006年3月)在华东电力试验研究院进行了详细的动模测试。整个动模环境由3台PMU、1台RTU、3套保护装置和WAMS主站构成,系统配置如附录A图A1所示,网络部分被高度简化,主站部分与华东WAMAP系统实际运行场景保持一致。经过3次动模测试及持续的算法改进,WAMAP系统的主要功能和性能指标均达到了预定的设计要求,为实现WAMAP系统在华东电网实时动态监控中的应用奠定了基础。

3.2 西北电网扰动试验

为验证西北电网仿真模型及参数的正确性和电力系统稳定器(PSS)及磁参数的合理性,以及全面掌握西北电网东西通道送受电能力,2007年4月,西北电网有限公司组织了大规模的电网扰动试验,包括西电东送、东电西送各6个案例。本次试验主要依托2007年3月刚刚投运的WAMS技术平台,由WAMS负责扰动试验过程的监视,以及试验数据的收集、展示、导出和格式转换。在此次试验过程中,WAMS成功地捕获了每一次电网扰动(包括一次误操作),各模块功能正常,分析结果准确,数据完整,无扰动漏判或误判现象,主要技术性能指标符合规范要求。试验结果充分肯定了WAMS在大电网动态安全监视中的作用,标志着国内WAMS产品逐步走向成熟。

4 结语

本文以框架技术为基础,介绍了WAMS的测试方法、技术特点、应用场合和结果评估方法,可用于指导WAMS的开发、研究、工程实践及日常维护。本文所述测试观点具有通用性,不仅对WAMS适用,对其他自动化系统同样适用,可供相关的研发和运行人员参考。

附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。

广域保护保护系统研究与设计 篇10

目前,智能变电站保护技术仍停留在面向元件的层面上,难以实现在系统层面上的故障自我恢复与自动优化。鉴于广域保护原理、高速通信网络技术的出现,区域保护的研发已经付诸行动。人们期许广域保护系统的实施能避免大停电的发生并提高电网的安全性和可靠性。

2 广域保护系统结构

广域保护系统采用“三层两网”的体系结构,如(图1)所示,基于高速PTN网络通信传输和同步对时国际标准,变电站内取消间隔层和站控层,过程层信息通过高可靠的通信网络上传至调度中心设备层,将调度范围内的保护控制功能集中实现,同时,形成统一断面实时全景信息平台,为调控一体化和智能调度提供技术支撑。

(1)过程层。过程层设备主要完成网络保护、调控、计量等功能的全景实时数据的采集及上送,同时接收保护调控中心设备层下发的控制命令并完成执行。变电站内按间隔配置综合智能设备,完成合并单元、智能终端、测量、计量、就地保护、PMU多种功能合一综合智能设备。就地保护设置免整定的保护输电线路全长90%的参数识别原理距离保护。(2)设备层。设备层按区域划分后配置相应的区域网络保护。将区域电网整体视为保护对象,利用区域电网信息实现网络保护。另设备层配置调度前置机,接收区域电网的实时调控数据,优化处理后送至智能调度系统。网络保护配置主保护系统和后备保护系统。主保护系统利用一次设备(线路、母线、变压器)端口信息构成的快速主保护;后备保护系统基于区域电网的实时电压信息、电流信息、断路器状态信息,以及主保护动作等信息,判别本区域电网范围内的元件(母线、输电线路、变压器等)故障,当主保护拒动或断路器失灵等情况下按最优的跳闸策略进行故障隔离的保护。具体以站域后备保护为基本单元构成区域网络后备保护系统。(3)调控层。将区域电网整体视为监控对象,利用设备层信息完成区域电网监视和控制功能。在区域保护、控制、调度中心实现区域各变电站一次设备及设备层状态可视化监视、变电站在线操作、区域电源备投、区域无功控制等。利用实时的区域电网全景数据,完成区域电网的智能调控功能。基于实时的同一断面数据的电网安全稳态分析、评估及控制系统。实现真正意义上的调控一体化,调度数据由数秒级提升到亚秒级,使系统分析、预警、控制具备实时性,实现调度策略的实时在线调控,智能调度

3 区域电网全景数据平台

区域电网全景数据平台是在区域网络保护系统架构下,通过过程层综合智能设备完成对稳态、暂态、动态和电量等数据的采集,统一传送到调控中心设备层,并融合集中式网络保护的暂态数据,基于IEC61850标准对数据进行统一建模,统一管理,建立了区域电网集中式保护控制全景数据平台。系统结构如(图2)所示。

4 结语

本文尝试从系统融合的途径,提高变电站信息的利用率,实现电网系统区域保护,增加系统的安全性,降低投资成本。本系统的实施能够进一步促进电网保护系统融合,保障电网安全运行,避免大停电事故的发生。

摘要：本文采用在智能变电站研发及工程应用领域的电子互感器、智能断路器、IEC 61850标准、高速网络通信、网络保护控制技术等最新成果,遵循相关导则和规范,以区域电网的保护、自动控制及运营管理为应用场景,基于区域电网三态运行信息,实现广域电网的保护、监视、控制、监测、调度等调控一体化系统功能。

关键词：广域保护,系统结构,数据平台,三层两网

参考文献

[1]马静,曾惠敏,林小华.基于广域信息多端高压输电区域后备保护[J].电力系统保护与控制,2012(11):61-69.

[2]陈朝晖,赵曼勇,周红阳.基于广域一体化理念的网络保护系统研究与实施[J].电力系统保护与控制,2009(24):106-108.

大邱广域市青岛的友好城市 篇11

大邱市历史悠久,史学家据出土文物考证早在旧石器时代,大邱地区已有人类活动的踪迹,青铜器时代作为人类聚居区保有较为先进的青铜冶炼技术。三国(高句丽、新罗、百济)时代作为新罗都邑称为达伐城,高丽统一后得到一定发展。朝鲜王朝建立后,大邱作为农业中心区域人口不断增加,1394年(太祖三年)大邱升格为大邱县,1419年升格为大邱郡,1466年升格为大邱都护府,正式成为岭南(庆尚道)地区交通要冲,1601年庆尚道监营迁至大邱都护府,自此,大邱成为岭南地区的行政、司法、军务中心。

在日本帝国主义侵略过程中,大邱市民一直肩负奋勇抗日的重任。尤其在1907年,为了偿还被日本强迫负下的债务,大邱的徐相敦与金光济在全国最先发起了通过戒烟、戒酒、节粮偿还日本国债以夺回韩国国权的国债偿还运动。为纪念此项运动,大邱市设立“国债偿还运动纪念公园”。1945年光复以后,随着人口急增,大邱成长为大城市,1949年改称为大邱市。1981年,大邱升格为“直辖市” 1995年又改称为“大邱广域市”。 20世纪60、70年代,大邱纺织产业发展迅速,成为韩国主要的出口产业之一。80年代,大邱市着力发展机械、化学、电子产业,最近集中投资到精密机械、汽车、信息通讯器材等高附加价值尖端产业。由于大邱是国际知名的纤维城市,因此每年都举办与纤维相关的丰富多彩的大型活动。

大邱市继承了古代新罗和伽耶的灿烂文化,是历史悠久的城市。目前大邱市经济辐射能力远达庆尚南北道和忠清南北道地区,是庆北地区的行政、经济、文化、教育及交通、通讯中心,在韩国享有“纤维第一城”和“苹果城市”的美称,已成为韩国重要的工商业城市,尤其以纤维工业、机械金属工业作为经济的支柱产业。主要出口地区为香港、美国、东南亚、中东、日本及欧共体地区;主要出口产品有纤维、化学、汽车零部件、机械金属、电子产品等;主要进口商品有机械、纤维、原棉、电子零部件等。

大邱市不仅是韩国重要的经济中心城市,还是韩国著名的文化和旅游中心,现有5所综合大学和7所专科学院,国立大邱博物馆和3所公众图书馆。大邱市还具有丰富的国际体育大赛举办经验,曾成功举办2002韩日世界杯和2003年世界大学生运动会,并成功申办2011世界田径锦标赛。

大邱的灵山八公山上有亚洲最大规模的“统一药师大佛”和据说能够实现愿望的伽岩石;“绿童书院”是供奉朝鲜王朝壬辰外乱时期从日本回归的金忠善将军的书院,如今成为韩日两国间历史、文化交流的重要场所。在大邱市区近郊,还分布着列入世界文化遗产的庆州佛国寺、石窟庵和海印寺“八万大藏经”等文化遗迹和文物,每年都迎来数以万计的国内外游客。

大邱市民节作为大邱市代表性节庆活动,于每年10月的第一个周末在大邱市民会馆、文化艺术馆举行,是汇集演出、展示、传统艺术为一体的大型市民活动。从2005年开始,大邱市民节升格为“五彩缤纷大邱庆典”,寓意大邱市将被建设成为健康环保城市、经济活力城市、文化城市、充满快乐与希望的旅游城市。庆典开设开幕式、街头庆典、文化风俗街、服装表演等多种项目,每年约有150万名市民参与。

除此之外,还有其它各种丰富多彩的庆典活动。大邱的药令市场拥有350多年的韩药历史,为了传承古代韩药的传统,每年5月份,在药令市场展览馆的药市街举行药令市场节。每年5月份在东城路街举行“东城路节”,庆典包括大邱民俗游戏与著名明星的庆祝表演等各式各样的活动。每年4至5月举办的琵瑟山杜鹃花节,包括朗诵杜鹃花诗、民俗游戏、登山比赛等多种活动。每年10月中旬,在大邱惟一的文化艺术街——凤山文化街举行的凤山美术节,为期12天,届时在街道两旁的画廊里会举办各种展览和演讲会,还有街上现场作画和装潢美术等形式多样的美术活动。此外,还有可以体验韩国传统文化的大迦倻庆典,期间举办于勒悼念典礼、综合展示会、郡民歌唱比赛、山岳马拉松竞赛及伽倻琴竞赛等多姿多彩的活动。

大邱市是与青岛市交往最为密切的友好城市之一,交往范围广、层次深,两市相关单位间沟通顺畅、关系友好。自结好以来,两市除一般性团组互访以外,在行政、经贸、体育等各领域取得良好交流成果,基本建立起青少年、大学生、艺术团、市民团等多项定期交流体制。青岛与大邱的交往基础扎实、延续性强、前景良好。

友好备忘录

■1993年12月,大邱市李文翊市长率团来访,参加两市结好签字仪式,携时装表演团在人民会堂进行了两场大型时装表演活动。

■1994年5月,时任青岛市长俞正声、人大主任孙炳岳、政协主席杨在茂率青岛市政府代表团和青岛市新闻代表团、青岛市妇女代表团、青岛市小海燕艺术团访问大邱,俞正声被授予大邱市“荣誉市民”称号。

■1996年11月,时任青岛市人大副主任殷康生率青岛市代表团,携锣鼓表演团15人,参加了大邱市民节。

■1997年7月,大邱副市长朴炳鍊率团来访,携艺术团参加第七届青岛国际啤酒节开幕式,两市艺术家合作进行舞台演出和道路巡回演出三场。

■1997年10月,时任青岛市人大副主任张成堂、市政协副主席李宝芳携华天京剧团20人,书画界、民间艺人5人赴大邱访问交流。

■1998年7月,大邱副市长朴炳鍊率团来访,参加第八届青岛国际啤酒节开幕式,出席两市结好五周年纪念活动,青岛市与大邱市互换城市纪念雕塑,大邱市赠送给青岛市的铜雕“大邱印象”在五四广场举行揭幕式。

■2000年8月大邱市文熹甲市长率团来访,携艺术团参加第十届青岛国际啤酒节,两市艺术家合作在汇泉广场举办文艺晚会。

■2001年6月,青岛至大邱空中直航开通,两市交流更加快捷便利。

■2001年大邱市金基玉副市长率团参加第十一届青岛国际啤酒节。2002年9月,金基玉再次率团来访,携16人时装表演团参加青岛时装周活动,进行了时装表演。

■2003年夏,夏耕市长率团出访大邱,参加世界大学生运动会。同年12月,曹海宁市长再次率团来访,参加两市结好十周年纪念活动。

■2003年,青岛与大邱建立青少年定期交流制度,每两年一度组织青少年代表团赴对方城市访问,增进青少年及文化交流。

■2004年11月,时任青岛市副市长崔锡柱率团访问大邱参加“世界太阳能城市市长会议”。2004年8月,青岛市人大常委会副主任栾景裘一行5人,出访韩国大邱市并参加大邱文化艺术节活动。

■2005年3月,韩国大邱市政府青年公务员代表团访问青岛市,参观海尔。2005年8月,韩国大邱青少年代表团访问青岛市,参加青少年交流活动;青岛市大学生代表团访问大邱。同年10月,时任市政府副秘书长卢新民率代表团及艺术团访问大邱参加五彩缤纷大邱庆典活动。2005年12月,时任人大副主任任群先率团访问韩国大邱,会见了大邱市长、议长。

■2006年4月,时任副市长于冲率代表团访问韩国举办“青岛周”,访问大邱市。6月,大邱市国际关系大使金元泰率团访问青岛参加8+8会议。8月,青岛市大学生代表团、青岛市青少年代表团分别访问韩国大邱。10月,青岛市人大副秘书长付桂先率政府及艺术代表团访问大邱,参加五彩缤纷大邱庆典活动。

■2007年6月,应韩国大邱市邀请,青岛市民间围棋选手代表团一行16人访问韩国大邱市,与韩国大邱、日本广岛市民间围棋选手举行了“中日韩友城围棋友谊赛”。

■2007年5月,青岛市吴经建副市长率团访问韩国大邱,拜会大邱市政府。2007年8月,应韩国大邱市邀请,青岛市大学生代表团一行10人访问韩国大邱市,与中国宁波、中国盐城、韩国大邱、越南岘港、日本广岛市大学生进行友好交流;同期,大邱市青少年代表团访问青岛市,参加青少年交流活动。8月11日至14日,大邱市行政副市长权宁世一行5任访问青岛市参加青岛国际啤酒节及2007青岛奥帆测试赛。

■2007年10月,应韩国大邱市邀请,青岛市民间体育选手代表团一行24人访问韩国大邱市,参加“2007大邱国际田径锦标赛”,与韩国、日本友城市民进行了接力比赛。10月11日至14日,青岛市王修林副市长率政府及艺术代表团访问韩国大邱市,参加五彩缤纷大邱庆典。

■2008年8月,大邱市市长金范镒率代表团访问青岛市参加奥运会帆船比赛开幕式;8月11日至14日,大邱市青少年交流团访问青岛市参加友好交流;8月12日至18日,青岛市大学生代表团访问大邱市,参加友好城市大学生庆典活动;10月1日至4日,青岛市艺术代表团访问大邱,参加五彩缤纷大邱庆典活动。

■2009年4月,青岛市安监局及消防队率消防代表团访问韩国大邱,参加大邱国际消防博览会。8月17日至19日,韩国大邱市政务副市长南东均及议长崔文赞率团访问青岛市,参加青岛国际啤酒节。

山东电网广域实时动态监测系统 篇12

随着大电网互联、西电东送矛盾日益凸现,电网正面临越来越多新的挑战,运行的稳定性分析和监视也显得越来越重要[1]。基于相量测量单元PMU(Phasor Measurement Unit)的广域测量系统(WAMS),能够直接测量电网中的角度,从而改善了传统状态估计的结果[2],并能向调度员提供电网的动态过程信息;能够对相量数据实时评估,动态监视电网的安全稳定性,或进行深入研究以达到控制的目的。在我国,PMU和WAMS最近几年得到了广泛的重视和应用[3,4]。

同步相量测量技术和现代高速数字化通信网络,为实现电网动态过程的在线监测[5,6]提供了技术上的支持和保证。电网广域实时动态监测系统是实现准确捕捉电力系统在线故障扰动、低频振荡[7]以及人工试验等情况下电网动态过程的技术手段。PMU为系统提供全网采样和计算的相量数据,通过电力调度数据网实时传送到监测系统主站,使调度员能在调度中心及时了解电网的动态信息[8]。

为保证电网安全、稳定和经济运行,山东电网经过详细的布点分析和规划,有选择地首先建设了调度中心的WAMS主站和济南、泰山、淄川、沂蒙、崂山、聊城、潍坊、琅琊、滨州等9个位于500 k V变电站的PMU子站。开发了北斗/GPS互备授时装置,在国内首次使用国产“北斗一号”卫星导航系统为PMU提供备用授时信号,不受制于国外GPS系统操控,提高了PMU的授时可靠性。

山东电网广域实时动态监测系统(简称山东WAMS)从2005年8月开始建设,随着同步相量测量技术发展,经过不断摸索与功能完善,总结WAMS的运行经验[9],有效提高了调度监视范围以及高级应用的运行分析能力,为保证电网安全、稳定、经济、优质运行提供了重要的技术装备和手段,为进一步实现大电网的广域协调控制奠定了基础[10]。这标志着山东电网安全运行与监控进入了一个崭新的阶段。

1 山东WAMS系统的布点

山东WAMS一期工程由山东省调主站系统(CSS-200/2)和安装在9个关键变电站的子站装置(CSS-200/1)构成,子站与主站之间通过电力调度数据网(SPDNet)提供的专用2 Mbit/s通道实现高速的实时通信。选择泰山变电站为参考测点(参考点可任意选择),济南站、潍坊站、沂蒙站、淄川站、聊城站、滨州站和琅琊站等为重点监测点。

1.1 PMU布点分析

PMU布点方法,主要分为可观性[11,12]和同调性[13]。为了合理安排PMU子站的布点,该方案将可观性分析和同调性分析结合起来,实现用较少PMU子站对全网状态变化的较大可观。

1.2 PMU布点方案

PMU子站的建设可分步实施,在不同阶段实现不同目标,各个目标之间相互关联,并最终实现电网的整体可观性。共分以下3个阶段:

第1阶段实现500 k V电网的可观性,特别是西电东送断面的动态过程可观性,见图1;

第2阶段实现500/220 k V电网各同调区动态过程的可观性;

第3阶段实现500/220 k V电网可观。

山东电网目前有500 k V变电站17座,统调电厂48座,220 k V变电站161座,在考虑电网可观性时,对于影响系统安全稳定性的重要节点(变电站和电厂)予以重点关注。山东PMU布点分3期进行,最终规模约50个,与按文献[14]中给出的估算公式估算出的PMU数量(约100个)相比,有大幅度减少。

2 山东PMU子站实现方式

2.1 分布式PMU测量

本期变电站的PMU装置为CSS-200/1分布式同步相量测量单元,其模块结构如图1所示。图中,实线表示以太网双绞线,虚线表示光纤或光缆,点划线表示其他信号线。

分布式的结构设计方便了系统的实施,模拟量采集模块安装于现场的保护小间,既减少了连接电缆,又提高了测量精度。装置采用QNX实时操作系统,满足子站任务处理的实时性要求;采用专门设计的多路高精度同步授时模块(CSS-200/1G)进行统一授时,可使得同步精度高于1μs;在同步时钟源的协助下分布的模/数(A/D)转换通道同步采样的同步误差不大于5μs(对应工频50 Hz为0.1°的角度误差)。装置的相量综合处理算法能解决相量计算中的非工频周期泄漏和系统动态过程的干扰问题。同时还采用了改进的频率补偿算法,能准确跟踪系统频率的动态过程。

CSS-200/1子站除提供相量数据的实时计算与上送功能外,还具有大容量离线数据记录功能。装置能以100次/s的密度连续不间断地滚动记录相量数据,记录周期超过14 d;在触发状态下能记录全部所采暂态波形数据,采样频率为4 800 Hz。子站记录数据均带有全网同步时标,以备离线分析对时之用。

CSS-200/1子站支持以网络方式实现相量数据的传输,与主站通信标准符合行业规范的要求[15]。WAMS的远程通信均采用2 Mbit/s的调度数据网方式,保证了高速、实时和稳定的相量数据传输,子站相量数据的上送速率100次/s,充分满足了主站在线、离线电网动态安全分析的要求。

2.2 长距离授时补偿

分布式PMU测量方式虽然方便了现场施工,但是GPS授时信号经光缆远距离传输会引入附加延迟。经实测,光纤传输距离超过1 km时,传输延时将大于5μs,对应误差0.1°。因此,当厂站的跨度超过1 km时,分布式PMU必须考虑GPS时钟信号远距离传输引入的误差,否则只能在每个分散的测量单元上直接接入GPS天线。

CSS-200/1G通过特定的补偿算法,可消除GPS授时信号的光纤传输延时,保证相量测量精度。当光缆长度接近或超过1 km时,通过调整CSS-200/1G的设置,可对秒脉冲信号PPS(Pulse Per Second)进行位置拉前的调整,调整范围最大12μs(约2 km)。这项技术对大型500 k V变电站、大型火电厂和水电厂十分重要。

2.3 GPS和北斗授时

在我国电力系统中广泛依赖GPS为时钟源。但是,GPS完全由美国军方掌控,其可用性和授时精度受制于美国军方的GPS政策。所以,山东WAMS采用国产卫星授时,尝试采用可依赖的时钟源与GPS授时构成互备授时方案。北斗卫星导航系统是区域性导航系统,其覆盖范围不如GPS遍及全球,设计目的仅为我国及周边领域服务。它发出的PPS与GPS的PPS信号时间差和上升沿斜率均能满足相量测量的要求。

本期工程在500 k V济南变电站安装了CSS-200/1G-BD授时装置。授时单元由北斗原始设备制造商OEM(Original Equipment Manufacturer)板、GPS OEM板、高精度温补晶振、单片CPU微处理器等部分组成。以恒温高精度晶振作为处理器的外部振荡源,通过内部倍频产生处理器时钟信号。采用基于加权最小二乘法的互备授时技术,使输出自动与状态正常的输入信号同步,北斗或GPS只要有1路输入信号正常,授时系统即可正常运转。利用高精度晶振,在2路输入信号均异常时,微处理器可以自行维持授时信号的输出,2 h内误差小于0.5°。

2.4 冗余数据记录单元

可靠的数据记录是PMU的一项重要技术要求。由于PMU要进行100 Hz连续14 d以上的相量数据记录。记录容量一般达到40~60 G,只有硬盘才能满足要求。但是,硬盘为机械旋转器件,长期运行故障率高。本期工程中采用冗余数据记录单元,1套PMU有2个CSS-200/1P设备。它们同时接收CSS-200/1A的数据,分别记录。其中,一个CSS-200/1P负责对外通信和数据记录,另一个只负责数据记录。

3 山东WAMS主站结构和功能

3.1 WAMS主站设备构成

主站为双机双网结构,采用SUN的UNIX服务器,拓扑结构如图2所示。

通信前置服务器接收PMU上送的实时数据,互联服务器接收华北WAMS主站转发的PMU数据。同时兼用于安全I区与能量管理系统EMS(Energy Management System)的通信。实时数据服务器集中通信前置服务器和互联服务器的数据,构造实时数据库,对外提供实时数据服务。历史数据服务器和磁盘阵列保存过期的WAMS数据。

历史数据每100 ms保存一次数据。高级应用服务器从实时数据服务器提取实时数据进行计算分析,结果反馈给历史数据服务器和工作站,同时兼用于安全I区与Web服务器的通信。配置3个工作站,分别负责维护、离线历史数据分析和调度监视。Web服务器位于安全Ⅲ区,对外提供网络浏览服务。

3.2 WAMS主站基本功能

a.动态监视。WAMS以地理图、接线图的方式监视系统运行的广域动态过程。动态监视界面的数据、曲线刷新频率达10 Hz,并充分考虑了界面的易操作性,任一监测点均可弹出实时曲线,且曲线之间可通过鼠标拖拽操作直接合并,方便监视监测点数据的动态变化过程。

系统动态监视界面除具备一般调度监视界面的图形的缩放、移动等一般特点,还具备了WAMS所特有的功角监视界面,用户可方便地通过鼠标操作选择、定义监视画面的相对参考角,通过广域监视界面可浏览到电网的功角分布,功角分布的监视同样支持曲线图显示、曲线合并等功能。

b.在线低频振荡监视。实时监视所选对象,系统发生低频振荡且振荡频率越过门槛值时,可记录并分析扰动数据,同时可通过客户端程序以二维曲线、三维图形显示分析结果。

c.扰动识别。可判别系统中发生的短路、频率越限等故障,监视对象可选择,参数可配置;当选择监视对象,并设置了有效的门槛值时,该功能可触发系统进行可靠的高密度数据记录,为系统分析及模型参数的校核提供详细的动态数据。

d.与能量管理系统(EMS)互联。采用IEC 60870-5-104网络协议实现与EMS互联,为EMS、WAMS综合信息的分析和应用打下了基础,为今后提高山东电网的调度自动化水平,建设实时动态安全分析和在线稳定决策系统创造了有力的基础条件。

e.Web发布。Web与主站平台之间有统一风格的实时界面显示以及同步传输的动态数据和扰动触发数据,实时数据刷新数据可达1次/s,远远快于EMS的数据刷新速率,并且提供了EMS所无法提供的功角数据,实现了在安全Ⅲ区的调度运行Web监视功能。

3.3 动态监测的可视化处理

a.输送功率拓扑着色。在电网地理分布图上以箭头方式显示潮流分布的同时,根据输送功率的大小及设定值,以不同的颜色显示潮流,使得调度员可以直观、方便地判断各潮流输送断面的功率大小,结合WAMS的快速、动态特性,可以提高调度员的处理能力和系统调度效率。

b.相角地理分布监视。相角地理分布是WAMS所特有的信息,在安装PMU装置的厂站地理位置上,显示代表厂站运行状况的相角,整个地理图设定统一的参考相角,运行人员可方便地监视电网各点的运行功角。而且,在监视画面上可通过鼠标直接点击监测点,弹出相应的功角曲线,可方便地监视调度员的动态调节过程或电网的动态运行过程。

c.相角选择策略。山东WAMS经过充分研究和应用开发,实现了各厂站相角的互备及参考角灵活自动切换的方法。按照一定优先级将各厂站母线、主变、线路相角定义为厂站相角,确保了只要有设备在正常运行,功角监视界面的角度即有效。在手动切换模式下,参考角的切换则充分考虑了系统的可操作性特点,只要通过简单的鼠标点击即可实现。

4 运行情况

本期工程2005年12月投入运行,多次成功记录了电网的扰动过程。图3为2006年6月25日捕捉到的一次电网扰动(纵坐标功率P的单位为MW)。在2006年7月1日华中、华北电网振荡中,山东WAMS主站及时启动100 Hz数据记录,完整记录了振荡过程见图4、5(图中为21:00:00:000时刻的情况),及时为调度和运行方式提供了第一手原始资料。事后,主站成功从子站召唤了100 Hz的数据,通过比对,证明了主站和子站数据记录的一致性和系统的可靠性。

5 结语