电网稳定运行中负荷开关批量控制技术研究

谢 卿

(国网陕西省电力公司西安供电公司，陕西 西安 710032)

0 引言

随着电网的不断发展与创新，电网运行特性日益复杂,电网负荷急速增长，电网安全隐患也在增长，若不能得到及时合理的控制，甚至会发生主变跳闸等事故，引起较大范围用户停电，影响电网正常运行。因此，急需增强避免事故发生的能力，尤其是在事故紧急状态下电网事故的应急处理能力。

为加快事故发生后系统恢复正常运行的速度，提高事故紧急情况下调控机构对负荷控制的精准度和时效性，需要研究电网稳定运行中负荷开关批量控制技术，以提升工作效率，提高电力系统运行的安全性和稳定性，提高供电质量。

1 技术方案

1.1 技术架构

电网稳定运行中调度控制系统负荷开关批量控制技术方案涉及调控主站、变电站，以及数据传输等方面内容，技术架构如图1 所示。总体技术功能要求如下。

(1) 调控主站负荷开关批量控制功能应遵循一体化的原则，基于现有调度控制系统基础平台的模型管理、数据采集与交换、人机界面、权限管理等功能模块，实现批量控制负荷序列的维护管理、智能选线、快速并发控制及操作统计等功能。

(2) 变电站端设备应满足Q/GDW 231，Q/GDW 678，Q/GDW 679 等标准的相关要求。

（3）调控主站负荷开关批量控制模块操作各环节都应遵循国家发展和改革委员会第14 号令、国能安全[2015] 36 号、Q/GDW 1680.36 的要求，调控主站与变电站的数据传输通道应安全可靠、冗余配置，网络通道应采用纵向加密方式；应具备控制命令传输的全过程安全认证机制。

1.2 系统部署方案

系统在智能电网调度控制系统平台基础之上，扩展负荷开关批量控制应用，主要提供包括负荷开关批量控制维护管理、智能选线、控制执行、用户权限管理、多态功能、操作统计功能以及信息转发功能等，具体如图2 所示。

图1 负荷开关批量控制技术架构

根据功能需求，对于调度控制系统，需要融合负荷开关批量控制业务所需扩展调度控制系统模型，容纳负荷开关批量控制模型信息，从而形成一体的电网模型；需要在调度控制系统平台基础之上扩展负荷开关批量控制应用，通过SOA 总线与调度控制系统的其他应用进行通信，实现模型、图形、数据的共享以及操作的交互；需要对调度控制系统的人机界面进行改造，嵌入负荷控制系统的相关界面，实现一体的界面操作，达到负荷开关批量控制的功能需求，具体结构如图3 所示。

2 功能设计和实现

2.1 限电策略的自动生成

系统支持在进行负荷开关批量控制时，自动生成限电策略。根据限电区域、限电负荷量、限电序位表以及实时潮流和负荷自动生成限电策略。在生成策略时应考虑既要满足拉荷需求，又要考虑不误拉重要保供电线路。系统在生成限电策略时，可以选择按照序位表上的顺序依次限电直至满足目标限荷值要求，也可以在限电区域范围内选择最接近目标限荷值的限电策略，或者按照从大到小或从小到大原则选择控制策略。图4 为自动生成限电策略流程图。限电策略自动生成时，具有识别不具备断开条件的断路器的功能，如下列情况应自动排除在限电策略外。

(1) 断路器处于分位。

(2) 断路器所带负荷为零(即处于空送状态)。

图2 智能电网调度控制系统负荷开关批量控制功能软件架构

(3) 断路器处于闭锁状态，如断路器有缺陷不能断开、该条线路有保供电任务等情况。

第(3)点中，系统应开放应用窗口，输入闭锁状态的断路器，设置闭锁时间，并设置操作权限。

图3 智能电网调度控制系统负荷开关批量控制功能软件结构

2.2 批量操作执行

负荷开关批量控制批量操作针对符合拉路序位表进行批量操作执行。执行应从快速、安全两方面来考虑。“快速”考虑不同变电站的开关可以并行操作，减少等待时间。“安全”从如下两方面考虑。

(1) 同一变电站的多个开关采取按照顺序逐个执行的方式，避免多条指令并行操作出错导致误断开关的情况发生；多个变电站下的开关支持顺序执行，也支持并列执行。

(2) 在指令执行时应有监护审核及正式操作提醒功能。

图4 自动生成限电策略流程

为了提高批量执行速度，应采用“同站顺序执行、不同站并行执行”的方式，即同一个站的开关按照顺序执行，不同站的开关可以并行操作，这样可以保证多个站同时并行操作。

单个开关的遥控操作，与人工远方操作基本一致，按照控制选择→控制返校→控制执行的流程进行。开关遥控操作执行命令发出后，在一定的延时时间(系统默认延时时间为20 s)之内收到该开关变位信息，开关变位为预计控制的位置，认为该开关控制成功，继续下一个开关的控制执行操作；若在延时时间内未收到开关返回的位置信息，认为开关操作失败，继续下一个开关控制。

每一个开关操作完成后，系统同步显示执行结果信息，包括执行的开关信息、执行结果、拉掉多少负荷、总体拉负荷余量多少等。批量限荷应具备多次执行功能，即一次执行完毕，可再次进行。在对于当前正在执行的拉路序位表，支持手动停止功能。在并行控制方面，必须有如下保证。

(1) 保证在各遥控对象之间不发生冲突，保证各遥控对象在返校和执行过程中唯一对应到本遥控对象描述上。

(2) 保证遥控时服务器对CPU 的使用率不高于原使用率的20 %。

2.3 执行操作流程

系统支持根据控制机构、限电类型、限电区域等信息进行负荷开关批量控制执行操作。控制操作时根据不同业务需求、拉荷目标值等信息，选择适当的负荷批次控制序位表，然后据此生成负荷开关批量控制操作流程信息，根据所选择的不同控制策略规则，进行控制操作。

负荷开关批量控制所选择的控制策略、控制序位表必须经过审核后方可进行操作。控制操作首先按照远方控制流程进行选择、返校、执行(撤销)，控制操作支持自动/手动操作两种模式。当控制操作出现错误没有达到预期的效果，则控制操作根据需要跳过该单步控制流程或暂停等待用户处理确认。当负荷开关批量控制已经达到预期拉荷目标值，则负荷开关批量控制完成，停止控制操作。

对超网供限电、事故限电，应具有设置目标限荷值功能。系统在自动生成限电策略时应根据实时负荷选择超过目标限荷值且最接近目标限荷值的限荷总额。

2.4 多态功能

负荷开关批量控制功能，支持预置态模式和执行态模式。预置态模式中，控制过程中负荷开关批量控制功能只允许发遥控预置指令，无论断路器预置成功与否都取消预置指令。执行态模式：控制过程中负荷开关批量控制功能可以正常发送遥控预置、执行指令；多态控制时，不同态应独立登录，控制界面应有明显颜色区分和以“背景水印”文字信息提示。在同一台工作站上不允许同时运行预置态和执行态功能，以保证安全。

预置态模式下流程如图5 所示。

图5 预置态下操作流程

执行态模式下流程如图6 所示。

图6 执行态下操作流程

2.5 省地一体联合负荷开关批量控制

负荷开关批量控制的拉路序位信息可通过E格式文本方式由省级调度机构下发至地区调度机构，命令内容包含：负荷拉除地区、范围、负荷切除总量等。在接到上级调度机构的负荷切除命令后，地区负荷控制系统自动进行负荷切除计算，待计算结束后在人机界面弹出。弹出的窗口中应自动对负荷切除列表进行排序，并且支持人工排序；负荷信息可以按负荷由大到小排序也可以按由小到大进行排序；负荷信息应该对重要用户信息进行自动过滤，并以提示信息告知调度员；负荷信息应提示挂保电牌等信息，以便调度员确认是否必须切除。

在负荷开关批量控制过程中负荷控制值实时转发至上级调度机构，负荷控制完成后，形成控制报告。对于控制失败的设备以不同颜色提示。

2.6 与其他系统接口

为完成系统功能的实现，需要与其他系统通过接口的方式获取必需的电网数据，如与上级调度自动化系统的交互接口、与智能变电站监控系统的信息交互接口等。

3 应用的技术类型和亮点

通过对负荷开关批量控制技术的研究和应用，用软件实现国网陕西省电力公司西安供电公司调度控制系统的负荷开关批量控制功能。该功能主要包含：负荷开关批量控制图模维护工具、负荷开关批量控制业务模块、负荷开关批量控制智能控制防误业务模块、负荷开关批量控制界面展示、负荷开关批量控制多态业务支持、负荷开关批量控制安全权限业务、省地一体联合负荷开关批量控制等。通过上述功能模块协作运行实现国网陕西省电力公司西安供电公司调度控制系统负荷开关批量控制功能，对提升该公司电网重、特大事故快速反应能力和保障电网稳定运行具有良好的实用意义。

4 技术应用开展情况

负荷开关批量控制技术的建设与应用，是陕西省调2019 年度重点工作之一，为了按期完成任务，确保在“迎峰度夏”中有效发挥作用，保障电网安全，西安地调根据《2019 年西安电网110 kV 线路N-1事故、330 kV 主变、断面过载及N-1 事故限电方案》制定了批量切负荷策略。

为确保拉路准确无误，西安地调监控专业录入限电线路及设备时，采取一人录入、另一人核对，同时做好记录的工作法。

在2019-06-01 凌晨，西安地调利用香胡湾变电站10 kV 备自投试验的停电机会进行了实际测试，成功验证了批量切负荷功能的正确性、可靠性，为2019 年度西安电网“迎峰度夏”安全稳定可靠运行提供了坚强的技术支撑。

5 结论

负荷开关批量控制功能可实现批量控制负荷序列的维护管理、智能选线、快速并发控制及操作统计等功能，利用现有的遥控点表信息及数据传输通道实现对变电站断路器远方操作控制，并向省调系统传送实时可切负荷及控制结果数据。在电网稳定运行中变电站施行无人值班和强直弱交大受端电网严重故障时，负荷开关批量控制功能可以通过并行的方式批量控制电网负荷，并提供控制过程的可视化和交互操作，大大缩短故障处理时间。

负荷开关批量控制功能对提升电网重、特大事故快速反应能力和保障电网稳定运行具有良好的实用意义。试点成功后，对全国电网同类问题有一定的参考、借鉴作用，具有明显的经济、安全和管理效应。