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安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)的研究

文檔作者：吳勇		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月28日
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華中科技大學(xué)
碩士學(xué)位論文
安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)的研究
姓名：吳勇
申請學(xué)位級別：碩士
專業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動化
指導(dǎo)教師：周良松
20050509
I
摘要
隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展和電力市場的逐步實現(xiàn) 大電網(wǎng)的穩(wěn)定問題尤其是暫
態(tài)穩(wěn)定問題變得更加復(fù)雜這些變化使得在電力系統(tǒng)中應(yīng)用安全穩(wěn)定控制裝置系
統(tǒng)已經(jīng)成為一種趨勢因此安全穩(wěn)定控制裝置系統(tǒng)的研究與開發(fā)也得到了長
足的發(fā)展在安全穩(wěn)定控制裝置系統(tǒng)開發(fā)的過程中不可避免地遺留下一些錯誤
和缺陷如果不及時將其找出與改正這個產(chǎn)品就可能會在現(xiàn)場中工作失常甚至?xí)?
給電力系統(tǒng)帶來隱患這使得對安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)及其測試裝置的研究尤為
迫切目前相應(yīng)的研究還處于起步階段因此很有必要把這項研究深入下去并使
之實用化
本文結(jié)合安全穩(wěn)定控制裝置開發(fā)的工程實際 在分析電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制相關(guān)
理論和安全穩(wěn)定控制裝置特點的基礎(chǔ)上對安全穩(wěn)定控制裝置的測試技術(shù)及特點進(jìn)行
了深入的研究與探討并且提出了安全穩(wěn)定控制裝置測試儀的實現(xiàn)方案根據(jù)該方案
設(shè)計的測試儀在實際應(yīng)用中已經(jīng)取得了很好的效果不但具有節(jié)約時間耗資少可
以隨時隨地進(jìn)行測試等優(yōu)點而且還可以根據(jù)具體的需要不斷擴(kuò)展新的功能為安全
穩(wěn)定控制裝置的研發(fā)提供了便利的測試手段同時對類似測試裝置的研制有很好的借
鑒意義
關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng) 安全穩(wěn)定控制裝置 測試技術(shù)
II
ABSTRACT
With the fast development of power system and the stepwise realization of power
market, the problem of large-scale power grids stability becomes more complicated. And
this makes using Stability Control System(SCS) in power system become a kind of trend.
In this case research and development of SCS develop quickly. But if SCS has some
mistake and defect after put into use, it can’t work normally and even will bring the hidden danger
to power system. So research on the test technology of SCS has become a kind of urgent need.
The corresponding research is still at the starting stage and further research work is
necessary.
During the development of Security and Stability Control Equipment (SSCE),the
author analyses the relevant theory of power system stability control and the Characteristic
of SSCE ;researches into the test technology of SCS ; puts forward a scheme of universal,
practical test equipment. The test equipment designed according to this scheme has been
put into use successfully. It not only has the advantages of less time, less cost, convenient
testing, but also can be increased new function according to user need. Also the scheme of
test equipment is a good reference for research and development of similar test equipments.
Key words:Power System Security and Stability Control Equipment Test Technology
1
1 緒論
1.1 課題的來源及意義
隨著我國電力系統(tǒng)規(guī)模的日益龐大 電力市場環(huán)境的逐步形成大電網(wǎng)的穩(wěn)定問
題(尤其是暫態(tài)穩(wěn)定問題)變得更加復(fù)雜近年來國內(nèi)外電力系統(tǒng)曾經(jīng)發(fā)生過多次嚴(yán)重
的導(dǎo)致大面積和長時間停電的事故使我們對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題的研究更為迫
切而開發(fā)和研制針對系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定控制裝置顯得尤其重要特別對于我國電網(wǎng)
的建設(shè)落后于電源的建設(shè)網(wǎng)架相對薄弱部分發(fā)電廠出現(xiàn)窩電局面合理地配
置安全穩(wěn)定控制裝置(系統(tǒng)) 可以提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的輸電能力提高電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)
定性為了確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)可靠地運行安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)調(diào)度自動化系
統(tǒng)和電力專用通信系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代電網(wǎng)不可缺少的三大支柱
安全穩(wěn)定控制裝置 系統(tǒng)主要有3 種控制方案早期的離線預(yù)決策實施匹
配方案離線計算量大對電網(wǎng)變化的適應(yīng)性差對預(yù)料之外的運行情況無法適應(yīng)
并存在失配過切的情況因此已逐漸被淘汰在線實時分析決策方案對計算速度
的要求在目前和將來一段時間內(nèi)還無法達(dá)到目前具有較好應(yīng)用前景的是在線預(yù)
決策實時匹配的方案
由于在安全穩(wěn)定控制裝置開發(fā)的各個階段都不可避免地遺留一些錯誤和缺陷如
果不及時找出并改正這些錯誤和缺陷這個產(chǎn)品就可能會在現(xiàn)場中工作失常甚至?xí)?
給電力系統(tǒng)帶來隱患因此首先必須充分結(jié)合現(xiàn)場的特點在實驗室進(jìn)行全面的靜
態(tài)及動態(tài)測試并及時改正出現(xiàn)的問題最后才能到現(xiàn)場進(jìn)行安裝調(diào)試和運行
早期的穩(wěn)控裝置多為一些簡單的線路跳閘連鎖切機(jī) 切負(fù)荷裝置開發(fā)相應(yīng)的測
試裝置顯得意義不大但隨著電力系統(tǒng)自動化程度的提高以及大電網(wǎng)的逐步形成人
們對暫穩(wěn)控制裝置的各項性能提出了新的更高的要求并且希望在采取穩(wěn)控措施的同
時保證較好的經(jīng)濟(jì)性因此逐漸開發(fā)一些新型的區(qū)域穩(wěn)定控制裝置特別是對于一些
大電網(wǎng)的穩(wěn)定控制系統(tǒng)常常由多個功能相似的子站構(gòu)成這時開發(fā)針對穩(wěn)定控制裝
2
置的測試設(shè)備則可以明顯提高開發(fā)的效率另外隨著近年來對安全穩(wěn)定控制裝置開
放性可靠性可維護(hù)性等要求的提高模塊化通用化的開發(fā)已是勢在必行這也
為開發(fā)通用的測試裝置提供了可能性[1]
目前相應(yīng)的測試技術(shù)及裝置研究還處于起步階段 文獻(xiàn)[1]主要是討論了穩(wěn)定控制
裝置的測試流程介紹了穩(wěn)定裝置的模塊測試綜合測試數(shù)字仿真的方法預(yù)測了
穩(wěn)定控制測試的發(fā)展趨勢并未做出一些實用化的研究文獻(xiàn)[2]提出了在實驗室環(huán)境
下對暫態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)測試的原則和方法其方法通過實驗電路采用白
盒法黑盒法來測試軟件的各個組成部分能夠為該系統(tǒng)的動態(tài)模擬實驗和最終
投入運行打下良好的基礎(chǔ)文獻(xiàn)[3]提出了一種用于穩(wěn)定控制裝置的測試平臺該平臺
主要用來對策略查找的正確性以及已形成的策略本身的有效性進(jìn)行檢查這使得穩(wěn)定
控制裝置繁瑣的策略檢測過程更為方便只是該平臺處于開發(fā)階段尚未投入實用
而且該方法只能提供部分動態(tài)仿真試驗的功能文獻(xiàn)[4]提出了一種就地判別式切機(jī)裝
置測試儀的方案部分的解決了切機(jī)裝置的故障波形仿真問題但是由于沒有考慮現(xiàn)
場的跳閘信號跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)控制裝置的特點等因素滿足不了區(qū)域安全穩(wěn)定控制裝置
測試的需要
為了在一般實驗室或現(xiàn)場調(diào)試中能更加全面 更加方便更加有效的測試安全穩(wěn)
定控制裝置以確保安全穩(wěn)定控制裝置 系統(tǒng)能夠滿足可靠性有效性選擇性
和適應(yīng)性等[5]基本要求本文重點對其測試技術(shù)進(jìn)行了深入的研究與探討并在此基
礎(chǔ)上提出了通用化實用化的測試儀實現(xiàn)方案
1.2 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的有關(guān)概念
要有效 可靠的測試安全穩(wěn)定控制裝置首先必須深入理解電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控
制的有關(guān)概念
1 電力系統(tǒng)可靠性
電力系統(tǒng)的可靠性就是保證不間斷地向用戶供應(yīng)足夠的質(zhì)量符合規(guī)定的電能的
能力電力系統(tǒng)的可靠性很難用一個簡單的統(tǒng)一的指標(biāo)來衡量實際上是根據(jù)系統(tǒng)各
部分的性能特點和實用要求提出不同的實用指標(biāo)其中一種常用的方法是將電力
3
系統(tǒng)分為發(fā)電輸電和配電等幾個子系統(tǒng)再根據(jù)電能生產(chǎn)輸送和分配的特點提出
各子系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)
2 電力系統(tǒng)運行狀態(tài)
電力系統(tǒng)正常運行狀態(tài)必須滿足兩個條件 即系統(tǒng)中任一節(jié)點的有功功率和
無功功率應(yīng)平衡系統(tǒng)中各節(jié)點或各元件的某些電氣參數(shù)(如系統(tǒng)頻率節(jié)點電壓
線路電流發(fā)電機(jī)負(fù)載和功角等)不應(yīng)超過允許偏差根據(jù)約束條件的滿足程度電力
系統(tǒng)的運行狀態(tài)可分為以下幾種
1) 正常狀態(tài)
在此狀態(tài)下 負(fù)荷約束條件和運行約束條件同時得到滿足對處于正常狀態(tài)的系
統(tǒng)如承受一個合理的預(yù)想事敵擾動后仍能滿足上述兩組約束條件則稱該系統(tǒng)處
于安全正常狀態(tài)如果在一個合理的預(yù)想事故擾動后不能滿足負(fù)荷約束和運行約束
條件則該系統(tǒng)不滿足安全約束條件稱該系統(tǒng)處于警戒狀態(tài)
2) 緊急狀態(tài)
在此狀態(tài)下 運行約束條件不能完全滿足緊急狀態(tài)可以是靜態(tài)的此時系統(tǒng)某
些參數(shù)超過允許范圍如某些設(shè)備過負(fù)荷某些節(jié)點過電壓等但這些參數(shù)仍能暫時
維持不變電力網(wǎng)一般仍能保持其完整性緊急狀態(tài)也可以是暫態(tài)的此時系統(tǒng)某些
參數(shù)不僅超出允許范圍而且在不斷發(fā)展變化如功角不斷增大電壓不斷下降等
電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)也難以保持完整性
3) 恢復(fù)狀態(tài)
在此狀態(tài)下 系統(tǒng)參數(shù)一般尚能符合運行約束條件但可能己經(jīng)損失部分負(fù)荷或
電網(wǎng)某些部分已解列通過緊急處理后系統(tǒng)運行狀態(tài)雖不再繼續(xù)惡化但正常狀態(tài)
尚未確立
電力系統(tǒng)承受擾動后 可能從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)為另一種狀態(tài)為了維持系統(tǒng)安全穩(wěn)定
運行有時需要采取某些控制措施這些控制措施也可以使系統(tǒng)從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)為另一
種狀態(tài)電力系統(tǒng)運行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖1-1 所示
4
恢復(fù)狀態(tài)緊急狀態(tài)
安全狀態(tài)警戒狀態(tài)
預(yù)防狀態(tài)
正常狀態(tài)
恢復(fù)控制
緊急控制
由控制引起的狀態(tài)變化
由擾動引起的狀態(tài)變化
圖1-1 電力系統(tǒng)運行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換關(guān)系圖
3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性
電力系統(tǒng)穩(wěn)定是研究電力系統(tǒng)在受到擾動后 憑借系統(tǒng)本身固有的能力和控制設(shè)
備的作用回復(fù)到原始穩(wěn)態(tài)運行方式或者達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)運行方式的問題到目前為
止國際上還沒有統(tǒng)一的有關(guān)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分類標(biāo)準(zhǔn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定一般按電力系
統(tǒng)承受擾動的大小分為靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定兩類我國1981 年頒布的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)
定導(dǎo)則將電力系統(tǒng)穩(wěn)定分為靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定三類
4 電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制
電力系統(tǒng)在運行中可能受到各種擾動其擾動一般分為小干擾和大干擾小干擾
一般指正常的負(fù)荷和參數(shù)的波動大干擾指系統(tǒng)中因故障短路或操作等引起的功率或
電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化為了保證電力系統(tǒng)的安全運行需要對各種擾動采用各種相應(yīng)的控制
措施如圖1-2 表示電力系統(tǒng)中各種擾動在時域上的分布及相應(yīng)的對策
5
控制對策
過電壓保護(hù)
工頻過電壓限制
繼電保護(hù)及重合閘
1us 10 100 1 10 100 1 10 100 103 104 105
us ms s
cycle min h
雷電和操作過電壓
工頻過電壓
短路及清除
暫態(tài)和振蕩穩(wěn)定
電壓穩(wěn)定
頻率波動及穩(wěn)定
電及熱功率波動
緊急控制
穩(wěn)定性控制
其他校正控制
電壓及無功功率調(diào)整
頻率及有功功率調(diào)整
預(yù)防控制
圖1-2 電力系統(tǒng)擾動及控制對策
圖中電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制主要有以下兩類
預(yù)防控制 Preventive Control 電力系統(tǒng)正常運行時由于某種原因 運行方式惡
化或擾動處于警戒狀態(tài)為提高運行安全裕度使電力系統(tǒng)恢復(fù)至安全狀態(tài)而進(jìn)行
的控制
緊急控制 Emergency Control 電力系統(tǒng)由于擾動進(jìn)入緊急狀態(tài)或特急狀態(tài)為
防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞防止運行參數(shù)嚴(yán)重超出允許范圍以及防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大造成
嚴(yán)重停電而進(jìn)行的控制
電力系統(tǒng)發(fā)生短路等事故時 首先應(yīng)由繼電保護(hù)動作切除故障一般情況下事故
切除后系統(tǒng)可繼續(xù)運行如果事故很嚴(yán)重或者事故處理不當(dāng)則可能造成事故擴(kuò)大
而導(dǎo)致嚴(yán)重后果為此電力系統(tǒng)中還應(yīng)配備必要的緊急控制裝置
緊急控制要解決的問題包括防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞 制止系統(tǒng)失步運行限制系統(tǒng)頻
率過低限制系統(tǒng)頻率過高限制系統(tǒng)電壓過低限制系統(tǒng)電壓過高限制設(shè)備過負(fù)
荷[23]
1.3 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法的研究現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析是暫態(tài)穩(wěn)定控制的前提 也是穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)研究
所涉及到的工具之一其分析方法主要有時域仿真法直接分析法和混合分析法
6
1.3.1 時域仿真法
時域仿真法 Time Domain Method 也稱為數(shù)值積分法該方法是在列出描述系
統(tǒng)暫態(tài)過程的微分方程和代數(shù)方程組后通過交替求解或聯(lián)立求解根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子
間相對角度的變化情況來判斷穩(wěn)定性
其優(yōu)點主要是 系統(tǒng)模型足夠精確在規(guī)模上可包含幾千條母線幾千條線路
幾百臺發(fā)電機(jī)組以及各種控制和保護(hù)裝置的詳盡模型可得到相當(dāng)準(zhǔn)確的結(jié)果能提
供系統(tǒng)各種變量的時間響應(yīng)目前國內(nèi)外都有很成熟的軟件其缺點該法耗時較長
不適應(yīng)在線分析控制的計算要求故主要用于離線分析計算中此外數(shù)值積分法只
能給出計算條件下的結(jié)果難以知道一個原來的穩(wěn)定或不穩(wěn)定的系統(tǒng)在多大的參
數(shù)變化下就會失去穩(wěn)定或成為穩(wěn)定難以分析各參數(shù)對穩(wěn)定的影響無法比較不
同的算例的穩(wěn)定程度[6,26]
對時域仿真法的研究存在這樣幾個方向 一探索在線應(yīng)用的快速時域仿真計算
方法如高階泰勒級數(shù)法二采用并行處理技術(shù)將傳統(tǒng)的串行時域仿真程序改造
為并行仿真計算程序加快時域仿真計算速度三將暫態(tài)穩(wěn)定程序同中期穩(wěn)定長
期動態(tài)程序接口對系統(tǒng)進(jìn)行從擾動初始直到1~2 小時左右的全過程動態(tài)時域仿真
從而可深入研究系統(tǒng)的動態(tài)行為及系統(tǒng)各種控制措施的性能及其在時間上的配合和
協(xié)調(diào)[39 40 41 42 43]
1.3.2 直接法
暫態(tài)能量函數(shù)法[6,27 28,29,30]源自李雅普諾夫直接法它作為一種電力系統(tǒng)在線暫
態(tài)穩(wěn)定評定與控制的方法已成為電力系統(tǒng)中的一個重要研究領(lǐng)域暫態(tài)能量函數(shù)描述
了系統(tǒng)在故障階段及故障后階段不同時刻的暫態(tài)能量這種暫態(tài)能量由故障所激發(fā)
并在故障階段形成暫態(tài)能量包含動能和位能兩個分量動能是由故障造成系統(tǒng)分離
的能量位能包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置能量系統(tǒng)各元件的磁場儲能和網(wǎng)絡(luò)耗散能量當(dāng)
故障發(fā)生系統(tǒng)的暫態(tài)動能和位能顯著增長在故障清除時刻動能開始降低位能
繼續(xù)增長在故障清除后全部能量是守恒的不計阻尼的情況下故障后的系統(tǒng)
經(jīng)歷了由動能轉(zhuǎn)換為位能的過程若系統(tǒng)能吸收剩余動能則系統(tǒng)穩(wěn)定若系統(tǒng)不能
7
吸收剩余動能則系統(tǒng)不穩(wěn)定因此在臨界清除時間下事故后系統(tǒng)能達(dá)到的頂值
位能是系統(tǒng)能夠吸收的最大能量并稱之為臨界能量cr V 暫態(tài)能量函數(shù)法就是通過在
故障清除時刻的系統(tǒng)暫態(tài)能量cl V 與臨界能量cr V 相比較直接評定系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性
兩者之差稱為穩(wěn)定裕度 通常表示為 ΔV =Vcr ?Vcl
直接法主要有以下幾種PEBS 方法[12 17] 故障模式MOD 法[18] 穩(wěn)定域邊
界BCU 法[19 20 48]和擴(kuò)展等面積法EEAC [49 54]等
暫態(tài)能量函數(shù)法因其能夠定量度量穩(wěn)定程度 適合于對系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的靈敏度分
析計算快速從而受到較多的關(guān)心成為仿真方法的一種重要補充而不是代替仿
真方法但是目前的研究結(jié)果大都是在簡化條件下得到的而且還受到系統(tǒng)規(guī)模的限
制當(dāng)系統(tǒng)太大時所用方法在可靠性計算所需的時間和精度上均受到影響因此
目前暫態(tài)能量函數(shù)法主要用于兩個方面[44] 預(yù)想故障的 篩選和掃描工具
在線穩(wěn)定分析中快速給出預(yù)想故障的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度 對穩(wěn)定度差的預(yù)想故障作告
警處理并輔助搜索穩(wěn)定控制措施
目前 暫態(tài)能量函數(shù)法的研究有著幾個發(fā)展方向計及復(fù)雜模型構(gòu)造暫態(tài)能
量函數(shù)如計及發(fā)電機(jī)高階實用模型勵磁系統(tǒng)動態(tài)[7] 直流輸電模型負(fù)荷頻率及
電壓特性的能量函數(shù)或基于結(jié)構(gòu)保留模型的能量函數(shù)[8] 考慮穩(wěn)定控制作用的暫態(tài)
能量函數(shù)法如適應(yīng)不對稱故障單相重合閘過程切負(fù)荷快關(guān)汽門切機(jī)電阻
制動等完善計算方法及改進(jìn)計算速度和精度如采用修正的暫態(tài)能量函數(shù)[9 10]
以改善計算精度穩(wěn)定裕度對于參數(shù)的靈敏度分析 以分析影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主
要因素從而選取相應(yīng)的控制措施
1.3.3 混合法
混合法 HYBRID 基本思想是將時域仿真法與暫態(tài)能量函數(shù)法相結(jié)合充分利
用時域仿真法模型適應(yīng)能力強(qiáng)計算精度高結(jié)果可靠的優(yōu)點和暫態(tài)能量函數(shù)法能夠
給出系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定/不穩(wěn)定程度定量信息的優(yōu)點給出暫態(tài)穩(wěn)定分析可靠準(zhǔn)確定量
分析結(jié)果在混合法中實施逐步數(shù)值仿真至故障清除時間以外在每一時間步長求
取系統(tǒng)的動能和位能在穩(wěn)定情況下沿事故后的穩(wěn)定平衡點與軌線上局部位能最大值
8
點的連線外推至PEBS 得到一交點該交點與局部位能最大值點間的位能差形成一
近似的能量裕度在不穩(wěn)定情況下由持續(xù)故障軌線到達(dá)PEBS 時的局部動能最小值所
檢測出該方法的計算時間如同時域仿真法其優(yōu)點是能夠提供穩(wěn)定裕度可靠性較高
能夠識別非臨界機(jī)群的機(jī)間振蕩以及有能力涉及首擺以外的情況[6,31,32,33,34]
混合法是構(gòu)筑在線暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制系統(tǒng)的最佳方案 其在工程應(yīng)用中的主要
問題是計算速度由于引入了時域仿真計算必須提高整個系統(tǒng)的計算速度
穩(wěn)定裕度的準(zhǔn)確計算混合法是用暫態(tài)能量函數(shù)法計算系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度暫態(tài)能量函
數(shù)法本身的一些近似和假設(shè)影響了計算的準(zhǔn)確性需要研究適用于混合法的穩(wěn)定裕度
計算方法
1.4 電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的研究現(xiàn)狀
1.4.1 離線決策在線匹配穩(wěn)定控制
這種方法是基于 離線計算在線匹配的思想控制系統(tǒng)根據(jù)離線計算形成的
控制策略表由計算機(jī)在線查詢實時控制即控制策略表是在預(yù)想的各種運行工況和
故障條件下在大量離線穩(wěn)定分析計算基礎(chǔ)上經(jīng)過歸納整理將電力系統(tǒng)運行方式
故障方式等及其對應(yīng)的暫態(tài)穩(wěn)定控制規(guī)律合成控制策略表應(yīng)用時對號入座確
定規(guī)律這種決策方式的優(yōu)點是對計算時間沒有特殊要求運行人員較熟悉并容易
掌握等其缺點是計算工作量大適應(yīng)性差等[6]
1.4.2 在線實時決策穩(wěn)定控制
這種控制方式中確定控制對策的計算是事故后在控制裝置中實時進(jìn)行的 送入控
制裝置的信息可分為慢速事故前信息可循環(huán)傳送和快速事故擾動信息兩種
裝置檢測到事故擾動信息后實時計算得出與當(dāng)時實際狀態(tài)對應(yīng)的控制策略并付諸實
施這樣得到的控制策略完全針對實際情況除了算法和在線數(shù)據(jù)本身的誤差之外
沒有其他附加的誤差另一方面也不需要進(jìn)行無用的計算但是要求算法具有超實時
的速度和足夠的精度及魯棒性這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有的算法水平
在線實時決策穩(wěn)定控制的研究方向有 實時參數(shù)判別式法以及基于GPS 同步相量
9
測量的穩(wěn)定控制方法等[6]
1.4.3 在線準(zhǔn)實時決策穩(wěn)定控制
這種 在線準(zhǔn)實時決策實時匹配方案是利用EMS 采集的電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)和運
行狀態(tài)用計算機(jī)對預(yù)想故障的全集進(jìn)行穩(wěn)定計算形成當(dāng)前方式下的控制策略表并
刷新的一種決策方式目前條件下對一個有上百臺發(fā)電機(jī)上千個節(jié)點的電網(wǎng)進(jìn)行
一次仿真大約只需5min 因此該方法基于這樣的假設(shè)前提在電力系統(tǒng)正常運行期
間可以認(rèn)為在幾分鐘內(nèi)系統(tǒng)潮流不會有大幅度的變化在這個假設(shè)前提下可以認(rèn)
為幾分鐘以前由在線穩(wěn)定計算所決定的穩(wěn)定策略表對于幾分鐘以后發(fā)生故障干
擾的電力系統(tǒng)仍然是適用的實踐證明在線準(zhǔn)實時決策面對電網(wǎng)實時潮流預(yù)想事
故的全集和基本上不存在失配的情況對電網(wǎng)的變化適應(yīng)性較強(qiáng)而且大量的計算由
計算機(jī)自動完成減輕了專業(yè)人員的負(fù)擔(dān)
在計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天 電力系統(tǒng)計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模全國四大
電網(wǎng)中EMS 系統(tǒng)已經(jīng)建成EMS 高級應(yīng)用軟件已投入運行通信網(wǎng)絡(luò)正在不斷地完
善直接從EMS 系統(tǒng)中獲取在線信息成為可能通信速度也能滿足在線準(zhǔn)實時計算
的需要因此在線準(zhǔn)實時決策實時匹配的穩(wěn)定控制方案在電力系統(tǒng)中獲得了越來
越多的實際應(yīng)用[6]
1.4.4 基于人工智能的控制方法
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展 其技術(shù)逐漸被用于在線決策和穩(wěn)定控制文獻(xiàn)[13]采用
在線預(yù)想計算實時匹配方案結(jié)合EEAC 和專家系統(tǒng)技術(shù)用于在線刷新緊急策
略表對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行工況的適應(yīng)性大大提高還有利用模式識別技術(shù)識別發(fā)電機(jī)
是否失步的方法文獻(xiàn)[14]則基于連續(xù)函數(shù)關(guān)系分析合理選擇向前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和
輸出并對如何應(yīng)用于實際的大規(guī)模電力系統(tǒng)局部暫態(tài)穩(wěn)定控制進(jìn)行了探索性研究
由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的信息存儲及處理能力因此它至少可以相當(dāng)于一個更復(fù)
雜具有更高維數(shù)的查閱表如果再利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類和函數(shù)逼近能力則它完全
可以容易地計及故障后發(fā)電機(jī)間各種不同的搖擺模式文獻(xiàn)[15]提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)
絡(luò)自組織模糊控制器的多機(jī)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制這種控制方法將模糊控制的隸屬函數(shù)
10
及控制規(guī)則隱含在多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中并且在控制訓(xùn)練中進(jìn)行動態(tài)調(diào)整這樣就使得傳
統(tǒng)的模糊控制具有了一定的自組織特性從而提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和魯棒性同時節(jié)
省了大量的規(guī)則匹配時間具有更好的控制效果[6] 文獻(xiàn)[16]基于連續(xù)函數(shù)關(guān)系分析
合理選擇前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出分別提出了多機(jī)電力系統(tǒng)切機(jī)控制決策快速
汽門控制決策以及兩電站間切機(jī)和快速汽門控制協(xié)調(diào)方案的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法并對如何
應(yīng)用于實際的大規(guī)模電力系統(tǒng)局部暫態(tài)穩(wěn)定控制進(jìn)行了探索性研究所提方法易于實
現(xiàn)
目前人工智能法在暫態(tài)穩(wěn)定控制的實際應(yīng)用中存在一些困難 運行專家的經(jīng)驗難
以總結(jié)和表述難以獲取大量的準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)樣本借助于模擬仿真得到的樣本數(shù)據(jù)
可能與電力系統(tǒng)實際運行情況不符合缺乏在線自動學(xué)習(xí)的有效算法難以從大量數(shù)
據(jù)中提取有效信息隨著信息技術(shù)和智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展人工智能技術(shù)必將在電
力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析和控制中有著廣闊的應(yīng)用前景
1.5 控制策略表的研究現(xiàn)狀
暫態(tài)穩(wěn)定控制要求在故障發(fā)生后 120 140ms 內(nèi)給出穩(wěn)定控制措施并滿足可靠性
要求最理想的控制方法是在線實時暫態(tài)穩(wěn)定控制但是要求其算法具有超實時的速
度和足夠的精度及魯棒性這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有的算法水平因此在新的在線穩(wěn)定分
析算法還沒有實現(xiàn)或沒有達(dá)到工程應(yīng)用階段時暫態(tài)穩(wěn)定控制策略表仍是一種簡單
直觀明確實用的穩(wěn)定控制方法并在實際工程中得到了廣泛應(yīng)用
目前 有兩種方式生成控制策略表離線計算生成策略表在線預(yù)算生成策略表
兩者生成策略表的方式不同前者是離線手工生成后者是在線自動生成當(dāng)發(fā)生故
障時都要查詢策略表并執(zhí)行相應(yīng)的暫態(tài)穩(wěn)定控制措施
離線形成的策略表是在大量的離線穩(wěn)定分析計算所得結(jié)果的基礎(chǔ)上 經(jīng)過整理歸
納結(jié)合裝置的實際能力并考慮到電網(wǎng)今后一段時間的發(fā)展等情況綜合產(chǎn)生的離
線計算生成策略表的優(yōu)點是實施控制時只需搜索匹配策略表不存在對暫態(tài)穩(wěn)定
分析快速性的要求可以利用成熟的離線暫態(tài)穩(wěn)定分析技術(shù)在一個特定電網(wǎng)的預(yù)
想運行工況和故障條件下能準(zhǔn)確地確定穩(wěn)定控制措施可以充分利用運行人員的
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經(jīng)驗歸納總結(jié)到策略表中但是這種方式形成的策略表也有明顯的缺點策
略表維數(shù)高數(shù)據(jù)量大計算和修改工作量大對實際的系統(tǒng)運行工況適應(yīng)性差
當(dāng)系統(tǒng)運行工況與離線預(yù)想工況相差較大時容易造成匹配誤差大甚至發(fā)生失配
現(xiàn)象抽取系統(tǒng)特征量需要運行人員的經(jīng)驗和大量的離線計算穩(wěn)定判別和確
定控制量時只能按偏嚴(yán)重的潮流方式進(jìn)行使得結(jié)果偏于保守且影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運
行
在線預(yù)算生成策略表 在線準(zhǔn)實時方式所依據(jù)的工況是當(dāng)時的實際工況而無
需考慮其它幾千種可能的工況這種在線準(zhǔn)實時方式生成的控制策略表只有實際的結(jié)
構(gòu)參數(shù)和潮流參數(shù)表的規(guī)模和計算工作量大大減少計算結(jié)果也更接近實際(只有故
障是假定的) 但是這種方式要求在線生成控制策略表的算法速度較快通常要求在
5 10min 內(nèi)完成對所有預(yù)想事故的穩(wěn)定分析及生成對應(yīng)控制策略為了在5 10min
內(nèi)對策略表進(jìn)行刷新策略表在5 10min 內(nèi)刷新是基于系統(tǒng)運行參數(shù)在一段時間
內(nèi)不會發(fā)生太大的變化因而可以應(yīng)用前一次形成的策略表于當(dāng)前的工況需要對
預(yù)想事故集進(jìn)行快速篩選為了同時滿足計算的快速性和可靠性目前通常是運用時
域仿真法和直接法相結(jié)合的混合分析方法即直接法用于快速篩選時域仿真法用于
詳細(xì)的仿真計算這種方式不但要求每隔5 10min 對策略表進(jìn)行刷新一次還要求
每當(dāng)系統(tǒng)運行工況發(fā)生較大的變化時都應(yīng)當(dāng)重新生成策略表這兩個要求要互相配
合使得策略表的刷新滿足時間及精度要求而又不會過于頻繁目前這還是有待研究
的難題此外對篩選后的預(yù)想事故要進(jìn)行較為詳細(xì)的仿真計算對仿真計算程序
的精度和準(zhǔn)確性要求較高[50]
在電力系統(tǒng)運行中 如果安全穩(wěn)定控制裝置檢測到故障信息經(jīng)過快速的判斷
然后從策略表中查找到相應(yīng)的控制措施并付諸實施因此確保安全穩(wěn)定控制裝置能
夠準(zhǔn)確快速的查找策略表就成為了穩(wěn)定控制裝置測試的重要一環(huán)
1.6 本文的主要工作及章節(jié)安排
本文的研究是結(jié)合華中科技大學(xué) QWD 型區(qū)域安全穩(wěn)定控制裝置的研發(fā)這個
科研項目及工程實際任務(wù)進(jìn)行的本文總結(jié)了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的概念暫態(tài)穩(wěn)
12
定分析及電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的相關(guān)理論分析了安全穩(wěn)定控制裝置的特點在此基礎(chǔ)
上對安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)及特點進(jìn)行研究最后提出了一套實用的測試儀設(shè)計
原理及實現(xiàn)方案并且已經(jīng)將測試儀投入實際的工程應(yīng)用中
論文各章節(jié)的內(nèi)容安排 第一章介紹該課題的來源與目的回顧了測試技術(shù)及
裝置研究的有關(guān)研究及發(fā)展對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的相關(guān)概念和理論做了一些綜
述并且對本文的主要工作及章節(jié)安排做了簡要的說明第二章綜述了安全穩(wěn)定控
制裝置(系統(tǒng))的要求發(fā)展歷史及現(xiàn)狀和安全穩(wěn)定控制裝置的基本配置及構(gòu)成分析
了某典型安全穩(wěn)定控制裝置(系統(tǒng)) 第三章對安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)及特點進(jìn)
行了研究提出了測試方案的設(shè)計要求提出了靜態(tài)測試和動態(tài)測試的有關(guān)方法第
四章提出了一套實用的測試儀設(shè)計原理及實現(xiàn)方案并且對測試儀的硬件設(shè)計和軟
件設(shè)計做了主要的介紹給出了一些運用實例最后小結(jié)了該測試儀的優(yōu)點第五章
對全文進(jìn)行了總結(jié)并指出了今后有待進(jìn)一步研究的工作
13
2 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置系統(tǒng)綜述
本章對安全穩(wěn)定控制系統(tǒng) 特別是安全穩(wěn)定控制裝置進(jìn)行了綜述指出了對穩(wěn)定
控制裝置進(jìn)行測試的特點和難點
2.1 安全穩(wěn)定控制裝置(系統(tǒng))的基本要求
電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性 它在確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定
經(jīng)濟(jì)可靠地運行中處于重要的地位所以文獻(xiàn)[5]提出了安全穩(wěn)定控制裝置系統(tǒng)
設(shè)計和開發(fā)的基本要求歸納起來有5 點
1 可靠性
由于暫態(tài)穩(wěn)定控制裝置是保證系統(tǒng)安全的重要措施因此必須具有高度的可靠
性可靠性是指裝置該動作時動作(信賴性) 不該動作時不動作(安全性) 該動作時不
動作為拒動不該動作時動作為誤動裝置要能長期連續(xù)工作有很強(qiáng)的抗干擾能力
不能誤動更不能拒動
2 有效性
對于安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的控制有效性要求 可分為兩個方面其一是指在系統(tǒng)發(fā)
生較大擾動為保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行而控制局部機(jī)組出力或負(fù)荷時所給出的控
制量要滿足穩(wěn)定要求其二是指控制對象的選擇問題如快速減出力的控制對象可能
有幾個機(jī)組或電廠時應(yīng)尋求有效性高的對象加以控制
3 選擇性
安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)是分層分區(qū)控制的 安全穩(wěn)定控制裝置保護(hù)對象界面雖不像繼
電保護(hù)那明確但也有一定范圍遠(yuǎn)距離送電發(fā)電廠的穩(wěn)定控制裝置的主要保護(hù)范圍
為電廠出線最多延伸到下一級出線故障后的穩(wěn)定控制而網(wǎng)間的穩(wěn)定問題需由網(wǎng)間
裝置來完成必要時其控制措施的執(zhí)行可通過發(fā)電廠的裝置來實現(xiàn)因此穩(wěn)定控
制裝置要求能區(qū)別不同性質(zhì)的故障和故障的嚴(yán)重程度以及對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響并采取
不同的措施具有較高的選擇性
14
4 適應(yīng)性
適應(yīng)性是指能適應(yīng)不同電力系統(tǒng)及其發(fā)展和不同控制要求兩個方面 前者強(qiáng)調(diào)裝
置的典型性和通用性后者強(qiáng)調(diào)裝置控制功能的完整性一般說來安全穩(wěn)定控制系
統(tǒng)含啟動裝置和控制措施兩部分控制措施視電力系統(tǒng)的現(xiàn)有條件和控制要求加以利
用或?qū)ｉT配置啟動裝置則希望選用定型產(chǎn)品安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)基本上可以分為
用于提高電廠對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的控制裝置用于局部區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)
和用于幾個區(qū)域網(wǎng)之間的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)這種系列產(chǎn)品各自應(yīng)該滿足適應(yīng)性的要
求
5 經(jīng)濟(jì)性
安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)從電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計階段 正常運行階段和防止
重大事故的發(fā)生三個方面所產(chǎn)生的效益與建設(shè)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的投資進(jìn)行綜合比
較得出經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)電力系統(tǒng)正常運行過程中所獲得的效益是體現(xiàn)安全穩(wěn)定控制系
統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的主要組成部分
2.2 安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置的研制國內(nèi)外都開始于 60 年代當(dāng)時電網(wǎng)規(guī)模比較
小穩(wěn)定性問題還不突出另外電子技術(shù)還未發(fā)展到足夠水平因此穩(wěn)定控制技術(shù)受
到很大局限到了70 年代隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大穩(wěn)定破壞事故的增多和對國民經(jīng)濟(jì)
造成的嚴(yán)重影響另一方面由于電子技術(shù)的發(fā)展國外在穩(wěn)定控制的理論和裝置方
面都有了較大發(fā)展而當(dāng)時國內(nèi)由于處在十年動亂期間電網(wǎng)事故接連不斷80 年代
電網(wǎng)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大大停電的深刻教訓(xùn)迫使各國十分重視緊急控制技術(shù)的研究積
極進(jìn)行緊急控制裝置和控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用
國外典型的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)有 前蘇聯(lián)電網(wǎng)設(shè)計院研制的安裝在伊塔茨克變電
站的成套反事故控制裝置直流研究所研制的烏拉爾聯(lián)合電力系統(tǒng)集中性反事故自動
化系統(tǒng)日本中部電力公司與三菱公司開發(fā)研制的TSC 集中式穩(wěn)定控制系統(tǒng)東北電
力與日產(chǎn)公司研制的BSPC 集中式穩(wěn)定控制系統(tǒng)關(guān)西電力的BSS 穩(wěn)定控制裝置等
法國EDF 將全國電網(wǎng)劃分為二十個基本區(qū)域然后在這些區(qū)域電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線上
15
和區(qū)域內(nèi)裝設(shè)專用的控制系統(tǒng)已投運的系統(tǒng)為DRS 并在開發(fā)新系統(tǒng)實現(xiàn)實時
測量伴以實時計算和集中分層控制方式加拿大安大略水電局BRUCE 地區(qū)的BSPS
穩(wěn)定控制系統(tǒng)
我國在 80 年代初開始研制以集成電路為基礎(chǔ)的穩(wěn)定控制裝置80 年代中期開始
開發(fā)以微機(jī)為基礎(chǔ)的穩(wěn)定控制裝置1987~1991 年試點開發(fā)的東北遼西電網(wǎng)區(qū)域緊急
控制系統(tǒng)并未能實用但為以后福建電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)河北電網(wǎng)中的南北網(wǎng)之間聯(lián)
絡(luò)線控制系統(tǒng)等的成功開發(fā)和應(yīng)用積累了經(jīng)驗和教訓(xùn)1993 1994 年研制的北侖港
蘭亭緊急控制系統(tǒng)已投入正式跳閘運行1992~1994 年又開展了山西神頭地區(qū)緊
急控制系統(tǒng)云南地區(qū)緊急控制系統(tǒng)南方互聯(lián)電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)的研制工作這
段時期投運系統(tǒng)的缺點是1 可靠性不高主要薄弱環(huán)節(jié)是通信通道2 只能
根據(jù)少量信息來做決策控制精度差3 自適應(yīng)能力和通用性差所開發(fā)的系統(tǒng)
都是針對特定條件設(shè)計的對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運行方式和實際可用的實時信息量的變化
的適應(yīng)能力差[25]
從上世紀(jì) 90 年代末開始安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)由分散的單個控制裝置或局部控制
裝置發(fā)展成為考慮一個地區(qū)或全系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用了在線預(yù)決策實時匹配
方案來提高對工況和故障形態(tài)變化的自適應(yīng)能力與EMS 結(jié)合共享電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)
和信息資源使調(diào)度自動化和控制自動化統(tǒng)一起來有效的應(yīng)用了具有定量分析能力
的直接法如EEAC 法等
文獻(xiàn)[11 45]介紹了國際上首個在線暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制系統(tǒng)該控制系統(tǒng)于1995
年投入運行它采用故障掃描并行處理技術(shù)每5min 刷新一次決策表將控制措
施送到控制裝置實現(xiàn)實時故障匹配和緊急控制在國內(nèi)南京電力自動化研究院開
發(fā)了OPS-1 緊急控制在線分析預(yù)決策系統(tǒng)[46] 該系統(tǒng)實時量測當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電氣量結(jié)合
EEAC 技術(shù)和區(qū)域穩(wěn)定控制裝置可以在線生成最佳控制策略華中科技大學(xué)研制了
河南省在線穩(wěn)定控制系統(tǒng)該系統(tǒng)從EMS 獲取電網(wǎng)運行方式自動匹配控制策略實
施控制[47] 這段時期生產(chǎn)的安全穩(wěn)定控制裝置有南京電力自動化研究院開發(fā)的FWK
型分布式電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制裝置華中科技大學(xué)開發(fā)的QWD 型區(qū)域安全穩(wěn)定控制裝
置中國電科院系統(tǒng)所開發(fā)的EMWK-2000 區(qū)域型安全穩(wěn)定控制裝置西安交通大學(xué)
研制的WAW-1 型安全穩(wěn)定緊急控制裝置等等目前國內(nèi)的這些裝置是基于離線生
16
成的控制策略表實施控制對提高系統(tǒng)穩(wěn)定性起到了重要作用而且它們將來可以隨
著EMS 及上層決策系統(tǒng)的完善與上層決策系統(tǒng)互聯(lián)實現(xiàn)在線預(yù)決策實時匹配
總之現(xiàn)有的在線暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制系統(tǒng)仍然處于探索階段在技術(shù)上還沒有成熟
一些問題有待進(jìn)一步解決
隨著基于 GPS 的同步相量測量單元PMU 的逐步推廣人工智能技術(shù)的日益
發(fā)展與實用化計算機(jī)并行處理技術(shù)的發(fā)展等安全穩(wěn)定控制裝置將會朝著更具有實
時性更加智能化更加可靠的方向發(fā)展
2.3 安全穩(wěn)定控制裝置的基本配置及構(gòu)成
2.3.1 安全穩(wěn)定控制裝置的基本配置[3]
安全和穩(wěn)定準(zhǔn)則通常規(guī)定 在某些接線潮流和擾動條件下電網(wǎng)本身不采取任
何控制措施即應(yīng)能保證穩(wěn)定在某些較嚴(yán)重的組合條件下需要采取規(guī)定的控制措施
對某些更嚴(yán)重但出現(xiàn)幾率較少的組合條件則允許穩(wěn)定破壞再采取適當(dāng)措施減輕其
不利后果對于電力系統(tǒng)其控制裝置的配置分為單個廠站和區(qū)域性兩種情況
對于一個區(qū)域性的電網(wǎng) 穩(wěn)定控制系統(tǒng)往往需要在多個站點采集信息控制措施
也需要在多個站點執(zhí)行作決策時也需要考慮系統(tǒng)內(nèi)多個電源的運行狀態(tài)因而站與
站之間有大量的遠(yuǎn)方信息傳遞根據(jù)站與站之間的相互關(guān)系將區(qū)域性電網(wǎng)的穩(wěn)定控
制裝置的配置分為集中式分散式和結(jié)合式三種情況
集中式就是由主站集中制定所有的決策 這種方式首先根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選取某一
樞紐點作為主站其余為子站運行時由主站發(fā)出控制命令傳給子站由子站執(zhí)行這
種方式需要在主站和子站之間雙向傳遞信息對通道的依賴性強(qiáng)并且主站的策略表
會非常復(fù)雜
分散式就是確定控制對策的任務(wù)主要是就地執(zhí)行 這種方式主要依賴本地的信息
進(jìn)行決策對于簡單的單電源系統(tǒng)比較適合對于復(fù)雜電網(wǎng)為了保證控制的有效往往
會過量控制
結(jié)合式結(jié)合了以上兩種方式 一般設(shè)置一個主控制站和若干個子控制站以及一些
終端控制站其結(jié)構(gòu)如圖2-1 所示結(jié)合式穩(wěn)定控制系統(tǒng)的思想就是集中管理區(qū)域控
17
制這種方式使得整個系統(tǒng)信息共享系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變更靈活數(shù)據(jù)采集處理計
算和控制策略具有很好的實時性
調(diào)度系統(tǒng) 控制中心
主站1
子站
主站2 主站3
子站 子站 子站 子站
終端終端
控制通道
通信通道
圖2-1 結(jié)合式安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
對于某一個廠站 由于其主要關(guān)心的是自身的信息采集決策指定和控制執(zhí)行
一般單個廠站的配置分為單機(jī)方式雙機(jī)方式和三機(jī)容錯系統(tǒng)這三個方式的特點
是單機(jī)方式是一個廠站安裝一套穩(wěn)控裝置這樣的配置投資少但是裝置沒有冗余
度安全性和可靠性不高雙機(jī)方式是一個廠站安裝兩套裝置兩套裝置的信息輸入
相互獨立分為一主一備或者兩個互為備用這樣的配置可靠性高但是安全性仍然
由一個裝置承擔(dān)安全性不高三機(jī)容錯方式是相對與雙機(jī)方式的提高其通過控制
裝置出口采用三取二來確保整個穩(wěn)控裝置的安全性和可靠性[3]
文獻(xiàn)[21]提出了對安全穩(wěn)定控制裝置配置的一些研究性建議
1 在正常接線及正常潮流方式下電力系統(tǒng)發(fā)生I II 級擾動或正常接線加
重潮流方式及檢修接線正常潮流方式下電力系統(tǒng)發(fā)生I II 級擾動僅靠系統(tǒng)一次
網(wǎng)架不能達(dá)到A 級系統(tǒng)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時應(yīng)配置安全穩(wěn)定控制裝置當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生相應(yīng)
擾動采取相應(yīng)控制措施宜使之達(dá)到B 級穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)
2 裝置按雙重配置考慮由單一裝置中三取二等起動邏輯控制實現(xiàn)安全穩(wěn)定
控制可靠性中的安全性通過雙重冗余配置達(dá)到可靠性中的信賴性要求
3 安全穩(wěn)定控制裝置可以按集中控制式(通過信息傳輸通道把中央設(shè)備與其它
設(shè)備聯(lián)系在一起)或就地控制式構(gòu)成應(yīng)盡量采取就地控制的裝置以減少對通道的依
賴性
4 強(qiáng)調(diào)裝置在滿足其主要功能要求下盡量簡化一些后備功能(如振蕩解列
18
等)不要與安全穩(wěn)定控制裝置主保護(hù)合在一起以免使安全穩(wěn)定控制裝置本身過分復(fù)雜
又達(dá)不到冗余后備控制的目的裝置構(gòu)成要簡化的另一個重要原因是易做到模塊化
規(guī)范化縮短生產(chǎn)周期能夠與一次設(shè)備同步投產(chǎn)
2.3.2 安全穩(wěn)定控制裝置的基本構(gòu)成[3 23]
電力系統(tǒng)緊急控制系統(tǒng)一般可以分為以下三個部分 起動裝置檢測電力系統(tǒng)中
出現(xiàn)事故擾動情況控制作用確定裝置自動確定控制作用方式和控制量大小執(zhí)
行裝置實施控制作用這三個部分可以是分別獨立的裝置也可能是組合在一起
的例如將起動裝置和控制作用確定裝置組合在一起整個緊急控制裝置的各部分可
以裝設(shè)在一個廠(站) 也可能分散在不同廠(站)采用遠(yuǎn)方傳送信息的裝置進(jìn)行聯(lián)系
1 起動裝置
根據(jù)控制系統(tǒng)的要求 起動裝置可反應(yīng)于以下的擾動檢定事故擾動發(fā)生如電
壓電流突變出現(xiàn)不對稱分量負(fù)序和零序分量等檢定短路故障的嚴(yán)重程度檢定
頻率異常情況檢定電壓異常情況檢定線路斷路器斷開檢定系統(tǒng)振蕩
2 控制作用確定裝置
控制作用確定裝置是緊急控制裝置的核心部分 不同的緊急控制其確定控制方
式和控制量的方法也各有特點對于不同的緊急控制可以適當(dāng)規(guī)定其選擇控制作用
的順序各種控制方式的控制量可以分為階梯式的若干級根據(jù)系統(tǒng)擾動的不同情況
選用適當(dāng)?shù)目刂萍墑e一般控制作用僅實施一次在規(guī)定時間內(nèi)若同時出現(xiàn)幾個
同一性質(zhì)不同等級的控制作用命令時應(yīng)執(zhí)行其中最大等級者選擇控制作用時除
了考慮緊急控制的積極作用外還應(yīng)考慮控制作用引起的附加費用損失和不良后果
考慮到可能發(fā)生的損失宜按一定的順序?qū)嵤┛刂谱饔?
3 執(zhí)行裝置
除去快速保護(hù)和故障重合閘 電力系統(tǒng)廣泛使用的緊急控制方式有汽輪機(jī)短暫
或持續(xù)減功率切除發(fā)電機(jī)切除負(fù)荷發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)強(qiáng)勵強(qiáng)減和附加穩(wěn)定控制
無功補償控制動態(tài)電阻制動直流輸電調(diào)制解列系統(tǒng)備用設(shè)備或電源自動投入
目前最常用的控制措施是切除發(fā)電機(jī)和切除負(fù)荷
19
2.4 某典型安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的功能及特點
該系統(tǒng)是由華中科技大學(xué)與華中電力調(diào)度通信中心共同研究與開發(fā)的華中電網(wǎng)
新型穩(wěn)定控制系統(tǒng)其控制系統(tǒng)由上層的調(diào)度自動決策系統(tǒng)中層的區(qū)域穩(wěn)定控制裝
置和下層的智能執(zhí)行裝置三層組成如圖2-2 所示
上層自動決策系統(tǒng)從 EMS 系統(tǒng)在線獲取實時信息進(jìn)行狀態(tài)估計和智能識別
確定系統(tǒng)是否已經(jīng)偏離原來的運行方式若有則運用專家系統(tǒng)對預(yù)想的事故全集進(jìn)行
事故預(yù)篩選再運用在線的快速篩選法對預(yù)想事故進(jìn)行快速篩選對于臨界情況及不
穩(wěn)定情況則進(jìn)行精細(xì)計算同時導(dǎo)出最佳的穩(wěn)定控制措施量然后進(jìn)行全網(wǎng)的穩(wěn)定
評估和優(yōu)化決策并統(tǒng)一協(xié)調(diào)各區(qū)域穩(wěn)定中層決策控制系統(tǒng)得到準(zhǔn)實時預(yù)決策方案
通過遠(yuǎn)傳網(wǎng)絡(luò)將預(yù)決策方案下傳到各區(qū)域穩(wěn)定控制中層決策系統(tǒng)中去
圖2-2 新型穩(wěn)定控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
數(shù)據(jù)傳輸
電力系統(tǒng)在線準(zhǔn)實時智能
決策系統(tǒng)
運行人員
確認(rèn)或
參考
通信遠(yuǎn)傳網(wǎng)絡(luò)
區(qū)域穩(wěn)定控制
裝置1
區(qū)域穩(wěn)定控制
裝置n
1
執(zhí)行機(jī)
m1
執(zhí)行機(jī)
1
執(zhí)行機(jī)
mn
執(zhí)行機(jī)
上層調(diào)度
自動決策
系統(tǒng)
中層區(qū)域
穩(wěn)定決策
裝置
下層智能
執(zhí)行裝置
...
... ...
EMS MIS
數(shù)據(jù)傳輸
中層區(qū)域穩(wěn)定控制決策系統(tǒng)檢測到故障時則參照上層自動決策系統(tǒng)的準(zhǔn)實時預(yù)
決策方案并根據(jù)本區(qū)域的實際運行工況和擾動情況實時進(jìn)行二次決策判斷系統(tǒng)
的穩(wěn)定狀況及應(yīng)采取的穩(wěn)定控制措施并立即就地執(zhí)行或向下層控制執(zhí)行裝置發(fā)出控
制命令
下層智能執(zhí)行裝置在收到控制命令時 迅速地進(jìn)行簡單的就地防誤判別后立即
20
執(zhí)行控制命令其中中間決策控制系統(tǒng)在進(jìn)行二次決策時既可以參考上層自動決
策系統(tǒng)的預(yù)決策方案又可以在同上層自動決策系統(tǒng)失去聯(lián)系或其他特殊情況下通過
設(shè)定離線計算策略表的方式自動轉(zhuǎn)為分散控制模式或就地控制模式進(jìn)行
2.4.1 上層自動決策系統(tǒng)介紹
本系統(tǒng)是用 EMS 實時信息在線準(zhǔn)實時預(yù)決策實時控制的穩(wěn)定控制系統(tǒng)它負(fù)
責(zé)從EMS 系統(tǒng)獲取電網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)智能處理對全網(wǎng)各種預(yù)想的事故總
集進(jìn)行快速的事故篩選然后進(jìn)行自動的潮流計算和穩(wěn)定仿真分析應(yīng)用專家系統(tǒng)對
電網(wǎng)各種預(yù)想的故障進(jìn)行穩(wěn)定評估以損失最少為原則智能地尋找最佳的反事故措施
和決策方案自動生成各區(qū)域穩(wěn)定控制裝置的最佳控制策略從全網(wǎng)的角度實現(xiàn)暫態(tài)
穩(wěn)定的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和優(yōu)化決策并自動準(zhǔn)實時地遠(yuǎn)方修改各區(qū)域穩(wěn)定控制裝置策略表
及時改變各區(qū)域裝置的控制策略以快速適應(yīng)電網(wǎng)運行工況的變化實現(xiàn)更準(zhǔn)確的穩(wěn)
定控制確保電網(wǎng)的安全另外它還能通過友好的人機(jī)界面接受高層人員的指令
性決策從根本上減輕運行方式計算人員的工作量和人為錯誤
系統(tǒng)由信息與分析工作站 計算與決策工作站監(jiān)控與管理工作站及管理系統(tǒng)主
機(jī)組成由TCP/IP 協(xié)議形成一個局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境它們之間以客戶—服務(wù)器的模式進(jìn)
行工作主要軟件平臺為操作系統(tǒng)采用Windows NT/2000 操作系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采
用SQL Server2000 數(shù)據(jù)庫支持網(wǎng)絡(luò)功能可管理多臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)開發(fā)工具采用
標(biāo)準(zhǔn)C C++ VB 等
系統(tǒng)軟件至少應(yīng)包括以下幾個部分 自動從EMS 獲取實時數(shù)據(jù)的接口智能實
時數(shù)據(jù)庫專家系統(tǒng)平臺電力系統(tǒng)潮流與穩(wěn)定自動計算仿真與分析軟件在線實時
運行方式的模式識別及策略表自動匹配在線實時穩(wěn)控策略表運行及管理軟件全網(wǎng)
穩(wěn)定控制系統(tǒng)軟件與區(qū)域穩(wěn)定控制裝置聯(lián)系的專用標(biāo)準(zhǔn)通信軟件系統(tǒng)可靠性處理
軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示2-3 所示
21
圖 2-3 華中電網(wǎng)實時暫態(tài)穩(wěn)定分析及控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)的工作流程如下
1 獲取 EMS 數(shù)據(jù)定時從EMS 數(shù)據(jù)庫中取的未經(jīng)過狀態(tài)估計的生數(shù)據(jù)和經(jīng)
過狀態(tài)估計的熟數(shù)據(jù)經(jīng)過 EMS 服務(wù)器中轉(zhuǎn)再通過FTP 方式將數(shù)據(jù)取到本地服務(wù)
器
2 智能數(shù)據(jù)處理EMS 數(shù)據(jù)中存在部分不良數(shù)據(jù)通過智能數(shù)據(jù)處理按區(qū)
域?qū)MS 數(shù)據(jù)進(jìn)行校核和修正
3 智能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通過數(shù)據(jù)庫設(shè)置自動生成規(guī)則文件按規(guī)則實時將EMS 數(shù)
據(jù)轉(zhuǎn)換為與穩(wěn)定計算匹配的數(shù)據(jù)按穩(wěn)定計算軟件要求的格式生成計算文件
4 潮流穩(wěn)定計算提供預(yù)想故障子集預(yù)想措施子集和計算網(wǎng)絡(luò)實時數(shù)據(jù)
與通用的潮流穩(wěn)定計算軟件PSASP 程序接口進(jìn)行潮流穩(wěn)定分析并分析得到穩(wěn)定
控制策略
5 準(zhǔn)實時決策分配及下傳自動獲取最佳的計算策略及定值通過Modem 與
下層穩(wěn)控裝置通訊實時傳送策略表定值和運行報告
6 下層子站穩(wěn)控裝置實時匹配及控制根據(jù)運行方式實時匹配穩(wěn)定控
制策略表并根據(jù)故障性質(zhì)實施電網(wǎng)安全穩(wěn)定實時控制
7 監(jiān)控與管理對各個子站進(jìn)行綜合管理其中包括與遠(yuǎn)方子站通信讀
取遠(yuǎn)方穩(wěn)定定值定時或手工發(fā)送穩(wěn)定定值在線修改遠(yuǎn)方穩(wěn)定定值讀取子站裝置
22
狀態(tài)和故障報告對比計算潮流和實際潮流
8 管理系統(tǒng)綜合管理整個系統(tǒng)控制整個系統(tǒng)各部分的運行并監(jiān)視運行
狀況實時讀取計算結(jié)果和穩(wěn)定控制策略表實現(xiàn)對穩(wěn)定控制策略表及故障報告等的
綜合管理
該系統(tǒng)能自動從 EMS 獲取電網(wǎng)的實時信息進(jìn)行自動的暫態(tài)穩(wěn)定在線計算自
動生成各區(qū)域穩(wěn)定控制裝置的最佳控制策略從全網(wǎng)的角度實現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定的統(tǒng)一協(xié)調(diào)
和優(yōu)化決策并自動準(zhǔn)實時地遠(yuǎn)方修改各區(qū)域穩(wěn)定控制裝置策略表及時改變各區(qū)域
裝置的控制策略以快速適應(yīng)電網(wǎng)運行工況的變化實現(xiàn)更準(zhǔn)確的穩(wěn)定控制確保電
網(wǎng)的安全同時從根本上減輕運行方式計算人員的工作量和人為錯誤
系統(tǒng)測試和試運行表明 穩(wěn)定計算預(yù)決策所用的時間已經(jīng)縮短到與EMS 刷新時
間基本同步針對華中網(wǎng)局現(xiàn)有的規(guī)模平均為5min 全網(wǎng)穩(wěn)定控制所需要的全網(wǎng)實時
運行方式識別的刷新時間與SCADA 系統(tǒng)基本同步每三秒鐘可刷新一次滿足了控
制裝置實時控制的需要潮流收斂率大于95% 500kV 主網(wǎng)計算潮流電壓與EMS
數(shù)據(jù)誤差均在網(wǎng)調(diào)中心規(guī)定的范圍之內(nèi)系統(tǒng)從EMS 取數(shù)具有較高的可靠性和準(zhǔn)確
性同時也沒有對SPIDER 系統(tǒng)造成安全隱患專家系統(tǒng)工作正常數(shù)據(jù)校驗和修正
結(jié)果可靠與穩(wěn)定分析程序接口成功保證了系統(tǒng)穩(wěn)定運行穩(wěn)定分析成功率高穩(wěn)
定分析得到的控制策略準(zhǔn)確
2.4.2 QWD 型區(qū)域安全穩(wěn)定控制裝置
QWD 型區(qū)域安全穩(wěn)定控制裝置是華中科技大學(xué)開發(fā)的新一代穩(wěn)定控制裝置該
穩(wěn)定控制裝置具有完善靈活的通訊以及管理功能既可以全網(wǎng)集中優(yōu)化協(xié)調(diào)又可
以分散獨立運行目前該類型安全穩(wěn)定控制裝置已經(jīng)成功運行于湖北湖南和河南
等地的廠站電力系統(tǒng)中
2.4.2.1 安全穩(wěn)定控制裝置的基本構(gòu)成
QWD 型區(qū)域穩(wěn)定控制裝置的總體構(gòu)成如圖2-4 所示系統(tǒng)根據(jù)功能不同共分為5
部分輸入輸出繼電器插箱工業(yè)級微機(jī)插箱交流輸入插箱通訊插箱打印機(jī)插
箱
23
調(diào)度中心主站 HWD
自 動 決策及在線專家系統(tǒng)
自 動 計算自動生成控制策略表電網(wǎng)運
行方式自動識別
通 訊 接口
通 訊 接 口
通 訊 接 口
通 訊接口
QWD 型區(qū)
域穩(wěn)定控制
裝置 A 機(jī)
QWD 型區(qū)
域穩(wěn)定控制
裝置 機(jī)
隔
離
變
換
采
樣
隔
離
變
換
區(qū)域 站各回線路及主變狀態(tài)
區(qū)域 站各回線路及主變狀態(tài)
其他 子站
其他 子站
發(fā) 切 機(jī)切負(fù)荷命令
中 央 信號啟動
動作異常直流
消失
打 印 機(jī)
通 訊接口機(jī)通訊接口機(jī)
通訊室接口柜
光纖
光纖
打 印 機(jī)
采
樣
圖2-4 QWD型安全穩(wěn)定控制裝置總體構(gòu)成圖
QWD型區(qū)域穩(wěn)定控制裝置的主要功能如下
(1) 檢測發(fā)電廠或變電站出線主變機(jī)組或直流系統(tǒng)的運行工況并把本廠站
的設(shè)備狀態(tài)上傳給調(diào)度上層穩(wěn)定控制系統(tǒng)或送往有關(guān)廠站穩(wěn)控裝置根據(jù)本廠站設(shè)備
的投停狀態(tài)并接收調(diào)度上層穩(wěn)定控制系統(tǒng)傳來的信息自動識別電網(wǎng)當(dāng)前的運行方
式
(2) 判斷本廠站出線主變母線的故障類型如單相瞬時單相永久兩相短
路三相短路無故障跳閘多回線同時故障跳閘失靈和直流閉鎖故障等
(3) 當(dāng)系統(tǒng)故障時根據(jù)判斷出的故障類型事故前電網(wǎng)的運行方式及主要送電
斷面的潮流查找裝置穩(wěn)定控制策略表確定應(yīng)采用的控制措施及控制量如切機(jī)
切負(fù)荷解列直流功率調(diào)制快減機(jī)組出力等裝置的策略表可以是人工預(yù)先經(jīng)離
線穩(wěn)定分析制定的控制策略表也可以是全網(wǎng)上層穩(wěn)定控制預(yù)決策系統(tǒng)在線下傳的策
24
略表
(4) 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生頻率穩(wěn)定電壓穩(wěn)定設(shè)備過載等與系統(tǒng)運行方式無關(guān)的事故時
根據(jù)預(yù)定的處理邏輯分檔實時地采取控制措施
(5) 如果被控對象是本廠的發(fā)電機(jī)組時按照預(yù)定的具體要求如出力大小對
運行中的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行排隊最合理的選擇被切機(jī)組按容量和臺數(shù)如果被控對
象是電力負(fù)荷按照預(yù)定要求可對負(fù)荷線路進(jìn)行排隊在滿足切負(fù)荷量要求的前提
下合理的選擇被切負(fù)荷
(6) 如需在其它廠站采取措施可經(jīng)光纖微波或載波通道把控制命令控制
量等直接發(fā)送到執(zhí)行站或經(jīng)其它站轉(zhuǎn)發(fā)到執(zhí)行站當(dāng)接收到主站或其它站發(fā)來的控制
命令經(jīng)當(dāng)?shù)嘏袆e確認(rèn)后執(zhí)行遠(yuǎn)方控制命令
(7) 裝置既可以集中優(yōu)化協(xié)調(diào)又可以分散獨立運行當(dāng)全網(wǎng)性的上層決策系統(tǒng)
尚未建成時按就地或分散控制模式運行而當(dāng)上層自動決策系統(tǒng)投入正常運行時
可接受上層自動決策系統(tǒng)的統(tǒng)一決策和優(yōu)化協(xié)調(diào)實現(xiàn)全網(wǎng)性的統(tǒng)一控制
(8) 裝置具有事件記錄故障錄波數(shù)據(jù)記錄打印自檢PT 斷線CT 斷線
異常報警等功能
(9) 本裝置的實時狀態(tài)動作報告和策略表可實時地上傳到上層系統(tǒng)實現(xiàn)全網(wǎng)
穩(wěn)定控制的統(tǒng)一監(jiān)視和管理提高全網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的自動化水平
2.4.2.2 QWD 控制策略表的制訂與查找
控制策略表是復(fù)雜電網(wǎng)穩(wěn)定控制的基本依據(jù) 目前QWD 型穩(wěn)控裝置既可采用離
線計算后產(chǎn)生的控制策略表也可與上層自動決策系統(tǒng)相連使用在線最佳控制策略
表
離線計算后的控制策略表是由運行方式人員按穩(wěn)定要求 通過大量的離線分析計
算歸納整理形成的然后由研制裝置的軟件人員把控制策略表編制成便于微機(jī)存放
和查找的格式儲存在裝置的存儲器內(nèi)在線預(yù)決策策略表是實時與全網(wǎng)上層穩(wěn)定控制
預(yù)決策系統(tǒng)通信從全網(wǎng)上層系統(tǒng)獲得與當(dāng)前電網(wǎng)運行方式相匹配的最佳控制策略
表穩(wěn)定裝置策略表的查找與控制管理如下圖2-5 所示
25
圖2-5 QWD裝置的基本控制原理流程圖
初始化
狀態(tài)監(jiān)測
策略表與通訊管理
啟動元件動作否?
故障識別和穩(wěn)定判別
穩(wěn)定決策量形成環(huán)節(jié)
決策量分配和執(zhí)行
后續(xù)穩(wěn)定監(jiān)視與控制
故障錄波和解釋功能
N N
Y
有遠(yuǎn)方收信切機(jī)否?
決定執(zhí)行遠(yuǎn)方收訊切機(jī)
等待切機(jī)閉鎖解鎖
Y
切機(jī)量優(yōu)化分配和執(zhí)行
2.4.2.3 裝置的特點
(1) 本裝置是一種緊湊型模塊化拼裝式結(jié)構(gòu)的通用性很強(qiáng)的穩(wěn)定控制裝置
能適應(yīng)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定控制頻率穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定控制系統(tǒng)主變或線路過負(fù)荷控制
(2) 具有完善的防止誤動與拒動的各項措施異常告警功能很強(qiáng)的抗干擾性能
確保裝置動作的可靠性如任一故障的判斷和決策都采用多個不同的條件不同的
原理多重判據(jù)多重閉鎖等
(3) 通常每個站點的穩(wěn)控裝置均為雙機(jī)配置兩套硬件完全相同的裝置構(gòu)成每
套都可以獨立完成所有任務(wù)對于就地有切機(jī)直流調(diào)制等出口的穩(wěn)控裝置采取一主
一備的運行方式防止重復(fù)切機(jī)其它站點為雙機(jī)并列運行
(4) 各區(qū)域穩(wěn)控裝置之間以及裝置與上層系統(tǒng)之間可以采用光纖微波載波
電話撥號等方式通信而且裝置還可以提供與就地監(jiān)控系統(tǒng)或手提電腦的通信接口
(5) 穩(wěn)控裝置可以高速可靠地實現(xiàn)多路電壓電流量的同時采樣一般為32 路
也可以根據(jù)實際需要擴(kuò)展為64 路以及對多路開關(guān)量的實時采集一般為32 路
也可以根據(jù)實際需要擴(kuò)展為64 路
26
(6) 穩(wěn)控裝置采取各種措施以保證控制的實時性如在進(jìn)行二次決策時既可
以參考上層自動決策系統(tǒng)的預(yù)決策方案又可以在同上層自動決策系統(tǒng)失去聯(lián)系或其
他特殊情況下通過設(shè)定離線計算策略表的方式自動轉(zhuǎn)為分散控制模式或就地控制模
式進(jìn)行
綜上所述 能適應(yīng)電力系統(tǒng)各種狀況能對通道眾多的信息實時采集準(zhǔn)確可靠
的執(zhí)行各種原理判據(jù)措施以及實時的控制措施出口等等這些對安全穩(wěn)定控制裝
置的眾多要求同時也給該裝置的測試帶來了種種困難因此對安全穩(wěn)定控制裝置測
試技術(shù)的研究成為一種迫切的需要
2.5 小結(jié)
本章首先闡述了對安全穩(wěn)定控制裝置(系統(tǒng))的五項基本要求即可靠性有效
性選擇性適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性接著介紹了國內(nèi)外緊急控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史現(xiàn)狀以
及發(fā)展的趨勢然后介紹安全穩(wěn)定控制裝置的幾種配置以及有關(guān)文獻(xiàn)對安全穩(wěn)定控制
裝置配置的一些建議再介紹安全穩(wěn)定控制裝置的基本構(gòu)成起動裝置控制作用確
定裝置執(zhí)行裝置最后介紹了由華中科技大學(xué)與華中電力調(diào)度通信中心共同研究
開發(fā)的華中電網(wǎng)新型穩(wěn)定控制系統(tǒng)比較詳細(xì)地說明了用EMS 實時信息進(jìn)行在線預(yù)
決策的上層調(diào)度自動決策系統(tǒng)和中層區(qū)域穩(wěn)定控制決策系統(tǒng)QWD 型穩(wěn)定控制裝
置
27
3 安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)研究
一般的穩(wěn)定控制裝置測試流程為 研發(fā)階段實驗室環(huán)境下的初期測試中期測試
成型綜合測試運行前的外界環(huán)境測試包括電磁干擾溫度濕度機(jī)械振動等
掛網(wǎng)試運行投運后異常測試自診斷測試裝置等本文關(guān)心的是研發(fā)階段實
驗室環(huán)境下的初期測試中期或成型綜合測試以及投運后現(xiàn)場的檢修測試其中測
試的方法和手段有各種各樣具體要求也各有不同但歸納起來的要求主要有兩個方
面
1) 為了保證安全穩(wěn)定控制裝置在復(fù)雜的電力系統(tǒng)狀況下能準(zhǔn)確可靠的工作
設(shè)計要求除了考核裝置能夠正常工作外還應(yīng)盡可能多地測試出安全穩(wěn)定控制裝置
系統(tǒng)存在的缺陷
為此 需要制定一個盡可能全面的測試大綱測試的內(nèi)容包括故障動作測試
故障報告考核故障動作時間測試數(shù)據(jù)采集精度測試通信測試等等
例如 故障動作測試作為最重要的測試項目主要是考核軟件控制邏輯的正確性
嚴(yán)密性以及硬件動作的正確性然而要在故障動作測試中做到對所有元件的所有狀況
都測試一遍是不現(xiàn)實的因此為了達(dá)到良好的測試效果本文提出了一些建議
要有盡可能詳盡的預(yù)想故障類型以供選擇
同一個元件連續(xù)發(fā)生故障的時間間隔是可以隨機(jī)選擇的這樣可以測試出當(dāng)
電力系統(tǒng)在短時間內(nèi)連續(xù)發(fā)生故障或者在長時間內(nèi)偶爾發(fā)生故障時穩(wěn)定控制裝置的動
作性能
某個元件可以隨機(jī)產(chǎn)生不同的故障而且還可以跟其它元件的故障隨機(jī)組
合
能模擬最惡劣的故障情況 如最多的故障重數(shù)以測試穩(wěn)定控制裝置在這種
情況下的工作性能
2) 測試過程要考慮到電力系統(tǒng)各種各樣的情況測試人員的工作量很大而且
容易出錯因此為了提高測試的效率與準(zhǔn)確度測試方案應(yīng)盡可能實現(xiàn)自動化智
28
能化
例如 設(shè)計的測試儀應(yīng)該具有以下功能
自動測試的功能 測試儀能支持手動測試批處理式的整組測試以及觸發(fā)
測試并且能自動地對測試結(jié)果進(jìn)行管理生成測試報表
自動分析功能 在安全穩(wěn)定控制裝置的軟件調(diào)試過程中往往要進(jìn)行重復(fù)而
又大量的測試因此測試儀應(yīng)當(dāng)可以跟穩(wěn)控裝置進(jìn)行通信接收穩(wěn)控裝置發(fā)來的動作
信息例如故障回路號執(zhí)行決策號故障類型及元件號策略表的定值地址號等
然后跟事先存放在測試儀的正確動作信息進(jìn)行校對分析生成校驗報告文本并且
在顯示屏上顯示校驗的結(jié)果
自動監(jiān)視功能 測試儀應(yīng)能自動監(jiān)視穩(wěn)定控制裝置的誤動拒動以及重啟動
并能把這些事件記錄下來
在這里 本文參考了水利電力部頒發(fā)的繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動裝置檢驗條例
[51] 并根據(jù)安全穩(wěn)定控制裝置研制開發(fā)的不同階段的特點把對穩(wěn)定控制裝置的測
試分成兩個階段靜態(tài)測試階段和動態(tài)測試階段來加以研究
3.1 靜態(tài)測試方法研究
靜態(tài)測試方法用于初期以及中后期的測試初期測試是指模塊測試中后期測試
是指裝置部分或全部組裝好后的靜態(tài)測試靜態(tài)測試大致可分為硬件測試和軟件測
試下面分別加于闡述
1 硬件測試
硬件測試多在于研制 開發(fā)階段而研發(fā)階段往往是基于模塊的測試
模塊的測試可以采用專家系統(tǒng)來進(jìn)行測試 如對于某塊電路板的測試先斷開電
路板與其他電路的連接輸入某類參考測試信號測量該電路板的輸出并與專家?guī)?
中相同的信號輸入時采集的正常工作情況下的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較與判斷專家系統(tǒng)是應(yīng)
用大量專家的知識和推理方法解決復(fù)雜實際問題的人工智能方法建立專家系統(tǒng)的3
個關(guān)鍵環(huán)節(jié)是故障知識表示故障知識獲取和診斷推理在這里可以采用多種知識
獲取方式測試初期主要依靠直接輸入獲取知識測試各種故障知識積累到一
29
定程度后系統(tǒng)能夠通過自學(xué)習(xí)獲取新的測試知識[52]
此外 模塊的測試也可以采用比較簡單的開環(huán)測試的方法如同樣的電路板測
試同樣輸入某類參考測試信號但直接用示波器觀察輸出的信號用人工判斷的方
法進(jìn)行測試如圖3-1 所示
測試信號源 被測模塊檢測/觀測儀器
圖3-1 模塊的開環(huán)測試方式
一個相對完整的暫態(tài)穩(wěn)定控制單元可以分為數(shù)據(jù)采集模塊 穩(wěn)定判斷模塊執(zhí)行
模塊等幾部分而每個模塊又可分為一些小模塊進(jìn)行測試[2] 例如對于前置機(jī)數(shù)據(jù)采
集模塊需要對AD 轉(zhuǎn)換子模塊RAM 子模塊串口通信子模塊GPS 接收子模塊
等分別進(jìn)行測試這一部分的測試大都側(cè)重于硬件而且可以利用基于微機(jī)的測試裝
置來輔助測試應(yīng)用專家系統(tǒng)或者編寫比較簡單的測試程序與硬件配合如圖3-2 所
示提高測試效率如數(shù)據(jù)采集模塊就可以用帶自動DA 功能的測試儀來測試
對于執(zhí)行模塊由于穩(wěn)定控制多是一些離散的開關(guān)量的控制即通過切機(jī)切負(fù)荷
制動電阻壓板的投退因此在測試上與數(shù)據(jù)采集模塊相似
微
機(jī)
系
統(tǒng)
專家系統(tǒng)或者簡
單的測試程序被測模塊
參考測試信號
反饋信號
圖3-2 模塊的閉環(huán)測試方式
同理 裝置的接線檢測以及電纜檢測檢測是否有短路斷路混線等故障也
可以用基于微機(jī)的方法應(yīng)用專家系統(tǒng)或者編寫比較簡單的測試軟件與硬件配合進(jìn)
行檢測傳統(tǒng)的人工檢測方法即用電燈或萬用表指示兩點是否導(dǎo)通存在原理上的
漏檢因為它只能發(fā)現(xiàn)該通不通的故障不能發(fā)現(xiàn)不該通但通的故障再加
上人工多次的重復(fù)簡單的操作所以存在一定的誤檢率采用基于微機(jī)的測試方法可
以提高測試效率減少誤檢率[53] 以圖3-3 所示接線為例簡單說明電纜導(dǎo)通狀態(tài)檢
30
測的原理
圖3-3 電纜示意圖
1
4
3
2
該接線由四個接點 兩條導(dǎo)線組成先在接點1 加高電平則四個點上的電平響
應(yīng)為[1001] 其中列為點號1 為高電平0 為低電平當(dāng)接點1 和4 的連線斷路時
電平響應(yīng)為[1000] 當(dāng)接點3 和4 之間短路時電平響應(yīng)為[1111] 當(dāng)出現(xiàn)混線故障
接點1 和3 連在一起接點2 和4 連在一起如圖中虛線則響應(yīng)為[1010] 由此可
見比較電平響應(yīng)就可以判斷有無故障并可確定故障的性質(zhì)和部位
在接點 1 加高電平并比較電平響應(yīng)后再依次在接點2 3 4 上加高電平并比較
電平響應(yīng)可實現(xiàn)對全電纜導(dǎo)通狀態(tài)的檢測各點上所加的高電平為激勵信號可以
用下列激勵矩陣表示
1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0
0 0 0 1
U I
? ?
? ?
= ? ? =
? ?
? ?
? ? 3-1
其中 矩陣的行為檢測次數(shù)列為點號電纜檢測的激勵矩陣為一單位矩陣
電纜的導(dǎo)通狀態(tài)用下列矩陣表示
1 0 0 1
0 1 1 0
0 1 1 0
1 0 0 1
X
? ?
? ?
= ? ?
? ?
? ?
? ? 3-2
其中 矩陣的行表示點號列表示該點所連的點號1 表示相連0 表示不連
此矩陣稱為電纜的狀態(tài)矩陣
將激勵矩陣加在被測電纜上 所得響應(yīng)信號可用矩陣Y Y=UX 表示Y 稱為
響應(yīng)矩陣其行表示檢測次數(shù)列表示點號1 代表高電平0 代表低電平
當(dāng)電纜導(dǎo)通狀態(tài)正確時 其響應(yīng)矩陣為下列(3-3)式
31
1 0 0 1
0 1 1 0
0 1 1 0
1 0 0 1
Y
? ?
? ?
= ? ?
? ?
? ?
? ? 3-3
當(dāng)接點 1 和4 斷路時響應(yīng)矩陣為下列(3-4)式
1 0 0 0
0 1 1 0
0 1 1 0
0 0 0 1
Y
? ?
? ?
= ? ?
? ?
? ?
? ? 3-4
當(dāng) 3 和4 短路時響應(yīng)矩陣為下列(3-5)式
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
Y
? ?
? ?
= ? ?
? ?
? ?
? ? 3-5
當(dāng)發(fā)生混連時 如圖3-3 中虛線所示響應(yīng)矩陣為下列(3-6)式
1 0 1 0
0 1 0 1
1 0 1 0
0 1 0 1
Y
? ?
? ?
= ? ?
? ?
? ?
? ? 3-6
由上可見 將實際響應(yīng)矩陣與標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)矩陣比較即可判斷電纜有無故障故障
的性質(zhì)和部位
實現(xiàn)上述檢測原理的硬件系統(tǒng)框圖如圖 3-4 所示微機(jī)通過開關(guān)量輸出確定在哪
個點上加激勵高電平被測電纜的點數(shù)大于微機(jī)的數(shù)據(jù)位時可以用譯碼鎖存電路來
擴(kuò)展經(jīng)檢測及驅(qū)動電路轉(zhuǎn)接器加在被測電纜上響應(yīng)的信號電平再經(jīng)由轉(zhuǎn)
接器檢測及驅(qū)動電路及開關(guān)量輸入電路送回微機(jī)判斷
此外 有些測試項目還需要用到一些專用的測試儀器進(jìn)行測量如在微機(jī)PT
CT 盒未安裝到屏柜之前用500V 搖表來檢測屏的繼電器輸出端子對屏外殼的絕緣電
阻
32
微
型
計
算
機(jī)
開關(guān)量輸出
開關(guān)量輸入
狀態(tài)
檢測
及驅(qū)
動電
路
轉(zhuǎn)接器
被
測
電
纜
圖3-4 電纜導(dǎo)通狀態(tài)檢測系統(tǒng)框圖
2 軟件測試
軟件測試 Software Testing 是在一定控制的條件下圍繞一個系統(tǒng)或應(yīng)用的操
作并且評價其結(jié)果例如如果用戶使用硬件A 在應(yīng)用接口B 上做了操作C 那么
結(jié)果D 應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)控制的條件應(yīng)當(dāng)包括正常和異常的條件測試企圖使事情變得很
糟糕從而來檢測出一些應(yīng)當(dāng)發(fā)生而沒有發(fā)生或者不應(yīng)當(dāng)發(fā)生而發(fā)生的事情對安
全穩(wěn)定控制裝置軟件進(jìn)行測試盡可能的找出程序中存在的錯誤和缺陷這對于裝置
將來在電力系統(tǒng)中能正常工作而不是留下各種隱患至關(guān)重要
安全穩(wěn)定控制裝置的軟件測試大致可以分為幾步[24] 如圖3-5 所示
第一步 自測階段主要由程序開發(fā)人員自己進(jìn)行測試方法采用白盒法
第二步 向測試人員講解自測階段結(jié)束后由程序開發(fā)人員向測試人員提供相
應(yīng)的文檔資料并且介紹軟件的思路和內(nèi)容這樣可以便于測試人員明確和理解程序的
邏輯同時也是開發(fā)人員自省的過程實踐表明開發(fā)人員在講解過程中能發(fā)現(xiàn)許多
自己的錯誤
第三步 測試人員測試階段這個階段要避免程序開發(fā)人員測試自己編寫的程序
這是因為程序中的錯誤往往是由于程序設(shè)計人員對問題說明的誤解由他來測試自己
的程序就不易找出因這種誤解而產(chǎn)生的錯誤測試的方法通常應(yīng)該采用黑盒法
對非法和非預(yù)期的輸入數(shù)據(jù)也要像合法和預(yù)期的輸入數(shù)據(jù)一樣編寫測試用例不僅應(yīng)
該檢查程序是否做了應(yīng)該做的事更要檢查程序是否做了不應(yīng)該做的事其中主要
是進(jìn)行集成測試對各模塊組裝而成的系統(tǒng)整體進(jìn)行測試嚴(yán)格檢查模塊間的接口和
通信
在這個階段的測試過程中 如果出現(xiàn)錯誤或者問題測試人員將會與程序開發(fā)人
員一起分析討論確認(rèn)錯誤
第四步 給出測試結(jié)果報告
33
開始
錯誤存在
自測階段
結(jié)束
有疑問
錯誤排除
測試人員與程序開發(fā)人
員分析討論確認(rèn)錯誤
向測試人員講解
測試人員查找缺陷
給出測試結(jié)果報告
是
有
無
否
圖3-5 軟件的靜態(tài)測試流程
安全穩(wěn)定控制裝置的軟件測試 主要包括整個系統(tǒng)長時間無間斷運行的可靠性
策略表查找的準(zhǔn)確性控制裝置能否快速判斷快速執(zhí)行模塊之間的通信可靠性
順序事件記錄是否準(zhǔn)確如果有條件裝置的人機(jī)對話功能是否可靠方便等方面
系統(tǒng)長時間無間斷運行的可靠性
設(shè)計的測試裝置應(yīng)當(dāng)可以輸出交流信號直接提供給穩(wěn)控裝置的 A\D 采集板不經(jīng)
過功率放大以及穩(wěn)控裝置的交流插件箱以及可以輸出開關(guān)信號提供給穩(wěn)控裝置的
I/O 采集卡這樣就可以組成一個簡單的測試系統(tǒng)將整個測試系統(tǒng)連接好加電運
行在實驗電壓范圍內(nèi)不斷改變輸入電壓并發(fā)出各種開關(guān)量的變位信號整個系統(tǒng)
應(yīng)該正常運行并能對各種輸入數(shù)據(jù)做出正確的響應(yīng)一方面該項測試應(yīng)考慮到足夠
多的輸入數(shù)據(jù)組合并進(jìn)行足夠多次數(shù)的實驗以保證整個系統(tǒng)能在各種情況下能可
靠地工作另一方面要讓系統(tǒng)長時間運行看有沒有出現(xiàn)程序走死或出現(xiàn)錯亂現(xiàn)象
以考核其可靠性
策略表查找的準(zhǔn)確性
利用 組成的測試系統(tǒng)模擬多種情況的故障以測試系統(tǒng)能否正確查找策略表
策略表的正確查找是確保控制裝置正確動作的關(guān)鍵因素如果策略表查找錯誤將出
現(xiàn)裝置的誤動或者拒動這有可能給電力系統(tǒng)帶來可怕的后果
34
控制裝置能否快速判斷 快速執(zhí)行
控制裝置對故障的快速判斷以及對相應(yīng)穩(wěn)定控制措施的快速執(zhí)行 是保證電力系
統(tǒng)穩(wěn)定性的必要措施因此整個穩(wěn)定控制系統(tǒng)對動作時間的要求是相當(dāng)嚴(yán)格的能
否達(dá)到并盡量減少從接收到開關(guān)變位信號到穩(wěn)定控制措施執(zhí)行的時間也是衡量該控
制系統(tǒng)質(zhì)量好壞的標(biāo)志之一時間的測試應(yīng)采用高精度雙蹤示波器同時檢測開關(guān)變
位信號和控制措施執(zhí)行后開出板的繼電器跳變信號多次測量并記錄從故障發(fā)生到控
制措施執(zhí)行結(jié)束的時間間隔如果在程序中添加一些測試時間的模塊就可以分析出
系統(tǒng)各個部分消耗的時間并以此作為改進(jìn)的依據(jù)
模塊之間的通信可靠性
良好的站間通信是實現(xiàn)穩(wěn)定控制的必要條件 本地通信可由智能通信卡來完成
可靠性很高但是各個區(qū)域子站和控制中心之間必須采用遠(yuǎn)程通信電力通信方式主
要有三種光纖微波電力線載波子站與控制中心的數(shù)據(jù)傳輸通道應(yīng)根據(jù)實際情
況選用通信方式而且最好采用雙通道備份的方式以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃栽O(shè)計
人員必須在系統(tǒng)開發(fā)研制的規(guī)劃期間就規(guī)定好通信方式并預(yù)留通道在開發(fā)過程中
嚴(yán)格按照規(guī)劃進(jìn)行研制在實驗室環(huán)境中各個模塊之間的實際空間距離很短所以
只能以本地通信來代替遠(yuǎn)程通信進(jìn)行測試但必須考慮本地通信和遠(yuǎn)程通信在時延上
的差別
順序事件記錄的完整性和可用性
順序事件記錄應(yīng)該完整地記錄下每一次開關(guān)變位的 GPS 時間類型控制措施
執(zhí)行結(jié)果以及執(zhí)行時間并間隔固定時段記錄線路功率電壓及電流這些數(shù)據(jù)對于
分析系統(tǒng)運行情況穩(wěn)定控制措施的效果有重要的作用
裝置的人機(jī)對話功能是否可靠 方便
人機(jī)對話的功能要確保對話過程中對系統(tǒng)的操作可靠無誤 不會出現(xiàn)錯誤執(zhí)行或
者拒絕執(zhí)行的問題人機(jī)對話應(yīng)采用類似Windows 的菜單操作界面而且操作界面要
保證用戶使用起來方便簡潔
35
3.2 動態(tài)測試方法研究
動態(tài)測試是指在安全穩(wěn)定控制裝置全部組裝完 并且通過靜態(tài)測試后把裝置跟
電力系統(tǒng)模擬連接起來做整體的運行測試
動態(tài)測試如果采用由旋轉(zhuǎn)設(shè)備構(gòu)成的動態(tài)模擬實驗系統(tǒng) 它雖然能較好的提供測
試所需要的故障波形還能充分反映數(shù)學(xué)模型未能表達(dá)的原型系統(tǒng)特征但是由于動
態(tài)模擬受到系統(tǒng)規(guī)模的限制能輸出的模擬量很有限不能真實地反映現(xiàn)實的電力系
統(tǒng)而且動模實驗的接線和操作十分復(fù)雜實驗過程既費時又費力
數(shù)字仿真法能夠?qū)?fù)雜多機(jī)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析與試驗 它不存在元件參數(shù)測試問
題因而工作效率很高而且仿真費用低測試過程方便但是這種系統(tǒng)目前很難反
映真實的系統(tǒng)動態(tài)全過程測試結(jié)果有可能會造成較大的誤差
基于兩者存在的優(yōu)缺點 本文首先對波形仿真的問題以及電力系統(tǒng)仿真的問題進(jìn)
行了研究然后提出了一種新的動態(tài)測試方案
3.2.1 波形仿真的問題研究
3.2.1.1 波形仿真的特點
數(shù)字仿真試驗過程中 需要向安全穩(wěn)定控制裝置提供電力系統(tǒng)各狀況下的仿真波
形因此很有必要研究波形仿真的特點安全穩(wěn)定控制裝置測試所需的仿真波形跟繼
電保護(hù)裝置測試所需的并不完全相同前者不僅要考慮到故障前以及故障期間的波
形而且還要考慮到故障切除后的波形即不僅要考慮到電磁暫態(tài)過程而且還要到
中長期的機(jī)電暫態(tài)過程而后者只需要考慮到故障前以及故障期間的波形即只考
慮電磁暫態(tài)過程以某線路A 相金屬性短路故障為例圖3-6 及圖3-7 分別是A 相
的電壓和電流波形從圖中可以看出-20ms 時刻線路發(fā)生故障75ms 時刻故障被切
除其波形包括了三個時間段故障發(fā)生之前故障發(fā)生中故障切除后由于故障
切除后安全穩(wěn)定控制裝置對該故障的處理還包括繼續(xù)跟蹤電力系統(tǒng)運行狀態(tài)一段時
間所以安全穩(wěn)定控制裝置測試需要仿真的波形是故障發(fā)生之前故障發(fā)生時刻以至
切除后數(shù)個振蕩周期內(nèi)約2~4s 的波形而繼保測試需要仿真的波形只是故障發(fā)生
36
之前和故障發(fā)生時20 毫秒內(nèi)的波形即故障發(fā)生時的一個振蕩周期內(nèi)
圖3-6 A相電壓波形
-1000
-500
0
500
1000
1500
-100 -50 0 50 100 150 200 250 300 350
Time (ms)
Voltage
(kv)
圖3-7 A相電流波形
-600
-400
-200
0
200
400
600
-100 -50 0 50 100 150 200 250 300 350
Time (ms)
Current
(A)
3.2.1.2 仿真波形的建立
目前用于安全穩(wěn)定控制裝置測試的仿真波形可有三個來源方法
1 故障錄波回放安全穩(wěn)定控制裝置一般都具有故障錄波的功能能夠把故
障波形及其他信息以數(shù)字量形式存放起來因此我們可以利用這一點來實現(xiàn)故障回
放的功能其優(yōu)點是如果是現(xiàn)場的錄波則故障回放可以真實地還原實際系統(tǒng)的故
障不足之處是實際的電力系統(tǒng)不可能頻繁發(fā)生故障因此不可能提供各種故障下的
錄波數(shù)據(jù)給穩(wěn)控裝置測試此外我們還可以利用基于由旋轉(zhuǎn)設(shè)備構(gòu)成的動態(tài)模擬實
驗的故障錄波數(shù)據(jù)來還原動態(tài)模擬過程
2 自定義仿真波形根據(jù)分析計算或現(xiàn)場經(jīng)驗直接設(shè)定考核穩(wěn)控裝置控制
邏輯的波形數(shù)據(jù)并建立相應(yīng)的仿真波形其優(yōu)點是簡單快捷而且能模擬多種常見
的運行狀況不足之處是設(shè)定者須具有扎實的專業(yè)理論和豐富的系統(tǒng)運行經(jīng)驗否則
得到的仿真波形有可能誤導(dǎo)穩(wěn)控判據(jù)使測試適得其反因此自定義仿真波形適合
作為輔助的測試手段
3 借助仿真軟件進(jìn)行仿真如EMTP PSASP BPA 等對于復(fù)雜的電力系
37
統(tǒng)我們可以輸入仿真軟件所需的電力系統(tǒng)參數(shù)及相關(guān)設(shè)定值運行仿真軟件后可得
到測試穩(wěn)控裝置控制邏輯所需的仿真波形數(shù)據(jù)然后建立相應(yīng)的仿真波形其優(yōu)點是
能夠模擬電力系統(tǒng)的多種運行狀況甚至是比較罕見的運行狀況而且測試過程方便
快捷不足之處是由于數(shù)字仿真目前很難反映系統(tǒng)真實的動態(tài)全過程測試結(jié)果有可
能會造成誤差
在測試過程中 可以根據(jù)實際情況采用以上某種方法或幾種方法相結(jié)合同時
為了使測試程序模塊化通用化方法中的仿真波形數(shù)據(jù)應(yīng)該都轉(zhuǎn)化成相同的固定格
式存放起來
3.2.2 電力系統(tǒng)仿真的問題
安全穩(wěn)定控制裝置的工作是基于某個電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的 因此測試要求把相
應(yīng)的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)仿真出來
首先 傳統(tǒng)意義的繼電保護(hù)測試為了快速往往將系統(tǒng)模型大大簡化甚至簡化
成單機(jī)對無窮大系統(tǒng)而安全穩(wěn)定控制裝置系統(tǒng)涉及到大電網(wǎng)的全局性的問題
所以其測試通常采用實際的系統(tǒng)模型或經(jīng)過適當(dāng)簡化的系統(tǒng)模型
其次 為了滿足安全穩(wěn)定控制裝置的測試要求系統(tǒng)仿真還要考慮到電力系統(tǒng)各
種狀態(tài)的模擬如
1) 電力系統(tǒng)不同類型的穩(wěn)定狀態(tài)如靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定動態(tài)穩(wěn)定等
2) 不同類型的故障如單相永久性故障相間故障過負(fù)荷單相瞬時接地
故障等
3) 不同元件的故障如線路母線變壓器發(fā)電機(jī)等發(fā)生的故障
4) 發(fā)生故障的重數(shù)有單重故障多重故障
5) 電力保護(hù)設(shè)備在故障時的動作情況如某線路發(fā)生短路時斷路器和自動
重合閘裝置是怎么動作的動作成功與否等
6) 電力系統(tǒng)接線方式如正常接線方式檢修方式
7 電力系統(tǒng)潮流的大小及方向
38
3.2.3 動態(tài)測試方案的提出
在這里提出的動態(tài)測試方案是一個閉環(huán)的測試系統(tǒng) 如圖3-8 所示系統(tǒng)分成三
個部分A 部分是微機(jī)測試儀和安全穩(wěn)定控制組成的基本測試子系統(tǒng)B 部分是基于
PC 機(jī)的PSASP 仿真子系統(tǒng)C 部分是由旋轉(zhuǎn)設(shè)備構(gòu)成的動態(tài)模擬子系統(tǒng)
微
機(jī)
測
試
儀
試驗數(shù)
據(jù)來源
自定義數(shù)據(jù)
或錄波數(shù)據(jù)
安全穩(wěn)定控制裝置
故障
錄波
動態(tài)模擬系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集
模塊
串口通信
串口通信
DA及DO模塊
DO模塊
DI模塊
基于PC機(jī)的PSASP仿真
串口通信
自動分析及
監(jiān)視模塊
A
C
B
圖3-8 動態(tài)測試方案
這個測試系統(tǒng)有3 種組合方式的測試方案
1 第一種方式即單獨由A 部分構(gòu)成測試系統(tǒng)虛線框內(nèi)為A 部分
在這個測試系統(tǒng)中 試驗數(shù)據(jù)的來源有
自定義數(shù)據(jù)其中包括自定義仿真波形以及自定義開關(guān)量線路投切保護(hù)
信號等自定義數(shù)據(jù)是根據(jù)分析計算或現(xiàn)場經(jīng)驗直接設(shè)定考核穩(wěn)控裝置控制邏輯
的波形數(shù)據(jù)以及反映線路投退故障跳閘等情況的開關(guān)量
故障錄波數(shù)據(jù)即對現(xiàn)場或者原來試驗的錄波數(shù)據(jù)
試驗波形經(jīng)過處理后 再進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換功率放大最后送往安全穩(wěn)定控制裝置
類似的試驗開關(guān)量經(jīng)過處理后再經(jīng)DO 電路送往安全穩(wěn)定控制裝置同時安全
穩(wěn)定控制裝置根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對故障信息做出判斷與決策最后給出相應(yīng)的出口
措施
這個方式下 還可以實現(xiàn)兩個方面的功能
39
一方面我們可以利用安全穩(wěn)定控制裝置的故障錄波功能來實現(xiàn)故障回放即穩(wěn)
控裝置把故障信息通過串口通信傳給測試儀而測試儀把這些信息仿真波形數(shù)據(jù)
開關(guān)量轉(zhuǎn)換成特定的模式儲存起來以備下次試驗輸出使用
另一方面 我們可以利用串口通信和DO/DI 通信安全穩(wěn)定控制裝置的DO 板和
測試儀的DI 板實現(xiàn)閉環(huán)測試在安全穩(wěn)定控制裝置的軟件調(diào)試過程中往往要進(jìn)
行重復(fù)而又大量的測試因此測試儀通過串口和DO/DI 模塊跟穩(wěn)控裝置進(jìn)行通信接
收穩(wěn)控裝置發(fā)來的動作信息例如故障回路號執(zhí)行決策號故障類型及元件號
策略表的定值地址號等然后跟事先存放在測試儀的正確動作信息進(jìn)行校對分析
生成校驗報告文本并且在顯示屏上顯示校驗的結(jié)果而且通過串口通信測試儀
能自動監(jiān)視穩(wěn)定控制裝置的誤動拒動以及重啟動并能把這些事件記錄下來
這個方式的優(yōu)點是 用一個微型測試儀就能夠完成測試測試過程方便而且便
于攜帶能夠隨時隨地進(jìn)行測試缺點是自定義仿真波形的有著不足之處而故障錄
波數(shù)據(jù)往往很有限因此這個測試方式適用于穩(wěn)控裝置的輔助性測試
2 第二種方式由A 部分和B 部分構(gòu)成測試系統(tǒng)
在這個測試系統(tǒng)中 試驗的數(shù)據(jù)來自基于PC 機(jī)的PSASP 對某個電力系統(tǒng)仿真的
結(jié)果也可以采用EMTP BPA 等進(jìn)行仿真PSASP 仿真結(jié)果所得數(shù)據(jù)仿真波形
開關(guān)量轉(zhuǎn)換成特定格式后通過串口通信傳給測試儀做試驗接下來的步驟和功能
跟第一種方式一樣即同樣可以實現(xiàn)故障回放自動分析和自動監(jiān)視功能
此外 還增加了新的閉環(huán)測試功能安全穩(wěn)定控制裝置動作后通過串口通信和
DO/DI 通信傳給測試儀的響應(yīng)信息再經(jīng)由測試儀傳送給PC 機(jī)串口通信基于PC
機(jī)的數(shù)字仿真系統(tǒng)根據(jù)送來的信息將按照變化后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繼續(xù)進(jìn)行仿真這樣就
可以檢驗安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在準(zhǔn)確動作后誤動后或者拒動后系統(tǒng)能否繼續(xù)保持穩(wěn)
定同時對于準(zhǔn)確動作的情況繼續(xù)仿真可以檢驗控制策略是否恰當(dāng)對是否修改
控制策略乃至穩(wěn)定分析算法提出建議
這個方式的優(yōu)點是 能夠模擬電力系統(tǒng)的多種運行狀況甚至是比較罕見的運行
狀況而且測試過程方便快捷缺點是由于數(shù)字仿真目前很難反映系統(tǒng)真實的動態(tài)
全過程測試結(jié)果有可能會造成誤差單獨使用這個測試方式就難以保障安全穩(wěn)定控
40
制裝置測試的全面性可靠性因此這個測試方式適用于穩(wěn)控裝置的考核性測試
3 第三種方式由A B 和C 三個部分一起構(gòu)成測試系統(tǒng)
這個方案把數(shù)字仿真和動模試驗的優(yōu)點結(jié)合起來 充分發(fā)揮兩者的互補性
首先 一些比較簡單而又典型的試驗可以用由旋轉(zhuǎn)設(shè)備構(gòu)成的動態(tài)模擬實驗系統(tǒng)來
做由于它能較好的提供測試所需要的故障波形還能充分反映數(shù)學(xué)模型未能表達(dá)的原
型系統(tǒng)特征所以動模試驗是不可缺少的測試手段此外還可以利用安全穩(wěn)定控制裝
置的錄波功能把每一個動模試驗的數(shù)據(jù)錄下來通過串口傳送給測試儀并以固定格
式保存起來這樣下次還想重復(fù)這個試驗的時候就可以用第一種方式直接進(jìn)行試驗
而不必重復(fù)的啟動動模試驗系統(tǒng)這樣就大大地節(jié)約了測試的時間和成本
其次 對于動態(tài)模擬實驗系統(tǒng)做不了的難以實現(xiàn)的測試項目可以利用數(shù)字仿
真能夠模擬復(fù)雜電力系統(tǒng)的優(yōu)點進(jìn)行測試也就是用數(shù)字仿真代替動態(tài)模擬試驗實
現(xiàn)不了的難以實現(xiàn)的那部分試驗項目測試過程跟第二種方式類似
由 A B 和C 三個部分一起構(gòu)成的測試系統(tǒng)能夠最大程度地對安全穩(wěn)定控制裝置
進(jìn)行動態(tài)測試從而使測試更為全面更為可靠同時也極大地方便了測試人員所
以這個測試方案適用于穩(wěn)控裝置出廠前的綜合性測試
3.3 小結(jié)
本章對安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)進(jìn)行了研究 首先針對安全穩(wěn)定控制裝置的
特點提出了穩(wěn)控裝置測試技術(shù)的兩個主要要求要盡可能多地測試出裝置系統(tǒng)
存在的缺陷和要求測試方案盡可能實現(xiàn)自動化智能化以方便測試人員然后提出
了把測試分成兩個階段靜態(tài)測試階段和動態(tài)測試階段接著對靜態(tài)測試階段中的硬
件測試和軟件測試做了較為深入的研究對于動態(tài)測試方法本文在分析由旋轉(zhuǎn)設(shè)備
構(gòu)成的動態(tài)模擬實驗系統(tǒng)和數(shù)字仿真法優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上對波形仿真的建立特點和
電力系統(tǒng)仿真的問題進(jìn)行了研究然后提出了一種新的動態(tài)測試方案該動態(tài)測試方
案是一個閉環(huán)的測試系統(tǒng)而且該測試系統(tǒng)可以有3 種組合方式
41
4 測試儀的原理及實現(xiàn)方案
4.1 總體方案的論證與提出
4.1.1 安全穩(wěn)定控制裝置的基本工作原理
在設(shè)計測試儀的實現(xiàn)方案之前首先了解一下安全穩(wěn)定控制裝置的基本工作原
理當(dāng)電力系統(tǒng)正常時穩(wěn)控裝置自動檢測就地量和接收遠(yuǎn)方傳來的電網(wǎng)信息自動
識別電網(wǎng)當(dāng)前的運行方式自動接收上層自動決策系統(tǒng)傳來的控制策略和準(zhǔn)實時決策
方案當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時根據(jù)檢測到的系統(tǒng)狀態(tài)量的變化繼電保護(hù)跳閘信號
斷路器位置的變化信號以及少量的遠(yuǎn)方信號自動判別電網(wǎng)發(fā)生的故障類型故障范
圍故障方向以及故障的嚴(yán)重程度在穩(wěn)定判別時參照上層決策系統(tǒng)傳來的或人
工預(yù)設(shè)的控制策略表按事故前電網(wǎng)運行方式系統(tǒng)的故障方式系統(tǒng)的故障狀態(tài)
就地進(jìn)行第二次決策得出相應(yīng)的控制措施發(fā)出切機(jī)切負(fù)荷直流制動電阻制
動等控制命令其中一部分命令發(fā)往執(zhí)行機(jī)執(zhí)行跟蹤檢測事故發(fā)展過程在發(fā)現(xiàn)控
制措施沒有執(zhí)行或雖執(zhí)行但沒有達(dá)到預(yù)期效果時及時采取后備的補救措施以確保
電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行在故障處理過程中進(jìn)行故障錄波事件自動記錄對裝置動
作行為進(jìn)行解釋[22] 安全穩(wěn)定控制裝置的基本原理如圖4-1 所示
圖4-1 安全穩(wěn)定控制裝置的基本構(gòu)成原理圖
數(shù)據(jù)處理
與
邏輯判斷
遠(yuǎn)方通信
與本地通信
查找策略
解鎖出口
狀
態(tài)
量
檢
測
人機(jī)界面
控
制
對
象
模擬量
開關(guān)量
發(fā)
電
廠
或
變
電
站
4.1.2 測試儀總體方案的提出
根據(jù)穩(wěn)定控制裝置的基本原理 穩(wěn)定控制裝置的輸入模擬量為線路的電壓電流
量發(fā)電機(jī)的電流量母線的電壓量等輸入的開關(guān)量為繼電保護(hù)動作信號斷路器
位置的變化信號以及少量的遠(yuǎn)方信號等因此測試儀提供給安全穩(wěn)定控制裝置的基
42
本接口包括交流量即模擬量接口開關(guān)量接口另外加上串口通信接口其中
輸出給測試儀的開關(guān)量是穩(wěn)定控制裝置的出口控制信號它與串口通信都用于輔助實現(xiàn)
測試過程的自動分析和自動監(jiān)視如圖 4-2 所示測試儀和安全穩(wěn)定控制裝置構(gòu)成了一
個完整的閉環(huán)測試系統(tǒng)
通信
接口
開關(guān)量
接口
交流量
輸出
接口
測
試
儀
微
機(jī)
系
統(tǒng)
開關(guān)量
接口
通信
接口
交流量
輸入
接口
安全
穩(wěn)定
控制
裝置
圖4-2 測試系統(tǒng)構(gòu)成圖
測試儀基于一臺小型的工業(yè)微機(jī)通信端口采用主板上的串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡包括
32/64 個通道的D/A 電路和32/64 路數(shù)字I/O 電路人機(jī)接口采用液晶顯示和小鍵盤
目前該測試系統(tǒng)可以完成故障動作測試數(shù)據(jù)采集精度測試通信測試等幾個
測試項目以后還可以根據(jù)需要擴(kuò)展新的測試項目
此外 測試儀還具有以下功能
自動測試的功能 測試儀能支持手動測試批處理式的整組測試以及觸發(fā)
測試并且能自動地對測試結(jié)果進(jìn)行管理生成測試報表
自動分析功能 測試儀可以跟穩(wěn)控裝置進(jìn)行通信接收穩(wěn)控裝置發(fā)來的動作
信息例如故障回路號執(zhí)行決策號故障類型及元件號策略表的定值地址號等
然后跟事先存放在測試儀的正確動作信息進(jìn)行校對分析生成校驗報告文本并且
在顯示屏上顯示校驗的結(jié)果
自動監(jiān)視功能 測試儀能自動監(jiān)視穩(wěn)定控制裝置的誤動拒動以及重啟動
并能把這些事件記錄下來
4.2 測試儀的硬件設(shè)計
4.2.1 硬件的開發(fā)環(huán)境
硬件開發(fā)的過程中涉及到可編程邏輯器件的應(yīng)用以及印刷電路板的設(shè)計 因此在
43
這里有必要做一些簡單的介紹
4.2.1.1 可編程邏輯器件及開發(fā)軟件
CPLD Complex Programable Logic Device 是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域的一門新技術(shù)
它提供了基于計算機(jī)和信息技術(shù)的電路系統(tǒng)設(shè)計方法提高了設(shè)計電路的集成度和可
靠性由于測試儀的需要眾多的通道32 路64 路甚至更多為了節(jié)約寶貴的板上
空間本方案選用了ALTERA 公司的MAX7000 系列可編程邏輯器件
1 MAX7000的特點
MAX7000 系列是ALTERA 公司第二代MAX 結(jié)構(gòu)的器件它采用增強(qiáng)型可編程
連線陣列集成度為600 5000 可用門包含32 256 個宏單元并且每16 個宏單
元組成一個稱為邏輯陣列塊的小組每個宏單元有一個可編程的與陣和固定的或
陣和一個具有獨立可編程時鐘時鐘使能清除和復(fù)位功能的可配置觸發(fā)器該系列
的組合傳播延時快至7.5ns 16 位計數(shù)器的頻率為175.4MHz 此外它還提供了極短
的輸入寄存器的建立時間和多個系統(tǒng)時鐘和可編程的速度/功率控制MAX7000 系列
是采用COMSEEPROM 單元實現(xiàn)邏輯函數(shù)的用戶可編程的MAX7000 結(jié)構(gòu)容納多種
多樣的獨立的組合邏輯和時序邏輯函數(shù)在設(shè)計開發(fā)和調(diào)整階段MAX7000 系列
可快速而有效的重新編程并保證可編程和擦除可達(dá)到100 次
2 MAX7000的結(jié)構(gòu)
復(fù)雜 PLD 結(jié)構(gòu)是PAL 器件結(jié)構(gòu)規(guī)模的擴(kuò)大它保留了常規(guī)PAL 器件的與陣
列可編程或陣列固定的結(jié)構(gòu)主要由邏輯陣列塊和可編程連線陣列構(gòu)成MAX7000
結(jié)構(gòu)中包括邏輯陣列塊宏單元擴(kuò)展乘積項可編程連線陣列和/ 控制塊5 個部
分如圖4-3 所示
邏輯陣列塊 Logic Array Blocks LAB
MAX7000 結(jié)構(gòu)主要是由高性能的靈活的邏輯陣列塊以及它們之間的連線構(gòu)成
LAB 由16 個宏單元組成多個LAB 通過可編程連線陣列和全局總線連接在一起全
局總線由所有的專用輸入/ 引腳和宏單元饋給信號
宏單元 Macrocells
44
MAX7000 宏單元能夠單獨的配置為時序邏輯或組合邏輯工作方式宏單元由三
個功能塊組成邏輯陣列乘積項選擇矩陣和可編程觸發(fā)器
擴(kuò)展乘積項 Expander Product Terms
盡管大多數(shù)邏輯函數(shù)能夠用每個宏單元的 5 個乘積項實現(xiàn)但某些邏輯函數(shù)更為
復(fù)雜需要附加乘積項為提供所需的邏輯資源可以利用另一個宏單元但是
MAX7000 結(jié)構(gòu)也允許利用共享和并聯(lián)擴(kuò)展乘積項作為附加的乘積項直接送到本LAB
的任意單元中每個LAB 有多達(dá)16 個共享擴(kuò)展項共享擴(kuò)展項就是由每個宏單元提
供一個未投入使用的乘積項并將它們反相后反饋到邏輯陣列便于集中使用并聯(lián)
擴(kuò)展項是一些宏單元中沒有使用的乘積項并且這些乘積項可分配到鄰近的宏單元去
實現(xiàn)快速復(fù)雜的邏輯函數(shù)
可編程連線陣列 Programmable Interconnect Array PIA
通過 PIA 把各LAB 相互連接構(gòu)成所需的邏輯這個全局總線是可編程的通道
它把器件中任何信號源連到其目的地
/ 控制塊I/O Control Blocks
/ 控制塊允許每個/ 引腳單獨地配置成輸入/輸出或雙向工作方式所有
/ 引腳都有一個三態(tài)緩沖器它能由全局時鐘輸出使能信號中的一個控制或者把
使能端直接連接到地或電源上[35 36 37]
45
圖 4-3 MAX7000 結(jié)構(gòu)圖
3 PLD的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程介紹
本設(shè)計使用 ALTERA 公司的開發(fā)工具Quartus II Quartus II 是ALTERA 公司繼
Maxplus II 之后新一代PLD 開發(fā)系統(tǒng)比Max-plus 有更多的功能支持更大規(guī)模PLD
的開發(fā)其安裝要求也比較高通常推薦計算機(jī)配備有256 M 內(nèi)存1 024 × 768 分辨
率顯示器Quartus II 支持多種輸入方式給設(shè)計開發(fā)提供了極大的方便其開發(fā)流程
如圖4-4 所示
圖 4-4 CPLD 開發(fā)流程
46
CPLD 的設(shè)計輸入采用原理圖以及Verilog 硬件描述語言混合輸入目前常用的硬
件描述語言有AHDL ABEL VHDL Verilog 等等1990 年CADENCE 公司公開發(fā)
表了Verilog 并成立了LVI 組織以促進(jìn)Verilog 成為IEEE 標(biāo)準(zhǔn)即IEEE Standard1364
1995 就目前的發(fā)展趨勢來說Verilog 的設(shè)計人員增長速度也相當(dāng)快這主要表現(xiàn)
在Verilog 是在C 語言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種硬件描述語言它具有了C 語言的很
多優(yōu)點與VHDL(VHSIC Hardware Descript Language VHSIC 是Very High Speed
Intergrate Circuit 的縮寫)相比Verilog 的編程風(fēng)格更加簡潔明了高效便捷簡單易
學(xué)
4.2.1.2 Protel99 se 簡介
Protel99 se 是Protel 公司推出的在Windows 操作系統(tǒng)下運行的具有Windows
風(fēng)格的電路設(shè)計軟件可以實現(xiàn)從電路原理圖到印刷電路板設(shè)計的全部過程Protel99
-se 具有如下功能強(qiáng)大的電路設(shè)計自動化完善的在線元件庫編輯和管理良好的
兼容性可以對以前版本的Protel 電路設(shè)計文件實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)換豐富的菜單及工具欄
網(wǎng)絡(luò)協(xié)作及資源共享支持Windows 操作系統(tǒng)下的所有輸出外設(shè)[38]
4.2.2 微機(jī)配置
測試儀是基于一臺小型的工業(yè)微機(jī) 機(jī)箱采用便攜式工業(yè)級PC 機(jī)箱體積為
29 19 17cm 非常適合現(xiàn)場的測試微機(jī)采用ADVANTECH 公司的工業(yè)級CPU
卡CPU 是32 位的處理器使得裝置具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力內(nèi)存為128MB 程
序和數(shù)據(jù)存放在64MB 的工業(yè)級固態(tài)電子盤里SSD 人機(jī)接口采用16 12cm 的小
型液晶顯示屏和觸摸式小型鍵盤也可以外插標(biāo)準(zhǔn)鍵盤主板上有6 個ISA 插槽
用于插裝數(shù)字量I/O 板DA 板將來還可以擴(kuò)充新的功能工業(yè)級CPU 卡上還有2
個RS 232 串口通信接口這里采用其中的 COM1 作為測試儀的通信接口
4.2.3 數(shù)字量I/O 板的設(shè)計
數(shù)字量 I/O 板可以實現(xiàn)32 路的數(shù)字量輸入用于測試的校驗和分析和32 路的
數(shù)字量輸出用于模擬電力系統(tǒng)的線路投退信號及故障跳閘信號數(shù)字量I/O 板基本
47
原理圖如圖4-5 所示大多部分的數(shù)字邏輯功能都用一片可編程邏輯器件
EPM7128SQC160 實現(xiàn)這使得印刷電路板面積大大減小此外ISA 總線與CPLD
的數(shù)據(jù)交換經(jīng)由數(shù)據(jù)收發(fā)器74HC245 控制EPM7128SQC160 實現(xiàn)的邏輯功能如圖
4-6 所示其中包括用數(shù)字比較器和38 譯碼器實現(xiàn)的地址譯碼功能4 片的8 位D 觸
發(fā)鎖存器共32 路4 片的8 位三態(tài)門緩沖器共32 路在Quartus II 開發(fā)工具的
輔助下數(shù)字邏輯功能的實現(xiàn)非常簡單如數(shù)字比較器可以用Verilog 硬件描述語言
表示如下
//---數(shù)字比較器 Com_out 低電平有效 AEN 低電平使能
module compare (AEN,ADD_39,SWAD_38,Com_out);
input AEN;
output Com_out;
input [5:0]SWAD_38;
input [6:0]ADD_39;
reg Com_out;
always
begin
if( ({1'b1,SWAD_38}^ADD_39)==0 &amp;amp;&amp;amp; AEN==0 ) Com_out=0;
else Com_out=1;
end
endmodule
為了適用于工業(yè)調(diào)試現(xiàn)場 加強(qiáng)抗干擾功能所有的數(shù)字量輸入和輸出都經(jīng)過光
電隔離元件光電隔離元件采用NEC 公司的PS2801-4 該元件具有高速開關(guān)的功能
而且封裝體積很小32 路數(shù)字量輸出經(jīng)過光電隔離后再經(jīng)由達(dá)林頓管放大驅(qū)動輸
出達(dá)林頓管為TD62083 單路輸出電流最大可達(dá)500mA 該I/O 板具有低輸入負(fù)載
高輸出驅(qū)動能力的特點
48
圖4-5 IO基本構(gòu)成原理圖
D0~7
A0~9
AEN
IOW
IOR
ISA總線
32路
輸入
32路
輸出
驅(qū)動
TD62083
光隔
PS2801
光隔
PS2801
Data
Address
AEN
IOW
IOR
可編程邏輯器件
EPM7128SQC160
Output
Input
圖 4-6 I/O 板控制邏輯圖
4.2.4 DA 板的設(shè)計
DA 板實現(xiàn)32 路的模擬信號輸出用于模擬電力系統(tǒng)的交流信號DA 板基本原
理如圖4-7 所示數(shù)字邏輯控制是用可編程邏輯器件EPM7128STC100 實現(xiàn)如圖4-8
所示同樣ISA 總線與CPLD 的數(shù)據(jù)交換經(jīng)由數(shù)據(jù)收發(fā)器74HC245 控制
DA 轉(zhuǎn)換芯片采用MAXIM 公司的12 位的電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片MAX508 其
電壓建立時間為不超過5us 可輸出-5~+5V 的交流信號整個DA 轉(zhuǎn)換過程由
EPM7128STC100 控制其中包括低8 位和高4 位數(shù)據(jù)的讀取數(shù)據(jù)的鎖存和轉(zhuǎn)換
數(shù)模轉(zhuǎn)換出來的信號經(jīng)過由運放 OP07 組成的電壓跟隨器然后再進(jìn)入帶采樣保
49
持功能的多路轉(zhuǎn)換器MAX5165 輸出32 個通道多路轉(zhuǎn)換器通道的開斷由CPLD
控制多路轉(zhuǎn)換器的最快切換時間為2.5us 再考慮到DA 轉(zhuǎn)換的時間等其他因素故
約4us 可以切換一個通道的交流信號所以約128us 就可以實現(xiàn)32 個通道的模擬量輸
出一次最后模擬量經(jīng)由運放TL084 緩沖以及信號放大輸出
圖4-7 DA基本構(gòu)成原理圖
D0~7
A0~9
AEN
IOW
IOR
ISA總線
Data
Address
AEN
IOW
IOR
可編程邏輯器件
EPM7128STC100
DB0~7
/RW
/CSMSB
/CSLSB
/LDAC
DA轉(zhuǎn)換芯片
MAX508
電壓跟隨器
OP07
32路電壓緩沖輸出
TL084
精密電壓基準(zhǔn)
MAX860
1/32路模擬電壓
A0~2
M0~3
MAX5165
DB0~7
/RW
/CSMSB
/CSLSB
/LDAC
Vref
DAout
A0~2
M0~3
圖 4-8 DA 板控制邏輯圖
50
4.3 測試儀的軟件設(shè)計
4.3.1 軟件總體功能
測試儀的操作系統(tǒng)是 MS DOS 6.22 故選用的軟件開發(fā)平臺是Borland C++ 3.1
軟件分為許多個模塊每個模塊可以獨立完成一個測試項目目前測試項目主要是
包括故障動作測試數(shù)據(jù)采集精度測試通信測試等以后還可以根據(jù)需要添加新的
測試功能如圖4-9 所示
故障動作測試數(shù)據(jù)采集精度測試通信測試其他待擴(kuò)展測試功能
用戶選擇界面
結(jié)束
開始
圖4-9 測試儀軟件邏輯圖
4.3.2 故障動作測試模塊的設(shè)計
作為最重要的測試項目 故障動作測試模塊由主程序和一個中斷服務(wù)程序組成
由主程序完成以下功能 選擇測試方式手動測試整組測試觸發(fā)測試或者隨
機(jī)故障測試準(zhǔn)備仿真數(shù)據(jù)根據(jù)仿真波形的來源轉(zhuǎn)換成通用數(shù)據(jù)格式顯示測
試信息自動分析分析測試結(jié)果并生成測試報表以及自動監(jiān)視判斷有無誤動
拒動以及重啟動的情況主程序流程圖如圖4-10 所示
通過中斷服務(wù)程序設(shè)計 實現(xiàn)了跟系統(tǒng)時間密切相關(guān)的操作功能如D/A 轉(zhuǎn)換
輸出開關(guān)量的接收與輸出以及通過串口通信接收安全穩(wěn)定控制裝置的動作信息及重
啟動信息中斷服務(wù)程序流程圖如圖4-11 所示
51
開始
選擇測試方式
準(zhǔn)備仿真數(shù)據(jù)
開中斷
顯示第n個測試
試驗信息
第n+1個測試
試驗準(zhǔn)備完
第n個測試
試驗結(jié)束
分析測試結(jié)果
生成測試報表
判斷有無誤動
拒動及重啟動
是否為最后
一個測試試驗
關(guān)中斷
結(jié)束
準(zhǔn)備第n+1個
測試試驗數(shù)據(jù)
n = n+1
Y
N
Y
Y
N
N
圖4-10 故障動作測試程序
中斷開始
D/A轉(zhuǎn)換輸出
開關(guān)量的
接收與輸出
接收控制裝置
的動作信息及
重啟動信息
返回
圖4-11 中斷服務(wù)程序
4.3.3 一些程序的設(shè)計思想
1 輸出波形的有關(guān)處理
仿真波形數(shù)據(jù)還原成波形 D/A 轉(zhuǎn)換之前還應(yīng)該根據(jù)需要對仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行合
理的線性插值處理以保證波形的平滑與連續(xù)性例如某組仿真波形數(shù)據(jù)如果相
鄰兩個仿真數(shù)據(jù)的時間間隔大于D/A 轉(zhuǎn)換的采樣周期則該組波形數(shù)據(jù)要還原成
正弦波 原型為 Asin(2π ft +Q) 時需采用線性插值 其表達(dá)式為
2 1 2 1 2 1
1 1 1
2 1 2 1 2 1
( A A A t) sin(2 ( f f f t) Q Q Q t)
t t t t t t
+ ? π + ? + + ?
? ? ? 4-1
其中 A 表示電壓/電流幅值f 表示頻率Q 表示初始相角下標(biāo)1 2 表示某相
52
鄰的兩個數(shù)據(jù)點t 是步長為采樣周期的時間計數(shù)值
此外 計算輸出波形的精度需考慮到合理性和軟硬件的限制實際故障波形的最
高諧波以及D/A 轉(zhuǎn)換速度的快慢等由于D/A 的波形建立時間約5 還要考慮到
32/64 路模擬通道的切換時間等因素所需時間比較緊張因此本文采用每周期送24
點即采樣周期為
20000 833
24
t T s
N
= = ≈ μ
4-2
其中 T 為50HZ 的倒數(shù)即20000 微秒N 為24 點采樣
可以得出 測試儀需要在833 內(nèi)依次對32/64 個通道的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行/ 變
換一遍即在833 內(nèi)輸出每個波形的一個點
2 中斷控制
在故障動作測試模塊中需要用到中斷操作PC 系統(tǒng)時鐘中斷程序是每55ms 執(zhí)
行一次而電力系統(tǒng)的工頻為50HZ 為了滿足仿真的要求需要修改時鐘中斷程序
和系統(tǒng)8253 定時/計數(shù)器經(jīng)過計算與反復(fù)調(diào)試得出在PC 定時器方式選用
PC_TIMER0 2 個字節(jié)方式3 二進(jìn)制下向PC_TIMER0 的高地址送0x07 低
地址送0xc2 即采樣間隔值0x07c2 剛好能滿足1667 執(zhí)行一次中斷可以保
證輸出波形為50HZ
3 通用數(shù)據(jù)格式的產(chǎn)生
測試儀采用三種數(shù)據(jù)來源 自定義數(shù)據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)和軟件仿真數(shù)據(jù)在使用
這三種數(shù)據(jù)之前需要把它們轉(zhuǎn)化成通用的數(shù)據(jù)格式模擬量用十進(jìn)制表示其數(shù)據(jù)
格式如表4-1 所示分別為時間頻率電壓或電流的幅值32 個通道的不同數(shù)值
電壓或電流的相位32 個通道的不同數(shù)值
表 4-1 模擬量的數(shù)據(jù)格式
時間 頻率 電壓或電流的幅值 電壓或電流的相位
按照這種格式 模擬量數(shù)據(jù)以時間的順序往后遞推存放起來不同元件的模擬量
數(shù)據(jù)存放在某個特定文件DA****.TXT 不同的位置
53
開關(guān)量用二進(jìn)制來表示數(shù)據(jù)格式如表4-2 所示其存放方法跟模擬量的類似
表 4-2 開關(guān)量的數(shù)據(jù)格式
時間 開關(guān)量 0/1
模 擬 量 和 開 關(guān) 量 的通用數(shù)據(jù)格式先分別存放在文本文件DA***.TXT 和
DO***.TXT 中然后再轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制存放在DAT 格式的文件等待調(diào)用
4 連續(xù)試驗波形的鏈接
如果要連續(xù)做一批故障試驗 就存在第n 個試驗波形跟下一個試驗波形n+1
怎么鏈接的問題即兩者之間的波形怎么鏈接起來才能保證波形幅值和相位的連續(xù)
性而不至于產(chǎn)生突變在某一個故障試驗中故障數(shù)據(jù)是按照時間順序分組的不
同的時刻對應(yīng)不同的故障數(shù)據(jù)組進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換之前的某一時刻數(shù)據(jù)是相鄰時刻的兩
個故障數(shù)據(jù)組的線性插值所得因此兩個故障試驗的鏈接也可以采用這個思路如
圖4-10 所示當(dāng)?shù)趎 個故障試驗到達(dá)最后一組故障數(shù)據(jù)M 時即快完成時先把最
后這組數(shù)據(jù)另存起來以供第n+1 個故障試驗數(shù)據(jù)還沒準(zhǔn)備好時中斷可以調(diào)用再讀
取第n+1 個故障試驗的第一組故障數(shù)據(jù)N 然后再把M 和N 這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插
值所得結(jié)果等待中斷進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換此時第n+1 個故障試驗數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好中斷
進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換所取的值為M 和N 的線性插值
5 數(shù)據(jù)采集精度測試模塊的設(shè)計
安全穩(wěn)定控制裝置的采集電路不可避免的存在元件誤差 零漂等原因因此要對
PT 以及CT 電量的變比系數(shù)進(jìn)行調(diào)整使其精度符合要求數(shù)據(jù)采集精度測試模塊就
是用于檢查調(diào)試安全穩(wěn)定控制裝置采集交流量精度的先設(shè)定某個數(shù)據(jù)作為幅值
Kv 某個數(shù)據(jù)作為初始相位Data_0V 然后運行程序輸出正弦波接著用精密儀器測
量這個正弦波看是否達(dá)到2.5000V 的精度否則不斷調(diào)整Kv 和Data_0V 的數(shù)據(jù)
使之符合精度
經(jīng)過精密儀器的校驗后的測試儀 在運行這個模塊時可以輸出高精度的標(biāo)準(zhǔn)正
弦波形幅值為2.5000V 以提供給安全穩(wěn)定控制裝置進(jìn)行采集精度調(diào)試從而省略
了安全穩(wěn)定控制裝置到現(xiàn)場時的繁瑣而又重復(fù)的采集精度調(diào)試步驟極大的方便了安
54
裝調(diào)試人員
4.4 運用實例
本測試儀已經(jīng)實際運用在安全穩(wěn)定控制裝置的測試中 下面以長沙500kV 沙坪變
安全穩(wěn)定控制裝置的測試為例簡單說明測試儀的某些運用長沙500kV 沙坪變電站
的主接線示意圖如圖4-12 所示由于該變電站涉及到眾多的交流信號通道64 個通
道開關(guān)信號通道62 個通道所以測試儀選用了2 塊DA 板和2 塊IO 板以滿
足測試的需要其中動態(tài)測試方案采用4.2.3 節(jié)中的第一種方式
圖 4 - 1 2 長沙5 0 0 k V 沙坪變電站主接線示意圖
復(fù)沙I 復(fù)沙I I 岳陽線
抽 蓄 能 備 用 I 備 用 I I
# 1 主變# 2 主變
5 0 0 k V 母線
2 2 0 k V I V 母
沙云I 沙云I I
2 2 0 k V I 母2 2 0 k V I I 母
測試的項目如下
1 #1 主變過負(fù)荷試驗
如圖 4-13 所示(U 表示電壓I 表示電流) 第0 秒時#1 主變的電流測試儀提
供的模擬信號以下同發(fā)生突變0.01 秒時安全穩(wěn)定控制裝置的#1 主變電流突變
啟動0.99 秒時#1 主變的過負(fù)荷電流達(dá)到了2702A 穩(wěn)控裝置過負(fù)荷啟動2.00 秒
55
時#1 主變的過負(fù)荷電流為2708 A 穩(wěn)控裝置的第3 檔過負(fù)荷動作判出并找到策
略表定值地址號為38 其中切五強(qiáng)溪策略數(shù)量為3 與此同時測試儀接收到穩(wěn)控裝
置發(fā)來的故障線路及動作信息把它們跟預(yù)想的故障線路及動作措施進(jìn)行比較比較
結(jié)果完全一致測試儀顯示出試驗正確的提示
2 沙云三相短路試驗
如圖 4-14 所示U 表示電壓I 表示電流K 表示保護(hù)信號第0 秒時沙云
線路始端1%處即靠近變電站處發(fā)生三相接地短路故障0.01 秒時安全穩(wěn)定
控制裝置的沙云電流突變啟動0.05 秒時穩(wěn)控裝置判出沙云相間故障做出實
際運行方式執(zhí)行決策為1 號故障類型及元件號為4001H 判出并找到策略表定值地
址號為128 其中切五強(qiáng)溪策略數(shù)量為4 與此同時測試儀接收到穩(wěn)控裝置發(fā)來的
故障線路及動作信息把它們跟預(yù)想的故障線路及動作措施進(jìn)行比較比較結(jié)果并不
一致測試儀提示穩(wěn)控裝置可能出現(xiàn)誤動作要求測試人員排查經(jīng)過檢查原因是
穩(wěn)控裝置的策略表剛被研發(fā)人員修改過而不是判斷或者執(zhí)行錯誤誤動
3 自動監(jiān)視試驗
為了測試穩(wěn)控裝置軟件的可靠性 必須觀察程序長期運行是否會出現(xiàn)跑飛
甚至是死循環(huán)的現(xiàn)象經(jīng)過測試儀的長期監(jiān)視并未檢測到穩(wěn)控裝置的軟件跑飛
56
情況該情況表現(xiàn)為穩(wěn)控裝置的誤動拒動或者微機(jī)重新啟動Watchdog 動作為
了檢查測試儀的監(jiān)視功能強(qiáng)行重新啟動穩(wěn)控裝置的微機(jī)測試儀可以立刻檢測到該
微機(jī)的重啟動并把重啟動的時間和次數(shù)記錄下來同時發(fā)出告警信息提示測試人員
這些實例表明測試儀在安全穩(wěn)定控制裝置測試的實際運用中已經(jīng)取得很好的效果
圖 4-14 沙云I 三相接地短路
4.5 小結(jié)
本章首先對安全穩(wěn)定控制裝置的基本工作原理進(jìn)行了簡要的概括 然后論證提
出了測試儀的總體設(shè)計方案該測試儀基于工業(yè)微機(jī)與安全穩(wěn)定控制裝置的基本接
口包括交流量即模擬量接口開關(guān)量接口以及串口通信接口通過接口測試儀
57
和安全穩(wěn)定控制裝置構(gòu)成了一個完整的閉環(huán)測試系統(tǒng)接著對測試儀的硬件開發(fā)環(huán)境
做了一些介紹并詳細(xì)說明了測試儀的微機(jī)配置數(shù)字量I/O 板的設(shè)計DA 板的設(shè)
計接著介紹了測試儀的軟件總體功能以及設(shè)計了故障動作測試軟件模塊還對一
些程序的設(shè)計思想做了說明其中包括輸出波形的有關(guān)處理中斷控制通用數(shù)據(jù)
格式的產(chǎn)生連續(xù)故障的鏈接和數(shù)據(jù)采集精度測試模塊的設(shè)計最后給出了一些運用
的實例
根據(jù)該方案設(shè)計的測試儀在實際應(yīng)用中已經(jīng)取得了很好的效果 不但具有節(jié)約時
間耗資少可以隨時隨地進(jìn)行測試等優(yōu)點而且還可以根據(jù)具體的需要不斷擴(kuò)展新
的功能為安全穩(wěn)定控制裝置的研發(fā)提供了便利的測試手段同時對類似測試裝置的
研制有很好的借鑒意義
58
5 全文總結(jié)
隨著安全穩(wěn)定控制裝置 系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的逐漸推廣確保該裝置系統(tǒng)
的可靠性有效性選擇性和適應(yīng)性等已成為一個基本而又重要的要求在安全穩(wěn)定
控制裝置系統(tǒng)開發(fā)的各個階段中不可避免地遺留下一些錯誤和缺陷如果不及
時找出并改正它們則這個產(chǎn)品就不能在現(xiàn)場正常運行甚至?xí)o電力系統(tǒng)帶來重大
隱患因此對安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)的研究也就日益提到日程上來
本文的研究是結(jié)合華中科技大學(xué) QWD 型區(qū)域安全穩(wěn)定控制裝置的研發(fā)這個
科研項目及工程實際任務(wù)進(jìn)行的作者在分析電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制相關(guān)理論和安全
穩(wěn)定控制裝置特點的基礎(chǔ)上對安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)及特點進(jìn)行了研究提出
了一套實用的測試儀設(shè)計原理及實現(xiàn)方案并將其成果應(yīng)用于具體的工程實踐中所
取得的主要成果概括如下
1 對安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)特別是安全穩(wěn)定控制裝置進(jìn)行了綜述指出了對穩(wěn)
定控制裝置進(jìn)行測試的特點和難點
2 對安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)進(jìn)行了研究首先針對安全穩(wěn)定控制裝置
的特點提出了穩(wěn)控裝置測試技術(shù)的兩個主要要求除了考核裝置能夠正常工作外
還要盡可能多地測試出裝置系統(tǒng)存在的缺陷使測試方案應(yīng)盡可能實現(xiàn)自動化
智能化以方便測試人員然后提出了把測試分成兩個階段靜態(tài)測試階段和動態(tài)測
試階段接著對靜態(tài)測試階段中的硬件測試和軟件測試做了較為深入的研究對于動
態(tài)測試方法本文在分析由旋轉(zhuǎn)設(shè)備構(gòu)成的動態(tài)模擬實驗系統(tǒng)和數(shù)字仿真法優(yōu)缺點的
基礎(chǔ)上提出了一種新的動態(tài)測試方案
3 對仿真波形的建立特點和電力系統(tǒng)仿真的問題進(jìn)行了研究
4 提出并論證了測試儀的總體設(shè)計方案該測試儀基于工業(yè)微機(jī)與安全穩(wěn)
定控制裝置的基本接口包括交流量即模擬量接口開關(guān)量接口以及串口通信接口
通過接口測試儀和安全穩(wěn)定控制裝置構(gòu)成了一個完整的閉環(huán)測試系統(tǒng)對測試儀的硬
件和軟件開發(fā)做了實用化的研究根據(jù)該方案設(shè)計的測試儀在實際應(yīng)用中已經(jīng)取得了
59
很好的效果
由于時間有限 本文所做的工作還有很多需要進(jìn)一步深入的地方如
1 靜態(tài)測試方案中有待于對專家系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究使之實用化
2 在動態(tài)測試方案中還未實現(xiàn)基于PC 機(jī)的PSASP 仿真與測試儀的完全對
接如果實現(xiàn)完全對接將給安全穩(wěn)定控制裝置帶來更完善的測試
3 該測試儀的人機(jī)界面有待于進(jìn)一步完善以更方便測試人員的操作
4 進(jìn)一步研究使測試儀能夠更具用通用性能夠具有自適應(yīng)能力
5 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全穩(wěn)定控制裝置的智能化實時性模塊化等方
面的程度會越來越高因此測試技術(shù)的研究一方面應(yīng)該緊跟穩(wěn)定控制裝置的發(fā)展趨
勢以適應(yīng)更高的要求一方面應(yīng)該把更多的科學(xué)技術(shù)發(fā)展前沿的東西吸收進(jìn)來如
虛擬儀器技術(shù)智能診斷等以更好的為穩(wěn)定控制裝置的研發(fā)服務(wù)
60
致謝
本文是在導(dǎo)師周良松副教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的周老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的
治學(xué)態(tài)度豐富的科研實踐經(jīng)驗開闊的科研思路一絲不茍的科研作風(fēng)和吃苦耐勞
的優(yōu)秀品德使我在科研實踐和理論學(xué)習(xí)中都受益良多科研工作中的每一個進(jìn)步無不
凝聚著周老師的心血和汗水此外生活方面也少不了周老師的關(guān)心和支持這使我的
科研工作得以進(jìn)展順利同時胡會駿教授在課題研究中也給予了我極大的關(guān)懷與指
導(dǎo)他的深邃見解和誨人不倦讓我真正領(lǐng)悟到了科研工作的真諦在此謹(jǐn)向兩位導(dǎo)
師致以衷心的感謝和崇高的敬意
在課題的研究過程中 還得到了課題組同學(xué)們熱心的指導(dǎo)和幫助這使我深感大
家庭帶來的溫暖和進(jìn)步所以感謝彭波博士夏成軍博士代仕勇碩士張力晨碩士
楊潔碩士朱科碩士王珍意碩士魏志軒碩士李艷碩士汪洋凱碩士趙衛(wèi)東碩
士姚國國碩士王滔碩士等曾經(jīng)給予的幫助在測試儀的開發(fā)與試驗過程中余爭
取周益波等工程師給予了大力的幫助與支持在此一并感謝他們
在此我還要感謝朱中華 肖碧濤鄭少偉王萬孔王小衛(wèi)鄭丹楊婧芳胡
蓉王琴等諸位朋友在各方面給予的關(guān)心與支持使得我無論在生活還是學(xué)業(yè)上都受
益匪淺這也是我在求學(xué)生涯中不斷前進(jìn)的動力之一
特別感謝我的父母 哥哥和姐姐二十多年以來他們一直對我的學(xué)習(xí)生活等
各方面給予了最大的關(guān)懷理解和支持對于他們默默無聞的付出用言語也難以表
達(dá)我的感激之情唯有時時刻刻鞭策著自己不斷前進(jìn)
最后 謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心和幫助過我的人們
吳 勇
2005年4月于華中科技大學(xué)
61
參考文獻(xiàn)
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附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄
[1] 吳勇周良松張力晨等.安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)的研究.繼電器已錄用.
署名單位華中科技大學(xué)
安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)的研究
作者： 吳勇
學(xué)位授予單位： 華中科技大學(xué)
相似文獻(xiàn)(10條)
1.期刊論文吳勇.周良松.張力晨.代仕勇.WU Yong.ZHOU Liang-song.ZHANG Li-Chen.DAI Shi-yong 安全穩(wěn)定控制裝置測試技術(shù)的研究
-繼電器2005,33(10)
如何有效地測試安全穩(wěn)定控制裝置,對確保安全穩(wěn)定控制裝置在電力系統(tǒng)中的可靠性、有效性、選擇性、適應(yīng)性等有著重要的意義.該文對其測試技術(shù)進(jìn)行了深入的研究與探討
,并且提出了一個通用化、實用化的測試儀實現(xiàn)方案.根據(jù)該方案設(shè)計的測試儀已投入使用,并取得了良好的測試效果.
2.期刊論文邵俊松.李雪明.方勇杰.SHAO Junsong.LI Xueming.FANG Yongjie 安全穩(wěn)定控制裝置通用測試儀器 -電力系統(tǒng)自動化
2007,31(17)
電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置的測試一直是制造廠商和用戶面對的關(guān)鍵問題.文中分析了通用測試儀器功能要求,介紹了一種通用測試儀器的總體結(jié)構(gòu)、軟硬件特點及為適應(yīng)不同型
號安全穩(wěn)定控制裝置而進(jìn)行的通用性設(shè)計特點,最后引用檢測報告分析了該測試儀器的輸出精度.詳細(xì)介紹了再現(xiàn)模擬量波形的軟硬件方法和相關(guān)公式,該公式不僅可以再現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)正弦
波,也可反映各種故障波形.
3.會議論文高亮.金華鋒.李九虎.宗洪良.許華喬.鄭玉平.孫光輝RCS-992A系列分布式區(qū)域安全穩(wěn)定控制裝置 2003
本文旨在介紹一種新型電力系統(tǒng)區(qū)域穩(wěn)定控制裝置——RCS-992A系列電網(wǎng)穩(wěn)定緊急控制裝置.在對穩(wěn)控裝置的基本要求做了簡要闡述后,本文介紹了裝置的硬件實現(xiàn),軟件平臺,基
本判據(jù),功能特點及系統(tǒng)結(jié)構(gòu).在此基礎(chǔ)上對裝置在"黔電送粵"穩(wěn)控工程中的實際應(yīng)用做了簡要說明.
4.期刊論文鄒勇.ZOU Yong 關(guān)于安全穩(wěn)定控制裝置運行維護(hù)應(yīng)注意的問題 -電氣開關(guān)2009,47(6)
結(jié)合現(xiàn)場實際工作經(jīng)驗,分析繼電保護(hù)人員在安全穩(wěn)定控制裝置調(diào)試、運行維護(hù)等方面容易忽視和暴露的問題,介紹自己在工作中的處理方法和手段.
5.學(xué)位論文楊文芳 博羅站南網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置的應(yīng)用研究 2008
近年來，由于我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，人民生活水平大幅度提高，生產(chǎn)、生活用電需求急速增長，負(fù)荷劇增。然而，由于前期電力生產(chǎn)規(guī)模相對來說并非真正足夠，而且投資擴(kuò)
建周期長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上用電負(fù)荷的增長速度，加上環(huán)境因素的制約，例如豐水期水量不足、枯水期水量劇減，煤炭產(chǎn)量及運輸能力的限制，國際燃油價格一路上漲，使得電力供應(yīng)的
形式越來越嚴(yán)峻。負(fù)荷的急速增長，輸電網(wǎng)絡(luò)的薄弱、老化、設(shè)計不合理，改造資金巨大以至于難以一時到位，都為電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定、供電可靠帶來了一系列的難題。
在大容量長距離的超高壓甚至是特高壓輸電的電力系統(tǒng)中，穩(wěn)定性問題是一個特別敏感的話題。在這種情況下，稍微一個小擾動，就足以引起線路跳閘、電機(jī)失去同步、電網(wǎng)解
列，甚至是瓦解等嚴(yán)重問題。因此電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題被越來越多地討論，也采取了不少措施進(jìn)行解決。
本文基于為防止電網(wǎng)失穩(wěn)造成嚴(yán)重后果而采用的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)應(yīng)用項目而展開，通過在電網(wǎng)樞紐變電站安裝安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的設(shè)備和相應(yīng)的軟件，以應(yīng)付日益嚴(yán)峻的電網(wǎng)
穩(wěn)定問題。本文重點介紹了其基本原理和應(yīng)用方法、技巧，闡述了該項目的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
本文為將該系統(tǒng)進(jìn)行比較全面和詳盡的說明，采用了比較多篇幅的圖表，進(jìn)行了插件面板、邏輯工作原理、應(yīng)用維護(hù)中的軟件界面、異常情況的處理等的敘述，使得該套系統(tǒng)的
主要應(yīng)用有了比較全面的認(rèn)識，從而能夠比較明顯地看出其應(yīng)用價值。取得的主要成果有：
(1)為安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的運行、管理提供了一套比較全面、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)指引，以及詳盡的使用指導(dǎo)。
(2)通過對博羅站南網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置的分析，對整個地區(qū)目前的關(guān)系及運行地位進(jìn)行了比較系統(tǒng)的說明，對運行人員來說可以心中有數(shù)。
(3)系統(tǒng)地分析了動作邏輯，可以全面了解軟件的邏輯關(guān)系。
(4)安全穩(wěn)定控制裝置的安裝和使用，可以有效地針對南方電網(wǎng)粵東片結(jié)構(gòu)比較薄弱的環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，并為日后的電網(wǎng)建設(shè)和技術(shù)改造提供了理論依據(jù)。
(5)嚴(yán)格地按論文中介紹的方法進(jìn)行管理維護(hù)，可為日后的軟件改進(jìn)和升級提供有力的實踐依據(jù)。
(6)減少了大面積的停電的幾率，防止可能出現(xiàn)的嚴(yán)重后果，為以后的技術(shù)升級改造提供有效的思路。
6.會議論文邵俊松.李雪明安全穩(wěn)定控制裝置的軟件硬件結(jié)構(gòu)特點及其發(fā)展歷程 2006
介紹了安全穩(wěn)定控制裝置作為第二道和第三道防線在電力系統(tǒng)中的重要作用，并以兩種型號裝置的軟硬件結(jié)構(gòu)為例，詳細(xì)介紹了安全穩(wěn)定控制裝置硬件結(jié)構(gòu)從電磁型裝置到第一
代微機(jī)型，第二代微機(jī)型和第三代微機(jī)型裝置的發(fā)展歷程，并給出了微機(jī)型安全穩(wěn)定控制裝置的硬件框圖和軟件流程圖。介紹了安全穩(wěn)定控制裝置作為電力系統(tǒng)一種最為復(fù)雜、且不
具備通用性的自動控制裝置，它的一些特點。最后介紹了安全穩(wěn)定控制裝置的軟件硬件結(jié)構(gòu)，提出硬件模塊化，軟件組態(tài)化的設(shè)計思路。
7.期刊論文袁季修.Yuan Jixiu 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置的設(shè)置和驗算 -電力設(shè)備2002,3(1)
討論電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置的設(shè)置原則和性能驗算.電力系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同故障情況確定相應(yīng)的安全穩(wěn)定要求和配備適當(dāng)?shù)目刂拼胧?論述了我國系統(tǒng)的安全穩(wěn)定三道防線的功
能和實現(xiàn)方式.安全穩(wěn)定控制裝置的性能和結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)其功能特點恰當(dāng)確定.指出了當(dāng)前控制裝置性能驗算的某些問題和改進(jìn)要求.
8.學(xué)位論文錢國明 WAW-1型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置的研制--線路前置單元和機(jī)組單元 1998
該文詳細(xì)闡述了投運于東北電網(wǎng)鐵嶺電廠局部系統(tǒng)的WAW-1型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置的原理、算法及實現(xiàn)方法,并介紹了該裝置系統(tǒng)的構(gòu)成以及功能特點.該裝置作為原理先
進(jìn)的新型安全自動裝置,采用在線實時計算的控制方式進(jìn)行就地控制.該裝置所需要引入的系統(tǒng)電氣量少,智能化程序高,控制功能全面,并且具有很強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展性.該文所完成的
前置機(jī)單元通過對實際系統(tǒng)電氣量的采集,來獨完成:1.擾動前后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖R別;2.擾動前后系統(tǒng)的測量計算;3.擾動期間對擾動后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞念A(yù)測.通過動態(tài)模擬試驗以及現(xiàn)場試運
行,表明該裝置的控制速度快、控制精度高,可以提高鐵嶺發(fā)電廠局部電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性.
9.期刊論文李天智.江傳賓淺談三峽電力系統(tǒng)(左岸)安全穩(wěn)定控制裝置 -水力發(fā)電2003,29(12)
三峽電力系統(tǒng)(左岸)投產(chǎn)后,華中電網(wǎng)和川渝電網(wǎng)通過"三萬線"實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng),在系統(tǒng)正常和檢修方式下,發(fā)生線路或變壓器故障以及線路過負(fù)荷或高周時,需要采取切除三峽電力系統(tǒng)
(左岸)機(jī)組、壓出力、向直流極控系統(tǒng)發(fā)送調(diào)節(jié)直流功率的命令或切除部分負(fù)荷以及解列"三萬線"等控制措施,才能確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行.為此,裝設(shè)在三峽左一電站、三峽左二
電站、龍泉換流站、荊門(斗笠)變電站、荊州換流站、葛洲壩換流站的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)顯得非常重要.
10.會議論文湯維貴.田力數(shù)字式安全穩(wěn)定控制裝置在三峽電力系統(tǒng)的應(yīng)用 2006
三峽電站單機(jī)容量}o萬KW，總裝機(jī)26臺，總?cè)萘窟_(dá)i s2o萬KW，電站及送出輸電線路斷面潮流巨大，當(dāng)三峽電力系統(tǒng)遭受大的擾動時，雖然繼電保護(hù)裝置可以將故障點切除，但
不能保證切除故障后的系統(tǒng)能保持穩(wěn)定運行，因此需要有穩(wěn)定控制裝置，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，根據(jù)檢測到的故障信息和系統(tǒng)運行工況，確定系統(tǒng)是否能保持穩(wěn)定(主要是暫態(tài)穩(wěn)定
)，如果系統(tǒng)將失去穩(wěn)定，就要采取有效的穩(wěn)定控制措施，以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。本文介紹三峽電力系統(tǒng)(左岸)安全穩(wěn)定控制裝置配置原則、基本功能及遠(yuǎn)程管理。
本文鏈接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_D009101.aspx
授權(quán)使用：上海海事大學(xué)(wflshyxy)，授權(quán)號：439b5e54-875e-4f76-8f52-9de500c5f207
下載時間：2010年9月2日

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