如何重构大电网安全综合防御体系？南瑞集团这样做……

电力18讯：
重构大电网安全综合防御体系 

南瑞集团提升安全稳定控制系统实验能力，提前布局电网控制类新技术研发 





国家电网公司系统保护实验室。



“近年来，国家电网交直流耦合，送受端耦合，远距离大容量大范围送电，无论电力、通信甚至信息网扰动都可能造成供电可靠性受到威胁。电网安全稳定一体化特征趋势愈发明显，对于电网控制保护提出了更高的要求。新能源集中、分散大规模接入消纳，也对电网安全提出更高需求。因此，重构大电网安全综合防御体系，增加电网弹性，加强电网控制保护研究尤为重要。”近日，在南瑞集团举办的第三届“紫金论电”——智能电网保护和运行控制国际学术研讨会上，南瑞集团稳定公司副总经理李威接受中国电力报记者采访时表示。



会上，李威介绍了国家电网公司系统保护实验室建设及其研发成果。




 五大功能实验区全方位保障电网安全 


目前，华中、华北电网同步互联，华北与东北电网背靠背直流互联，西北与华中、华中与华东电网间为直流异步互联。随着新的特高压工程建设步伐加快，电网安全稳定一体化特征日趋凸显。“特高压交流与直流、送端与受端之间交互影响加剧。交直流、电网送受端出现问题，电力传输大幅变化，甚至会产生连锁反应。”李威表示。



此外，我国新能源发电、智能化用电设备广泛接入、微电网等兴起，大大增加了电力系统的非线性，电力系统的电力电子化特征凸显。新形势下电网脆弱性有所增加，调节能力下降，稳定形态更加复杂，传统电力系统保护控制的策略和系统已逐渐不再适用，现有高速通信信息网也面临广域调度控制需求的挑战。


“2015年9月19日，当时落点华东电网的一回直流出现了闭锁，功率出现缺额，相当于4台100万千瓦机组发电功率缺失，造成华东电网频率下降超出预期。其中重要原因就在于，一些燃煤电厂为了提高效率，减少了支撑电网安全裕度，传统控制手段削弱。这件事也直接触发了国家电网对于系统保护控制顶层设计的迫切需求。”李威回忆说，2016年2月国家电网公司要求系统保护建设应统一安排，并同步建设系统保护实验室，由南瑞集团具体实施，主要开展六大分区电网相关验证、诊断、测试及培训工作，重构大电网安全综合防御体系，保障电网安全运行。



系统保护建设初期有国内外专家提出质疑，认为用一个这么复杂的保护系统，来保护复杂的电网运行，这个保护系统自身的可靠性如何保障？李威解答说，当时我们也有考虑，第一在控制方案上提出“双主运行”，即同一个控制方案上可能有两台控制系统互为备用，通过这种冗余配置提高系统可靠性。第二在层级设计上，将系统的可靠性作为重要因素纳入。贯穿系统保护设计研发、出厂测试、现场投运、运维升级全寿命周期都严格按照规范检测实验，系统保护实验室为此提供了基础平台。系统保护实验室实验功能建设五大功能实验区，分别是电网稳定特征复现实验区、通信网络模拟实验区、控制装置实验区、系统保护在线监测和分析区、系统保护培训区。

“建设系统保护实验室两个主要功能，一方面建设五大功能实验区，构建一二次系统硬件在环实时仿真的研发和验证平台，攻克保全关键稳定特性及特征的电网等值、实时控制系统的功能等效及运行可靠性等关键技术，直接服务于系统保护检测、验证、运维支撑、标准化及研发。另一方面，为应对特高压交直流电网和新能源快速发展条件下，电网二次控制类新技术研发和新产品研制提供实验验证手段。”李威表示。




 研发应对新一代电网复杂特性控制技术


目前该系统保护实验室已经取得了多项成果。实验室于2017年3月~5月，通过构建基于实时数字仿真的华东频率紧急协控系统硬件在环实验平台，真实、全面、准确地检验多时间尺度、多控制资源协同的系统保护控制系统的响应特性、多层架构间控制信息交互特性和多控制终端的动作行为，有效支撑2017年5月24日国家电网公司组织的锦苏直流落地300万千瓦实际闭锁大功率冲击试验。


同年9~11月，完成了江苏电网源网荷友好互动精准切负荷系统硬件在环实验，试验接入实验设备100余台(套)，通过设计的六大类实验，十余种扰动场景，充分验证海量、微小、精准负荷控制的有效性和可靠性，子站在频率恢复过程中负荷的自动恢复对控制系统各层级判断以及系统频率安全稳定的影响。两次试验排除了系统保护控制系统在架构设计、控制策略制订方面的隐患，保障了电网安全稳定运行。


随着实验室建设的推进和研究的深入，实验室在全力服务于系统保护工程的同时，将在加强一次电网认知的基础上，在公司重构大电网安全综合防御体系的整体布局中，充分发挥一二次融合的基础实验能力优势，为电网故障下综合防御的新技术研发和新产品研制提供坚强的技术和实验能力支撑，实现国家电网公司系统内二次安全稳定控制系统实时监测及故障快速诊断中心的目标。




目前，电网安全稳定控制技术的主要手段，是通过科学安排调度系统运行方式、切机、切负荷来维持电网稳定，这是电网的预防控制和紧急控制。未来的发展趋势是，在电网发生极端突发事件，甚至极端灾害等情况下，系统和装置的配合可以实现电网的快速恢复供电。“下一步，我们将争取尽快实现安全稳定技术从预防控制、紧急控制到恢复控制的升级，电网将充分实现弹性自愈功能。此外，实验室还针对电网安全运行和建设工程需求研究搭建风光储实物硬件在环仿真模拟系统，以对新能源接入电网系统控制保护进行研究。”李威表示。



作者：秦虹