变电站高级应用系统的设计与实现(1)

随着长春南500kV变电站的投运，开始进入智能变电站成熟技术的推广应用，完成全网实时、统一同步信息采集控制体系及架构，整合和改造既有信息资源，实现广域同步实时信息共享及其层面上的高级应用。有效开展状态检修及全寿命周期管理工作，实现各类电源及用户的接入、退出及抗扰。同时根据东北智能电网同步推进的基础性项目、共用性技术的发展和进步，初步形成坚强智能电网的支撑体系。

1 智能变电站经济运行与优化控制

1.1经济运行与优化控制的意义

经济运行与优化控制即无功电压控制(AVC)，是电网稳定、经济运行的重要手段，变电站实现无功电压优化控制对地区电网的供电电能质量和经济运行具有重要的意义。通过无功优化控制可以给电网带来以下好处,降低电网有功功率损耗，提高电网经济运行水平。改善电能质量，提供电压合格率，减少负荷变化给电网、设备和用户带来的危害和损失。有利于设备的安全运行，保证设备的使用寿命。防止出现电压崩溃，提高电网安全稳定水平。

1.2变电站无功电压综合控制策略

智能变电站经济运行与优化控制是在站内配置无功电压控制设备，与地区自动无功电压控制系统进行协调配合，采用分层、分级电压、无功控制的方法，实现区域电网的无功、电压综合调节。

1.2.1分层无功电压控制

主要是指按电压等级进行无功平衡控制，可分为三级控制。一级控制是一种分散、自动的控制。通常是快速反应的闭环控制，包括发电机无功功率控制、静止无功补偿器的控制、快速自动投切电容器和电抗器、有载调压变压器(OLTC)等。二级控制是一种分区控制，协调一个区域内一级控制设备。三级电压控制是系统优化控制，它根据离线分析或者专家系统设定各控制区的主导节点电压，从而实现全网电压无功的协调控制。

1.2.2分级无功电压控制

将大规模的电力系统分割成多个子区域，每一级区域满足自身控制目标的同时根据上级控制系统的要求调整自身的控制目标，实现全网的电压无功优化控制。

分级方法一般根据变电站电压等级，将电网划分为几层，按照电压等级高低顺序，逐层消除电压越限、无功潮流越限等情况。首先判断层内越限变电站的越限状态，分析越限原因，搜寻可有效动作的无功控制装置，通过预计算的灵敏度系数估算消除越限状态所需控制装置的动作量值。当上层变电站引起下层变电站产生越限等状况时，对上层变电站进行相应动作。当变电站自身引起越限等状况时，按照多区图的原则制定控制措施。当变电站自身控制装置已达到控制约束调节仍不能消除越限时，可以向与同一上级电压母线相联的电站求助，根据灵敏度系数确定变电站母线电压。如果没有相联的电站或是仍不能消除越限情况，则产生该变电站报警信息。

采用分级无功电压控制方法，可以使无功分级平衡，避免不同电压等级的无功相互流动，提高系统运行的经济性。

1.3智能变电站无功电压综合控制的实现

全网无功电压控制一般采用集散控制，分为集中决策和分层控制，它包含各级调度端中心控制系统和厂站端的自动电压控制系统。智能变电站无功电压调节手段包括：站内有载调压变压器的分接头位置、无功补偿设备(包括电容器、电抗器、静止无功功率补偿设备等)。

智能变电站作为分散的一级调节控制系统，实现无功电压控制的策略：

智能变电站利用站内数据采集与监控系统采集生产运行数据，监视无功状态，根据电力系统无功/电压控制特性判断系统当前运行状况(电压是否正常，无功容量是否充裕)，执行预先制定的一系列控制措施，通过调节变压器分接头档位或投切电容、电抗器，以达到消除电压越限、降低网损的控制目标。

另一方面，调度端中心控制系统运用先进的无功优化模型，基于电网的角度对广域分散的无功设备进行协调优化控制，智能变电站的无功电压控制系统具备通信接口，能够通过调度数据网接收上级调度端的电压设定值，对站内无功电压设备自动调节，实现区域电压、无功的综合调节、控制。

2智能变电站全寿命周期综合优化管理

全寿命周期管理可以充分地识别出智能变电站项目中各单元内部及单元之间的风险因素，进行各阶段风险的连续跟踪，并将项目的所有参与者的信息进行最大程度的交流共享，使潜在风险达到最小化。能够避免单纯的定性定量风险分析的局限性，能够将整个风险分析与变电站建设密切结合，更好的通过多种方式反复验证，通过各阶段的实践对风险问题认识的准确度进行检验，更好的协助智能变电站风险管理。

智能变电站全寿命周期管理能够将决策者的经验、知识、风险分析理论、推理技术、数据信息和计算机技术进行有机结合，实现决策、风险管理和资料信息资源共享和沟通，弥补单一知识和单一功能部门风险管理问题。智能变电站全寿命周期管理能够提供规范化的风险分析工具，获得宝贵的全寿命周期管理经验。

3 分布协同控制与保护

3.1站域保护理念

根据《智能变电站技术导则》的描述，站域保护的理念对站内信息的集中处理、判断，实现站内安全自动控制装置(如备自投、母线分合运行)的协调工作，适应系统运行方式的要求。宜具备与大用户、电源等外部系统进行信息交换的功能，能转发进、出线运行状况等相关信息。

根据长春南500kV变电站的特点，本工程站域保护拟考虑本着运用集中或分布协调的方式采集全站运行数据进行分析计算，优化后备保护功能。通过综合利用变电站内各侧的电压或电流关系对各侧的故障进行定位以实现全站的快速且有选择性后备保护，提高保护自适应能力，同时在原有后备保护的基础上根据与之配合的主保护或者后备保护的动作情况来缩短该后备保护的延时。

3.2 目前变电站保护基本配置情况

继电保护装置包含主保护和后备保护。主保护作为被保护设备的快速保护，具有选择性，不和其他间隔配合，后备保护作为被保护设备本单元和相邻单元的后备保护，往往需要和其他单元的后备保护进行配合。

图4.3.2-1典型的500kV变电站的接线图(图中仅仅画一个主变间隔)。

图中500kV出线配置线路纵联保护作为线路主保护，配置后备距离保护和零序保护作为本线路的后备保护及相邻线路的后备保护。500kV母线保护配置母线差动保护，500kV断路器配置对应的断路器保护和失灵保护。500kV主变保护配置差动保护作为变压器的主保护，配置各侧后备保护作为本侧的后备保护及相邻母线(或线路)的后备保护。