煉化企業(yè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制策略的制作方法
【專利摘要】煉化企業(yè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制策略，涉及一種企業(yè)電網(wǎng)的穩(wěn)控策略。在煉化企業(yè)中，用戶與電廠并重、全為供熱機組、裝機和開機不足、用戶保安負荷巨大且散布在電網(wǎng)末梢、多級多種安全自動裝置、儀表聯(lián)鎖和大型同步機等會誤切負荷、第Ⅱ、Ⅲ類大擾動可能引發(fā)欠頻、欠壓、失步振蕩、逆功率、過頻和過壓、電網(wǎng)末梢運行方式變化多、負荷率多變導(dǎo)致穩(wěn)控實際可切負荷遠小于設(shè)計值……。制定控制策略的技術(shù)要點是：控制類型完備、各類控制關(guān)系明晰、控制對象齊全、動作節(jié)奏有度、控制邏輯嚴密、自動識別運行方式、監(jiān)測系統(tǒng)開放、避免網(wǎng)絡(luò)風暴、具備本質(zhì)安全。切合電網(wǎng)和負荷特性的控制策略可使電網(wǎng)管理部門有信心將穩(wěn)控系統(tǒng)投入運行。
【專利說明】煉化企業(yè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制策略

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制策略，特別是涉及一種企業(yè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控 制策略。

【背景技術(shù)】
[0002] 國內(nèi)外電網(wǎng)大面積停電給社會和經(jīng)濟帶來的沖擊眾所周知。以高溫高壓、易燃易 爆、有毒有害為特征的煉油化工企業(yè)大多建立了相對獨立的電力系統(tǒng)，一旦發(fā)生大面積停 電，不僅造成巨大的經(jīng)濟損失，而且可能引發(fā)重大安全事故。為了遏制大面積停電的發(fā)生， 電網(wǎng)管理者開發(fā)了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)(下稱：穩(wěn)控系統(tǒng)、穩(wěn)控)。穩(wěn)控系統(tǒng)的核心技 術(shù)一是所用元器件可靠，二是控制策略符合所在電力系統(tǒng)(或稱：電網(wǎng)。下同）的特性。
[0003] 國內(nèi)大電網(wǎng)的穩(wěn)控系統(tǒng)，其控制策略重點一是切機(切除發(fā)電機。以下類推)， 二是切聯(lián)絡(luò)線，極少切負荷(檢索[1]:南方電網(wǎng)2008年安全穩(wěn)定控制策略.柳勇軍， 南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心；黃河，中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度通信中心；黃貽煜，中南電 力設(shè)計院· http://www. doc88. com/p-9085936694788. html 檢索[2]:粵東穩(wěn)控系統(tǒng)控 制策略分析·易楊等·《南方電網(wǎng)技術(shù)》2010年05期· http://www. cnki. com. cn/ Article/CJFDTotal-NFDW201005015.htm檢索[3]:福建電網(wǎng)基于在線安全穩(wěn)定控制與 預(yù)警系統(tǒng)的穩(wěn)控策略表設(shè)計方法與實現(xiàn).蘇毅等.http://www. cnki. com. cn/Article/ CJFDTotal-JDQW201105021.htm)。即便切負荷，目的是保骨干電網(wǎng)，不保用戶；方法是集中 或區(qū)域性切除，涉及運行方式只限于220kV少數(shù)幾種；無需考慮用戶側(cè)的種種不利因素，因 而切除對象少，控制策略粗放。企業(yè)電網(wǎng)穩(wěn)控的控制策略重點應(yīng)是切負荷，又因煉化企業(yè)的 電網(wǎng)和負荷特性與大電網(wǎng)差異明顯，不能簡單套用大電網(wǎng)穩(wěn)控的控制策略 建立穩(wěn)控系統(tǒng)是為了當電網(wǎng)發(fā)生第II、111類大擾動時，精準切除部分電網(wǎng)元件，避免 全網(wǎng)崩潰。然而，穩(wěn)控系統(tǒng)一旦拒動或誤動，所造成的損失遠遠超過一般電網(wǎng)事故，控制策 略制訂者和電網(wǎng)管理部門難以承擔如此重大的責任。申請本專利的第一發(fā)明人2006年 在主持制定上海石化穩(wěn)控系統(tǒng)控制策略(檢索4 :上海石化電網(wǎng)穩(wěn)控控制策略研究與工程 實踐·吳敏青.2011中國電工技術(shù)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集· http://cpfd.cnki.com.cn/ Article/CPFDTOTAL-Z⑶Ν201109001105. htm)時，國內(nèi)尚無企業(yè)電網(wǎng)建立穩(wěn)控，國外只有希 臘一座小規(guī)模煉油廠使用美國SEL公司的技術(shù)建立了穩(wěn)控，且控制策略沿用大電網(wǎng)的常規(guī) 做法。因此，企業(yè)電網(wǎng)穩(wěn)控控制策略只能有限借鑒大電網(wǎng)，具體內(nèi)容還靠摸索。本專利申請 人在2011年第一發(fā)明人退休后，聘用他繼續(xù)研究穩(wěn)控控制策略，使其完善化，引起幾家煉 化企業(yè)關(guān)注并達成意向。時至今日，國內(nèi)已有幾家企業(yè)的電網(wǎng)建立了穩(wěn)控系統(tǒng)，但能下決心 投運的只有上海石化。其它企業(yè)的穩(wěn)控沒有投運，與控制策略制定者未透徹理解煉化企業(yè) 電網(wǎng)特性，控制策略失之簡單(檢索5 :石化電網(wǎng)典型穩(wěn)控方案的研究及應(yīng)用.王良等.2012 電力系統(tǒng)自動化專委會學(xué)術(shù)交流研討會論文集.南京南瑞繼保電氣有限公司.http:// www. doc88. com/p-4912970289697. html)，電網(wǎng)管理部門對其缺乏信心有關(guān)。
[0004] 國內(nèi)專利檢索：沒有(截止至2014年1月26日）。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 所要解決的技術(shù)問題 煉化企業(yè)電網(wǎng)與大電網(wǎng)存在較大差異，制訂控制策略必須透徹理解這些差異，克服由 此產(chǎn)生的問題： 1) 保電廠與保用戶是一對矛盾體，企業(yè)電網(wǎng)的屬性決定了兩者都要保，某種意義上用 戶更重要，因為電廠只是輔助生產(chǎn)裝置. 2) 發(fā)電側(cè)的不利因素：發(fā)電裝機容量一般小于最高用電負荷，且受大電網(wǎng)制約富裕電 量不得上網(wǎng)；全為供熱機組，與大電網(wǎng)解列初期無法增發(fā)有功；設(shè)計時作為可靠電源，解列 成孤網(wǎng)時容易停機；一、二次設(shè)備檔次和成新度低，三次裝備缺失或處于低級水平. 3) 多數(shù)化工裝置安全停車需要用電，保安負荷巨大，且散布在6 (10) kV和380V系統(tǒng). 4) 切除了運轉(zhuǎn)中的電動機，多級備自投、快切、A/B泵、自啟動裝置很快又恢復(fù)剛被切 除的負荷，其中自啟動裝置啟動電動機群，可能壓垮第二電源. 5) 切負荷少了、慢了，系統(tǒng)電壓下降20%?30%可直接導(dǎo)致生產(chǎn)裝置停車，頻率下降 >10%觸及工藝參數(shù)時，儀表聯(lián)鎖執(zhí)行生產(chǎn)裝置停車程序，這兩個因素會自動失去不該失去 的負荷. 6) 常規(guī)穩(wěn)控系統(tǒng)強調(diào)快速啟動，單憑某個電氣量突變或聯(lián)絡(luò)線跳閘啟動穩(wěn)控。由于繼 電保護裝置誤動的概率客觀存在，穩(wěn)控系統(tǒng)的可靠性就降低到繼電保護的級別，而且更低. 7) 由于感性負荷（電動機）占絕大多數(shù)，其反電勢支撐著系統(tǒng)頻率和電壓，可能呈現(xiàn)虛 假樂觀現(xiàn)象，隨后急劇崩潰. 8) 大容量電動機、變頻器多為關(guān)鍵機組，不應(yīng)納入切負荷范圍，但在嚴重欠頻、欠壓、振 蕩中，可能自動停機. 9) 企業(yè)電網(wǎng)帶有功功率缺額與大電網(wǎng)解列后，穩(wěn)控系統(tǒng)切負荷需迫使生產(chǎn)裝置停車。 生產(chǎn)裝置停車一段時間后會有連鎖反映：保安負荷自動失去導(dǎo)致過頻、用汽總量下降牽連 供熱機組發(fā)電出力下降導(dǎo)致欠頻、一套生產(chǎn)裝置停車可能引起聯(lián)合生產(chǎn)線停車，又產(chǎn)生過 頻。區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間的發(fā)電機組可能發(fā)生振蕩，在未與大電網(wǎng)解列時可能與界外公共電廠 的發(fā)電機組發(fā)生振蕩。企業(yè)電網(wǎng)在第III類大擾動中可能出現(xiàn)2次以上欠頻、欠壓過程，也可 能出現(xiàn)欠頻、欠壓、振蕩、逆功率、過頻和過壓異常情況. 10) 企業(yè)電網(wǎng)一般輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)混合(分層不清)、備用線路跨區(qū)域(分區(qū)不明）和裝 置變電所可能有2座上級變電所。常規(guī)人工投退壓板的方式只適用于切點少、無多輪補切 需求的穩(wěn)控系統(tǒng). 11) 生產(chǎn)裝置依產(chǎn)品市場需求調(diào)整負荷率或停產(chǎn)，可能導(dǎo)致穩(wěn)控實際可切負荷遠小于 設(shè)計；新建生產(chǎn)裝置或老區(qū)改擴建，可能需要改變待切負荷的排序. 技術(shù)方案 1) 控制類型完備：欠頻控制、欠壓控制、逆功率和失步振蕩控制、過頻或過壓控制. 2) 各類控制關(guān)系明晰：欠頻控制為主，欠壓控制為輔，切機、切電源聯(lián)系線和內(nèi)部聯(lián)絡(luò) 線為備用控制手段. 3) 控制對象齊全：大倍率設(shè)置切負荷范圍，按不同對象分別采用集中或分散切負荷， 借助儀表聯(lián)鎖切負荷，致盲或閉鎖安全自動裝置，將聯(lián)絡(luò)線、有功和無功電源納入控制或監(jiān) 測范圍. 4) 掌握節(jié)奏：不單純求快，松緊適度. 5) 控制邏輯：精選多重啟動判據(jù)和多輪補切，精選可靠閉鎖，靈活的延時設(shè)置和控制 策略調(diào)整. 6) 摒棄人工投退壓板的運行方式識別方法，改用自動識別方法. 7) 監(jiān)測系統(tǒng)開放 8) 避免網(wǎng)絡(luò)風暴 9) 本質(zhì)安全 有益效果 1) 將企業(yè)電網(wǎng)穩(wěn)控從單一防御提升到全面防御. 2) 全面防御不等于齊頭并進，要做到主次分明，既重點防御主要風險，又不疏漏發(fā)生概 率較小的風險，且以精準切負荷盡可能避免實施殺傷力大的切機手段. 3) 吸取實踐中得出的教訓(xùn)，大倍率設(shè)置切負荷范圍可避免實際可切負荷不足；組合切 負荷手段可以較簡單配置和較低投入達到同樣控制目的. 4) 在對企業(yè)電網(wǎng)剛度了解的基礎(chǔ)上，掌握動作節(jié)奏，讓故障現(xiàn)象暴露充分時才動作，可 避免追求不必要的快速所帶來的誤動，輕微欠頻運行可減少切負荷總量. 5) 控制邏輯安全為先，嚴密規(guī)避誤動、多輪補切適應(yīng)事故演化在不同階段的需求. 6) 大電網(wǎng)穩(wěn)控的控制對象極少，采用人工調(diào)整壓板使計算機識別當前運行方式.企業(yè) 電網(wǎng)穩(wěn)控控制對象增加了幾倍，跨越3個電壓等級，如果沿用老方法，難免出錯。自動識別 運行方式的運用解決了這個問題. 7) 硬件和軟件系統(tǒng)都開放，提供分區(qū)域做整組試驗和傳動試驗的條件，可適應(yīng)新建生 產(chǎn)裝置、老區(qū)生產(chǎn)裝置改擴建或整體拆除改建后的需求. 8) 沿用電氣監(jiān)控和電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的信息采集方法，一次大事故將采集幾千、上 萬條信息，常造成網(wǎng)絡(luò)堵塞、系統(tǒng)拒動。專為穩(wěn)控系統(tǒng)量身定做的信息采集限制措施可避免 網(wǎng)絡(luò)風暴. 9) 穩(wěn)控系統(tǒng)相當于局域電網(wǎng)的繼電保護，可靠性要求比繼電保護高，屬于最高級別。應(yīng) 特別強調(diào)系統(tǒng)的本質(zhì)安全，采取一切有效措施，即便發(fā)生故障也不影響電網(wǎng)運行安全. 具體實現(xiàn)方式 1) 控制類型 欠頻控制：緊急啟動燃氣發(fā)電機(如有）；緊急狀態(tài)下按實時有功缺額切動態(tài)調(diào)整的待 切負荷. 欠壓控制：投入并聯(lián)電容器組；發(fā)電機、調(diào)相機和同步電動機增發(fā)無功；變壓器有載調(diào) 壓自動改手動；緊急狀態(tài)下切預(yù)先設(shè)定的多級負荷，電壓緩慢下降時逐級切，電壓急劇下降 時按組合級提前切. 逆功率和失步振蕩控制：主動與系統(tǒng)解列；擁有多座熱電站的企業(yè)，當熱電站之間發(fā) 生失步振蕩時，將功率供需基本平衡的區(qū)域解列出去；緊急狀態(tài)下切機. 過頻或過壓控制：發(fā)電機組循"以電定汽"原則降出力；無功補償裝置運行改熱備用； 緊急狀態(tài)下切機. 2) 各類控制的關(guān)系 欠頻控制為主，欠壓控制為輔，降低切機、切內(nèi)部聯(lián)絡(luò)線的需求. 3) 控制對象 按生產(chǎn)裝置重要等級或工藝流程，制訂生產(chǎn)裝置停車排序表； 宜按最大有功缺額1. 5倍設(shè)置控制負荷總量，直至將所有負荷(熱電站等公用工程、生 產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)等除外）納入控制； 對允許全部、長時間停電的區(qū)域，宜在上級變電所出線側(cè)同時執(zhí)行跳閘； 以生產(chǎn)裝置為單位，按欠切原則切負荷； 對本質(zhì)安全型生產(chǎn)裝置，宜在向裝置變電所供電的上級變電所出線側(cè)，或者裝置變電 所主變低壓側(cè)斷路器，同時執(zhí)行跳閘； 對非本質(zhì)安全型生產(chǎn)裝置，在測定或計算跳閘時間滿足穩(wěn)控要求的前提下，宜選擇能 夠由儀表聯(lián)鎖啟動緊急停車程序的關(guān)鍵設(shè)備執(zhí)行跳閘； 對不滿足e)、f)條件的生產(chǎn)裝置，宜對保安負荷之外的所有設(shè)備執(zhí)行跳閘，同時致盲 或閉鎖快切(如有)、備自投、A/B泵和電動機分批自啟動； 電源聯(lián)絡(luò)線、內(nèi)部聯(lián)絡(luò)線、發(fā)電機、主要并聯(lián)電容器組應(yīng)納入控制或監(jiān)測范圍，切聯(lián)絡(luò) 線應(yīng)閉鎖重合閘(如有)、快切(如有）. 4) 動作節(jié)奏 根據(jù)本企業(yè)曾經(jīng)發(fā)生的系統(tǒng)性事故案例分析電網(wǎng)剛度，或參照同類企業(yè)的做法，確定 穩(wěn)控系統(tǒng)是否設(shè)置延時及其定值. 5) 控制邏輯 設(shè)置由2個電氣量合成的功率突減量作為主要啟動判據(jù)； 啟動判據(jù)應(yīng)有2個及以上，相互獨立，互為替補，互為制約； 設(shè)置頻率作為第1輪和第η輪欠頻切負荷的閉鎖條件，頻率采自多級母線電壓回路，形 成多級閉鎖； 設(shè)置欠壓、電壓下降速率、逆功率、同步相量、過頻、過壓等電氣量和若干開關(guān)量，作為 啟動判據(jù)，同時設(shè)置相應(yīng)閉鎖條件； 可根據(jù)具體情況設(shè)置延時； 根據(jù)運行方式調(diào)整控制策略和不同電源下的待切負荷，以及孤網(wǎng)再解列的控制策略. 6) 自動識別運行方式 斷路器和刀閘位置識別為主，電氣量（電壓和電流）識別為輔； 電氣量識別須避免熱備用和極低負荷工況誤判； 從斷路器輔助雙觸頭采集主觸頭位置，并采取防抖措施； 對雙母線等較復(fù)雜的主接線，增加隔離刀閘位置采集； 根據(jù)不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和穩(wěn)控系統(tǒng)規(guī)模，選擇不同組合自動識別方法. 7) 監(jiān)測系統(tǒng)開放 硬件和軟件系統(tǒng)可分可合，區(qū)域子站可獨立工作，適應(yīng)全網(wǎng)和分區(qū)域改建調(diào)試. 8) 控制信息流 只采集穩(wěn)控系統(tǒng)直接應(yīng)用的信息； 對子站具備主站功能的穩(wěn)控系統(tǒng)，正常運行時子站向主站發(fā)送采集到的全部原始信 息，故障初發(fā)時只向主站發(fā)送過濾后的重要故障信息，其他信息留待主站查詢時發(fā)送； 不得兼具電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)功能.
【權(quán)利要求】
1. 前序 煉化企業(yè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制策略 與之最接近的現(xiàn)有技術(shù)是大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)(下稱：穩(wěn)控系統(tǒng)、穩(wěn)控）的控制策 略，其共有的技術(shù)特征是：實時監(jiān)測電力系統(tǒng)(或稱：電網(wǎng)下同)主要設(shè)備運行參數(shù)，當突發(fā) 事故導(dǎo)致電網(wǎng)面臨頻率、電壓等電氣量崩潰的時刻，以毫秒級速度主動切除部分負荷、發(fā)電 機或聯(lián)絡(luò)線，使電網(wǎng)有功、無功功率供需接近平衡，消除系統(tǒng)失步振蕩，避免大面積停電； 在申請本專利的主要發(fā)明人主持制定國內(nèi)第一家企業(yè)(上海石化）電網(wǎng)穩(wěn)控控制策略， 并將其投運后，國內(nèi)現(xiàn)有若干企業(yè)電網(wǎng)也建立了穩(wěn)控系統(tǒng)，但電網(wǎng)管理部門信心不足未投 入運行，控制策略簡單是主要原因之一 特征 煉化企業(yè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制策略的特征是： 控制類型含欠頻、欠壓、逆功率、失步、過頻和過壓； 各類控制關(guān)系明晰，主次分明，以主要控制手段最大限度避免使用后備控制手段； 控制對象齊全，包括并不限于大倍率設(shè)置切負荷范圍，按不同對象分別采用集中或分 散切負荷，借助儀表聯(lián)鎖切負荷，致盲或閉鎖安全自動裝置，將聯(lián)絡(luò)線、有功和無功電源納 入控制或監(jiān)測范圍； 掌握動作節(jié)奏：不單純求快，松緊適度，避免單憑某個參量造成穩(wěn)控誤動； 多重啟動判據(jù)、閉鎖、靈活設(shè)置延時和調(diào)整控制策略； 開關(guān)量加電氣量自動識別運行方式； 監(jiān)測系統(tǒng)開放，可增刪、調(diào)整切負荷排序，分區(qū)域?qū)ψ诱具M行整組試驗和傳動試驗時主 站和其他子站不停役； 避免網(wǎng)絡(luò)風暴：只采集直接應(yīng)用信息、事故初發(fā)時下級站即只上傳過濾后的信息、不得 兼具電氣監(jiān)控或電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)功能； 突出本質(zhì)安全。
2. 將煉化企業(yè)穩(wěn)控系統(tǒng)的控制策略移植到與之相近的企業(yè)電網(wǎng)中，譬如冶金企業(yè)。
【文檔編號】H02J3/00GK104104078SQ201410038020
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】吳敏青, 陳章生, 朱林松, 唐春華 申請人:上海方能自動化系統(tǒng)科技有限公司