发电厂安全稳定控制系统及应用

发电厂安全稳定控制系统及应用南京南瑞继保电气有限公司一、概述二、区域稳定控制装置三、电力系统失步解列装置四、电力系统频率电压紧急控制装置什么是三道防线？•为了分析的方便，我们把电力系统运行状态分为：正常状态，警戒状态，紧急状态，失步状态，恢复状态。见下页图。•对应相应的状态，我们设置三道防线。第一道防线：快速可靠的继电保护、有效的预防性控制措施，确保电网在发生常见的单一故障时保持电网稳定运行和电网的正常供电；第二道防线：采用稳定控制装置及切机、切负荷等紧急控制措施，确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行；第三道防线：设置失步解列、频率及电压紧急控制装置，当电网遇到概率很低的多重严重事故而稳定破坏时，依靠这些装置防止事故扩大、防止大面积停电。图电力系统状态转换及三道防线正常（安全）警戒紧急恢复失步崩溃①②③ⅠⅡⅢ③③③Ⅱ②②Ⅰ合理的电网结构及相应电力设施电网快速保护及预防控制装置（第一道防线）稳定控制装置/系统（第二道防线）电网失步解列、电压及频率紧急控制（第三道防线）系统完整性破坏保持系统完整性RCS系列安全稳定控制装置•区域稳定控制装置–RCS-992主机–RCS-990从机–MUX-22等复接设备：光纤复接、光电转换•RCS-991A、B稳定控制装置•RCS-993A、B失步解列装置•RCS-993C低频振荡检测装置•RCS-994E、B频率电压紧急控制装置•RCS-993D、E失步解列与频率电压紧急控制装置•RCS-9009稳定控制在线预决策系统•NRSC电力系统机电暂态分析软件包（适用于BPA、PSASP模型）一、概述二、区域稳定控制装置三、电力系统失步解列装置四、电力系统频率电压紧急控制装置•定义：•电网安全稳定控制装置是为保证电力系统在遇到《电力系统安全稳定导则》规定的第二级安全稳定标准的大扰动时的稳定性而在电厂或变电站内装设的控制设备，实现切机、切负荷、快速减出力、直流功率紧急提升或回降等功能，是确保电力系统安全稳定运行的第二道防线的重要设施（简称为稳控装置）。二、RCS992区域稳定控制系统•RCS－992区域稳定控制系统由安装在各个厂站的RCS-992型分布式安全稳定控制装置通过通道互联构成。该装置既可用于单个厂站的安全稳定控制，又可用于区域电网及大区互联电网的安全稳定控制。•该装置包含有6项国家技术发明专利。•阻抗循序判别式失步继电器：国家发明奖二等奖•RCS-992分布式电力系统稳定控制装置：2005年度中国电力科学技术奖二等奖•直流多馈入交直流并联电网安全稳定控制技术研究与实施：2005年度中国电力科学技术奖二等奖•基于BPA算法的可扩展的省级电网在线稳定控制系统：2006年度国家电网公司科学技术进步奖二等奖•其中“基于ucosφ的电力系统失步检测判别方法”专利还获得“2007年度中国专利优秀奖”和“2007年度江苏省专利金奖”。二、RCS992区域稳定控制系统6项技术发明专利其中“基于ucosφ的电力系统失步检测判别方法”专利还获得“2007年度江苏省专利金奖”和“2007年度中国专利优秀奖”。国别申请号专利号项目名称中国02138334.0ZL02138334.0已授权基于ucosφ的电力系统失步检测判别方法中国200510123098.0已公开待授权直流输电系统极闭锁综合判别方法中国200710022215.3已公开待授权电网安全稳定控制系统试验测试方法中国200510123097.6已公开待授权纯电气量电力系统跳闸判别方法中国200810018768.6已公开待授权发电机缓慢停机故障判别方法中国200810018767.1已公开待授权电力系统低频振荡检测和保护的方法及装置可靠的软硬件平台与完善的系统功能•2.1硬件平台•2.2软件平台•2.3通信先进的硬件核心•高速数字信号处理器DSP•主机采用双DSP结构：DSP1负责控制策略的处理，DSP2负责站内和站间的通信，通过双口RAM交换数据•从机采用双CPU系统：1、从低通滤波回路－AD采样回路－采样与逻辑计算CPU全部双重化；2、起动CPU作用于起动继电器，逻辑CPU负责故障判别并作用于跳闸矩阵；3、启动一致性，CPU1和CPU2的启动元件相同，保护才出口4、任一CPU板故障，闭锁装置并发报警信号•MUX-22采用DSP高速信号处理器，保证了全系统间快速而可靠的通信2.1硬件平台一台主机提供8个光纤通信接口，其中最多4个用于与从机的连接。剩余4个接口用于站间通信。提供13个弱电开入。除了常用的“通道投入”、“复归”等开入，剩下基本用于运行方式的开入。主机不提供出口接点。每台从机能采集6个单元的三相电流和三相电压，共36路模拟量。提供25个弱电开入或20个强电开入。每台从机能提供13组独立出口，每组2副接点。在某些功能中可通过组态整定控制接点的输出。一台主机最多配置四台从机，每台从机通过逻辑CPU上的多模光纤口与主机通信。屏内2M光纤屏内2M光纤稳控站装置配置图装置构成及功能主机RCS-9921#从机RCS-9902#从机RCS-990光纤2M光纤2M信号复接MUX-22光纤2M模拟量输入开关量输入开关量输出模拟量输入开关量输入开关量输出后台通信开入开出PCM机复接专用光纤载波通道异步串口RCS-992主机主要功能•与从机通信，获取本站状态量和故障判别结果；•控制策略表处理；•命令输出至从机跳闸；•站间通信，获取系统状态量和运行方式，命令输出至子站跳闸；•事件记录与故障录波；•后台、远方通信，可在线刷新策略表；•模拟量（36个）、开入量采样（25个）；•检测接入装置的线路、主变、发电机、母线的运行状态，判别故障类型；•与主机通信，上送本站状态量；•本地功能（频率电压紧急控制等）；•接收主机命令输出跳闸；RCS-990从机主要功能RCS992装置图示RCS-992A电网安全稳定控制装置确认信号复归区号取消运行报警动作汉字显示器3×3键盘调试通讯口装置硬件配置及原理（992）•主机的插件包括：电源插件（DC）、信号插件（SIG）、24V光耦插件（OPT）、通信插件（COM）、CPU插件（CPU）、光电转换插件（EO、MSO）、显示面板（LCD）。DCSIGOPTCOMCPUMSOTXDRXDTXDRXDMSOTXDRXDTXDRXDEOTXDRXDTXDRXDEOTXDRXDTXDRXD网络1网络2装置硬件配置及原理（992）外部开入液晶显示0～4个从机站间通信控制策略处理光耦DSP2DSP1双口RAM通信接口单片机串口扩展信号继电器厂站监控就地打印调度监控外部存储器FLASH、RAMEEPROM等电源模块*可选双绞线、光纤、以太网主机硬件模块图RCS990装置图示RCS-990A电网安全稳定控制装置信号复归运行调试通讯口调试模拟量输入动作报警装置硬件配置及原理（990）•从机的插件包括：电源插件（DC）、交流插件（AC）、低通滤波器（LPF）、CPU插件（CPU1、CPU2）、24V光耦插件（OPT）、信号输出插件（SIG）、接点输出插件（OUT）。DCACOUTCPUTXDRXDOUTCPULPFLPFLPFACACOPT1SIG装置硬件配置及原理（990）低通滤波A/D转换可编程门阵列CPLD光耦外部开入数字信号处理DSP出口继电器低通滤波A/D转换可编程门阵列CPLD数字信号处理DSP模拟量输入TESTHELP光耦外部开入+EQDJ光纤接口与主机通信CPU1CPU2从机硬件模块图装置硬件配置及原理（MUX－22）•复接设备的插件包括：电源插件（DC）、CPU插件（CPU）、通信接口插件（COM）。其功能是将主机的2M数据接口分解成22个低速数据接口（64K/s或1200bit/s）。低速数据接口的选择因工程而异。DCCPU运行告警COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口COMRXTX告警网络口RXTX告警网络口TXDRXD通信装置MUX－64•其功能是将主机的64K数据（光信号）接口转换成64K数据（电信号）接口OFF电源运行ON告警收信发信光纤发继电保护信号数字复接接口光纤收南瑞继保电气有限公司OFF电源运行ON告警收信发信光纤发MUX-继电保护信号数字复接接口光纤收南瑞继保电气有限公司通信装置MUX－2M•其功能是将主机的64K数据（光信号）接口转换成2M高速数据接口（电信号）。南瑞继保电气有限公司光纤收继电保护信号数字复接接口MUX-2M光纤发发信收信告警ON运行电源OFF南瑞继保电气有限公司光纤收继电保护信号数字复接接口MUX-2M光纤发发信收信告警ON运行电源OFF2.2软件平台•通用的、标准化的软件模块，最大限度减少工程软件的开发量，大大降低二次开发出错的概率。•并行实时计算故障全过程对所有策略进行实时计算。即在每一个采样间隔内（0.833ms）对所有策略完成计算，并留有裕度。因此，装置中各策略功能的计算互不影响，均能正确反应。•多种启动元件不同的功能均有对应的启动元件，所有故障元件都必须在相应启动元件动作后开始逻辑判断和出口。从机故障判别无故障跳闸判据•突变量启动•P-0.2S≥Ps1（事故前有功功率应大于定值Ps1）•Pt≤Ps2（事故时有功功率应小于定值Ps2）•有三相电流I≤Is1（电流应小于投运电流）•电流变化量满足•t≥ts1（确认满足上述判据的延时）从机故障判别单相瞬时接地故障•突变量启动；•有一相电流增加；•有一相电压降低；•查到有一相跳闸信号，且在5ms之内查不到其它相跳闸信号。同时满足上述条件则判为单相瞬时接地故障。从机故障判别单相永久故障•突变量启动；•已判出单相瞬时故障或有一相电流增加、一相电压降低；•在大于重合闸时间后查到有两相跳闸信号。同时满足以上条件即判为单相永久故障。从机故障判别相间故障•突变量启动；•至少有两相电流增加；•至少有两相电压降低；•查到有两相跳闸信号，且两相跳闸信号间隔小于5ms。同时满足以上条件则判为相间故障。从机故障判别单相转相间故障•突变量启动；•已判出单相瞬时故障或有一相电流增加、一相电压降低；•在小于重合闸时间内查到有两相跳闸信号。满足以上条件则判为单相转相间故障。从机故障判别母线相间故障•突变量启动；•查到有母差保护动作信号•正序电压小于50%UN同时满足以上条件则判为母线故障。2.3通信•RCS-992稳控装置具有配置灵活、功能强大的通信功能支持多种介质、多种协议的通信方式复用光纤（2Mbps、64kbps）专用光纤（2Mbps、64kbps）载波音频MODEM方式异步串口强大的可扩充能力：通信扩展装置MUX-22主机可以配套通信扩展装置MUX-22，该装置通过2M光纤与主机通信，可将主机内1路通信通道内2Mbps的数据流扩展为22路各种不同通信协议和介质的数据通道。扩展后1台主机可最多同时与29个站点进行数据交换。•所有通信装置和通信插件全部自主研发，大大保证的设备的可靠性。区域稳定控制系统的结构–主从式单层结构–复合式多层结构区域稳控系统结构图主主主主主主主主1主主主主2主主主主30专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专主从式单层结构配置图区域稳控系统结构图复合式多层结构配置图主主主主1主主2主主n主主主1主主主n主主主1主主主n主机RCS-992A1#从机RCS-990A光纤2M光纤2M模拟量输入开关量输入开关量输出后台通信开入开出切机系统主站A套MUX22RCS-991B光纤2M开关量输入开关量输出后台通信MUX2MPCM主机RCS-992A1#从机RCS-990A光纤2M光纤2M模拟量输入开关量输入开关量输出后台通信开入开出切机系统主站B套MUX22