变电站自动化系统中 安全自动装置关键技术的探讨
摘 要
本文对变电站自动化系统中安全自动装置的四个方面的问题进行了探讨，列举了作者的一些研究心得和思考，以供大家参考。 1 同期合闸 1.1概要说明
同期合闸是变电站中经常遇到的操作，对减小冲击，提高系统稳定性具有重要作用。同期的条件有三点：频差、压差、角差合格[1]。
同期要求为安全、准确、快速。三个条件中安全最重要，同期装置必须有完善的闭锁功能，宁拒动不误动。对差频同期，在系统角差为0时合闸，对系统的冲击最小；电厂中作为发电机的并网，快速性也很重要，捕捉第一次0角度合闸可以节省大量能源。
1.2 环网并列与差频同期
差频同期是指两个没有电气联系的两个系统的并列，包括发电机的并网及两个无联系电网的并列；两侧的频率不同，有可能捕捉到0角度合闸时机。环网并列是指两个本已有电气联接的系统，再在该点增加一个联络开关；两侧频率相同，相角差即为系统在这两点之间的功角，该角度在网络拓扑及负荷没有大变动时基本保持不
变。
国内有的称之为检同期与捕捉同期，有的称之检同期与准同期，有的叫同频同期与差频同期。两个系统若频率相差在测量误差范围内，是同频，但却不能按同网来同期，为了物理概念上的清晰，本文定义这两种方式为环网并列与差频同期。 差频同期的目标是捕捉第一次的零相角差时机合闸，即自动准同期；环网并列相角差为两端的功角，仅是一个压差和功角的闭锁功能。 1.3 同期遥控方式及自适应识别
环网并列和差频同期的要求不同。装置虽然可以自适应地判断出是同频还是差频，但对频差很小的系统，这样作意味着牺牲一些时间来判断，会对合闸的时机带来延误。而调度员是了解系统的运行结构的，知道欲合闸的断路器是处于同频还是差频同期的位置，在发命令的时候即区分开同频同期、差频同期、遥控合闸命令会更好。装置的自动识别功能，是指在合闸命令下发后，自动判断是差频、同频还是无压状态，并由不同的约束条件进行操作。 1.4 合闸导前时间的计算
装置出口到断路器合上闸的动作时间。它的准确获得直接关系到同期点角差的准确性。常规方法是通过开入量的方式，即通过接入断路器的辅助接点，来计算发出合闸令到该信号变位的时间。该方法思路直接，容易实现；但问题是当断路器合上电流的时刻与辅助接点变位不一致的时差会引入误差，另外要接点抖动也影响精度。 本文提出一种模拟量检测导前时间的方法，即用电流的从无到有的检测。若采样装置采样速率能达到64点/周波（DF1700模块采样速率），则时间分辨率约为0.3毫秒，可以满足要求。这种方法要求引入电流的检测，分布式的同期系统一般是将
同期功能融合在断路器的测控单元中，能满足这种要求。该方法物理概念更为清晰：从无流变为有流（而不是辅助接点变位）时，才算真正合闸成功。 1.5同期算法 同期是一项可靠性要求极高的操作。误动时的大角度合闸会给发电机及系统带来很大的冲击，降低发电机的使用寿命，或是带来系统的振荡及解列。而延误第一次最佳同期时期也是要尽量防止的。因此必须考虑高可靠性、高精度、多级闭锁、快速的控制算法与措施。
从装置可靠性上考虑，有的厂家采用双微机控制的方式，是一种好的思路。也可用硬件上的其它方法。算法上多重化计算及闭锁也很重要。
计算方法大体有两种，一是硬件整形脉冲比相的方法，一是通过采样点比较幅值和相位的方法。两种方法各有利弊，互相配合能产生完善而稳定的效果。 常规采用的通过实时采样点作幅值矢量差来推算相角差的方法有如下3个原理性缺陷：1、两路输出幅值不同时，直接计算误差大；2、因为两路电压的频率不同，同步采样点的差并不是实际幅值的差，原理上有误差；3、分析一下下面公式，
上式第一项是两个电压波形直接叠减后的波形包络线，常规算法就是对该项的预测。由上式可清楚看出其是按正弦波形变化的，不是线性预测。大频差时预测算法会带来误差。
采用直接计算相角差的方法可以叫做直接法，频差固定时，相角差的变化是线性的，
预测容易的多，也更加准确。预测算法采用最小二乘法抗干扰性能会大大提高。测点间距、拟和数据窗的推移等都需要根据实际情况确定。另外对与调幅、调频同时进行的发电机并网同期，其预测算法就是一个二阶甚至更高阶的问题，要采用微分、积分等算法。
2 电压无功综合自动控制
2.1 VQC控制特性及控制模式的思考
相对于同期合闸，VQC则是一个时刻运行的、以整个变电站为对象的、相对慢速的一个控制系统。其控制策略复杂，对出口的实时性要求不高，但对闭锁的响应要求快速、完备。
现有站内VQC实现方式基本有3种：后台软件VQC、主控单元网络VQC、独立硬件的VQC[2]。
后台软件VQC：将控制策略全部放在后台监控主机中，通过间隔层的测控单元获取数据，微机中VQC软件根据实时数据判断并发控制命令，由相应测控单元执行。优点是人机界面友好，方便调试和维护。
主控单元网络VQC系统：将控制核心下放到间隔层，由单独的CPU完成，但其IO的输入输出仍由间隔层IO测控模块完成。优点网络数据的得到更直接了一层，闭锁的速度较第一种方式快了一些。但界面一般较差，维护和设置不会太轻松。 独立硬件VQC系统：不依赖其他装置，本身溶输入输出与策略判断为一体。好处是闭锁的速度最快，从闭锁的角度讲可靠性最高。但问题是需要重复铺设大量的电缆，信号重复采集。
