自动功率曲线半自动导入在换流站中的应用
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许继电气直流输电分公司的研究人员赵冠华、张浩然、周玉勇、张自朋、李桂举，在2020年第1期《电气技术》杂志上撰文，指出了手动调节功率方式和自动功率控制方式在当前换流站运行中在功率调节需求方面的不足，介绍了功率曲线半自动导入功能的原理以及在换流站中实现该功能所需的步骤，阐述了其完整的工作流程，分析了其相比手动调节功率方式和自动功率控制方式的优势，并将其与两文献中的功率调节方式进行了比较。
随着我国经济社会高度发展，电力需求有了持续稳定的增长，特高压直流输电工程已经成为解决电力资源配置的高效环保方式。
近年来，我国的直流输电技术取得了突飞猛进的发展，一大批直流输电工程相继建设并投入使用，为建设坚强的国家电网、实现我国大范围资源优化配置、推动能源高效开发利用、建设节约型社会、促进经济社会可持续发展和全面建设小康社会提供着重要保障。
目前我国在运和在建的直流输电工程都是按照有人值守、并且任何时间都有人在岗的原则设计的。直流输电工程功率计划是电网调度部门遵循电力生产的客观规律，根据各直流厂站机组运行参数、直流线路的输电情况、不同直流输电方式的损耗情况等因素编制的直流厂站的送受电计划，旨在保证在电网安全运行的基础上努力取得最大效益。
正常情况下，调度每天在规定时间完成次日调度计划编制并下发至各直调厂站，各厂站必须按照调度下达的日功率计划曲线和电压范围运行，并根据调度指令调整功率和电压。
换流站通过电话方式、网站下载方式或者采用专用的计划曲线接收装置等方式获取次日功率计划曲线，然后由运行人员按照调度下达的日功率计划指令人工计算功率升降速率等，并在指定的时间点手动输入功率的升降速率和目标值，这些工作不仅费时费力且容易发生误操作。随着当前电网运行方式控制逐渐精细化，每天需人工调节直流输电工程中功率的次数逐渐增加，这种手动功率调节方式的缺陷更加显露无疑。
自动功率控制可以改善上述手动调节功率的方式。运行人员可以利用监控系统的自动功率曲线功能在监控系统中预先导入功率计划文件，或者手动输入功率调节时间点和功率计划值，功率升降速率和功率调节命令的下发时间将由监控系统自动计算，再由运行人员将数据保存到历史数据库中，并将功率控制模式由手动切换为自动，则功率调节会按照保存的曲线自动执行。但在换流站的实际应用中这种自动功率控制仍然存在着不便之处。
理论上，自动功率控制方式可以手动导入功率曲线文件。但是根据电力监控系统划分安全区的原则，在现有换流站的二次系统网络结构中，自动功率控制工作站处于安全Ⅰ区，生产计划工作站处于安全Ⅱ区，自动功率控制工作站与调度生产计划工作站位于不同的安全分区中，在换流站端它们之间无直接的网络联系，因此，在调度生产计划工作站中接收到的功率计划文件不能直接导入到自动功率控制工作站中。
如果要导入功率曲线文件，就需要通过光盘将其拷贝到功率控制工作站上，不仅不方便，而且造成了资源浪费，故即使监控系统具备自动功率曲线功能（包括对功率曲线文件的解析以及自动计算功率调节命令下发时间和功率升降速率），换流站的自动功率控制一般也仍采用手动输入功率调节时间和功率计划值的方式。
伴随着电力在线交易系统的逐步完善，电网运行方式控制的实时性得到了较大的提升，使当日功率调节曲线会随着在线交易进行产生变化，在这种情况下，需要自动功率控制曲线随之实时变化，预先保存的功率计划值和升降速率需要实时修改，自动功率控制的优势荡然无存，实际上成为了另一种变相的手动功率调节。
直流换流站的运行人员肩负着繁重的日常监盘和操作任务。为了保证直流系统的可靠运行，运行人员既要随时关注直流系统的运行工况以及对异常情况进行快速处理，又要进行大量的控制操作，频繁手动调节功率的操作给现场运行人员造成了较大的工作压力。
为此，国家电网设备部组织召开了半自动数字化输入功率曲线实施方案讨论会，并由直流技术中心组织直流控制保护厂家开展了相应的研究和测试，确定了在换流站增加自动功率曲线半自动导入功能。
1 应用
自动功率曲线半自动导入功能是指功率曲线文件自动从计划工作站传输到功率控制工作站上，只需要人工将其导入监控系统，功率曲线的解析和计算将由监控系统自动执行。整个过程只需在导入和存储时需要人工干预。在换流站实现该功能时步骤如下。
1）部署反向隔离装置
要实现功率曲线文件自动由计划工作站导入功率控制工作站，需要建立二者之间的网络通信，又因为两者位于不同的安全分区中，所以需要采取网络安全防护措施。
反向隔离装置满足上述要求。反向隔离装置是两个不同安全防护等级网络之间的安全防护装置，常用于低安全防护区向高安全防护区的单向数据传递，能够实现网络之间的信息和资源安全传递，保障电力系统的安全稳定运行。
将生产计划工作站通过新增反向隔离装置接入I区站局域网（local area network, LAN），既能为功率曲线文件创建传输通道，又可使功率曲线文件从调度生产计划工作站上自动传输到功率控制工作站，满足换流站网络安全防护的要求。部署反向隔离装置的网络拓扑如图1所示。
图1 部署反向隔离装置的网络拓扑
2）在计划工作站安装软件
在计划工作站上安装功率曲线文件转换程序和文件传输客户端程序。
功率曲线文件转换程序用于将调度下发的功率曲线文件（日前功率计划文件和日内计划调整文件）转换为反向隔离装置允许传输的文件格式。它会周期性地扫描存放调度下发的功率曲线文件的目录，当检测到该目录收到新的功率曲线文件时，自动将其转换格式。该程序通过播放音乐来提示运行人员功率曲线文件格式转换成功。
文件传输客户端程序是反向隔离装置的配套程序，用于自动发送转换格式后的功率曲线文件。
3）在功率控制工作站安装软件
在功率控制工作站安装文件传输服务端程序。文件传输服务端程序是反向隔离装置的配套程序，用于自动接收由文件传输客户端程序发送的功率曲线文件，并将收到的功率曲线文件保存到运行人员指定目录中。
4）监控系统升级
监控程序增加文件监测功能，用于当功率控制工作站收到新的功率曲线文件时，监控系统产生“调度下发最新功率参考值”的顺序事件记录（sequence event record, SER）信息，提示运行人员，如图2所示。
图2 收到功率曲线文件的SER提示
5）功率曲线的导入、计算和保存
运行人员通过人机界面将收到的功率曲线文件手动导入监控系统，如图3所示，监控系统自动对功率曲线文件进行解析，过滤掉功率保持不变的时间节点，只保留功率调节的拐点信息，并自动计算功率调节点对应的功率升降速率，再由运行人员将结果保存到数据库中。
2 完整工作流程
自动功率曲线半自动导入的完整工作流程如图3所示。详述如下：
计划工作站在接收到调度下发的功率曲线文件（日前功率计划文件和日内计划调整文件）后，由功率转换程序自动将该文件转换为反向隔离装置允许传输的文件格式，并由文件传输客户端将转换后的文件发送，经过反向隔离装置，由文件传输服务端接收该文件，并保存到运行人员指定目录中。
监控系统周期性地扫描该目录，当检测到该目录收到新的功率曲线文件时，产生SER信息，提醒运行人员，运行人员核对无误后，将接收到的功率曲线文件导入监控系统，监控系统自动解析，并计算功率升降速率和功率调节命令下发时间，运行人员检查数据正确后，将结果保存到历史数据库中，则功率调节将按照保存的曲线自动执行。
图3 自动功率曲线半自动导入工作流程
当计划工作站再次收到功率曲线文件时，处理流程如上所述。最后，运行人员执行保存操作后，数据库会用新计算的功率曲线覆盖原来保存的曲线，功率调节将按照新保存的曲线自动执行。依此类推。在整个工作流程中，功率曲线的转换、发送、接收、解析和计算都是自动完成的，只有在导入和存储环节需要人工干预。
3 比较
3.1 与手动调节功率方式比较
手动功率调节方式需要运行人员在功率调节点前15min手动整定功率计划值和功率升降速率，且功率升降速率需要人工计算。若每天的功率调节点较多，则运行人员需要长时间守在工作站前，一个功率调节点的操作完成后，继续下一个功率调节点的操作，不仅操作繁琐，效率低下，而且容易出错。
本文介绍的功率调节方式可以通过导入功率曲线文件，由监控系统自动计算功率调节命令下发时间和功率升降速率，只在导入和保存环节需要人工干预，省去了大量的人工计算和操作。
3.2 与自动功率控制方式比较
相比手动功率调节方式，自动功率控制方式可以省去频繁的人工整定操作和人工计算功率升降速率环节。即使每天的功率调节点较多，也只要提前将功率曲线保存即可，而不需要运行人员长时间守在工作站前。
开展电力现货交易以来，临时功率调整增多，这种情况下，换流站将多次收到调度下发的日内计划调整文件。每收到一次功率调整文件，就需要手动修改功率调节时间和功率计划值，自动功率控制实际上成为了另一种变相的手动功率调节方式。
与自动功率控制方式相比，本文中的功率调节方式有两个优势：①不必通过手动输入功率调节命令时刻和功率计划值，只需要执行导入操作，将功率曲线文件导入监控系统即可；②换流站在多次收到日内计划调整文件时，不需要每次人工去手动修改功率调节时间和功率计划值，每次仍只需要执行导入操作即可。
3.3 相关研究的功率调节方式比较
有学者通过导入功率曲线文件到监控系统、再利用监控系统的自动功率曲线功能来进行功率调节。从这一点上来说，本文方法与其方法如出一辙，而且都达到了简化功率调节操作、提高自动功率执行的可靠性和便捷性的目的。
本文与相关学者研究的差异在于从什么位置导入功率曲线文件。目前国内直流输电工程主要由国家电网公司和南方电网公司负责建设、运行和维护。
在相关学者的研究中，调度将功率曲线文件下发到远动系统，远动系统与监控系统存在网络连接，功率曲线文件就可以直接被导入监控系统，这种情况适用于南方电网公司所属换流站。而在国家电网公司所属换流站中，调度将功率曲线文件下发到计划工作站，需要利用本文介绍的方法将功率曲线文件导入监控系统。
4 结论
总之，在换流站增加自动功率曲线半自动导入功能，功率调节方式与手动功率调节方式以及自动功率控制方式相比，避免了大量琐碎和频繁的人工设置，极大地简化了功率控制的精细化操作和实时操作，提升了运行人员的操作效率和功率临时调整的应对能力，提高了自动功率执行的可靠性和便捷性，对于换流站的安全稳定运行具有重要意义。