隨著我國經(jīng)濟社會高度發(fā)展，電力需求有了持續(xù)穩(wěn)定的增長，特高壓直流輸電工程已經(jīng)成為解決電力資源配置的高效環(huán)保方式。

近年來，我國的直流輸電技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展，一大批直流輸電工程相繼建設(shè)并投入使用，為建設(shè)堅強的國家電網(wǎng)、實現(xiàn)我國大范圍資源優(yōu)化配置、推動能源高效開發(fā)利用、建設(shè)節(jié)約型社會、促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和全面建設(shè)小康社會提供著重要保障。

目前我國在運和在建的直流輸電工程都是按照有人值守、并且任何時間都有人在崗的原則設(shè)計的。直流輸電工程功率計劃是電網(wǎng)調(diào)度部門遵循電力生產(chǎn)的客觀規(guī)律，根據(jù)各直流廠站機組運行參數(shù)、直流線路的輸電情況、不同直流輸電方式的損耗情況等因素編制的直流廠站的送受電計劃，旨在保證在電網(wǎng)安全運行的基礎(chǔ)上努力取得最大效益。

正常情況下，調(diào)度每天在規(guī)定時間完成次日調(diào)度計劃編制并下發(fā)至各直調(diào)廠站，各廠站必須按照調(diào)度下達的日功率計劃曲線和電壓范圍運行，并根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整功率和電壓。

換流站通過電話方式、網(wǎng)站下載方式或者采用專用的計劃曲線接收裝置等方式獲取次日功率計劃曲線，然后由運行人員按照調(diào)度下達的日功率計劃指令人工計算功率升降速率等，并在指定的時間點手動輸入功率的升降速率和目標(biāo)值，這些工作不僅費時費力且容易發(fā)生誤操作。隨著當(dāng)前電網(wǎng)運行方式控制逐漸精細化，每天需人工調(diào)節(jié)直流輸電工程中功率的次數(shù)逐漸增加，這種手動功率調(diào)節(jié)方式的缺陷更加顯露無疑。

自動功率控制可以改善上述手動調(diào)節(jié)功率的方式。運行人員可以利用監(jiān)控系統(tǒng)的自動功率曲線功能在監(jiān)控系統(tǒng)中預(yù)先導(dǎo)入功率計劃文件，或者手動輸入功率調(diào)節(jié)時間點和功率計劃值，功率升降速率和功率調(diào)節(jié)命令的下發(fā)時間將由監(jiān)控系統(tǒng)自動計算，再由運行人員將數(shù)據(jù)保存到歷史數(shù)據(jù)庫中，并將功率控制模式由手動切換為自動，則功率調(diào)節(jié)會按照保存的曲線自動執(zhí)行。但在換流站的實際應(yīng)用中這種自動功率控制仍然存在著不便之處。

理論上，自動功率控制方式可以手動導(dǎo)入功率曲線文件。但是根據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)劃分安全區(qū)的原則，在現(xiàn)有換流站的二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，自動功率控制工作站處于安全Ⅰ區(qū)，生產(chǎn)計劃工作站處于安全Ⅱ區(qū)，自動功率控制工作站與調(diào)度生產(chǎn)計劃工作站位于不同的安全分區(qū)中，在換流站端它們之間無直接的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，因此，在調(diào)度生產(chǎn)計劃工作站中接收到的功率計劃文件不能直接導(dǎo)入到自動功率控制工作站中。

如果要導(dǎo)入功率曲線文件，就需要通過光盤將其拷貝到功率控制工作站上，不僅不方便，而且造成了資源浪費，故即使監(jiān)控系統(tǒng)具備自動功率曲線功能（包括對功率曲線文件的解析以及自動計算功率調(diào)節(jié)命令下發(fā)時間和功率升降速率），換流站的自動功率控制一般也仍采用手動輸入功率調(diào)節(jié)時間和功率計劃值的方式。

伴隨著電力在線交易系統(tǒng)的逐步完善，電網(wǎng)運行方式控制的實時性得到了較大的提升，使當(dāng)日功率調(diào)節(jié)曲線會隨著在線交易進行產(chǎn)生變化，在這種情況下，需要自動功率控制曲線隨之實時變化，預(yù)先保存的功率計劃值和升降速率需要實時修改，自動功率控制的優(yōu)勢蕩然無存，實際上成為了另一種變相的手動功率調(diào)節(jié)。

直流換流站的運行人員肩負著繁重的日常監(jiān)盤和操作任務(wù)。為了保證直流系統(tǒng)的可靠運行，運行人員既要隨時關(guān)注直流系統(tǒng)的運行工況以及對異常情況進行快速處理，又要進行大量的控制操作，頻繁手動調(diào)節(jié)功率的操作給現(xiàn)場運行人員造成了較大的工作壓力。

為此，國家電網(wǎng)設(shè)備部組織召開了半自動數(shù)字化輸入功率曲線實施方案討論會，并由直流技術(shù)中心組織直流控制保護廠家開展了相應(yīng)的研究和測試，確定了在換流站增加自動功率曲線半自動導(dǎo)入功能。

1 應(yīng)用

自動功率曲線半自動導(dǎo)入功能是指功率曲線文件自動從計劃工作站傳輸?shù)焦β士刂乒ぷ髡旧?，只需要人工將其?dǎo)入監(jiān)控系統(tǒng)，功率曲線的解析和計算將由監(jiān)控系統(tǒng)自動執(zhí)行。整個過程只需在導(dǎo)入和存儲時需要人工干預(yù)。在換流站實現(xiàn)該功能時步驟如下。

1）部署反向隔離裝置

要實現(xiàn)功率曲線文件自動由計劃工作站導(dǎo)入功率控制工作站，需要建立二者之間的網(wǎng)絡(luò)通信，又因為兩者位于不同的安全分區(qū)中，所以需要采取網(wǎng)絡(luò)安全防護措施。

反向隔離裝置滿足上述要求。反向隔離裝置是兩個不同安全防護等級網(wǎng)絡(luò)之間的安全防護裝置，常用于低安全防護區(qū)向高安全防護區(qū)的單向數(shù)據(jù)傳遞，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的信息和資源安全傳遞，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

將生產(chǎn)計劃工作站通過新增反向隔離裝置接入I區(qū)站局域網(wǎng)（local area network, LAN），既能為功率曲線文件創(chuàng)建傳輸通道，又可使功率曲線文件從調(diào)度生產(chǎn)計劃工作站上自動傳輸?shù)焦β士刂乒ぷ髡荆瑵M足換流站網(wǎng)絡(luò)安全防護的要求。部署反向隔離裝置的網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1所示。

圖1 部署反向隔離裝置的網(wǎng)絡(luò)拓撲

2）在計劃工作站安裝軟件

在計劃工作站上安裝功率曲線文件轉(zhuǎn)換程序和文件傳輸客戶端程序。

功率曲線文件轉(zhuǎn)換程序用于將調(diào)度下發(fā)的功率曲線文件（日前功率計劃文件和日內(nèi)計劃調(diào)整文件）轉(zhuǎn)換為反向隔離裝置允許傳輸?shù)奈募袷健Ｋ鼤芷谛缘貟呙璐娣耪{(diào)度下發(fā)的功率曲線文件的目錄，當(dāng)檢測到該目錄收到新的功率曲線文件時，自動將其轉(zhuǎn)換格式。該程序通過播放音樂來提示運行人員功率曲線文件格式轉(zhuǎn)換成功。

文件傳輸客戶端程序是反向隔離裝置的配套程序，用于自動發(fā)送轉(zhuǎn)換格式后的功率曲線文件。

3）在功率控制工作站安裝軟件

在功率控制工作站安裝文件傳輸服務(wù)端程序。文件傳輸服務(wù)端程序是反向隔離裝置的配套程序，用于自動接收由文件傳輸客戶端程序發(fā)送的功率曲線文件，并將收到的功率曲線文件保存到運行人員指定目錄中。

4）監(jiān)控系統(tǒng)升級

監(jiān)控程序增加文件監(jiān)測功能，用于當(dāng)功率控制工作站收到新的功率曲線文件時，監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生“調(diào)度下發(fā)最新功率參考值”的順序事件記錄（sequence event record, SER）信息，提示運行人員，如圖2所示。

圖2 收到功率曲線文件的SER提示

5）功率曲線的導(dǎo)入、計算和保存

運行人員通過人機界面將收到的功率曲線文件手動導(dǎo)入監(jiān)控系統(tǒng)，如圖3所示，監(jiān)控系統(tǒng)自動對功率曲線文件進行解析，過濾掉功率保持不變的時間節(jié)點，只保留功率調(diào)節(jié)的拐點信息，并自動計算功率調(diào)節(jié)點對應(yīng)的功率升降速率，再由運行人員將結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中。

2 完整工作流程

自動功率曲線半自動導(dǎo)入的完整工作流程如圖3所示。詳述如下：

計劃工作站在接收到調(diào)度下發(fā)的功率曲線文件（日前功率計劃文件和日內(nèi)計劃調(diào)整文件）后，由功率轉(zhuǎn)換程序自動將該文件轉(zhuǎn)換為反向隔離裝置允許傳輸?shù)奈募袷?，并由文件傳輸客戶端將轉(zhuǎn)換后的文件發(fā)送，經(jīng)過反向隔離裝置，由文件傳輸服務(wù)端接收該文件，并保存到運行人員指定目錄中。

監(jiān)控系統(tǒng)周期性地掃描該目錄，當(dāng)檢測到該目錄收到新的功率曲線文件時，產(chǎn)生SER信息，提醒運行人員，運行人員核對無誤后，將接收到的功率曲線文件導(dǎo)入監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)自動解析，并計算功率升降速率和功率調(diào)節(jié)命令下發(fā)時間，運行人員檢查數(shù)據(jù)正確后，將結(jié)果保存到歷史數(shù)據(jù)庫中，則功率調(diào)節(jié)將按照保存的曲線自動執(zhí)行。

圖3 自動功率曲線半自動導(dǎo)入工作流程

當(dāng)計劃工作站再次收到功率曲線文件時，處理流程如上所述。最后，運行人員執(zhí)行保存操作后，數(shù)據(jù)庫會用新計算的功率曲線覆蓋原來保存的曲線，功率調(diào)節(jié)將按照新保存的曲線自動執(zhí)行。依此類推。在整個工作流程中，功率曲線的轉(zhuǎn)換、發(fā)送、接收、解析和計算都是自動完成的，只有在導(dǎo)入和存儲環(huán)節(jié)需要人工干預(yù)。

3 比較

3.1 與手動調(diào)節(jié)功率方式比較

手動功率調(diào)節(jié)方式需要運行人員在功率調(diào)節(jié)點前15min手動整定功率計劃值和功率升降速率，且功率升降速率需要人工計算。若每天的功率調(diào)節(jié)點較多，則運行人員需要長時間守在工作站前，一個功率調(diào)節(jié)點的操作完成后，繼續(xù)下一個功率調(diào)節(jié)點的操作，不僅操作繁瑣，效率低下，而且容易出錯。

本文介紹的功率調(diào)節(jié)方式可以通過導(dǎo)入功率曲線文件，由監(jiān)控系統(tǒng)自動計算功率調(diào)節(jié)命令下發(fā)時間和功率升降速率，只在導(dǎo)入和保存環(huán)節(jié)需要人工干預(yù)，省去了大量的人工計算和操作。

3.2 與自動功率控制方式比較

相比手動功率調(diào)節(jié)方式，自動功率控制方式可以省去頻繁的人工整定操作和人工計算功率升降速率環(huán)節(jié)。即使每天的功率調(diào)節(jié)點較多，也只要提前將功率曲線保存即可，而不需要運行人員長時間守在工作站前。

開展電力現(xiàn)貨交易以來，臨時功率調(diào)整增多，這種情況下，換流站將多次收到調(diào)度下發(fā)的日內(nèi)計劃調(diào)整文件。每收到一次功率調(diào)整文件，就需要手動修改功率調(diào)節(jié)時間和功率計劃值，自動功率控制實際上成為了另一種變相的手動功率調(diào)節(jié)方式。

與自動功率控制方式相比，本文中的功率調(diào)節(jié)方式有兩個優(yōu)勢：①不必通過手動輸入功率調(diào)節(jié)命令時刻和功率計劃值，只需要執(zhí)行導(dǎo)入操作，將功率曲線文件導(dǎo)入監(jiān)控系統(tǒng)即可；②換流站在多次收到日內(nèi)計劃調(diào)整文件時，不需要每次人工去手動修改功率調(diào)節(jié)時間和功率計劃值，每次仍只需要執(zhí)行導(dǎo)入操作即可。

3.3 相關(guān)研究的功率調(diào)節(jié)方式比較

有學(xué)者通過導(dǎo)入功率曲線文件到監(jiān)控系統(tǒng)、再利用監(jiān)控系統(tǒng)的自動功率曲線功能來進行功率調(diào)節(jié)。從這一點上來說，本文方法與其方法如出一轍，而且都達到了簡化功率調(diào)節(jié)操作、提高自動功率執(zhí)行的可靠性和便捷性的目的。

本文與相關(guān)學(xué)者研究的差異在于從什么位置導(dǎo)入功率曲線文件。目前國內(nèi)直流輸電工程主要由國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司負責(zé)建設(shè)、運行和維護。

在相關(guān)學(xué)者的研究中，調(diào)度將功率曲線文件下發(fā)到遠動系統(tǒng)，遠動系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)存在網(wǎng)絡(luò)連接，功率曲線文件就可以直接被導(dǎo)入監(jiān)控系統(tǒng)，這種情況適用于南方電網(wǎng)公司所屬換流站。而在國家電網(wǎng)公司所屬換流站中，調(diào)度將功率曲線文件下發(fā)到計劃工作站，需要利用本文介紹的方法將功率曲線文件導(dǎo)入監(jiān)控系統(tǒng)。

4 結(jié)論

總之，在換流站增加自動功率曲線半自動導(dǎo)入功能，功率調(diào)節(jié)方式與手動功率調(diào)節(jié)方式以及自動功率控制方式相比，避免了大量瑣碎和頻繁的人工設(shè)置，極大地簡化了功率控制的精細化操作和實時操作，提升了運行人員的操作效率和功率臨時調(diào)整的應(yīng)對能力，提高了自動功率執(zhí)行的可靠性和便捷性，對于換流站的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。