摘 要：作为“发电厂安全稳定紧急控制装置的研制——原理及算法”的续篇，主要介绍了WAW-1型安全稳定紧急控制装置的实现技术及动模试验结果。装置以分层分布式多CPU系统模块构成，以公用内存方式实现高速通信，以软硬件配合解决多CPU系统的同步采样、同数据窗计算和同步计算状态转换的技术问题。动模试验结果表明，装置能够跟踪发电厂送出线运行方式、运行状态的变化，线路过负荷正确报警。系统故障时能正确预测暂态稳定性并快速投入切机措施保证系统不失稳。对于动态不稳定，装置能正确检出失步并起动解列，达到了预期的控制要求。
关键词：安全稳定控制装置；动模实验；并行通信
分类号：TM 621.6 文献标识码：A
文章编号：1006-6047(2000)01-0023-05
Development of a Power Plant Security Emergency Control Equipment—Equipment and Experiment
ZHANG Bao-huiAbstract：It mainly introduces the implementation technology and the physical simulation of WAW?1 power System security Emergency Control Equipment.The equipment is of multi-CPU distributed and hierarchic system. It uses common memory to realize high-speed communication, solves the technical problems of in-phase sampling and state switchover of same data WINOOW calculation and synchronous calculation in the multi-CPU system by both software and hardware. The physical simulation results show that the equipment can follow the run-state change of power plant feeders, alarm correctly when line overload occurs; forecast transient stability correctly when fault occurs and put in off-load measures to prevent system instability. The equipment can check-up synchronization loss and start up disconnection when power system dynamic instability occurs, which meets the expected control demand.
Keywords：security emergency control equipment; physical simulation; parallel communication▲
0 引言
东北铁岭发电厂的两台30万kW机组通过三回220 kV出线与系统相连，其中两回同杆架设，稳定计算表明，当一回出线检修，另一回出线发生故障时，有可能引起铁岭发电厂稳定性的破坏，因此我们研制了一套发电厂安全稳定紧急控制装置，在必要时采取紧急控制措施，来保证电厂对系统的同步稳定性。
考虑到装置具有良好的扩展性，装置的硬件系统采用了模块化设计，在设计时留有足够的扩展位置，以适应电网发展的要求，并且易于现场的运行维护。
装置引入发电厂母线电压、3条出线的电流以及2台发电机的出口电流，根据测量到的电压和电流量实时计算正常运行时的潮流以及线路和机组的运行状态，在线路过负荷时发出报警信号及自动关小主汽门。在系统静态稳定储备不足时，发出信号，提示运行人员注意。在线路发生故障时独立地判断故障距离、故障类型，来预测扰动消除后的网络拓扑，预测系统暂态稳定性并快速选择合适的机组进行切机控制。对于动态稳定的监视、失步检出、解列控制，保证电厂和系统之间不发生失步振荡。
1 装置的硬件构成
稳定控制的目标是确保电网在事故状态下的安全性与稳定性，要实现这一目标，必须掌握能够反应以下3项内容的信息：扰动前全系统的网络拓扑、开机方式及运行状态；扰动对全系统各机组的影响；扰动清除后全系统的网络拓扑、开机方式的变化。针对控制要求，装置的硬件结构采用了主从式的多CPU系统，每个CPU系统由8086主芯片、STD总线构成，各自完成不同的任务。
a. 线路前置机单元。每条出线配置1台线路前置机单元，计算本线路正序电压、电流、三相有功功率，并且判别本线路是否投运。每次电压、电流、功率更新后，或者线路的运行情况发生改变后，线路前置机单元要将这些信息传送给通信管理机进行汇总。
在采样中断后，线路前置机还要进行故障检出，故障检出后便转入故障处理，预估故障切除后网络拓扑的变化，计算故障发生后线路正序电压、电流和基波正序有功功率，将计算结果送给通信管理机，供后台控制机进行暂稳或动稳判断使用。故障清除后若线路带有重合闸，则要监视重合闸的起动，将重合成功与否的情况报告给通信管理机。
b. 机组单元。装置配1台机组单元，测量母线电压和发电机变压器组高压侧A，C相电流，利用两瓦计法计算2台发电机的出力；根据电流判断发电机是否投运，并将结果送给通信管理机， 作为网络拓扑跟踪依据及故障处理时切机量计算依据。
故障处理期间，机组单元时刻监视发电机投切情况，将结果传送给管理机，作为后台机切机、解列执行结果的监视手段。
c. 通信管理机单元。通信管理机是整个装置系统的管理中心，是前置机和后台机进行信息交换的枢纽。并且和前置机、后台机之间进行互检，监视各CPU工作的情况；同时通过机间通信，将各线路前置机单元、机组单元传送来的电压、电流和功率进行汇总、检查和预处理，然后再传送给后台机；通信管理机控制装置各前置机采样、故障处理的同步性。
d. 后台控制机。后台控制机输入的数据为经过通信管理机汇总后的电压、电流、功率和各线路及机组单元的投运信息(网络拓扑)，根据这些数据和信息，实时计算本电厂对等值系统的功角，及其它稳定性指标，运用前文介绍的电力系统模型和算法，完成静稳储备不足报警，暂态不稳定的预测以及检测系统的动态稳定性等，根据预测结果进行切机量的计算，发出切机、快关、解列、线路过负荷关主汽门等控制命令。
e. 装置的主从通信系统。由于本装置采用在线实时计算的控制方式，计算所要使用的信息量非常大，每台前置机要将每周期计算的线路正序电压、电流、功率，线路的投运信息以及机组的输出功率和投运信息传送给通信管理机，由其将所有线路前置机和机组单元的信息进行汇总、检错、纠错处理，然后传送给后台控制机。如果将这么多的信息以串行通信的方式进行传输，显然不能够满足装置快速实时的要求(粗略地估计，串行通信速率要达到187.5 kbit/s，才能满足要求，而如此高的通信速率要满足传输的可靠性是很困难的)。因此本装置采用了公共内存的方案，使得机间通信以并行方式进行。通信管理机与其余各前置机单元之间有一个2 k字节的公用RAM区，设在每个从机各自的CPU板上，但通过特殊的总线控制，通信管理机与各个从机对这块RAM区都享有读、写权利，机间通信也就靠它完成。其间的硬件连接如图1所示。
图1 主从机通信硬件连接示意图
这种机间通信，从通信过程来看，类似于DMA方式。经过长时间的调试，通信速度和可靠性令人满意，通信过程读写1个字节的时间为4 μs，满足装置实时通信的要求。
2 装置的软件实现
后台机计算系统功角及视在电阻时都需要使用全发电厂的电流而不是某条线路的电流。必须对各线路电流进行向量求和，因而各前置机必须同步采样和同数据窗计算。由于采用多CPU系统，也使得各前置机的同步采样、同步计算、同步进入故障处理成为3个突出的同步性问题。
a. 同步定时采样。通信管理机具有定时中断机构，当它进入定时中断并进行必要的操作后，向全部从机同时发出非屏蔽中断申请，从机响应后同时执行采样中断服务程序。
b. 同数据窗的计算。各从机利用同步采样中断进行计数，按照相同的规定时刻(如每3周期计算1次)利用相同时间间隔的采样数据进行电压、电流、功率的计算，并写入公用RAM区；主机在两次计算之间适当的时刻，将各从机公用RAM区邮箱中的电流、功率进行汇总，原理上保证了计算的同步性。为了防止不可预料原因导致的从机采样不同步，通信管理机在以上各量值汇总时，利用正序电压相角进行从机采样同步性检查，即全部从机电压相角差值必须小于给定的值(全部从机所采用电压为同一电压值)。
c. 同步转入故障处理。由于正常状态下计算参量与故障状态下计算参量不相同，当系统有故障发生后，各前置机不一定同时检出故障，为保证计算参数的一致，必须同步转入故障处理。所谓同步转入故障处理，并不是同时转入故障处理，其本质意义在于：使全部从机以同一个时刻作为故障发生时刻，即故障数据的起点。处理过程如图2所示，CNT为特殊的计数器，主机响应突发事件中断时，置CNT=3,由于主机必须依次写入CNT值及RSTB=“F”，故必须意识到，从开始到结束的时间间隔。所以CNT是在定时中断中更新的，不同时刻写入不同从机的CNT可能不同，保证了故障起始点等于当前计时减CNT的准确性，从机转入故障处理时，根据以上关系，可准确确定故障数据的起点，确保转入故障处理的同步性及计算的同步性。
本文关键字：发电厂 电工文摘，电工技术 - 电工文摘
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