隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高度發(fā)展，電力需求有了持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)，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(guó)的直流輸電技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)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(jiān)強(qiáng)的國(guó)家電網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)我國(guó)大范圍資源優(yōu)化配置、推動(dòng)能源高效開發(fā)利用、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和全面建設(shè)小康社會(huì)提供著重要保障。

目前我國(guó)在運(yùn)和在建的直流輸電工程都是按照有人值守、并且任何時(shí)間都有人在崗的原則設(shè)計(jì)的。直流輸電工程功率計(jì)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(jī)組運(yùn)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(jì)劃，旨在保證在電網(wǎng)安全運(yùn)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(shí)間完成次日調(diào)度計(jì)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(dá)的日功率計(jì)劃曲線和電壓范圍運(yùn)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(jì)劃曲線接收裝置等方式獲取次日功率計(jì)劃曲線，然后由運(yùn)行人員按照調(diào)度下達(dá)的日功率計(jì)劃指令人工計(jì)算功率升降速率等，并在指定的時(shí)間點(diǎn)手動(dòng)輸入功率的升降速率和目標(biāo)值，這些工作不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易發(fā)生誤操作。隨著當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行方式控制逐漸精細(xì)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(dòng)功率調(diào)節(jié)方式的缺陷更加顯露無疑。

自動(dòng)功率控制可以改善上述手動(dòng)調(diào)節(jié)功率的方式。運(yùn)行人員可以利用監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)功率曲線功能在監(jiān)控系統(tǒng)中預(yù)先導(dǎo)入功率計(jì)劃文件，或者手動(dòng)輸入功率調(diào)節(jié)時(shí)間點(diǎn)和功率計(jì)劃值，功率升降速率和功率調(diào)節(jié)命令的下發(fā)時(shí)間將由監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，再由運(yùn)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(dòng)切換為自動(dòng)，則功率調(diào)節(jié)會(huì)按照保存的曲線自動(dòng)執(zhí)行。但在換流站的實(shí)際應(yīng)用中這種自動(dòng)功率控制仍然存在著不便之處。

理論上，自動(dòng)功率控制方式可以手動(dòng)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(dòng)功率控制工作站處于安全Ⅰ區(qū)，生產(chǎn)計(jì)劃工作站處于安全Ⅱ區(qū)，自動(dòng)功率控制工作站與調(diào)度生產(chǎn)計(jì)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(jì)劃工作站中接收到的功率計(jì)劃文件不能直接導(dǎo)入到自動(dòng)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(fèi)，故即使監(jiān)控系統(tǒng)具備自動(dòng)功率曲線功能（包括對(duì)功率曲線文件的解析以及自動(dòng)計(jì)算功率調(diào)節(jié)命令下發(fā)時(shí)間和功率升降速率），換流站的自動(dòng)功率控制一般也仍采用手動(dòng)輸入功率調(diào)節(jié)時(shí)間和功率計(jì)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(yùn)行方式控制的實(shí)時(shí)性得到了較大的提升，使當(dāng)日功率調(diào)節(jié)曲線會(huì)隨著在線交易進(jìn)行產(chǎn)生變化，在這種情況下，需要自動(dòng)功率控制曲線隨之實(shí)時(shí)變化，預(yù)先保存的功率計(jì)劃值和升降速率需要實(shí)時(shí)修改，自動(dòng)功率控制的優(yōu)勢(shì)蕩然無存，實(shí)際上成為了另一種變相的手動(dòng)功率調(diào)節(jié)。

直流換流站的運(yùn)行人員肩負(fù)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(yùn)行，運(yùn)行人員既要隨時(shí)關(guān)注直流系統(tǒng)的運(yùn)行工況以及對(duì)異常情況進(jìn)行快速處理，又要進(jìn)行大量的控制操作，頻繁手動(dòng)調(diào)節(jié)功率的操作給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員造成了較大的工作壓力。

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

1 應(yīng)用

自動(dòng)功率曲線半自動(dòng)導(dǎo)入功能是指功率曲線文件自動(dòng)從計(jì)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(jì)算將由監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行。整個(gè)過程只需在導(dǎo)入和存儲(chǔ)時(shí)需要人工干預(yù)。在換流站實(shí)現(xiàn)該功能時(shí)步驟如下。

1）部署反向隔離裝置

要實(shí)現(xiàn)功率曲線文件自動(dòng)由計(jì)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?yàn)閮烧呶挥诓煌陌踩謪^(qū)中，所以需要采取網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施。

反向隔離裝置滿足上述要求。反向隔離裝置是兩個(gè)不同安全防護(hù)等級(jí)網(wǎng)絡(luò)之間的安全防護(hù)裝置，常用于低安全防護(hù)區(qū)向高安全防護(hù)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(yùn)行。

將生產(chǎn)計(jì)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(jì)劃工作站上自動(dòng)傳輸?shù)焦β士刂乒ぷ髡?，滿足換流站網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的要求。部署反向隔離裝置的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 部署反向隔離裝置的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2）在計(jì)劃工作站安裝軟件

在計(jì)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(jì)劃文件和日內(nèi)計(jì)劃調(diào)整文件）轉(zhuǎn)換為反向隔離裝置允許傳輸?shù)奈募袷?。它?huì)周期性地掃描存放調(diào)度下發(fā)的功率曲線文件的目錄，當(dāng)檢測(cè)到該目錄收到新的功率曲線文件時(shí)，自動(dòng)將其轉(zhuǎn)換格式。該程序通過播放音樂來提示運(yùn)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(dòng)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(dòng)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(yùn)行人員指定目錄中。

4）監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)

監(jiān)控程序增加文件監(jiān)測(cè)功能，用于當(dāng)功率控制工作站收到新的功率曲線文件時(shí)，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(yùn)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(jì)算和保存

運(yùn)行人員通過人機(jī)界面將收到的功率曲線文件手動(dòng)導(dǎo)入監(jiān)控系統(tǒng)，如圖3所示，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)功率曲線文件進(jìn)行解析，過濾掉功率保持不變的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，只保留功率調(diào)節(jié)的拐點(diǎn)信息，并自動(dòng)計(jì)算功率調(diào)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率升降速率，再由運(yùn)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(dòng)功率曲線半自動(dòng)導(dǎo)入的完整工作流程如圖3所示。詳述如下：

計(jì)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(jì)劃文件和日內(nèi)計(jì)劃調(diào)整文件）后，由功率轉(zhuǎn)換程序自動(dòng)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(yùn)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(cè)到該目錄收到新的功率曲線文件時(shí)，產(chǎn)生SER信息，提醒運(yùn)行人員，運(yùn)行人員核對(duì)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(dòng)解析，并計(jì)算功率升降速率和功率調(diào)節(jié)命令下發(fā)時(shí)間，運(yùn)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(dòng)執(zhí)行。

圖3 自動(dòng)功率曲線半自動(dòng)導(dǎo)入工作流程

當(dāng)計(jì)劃工作站再次收到功率曲線文件時(shí)，處理流程如上所述。最后，運(yùn)行人員執(zhí)行保存操作后，數(shù)據(jù)庫會(huì)用新計(jì)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(dòng)執(zhí)行。依此類推。在整個(gè)工作流程中，功率曲線的轉(zhuǎn)換、發(fā)送、接收、解析和計(jì)算都是自動(dòng)完成的，只有在導(dǎo)入和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)需要人工干預(yù)。

3 比較

3.1 與手動(dòng)調(diào)節(jié)功率方式比較

手動(dòng)功率調(diào)節(jié)方式需要運(yùn)行人員在功率調(diào)節(jié)點(diǎn)前15min手動(dòng)整定功率計(jì)劃值和功率升降速率，且功率升降速率需要人工計(jì)算。若每天的功率調(diào)節(jié)點(diǎn)較多，則運(yùn)行人員需要長(zhǎng)時(shí)間守在工作站前，一個(gè)功率調(diào)節(jié)點(diǎn)的操作完成后，繼續(xù)下一個(gè)功率調(diào)節(jié)點(diǎn)的操作，不僅操作繁瑣，效率低下，而且容易出錯(cuò)。

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(dòng)計(jì)算功率調(diào)節(jié)命令下發(fā)時(shí)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(jì)算和操作。

3.2 與自動(dòng)功率控制方式比較

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

開展電力現(xiàn)貨交易以來，臨時(shí)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(jì)劃調(diào)整文件。每收到一次功率調(diào)整文件，就需要手動(dòng)修改功率調(diào)節(jié)時(shí)間和功率計(jì)劃值，自動(dòng)功率控制實(shí)際上成為了另一種變相的手動(dòng)功率調(diào)節(jié)方式。

與自動(dòng)功率控制方式相比，本文中的功率調(diào)節(jié)方式有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：①不必通過手動(dòng)輸入功率調(diào)節(jié)命令時(shí)刻和功率計(jì)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(jì)劃調(diào)整文件時(shí)，不需要每次人工去手動(dòng)修改功率調(diào)節(jié)時(shí)間和功率計(jì)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(dòng)功率曲線功能來進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。從這一點(diǎn)上來說，本文方法與其方法如出一轍，而且都達(dá)到了簡(jiǎn)化功率調(diào)節(jié)操作、提高自動(dòng)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(guó)內(nèi)直流輸電工程主要由國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)。

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(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，遠(yuǎn)動(dòng)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(guó)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(jì)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(dòng)功率曲線半自動(dòng)導(dǎo)入功能，功率調(diào)節(jié)方式與手動(dòng)功率調(diào)節(jié)方式以及自動(dòng)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(jiǎn)化了功率控制的精細(xì)化操作和實(shí)時(shí)操作，提升了運(yùn)行人員的操作效率和功率臨時(shí)調(diào)整的應(yīng)對(duì)能力，提高了自動(dòng)功率執(zhí)行的可靠性和便捷性，對(duì)于換流站的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。