大電網(wǎng)四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控方法的工程實(shí)踐

柴旭崢，王紅印，付紅軍，鄭 亮，吳文傳，易永輝，鎬俊杰

（1.河南電力調(diào)度控制中心，河南 鄭州 450052；2.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 210003；3.清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；4.許繼電網(wǎng)保護(hù)自動(dòng)化公司，河南 許昌 461000）

0 引言

隨著我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)工作的不斷深入，特高壓等級(jí)的交直流大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)正在逐步形成。在堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為建設(shè)目標(biāo)的大背景下，不僅需要互聯(lián)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域間各種一次能源的合理優(yōu)化調(diào)配，同時(shí)對(duì)大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求，使之面臨著更加復(fù)雜的挑戰(zhàn)與考驗(yàn)。2003年北美東部電網(wǎng)8·14 大停電事故[1]的發(fā)生，使國(guó)際電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制領(lǐng)域的研究人員和電網(wǎng)運(yùn)行人員越來(lái)越深刻地意識(shí)到采取系統(tǒng)、綜合、在時(shí)間軸上擴(kuò)展的防御措施對(duì)避免電網(wǎng)大停電事故發(fā)生的重要意義[2-4]。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的預(yù)警和預(yù)防性控制系統(tǒng)重視電網(wǎng)運(yùn)行在線、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的安全穩(wěn)定分析和事故防范措施[5-7]，但是越來(lái)越多的運(yùn)行和研究人員意識(shí)到在研究態(tài)、規(guī)劃態(tài)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分析研究從而指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行的重要[8-10]。在對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行個(gè)環(huán)節(jié)深刻體會(huì)的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)工程學(xué)的角度考慮[11]，電網(wǎng)運(yùn)行也具有“普遍聯(lián)系和永恒發(fā)展”的特性。電網(wǎng)運(yùn)行是由檢修計(jì)劃、方式校核、調(diào)度操作、實(shí)時(shí)監(jiān)控這些相互聯(lián)系且在時(shí)間序列上遞進(jìn)發(fā)展的環(huán)節(jié)組成的“大系統(tǒng)”，預(yù)警預(yù)控應(yīng)用于每個(gè)環(huán)節(jié)將能夠具體體現(xiàn)系統(tǒng)、綜合防御的思想，從而從各個(gè)源頭上降低電網(wǎng)大停電事故發(fā)生的隱患。

河南電網(wǎng)處于未來(lái)三華大電網(wǎng)的樞紐位置，多條特高壓交、直流輸電線路將落地河南，采用合理的預(yù)警預(yù)控手段保障河南電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，已經(jīng)成為調(diào)度機(jī)構(gòu)勢(shì)在必行的重要工作?；谙到y(tǒng)工程學(xué)的思想，大電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控方法[12-13]提出在周計(jì)劃、日計(jì)劃、操作前和實(shí)時(shí)四個(gè)時(shí)間梯度上遞進(jìn)的環(huán)節(jié)，進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警預(yù)控工作。為了將四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控方法應(yīng)用于河南電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)踐，河南電力調(diào)度通信中心與國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院和清華大學(xué)一起科研攻關(guān)、協(xié)作開(kāi)發(fā)，在功能上充分實(shí)現(xiàn)了四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控的設(shè)計(jì)思想。在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的過(guò)程中根據(jù)河南電網(wǎng)的實(shí)際特點(diǎn)和國(guó)際上相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況，解決了相關(guān)技術(shù)難題，進(jìn)行了一系列創(chuàng)新性的技術(shù)應(yīng)用。本文將介紹大電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控方法在河南電網(wǎng)應(yīng)用的工程實(shí)踐情況，主要介紹系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)、創(chuàng)新性的技術(shù)應(yīng)用和應(yīng)用中的思考與啟示。

1 系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)流程圖如圖1所示。

圖1 四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)流程圖Fig.1 Flow chart of four-grade forewarning and preventive control system

1.1 周、日計(jì)劃預(yù)警預(yù)控

周、日計(jì)劃環(huán)節(jié)上的預(yù)警預(yù)控都需要根據(jù)電網(wǎng)基本參數(shù)、負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、發(fā)電計(jì)劃曲線、聯(lián)絡(luò)線交易計(jì)劃曲線、輸電斷面穩(wěn)定限額、機(jī)組和電網(wǎng)設(shè)備檢修計(jì)劃、新設(shè)備投運(yùn)計(jì)劃等數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行安全穩(wěn)定計(jì)算校核，避免安全風(fēng)險(xiǎn)較大的計(jì)劃運(yùn)行方式，提供某些未來(lái)運(yùn)行方式下計(jì)算后得到的預(yù)防性控制策略。

周計(jì)劃環(huán)節(jié)預(yù)警預(yù)控工作需要根據(jù)下一周中每一日的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷預(yù)測(cè)情況，選取每一日峰、谷、平的電網(wǎng)數(shù)據(jù)（一周七天共21 個(gè)時(shí)間點(diǎn)）進(jìn)行分析研究，主要工作包括：

1）在綜合校驗(yàn)的基礎(chǔ)上指導(dǎo)合理安排下一周各日重大檢修、新設(shè)備投運(yùn)等電網(wǎng)操作。

2）在考慮天氣因素、節(jié)假日或保電要求對(duì)負(fù)荷影響的基礎(chǔ)上得到負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)下一周各日的計(jì)劃?rùn)z修、新設(shè)備投運(yùn)和開(kāi)機(jī)方式進(jìn)行靜態(tài)和暫態(tài)安全校核，對(duì)設(shè)備和斷面的穩(wěn)定裕度進(jìn)行評(píng)估。

3）根據(jù)評(píng)估結(jié)果，避免不合理的運(yùn)行方式安排，對(duì)安排的檢修工作提出需要關(guān)注的設(shè)備、極限及事故前的預(yù)控策略和事故后處理建議，提出無(wú)功設(shè)備投退、電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用留取、斷面潮流控制等檢修方式下的補(bǔ)強(qiáng)措施要求。

日計(jì)劃環(huán)節(jié)上的預(yù)警預(yù)控根據(jù)日負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果，針對(duì)日檢修計(jì)劃和臨時(shí)運(yùn)行方式安排，對(duì)每一日96 點(diǎn)（15 min 一個(gè)時(shí)間點(diǎn)）的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。在預(yù)警分析和預(yù)控措施考慮方面的內(nèi)容與周計(jì)劃環(huán)節(jié)相似。周、日計(jì)劃環(huán)節(jié)預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的界面如圖2所示，包括計(jì)劃校核流程、校核時(shí)間段的選擇和結(jié)果框的內(nèi)容。

圖2 計(jì)劃環(huán)節(jié)預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的界面Fig.2 Interface of four-grade forewarning and preventive control system planning part

計(jì)劃環(huán)節(jié)上的預(yù)警預(yù)控功能由于系統(tǒng)平臺(tái)的開(kāi)放性，能夠加入將投運(yùn)的新設(shè)備進(jìn)行建模分析，能夠調(diào)取不同季節(jié)背景下系統(tǒng)大、小負(fù)荷的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使其研究態(tài)的功能對(duì)運(yùn)行方式的考慮更具體，對(duì)大電網(wǎng)運(yùn)行機(jī)理的研究與認(rèn)識(shí)更深入，對(duì)運(yùn)行方式和運(yùn)行人員具有更廣泛得分析和研究用途。

1.2 操作前預(yù)警預(yù)控

電網(wǎng)操作通過(guò)對(duì)設(shè)備的啟停改變了電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)改變會(huì)對(duì)安全穩(wěn)定運(yùn)行的邊界條件產(chǎn)生重要影響，因此在電網(wǎng)操作的過(guò)程中和操作后有必要對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)變化進(jìn)行分析計(jì)算和校核評(píng)估。操作前環(huán)節(jié)的預(yù)警預(yù)控工作就是要求當(dāng)值調(diào)度員在日計(jì)劃所安排的設(shè)備停電操作前，依據(jù)當(dāng)前潮流水平和天氣情況，應(yīng)用預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)對(duì)該操作任務(wù)開(kāi)展評(píng)估工作。

四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)在操作前的應(yīng)用是由當(dāng)值調(diào)度員在操作前將當(dāng)前電網(wǎng)數(shù)據(jù)送至研究態(tài)，在研究態(tài)模式下進(jìn)行操作，將操作后的數(shù)據(jù)提交給四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)進(jìn)行分析。四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)會(huì)根據(jù)電網(wǎng)拓?fù)涞母淖冞M(jìn)行靜態(tài)安全、暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、孤網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)及頻率特性、短路電流、系統(tǒng)阻尼特性等分析。針對(duì)分析的結(jié)果，評(píng)價(jià)是否具備操作的條件，對(duì)于具備操作條件的操作明確網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化后系統(tǒng)潮流及穩(wěn)定水平的改變，并提供操作后的系統(tǒng)薄弱關(guān)節(jié)。

1.3 實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)控

河南電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)平臺(tái)共享的基礎(chǔ)上，發(fā)揮國(guó)網(wǎng)電科院和清華大學(xué)在電網(wǎng)穩(wěn)定分析與控制領(lǐng)域多年的研究積淀和優(yōu)勢(shì)，提供了兩套獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，顯示其部分功能的調(diào)度員應(yīng)用界面如圖3、圖4所示，其能夠反映主要的實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)控功能。

圖3 四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的調(diào)度員應(yīng)用界面（國(guó)網(wǎng)電科院）Fig.3 Interface of four-grade forewarning and preventive control system for dispatcher (SGEPRI)

四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)控環(huán)節(jié)基本實(shí)現(xiàn)了以下功能：

1）以電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行方式為數(shù)據(jù)來(lái)源，對(duì)預(yù)設(shè)的故障集進(jìn)行靜態(tài)、暫態(tài)、系統(tǒng)阻尼特性、電壓和頻率穩(wěn)定性分析，對(duì)穩(wěn)定性指標(biāo)給進(jìn)行量化和按危險(xiǎn)程度大小的排序。

2）計(jì)算實(shí)時(shí)電網(wǎng)的斷面功率穩(wěn)定極限，并與斷面實(shí)際潮流進(jìn)行比較，按裕度進(jìn)行危險(xiǎn)程度量化排序，給出對(duì)應(yīng)計(jì)算結(jié)果的嚴(yán)重故障。對(duì)超過(guò)或接近相應(yīng)斷面穩(wěn)定限額的情況提示出告警信息，同時(shí)給出優(yōu)化控制措施的建議。

3）電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龉δ堋Ｍㄟ^(guò)相應(yīng)算法進(jìn)行實(shí)時(shí)搜索，得到與主網(wǎng)弱聯(lián)系的區(qū)域電網(wǎng)并給出出告警信息。

圖4 四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的調(diào)度員應(yīng)用界面（清華）Fig.4 Interface of four-grade forewarning and preventive control system for dispatcher (Tsinghua)

4）根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行短路電流計(jì)算。

當(dāng)值調(diào)度員根據(jù)實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)控的提示信息，結(jié)合電網(wǎng)的負(fù)荷發(fā)展情況和天氣情況，提前進(jìn)行預(yù)警預(yù)控工作：有針對(duì)性的要求相關(guān)供電單位對(duì)線路或變電站站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行特巡，并提前做好相關(guān)事故預(yù)想和預(yù)案，同時(shí)采取降低斷面（線路）輸送功率、提高相關(guān)地區(qū)電壓水平等穩(wěn)定性補(bǔ)強(qiáng)措施。

2 主要?jiǎng)?chuàng)新性技術(shù)應(yīng)用

2.1 多數(shù)據(jù)源的預(yù)報(bào)潮流與網(wǎng)絡(luò)模型合并技術(shù)

預(yù)報(bào)潮流與網(wǎng)絡(luò)模型合并模塊位于整個(gè)軟件系統(tǒng)的基層，為各種分析計(jì)算提供作為主要數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)態(tài)和預(yù)報(bào)態(tài)電網(wǎng)潮流。四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)潮流有非常高的技術(shù)要求，這源于四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)需要整合多個(gè)數(shù)據(jù)源的潮流模型，并形成計(jì)算需要的規(guī)劃態(tài)、研究態(tài)、實(shí)時(shí)態(tài)的潮流基礎(chǔ)。根據(jù)河南電網(wǎng)的實(shí)際情況，四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)需要從現(xiàn)有的EMS 系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、節(jié)能調(diào)度系統(tǒng)、檢修計(jì)劃系統(tǒng)，以及華中調(diào)度數(shù)據(jù)平臺(tái)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，生成各種潮流模型，為后續(xù)的各種分析計(jì)算提供模型服務(wù)。同時(shí)需要系統(tǒng)具備添加新設(shè)備后在不同負(fù)荷背景下生成規(guī)劃態(tài)潮流的功能。圖5所示為多數(shù)據(jù)源預(yù)報(bào)潮流的模型/潮流數(shù)據(jù)流程。

實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)源的預(yù)報(bào)潮流的重要方法是負(fù)荷預(yù)測(cè)與母線分?jǐn)?，即根?jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，假設(shè)各母線的負(fù)荷變化率相同，即可用較簡(jiǎn)單的采用乘負(fù)荷增長(zhǎng)因子的方法預(yù)報(bào)各負(fù)荷母線的注入功率。在母線注入分?jǐn)倳r(shí)，是基于一些假設(shè)條件進(jìn)行的，然而這些假設(shè)條件實(shí)際上并不一定是完全合理的，這就導(dǎo)致預(yù)報(bào)態(tài)潮流計(jì)算可能出現(xiàn)不收斂的情況。此時(shí)就需要我們修正所預(yù)測(cè)的負(fù)荷功率注入，使得潮流計(jì)算收斂。由于本軟件系統(tǒng)中潮流計(jì)算采用PQ 分解法，而電力系統(tǒng)中又存在著PQ 解耦特性，因此很容易就想到應(yīng)當(dāng)在潮流計(jì)算有功發(fā)散時(shí)，修改負(fù)荷有功注入數(shù)據(jù)，在無(wú)功發(fā)散時(shí)，修改負(fù)荷無(wú)功注入數(shù)據(jù)。

圖5 多數(shù)據(jù)源預(yù)報(bào)潮流的模型/潮流數(shù)據(jù)流程Fig.5 Data flow chart for multi-resource forecasting load flow model

實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型合并主要依靠多Qθ 節(jié)點(diǎn)的潮流計(jì)算技術(shù)。四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的潮流計(jì)算模塊將邊界節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為Qθ 節(jié)點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算得到外網(wǎng)潮流的靈敏度信息，并根據(jù)靈敏度信息以及各機(jī)組的出力情況和各負(fù)荷功率，調(diào)整注入功率的數(shù)值，使得最終邊界節(jié)點(diǎn)的P，V和內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)一致。

2.2 基于多代理的軟件支撐平臺(tái)技術(shù)

智能代理（Agent）是計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能領(lǐng)域一個(gè)重要的概念?；诖淼南到y(tǒng)研究方法代表了一種新的方式和途徑，用于概念化、分析描述和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，也是一種新的軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)建模模式。

為了構(gòu)建基于Multi-Agent 的河南電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)，研發(fā)人員首先開(kāi)發(fā)了綜合“Multi-Agent”與“集群計(jì)算”兩大技術(shù)的WLGrid(Wide Logic Grid)框架。在開(kāi)發(fā)階段，該框架向具體功能Agent 的開(kāi)發(fā)者屏蔽了分布式計(jì)算、異步通信、多任務(wù)處理等實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，使其專(zhuān)注于具體算法的實(shí)現(xiàn)，降低了Agent 的開(kāi)發(fā)難度。在運(yùn)行階段，WLGrid 提供了一個(gè)Agent 運(yùn)行平臺(tái)，作為容器，裝載不同功能的Agent，并為它們提供網(wǎng)絡(luò)通信、進(jìn)程間通信、計(jì)算資源定位、容錯(cuò)處理等服務(wù)，將集群內(nèi)部的計(jì)算資源無(wú)縫連接起來(lái)，組成一臺(tái)“超級(jí)計(jì)算機(jī)”，為預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能提供高性能計(jì)算服務(wù)。

河南電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)采用了“功能層、目標(biāo)層、系統(tǒng)層”的三層軟件架構(gòu)，如圖6所示。

圖6 河南電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的三層多代理軟件平臺(tái)構(gòu)架Fig.6 Triple-layer MAS software platform schematic diagram of four-grade forewarning and preventive control system for Henan power grid

2.3 預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的一些具體功能實(shí)現(xiàn)技術(shù)

河南電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的體系化建設(shè)，在設(shè)計(jì)上體現(xiàn)了調(diào)度運(yùn)行生產(chǎn)全過(guò)程的系統(tǒng)學(xué)思想，在具體功能實(shí)現(xiàn)上又密切關(guān)注制約電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際問(wèn)題。河南電網(wǎng)由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，對(duì)短路電流問(wèn)題和電磁環(huán)網(wǎng)問(wèn)題一直非常重視，因此四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)在具體功能上進(jìn)行了在線短路電流計(jì)算技術(shù)和電網(wǎng)運(yùn)行薄弱性分析及孤網(wǎng)頻率安全分析技術(shù)的有益嘗試。

求解短路電流的方法是利用對(duì)稱(chēng)分量法實(shí)現(xiàn)ABC 系統(tǒng)與120 系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換，列出正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)方程，推導(dǎo)出故障點(diǎn)的邊界條件方程，將網(wǎng)絡(luò)方程與邊界條件方程聯(lián)立求解，求出短路電流及其他分量。可以進(jìn)行指定范圍內(nèi)短路電流的掃描計(jì)算，將短路電流與斷路器遮斷容量進(jìn)行比較，給出量化指標(biāo)，同時(shí)計(jì)算短路電流與機(jī)組出力和線路的靈敏度。

河南電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)采用了基于“找橋算法”的電網(wǎng)拓?fù)浔∪跣栽诰€分析方法。為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)拓?fù)浔∪跣苑治?，找到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中聯(lián)系薄弱的線路，需要對(duì)深度優(yōu)先搜索算法進(jìn)行擴(kuò)充，通過(guò)在遍歷過(guò)程中節(jié)點(diǎn)的順序編號(hào)以及最低順序編號(hào)之間的關(guān)系，找到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的橋（橋的定義為：去掉該條線路后，即有孤島出現(xiàn)）。該算法將圖論知識(shí)同電網(wǎng)拓?fù)浞治鼍o密結(jié)合，僅通過(guò)一次遍歷就能對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行薄弱性分析，同以往拓?fù)浞治鏊惴ㄏ啾?，效率大幅提升，分析?nèi)容更加豐富。例如在如圖7所示的某地電網(wǎng)實(shí)際接線運(yùn)行方式下，潢川-蓼城線路跳閘，系統(tǒng)立刻提示系統(tǒng)出現(xiàn)桂園、蓼城變電站孤島。

圖7 某地電網(wǎng)實(shí)際接線運(yùn)行方式Fig.7 Real operation mode of a regional power net

當(dāng)前對(duì)孤網(wǎng)頻率安全評(píng)估通常僅考慮機(jī)組或負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)特性，未考慮故障后孤網(wǎng)中低頻減載裝置和發(fā)電機(jī)高周保護(hù)的動(dòng)作情況。河南電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的評(píng)估技術(shù)采用等值后的孤網(wǎng)模型，模擬了孤網(wǎng)中低頻減載裝置及發(fā)電機(jī)高周切機(jī)的動(dòng)作過(guò)程，從而同時(shí)計(jì)及了機(jī)組、負(fù)荷的調(diào)頻特性和低頻減載、高周切機(jī)保護(hù)對(duì)孤網(wǎng)頻率的影響。

3 應(yīng)用中的思考與啟示

3.1 系統(tǒng)維護(hù)工作是良好應(yīng)用的基礎(chǔ)

河南電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)2008年6月投入試運(yùn)行以來(lái)積累了大量現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，而系統(tǒng)維護(hù)工作是保證良好應(yīng)用的基礎(chǔ)。由于EMS 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是內(nèi)部電網(wǎng)模型的基礎(chǔ)，當(dāng)新設(shè)備投運(yùn)時(shí)需要及時(shí)加入新設(shè)備模型并更新數(shù)據(jù)，否則系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果將有明顯的錯(cuò)誤。保證EMS 狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確率也十分重要，如果相關(guān)算法或模型不合理，無(wú)功平衡處理不好，錯(cuò)誤的設(shè)備潮流和電壓越限將會(huì)被報(bào)警提示，從而干擾調(diào)度員對(duì)電網(wǎng)狀況的判斷?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元RTU 故障或調(diào)試中產(chǎn)生的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)也會(huì)造成系統(tǒng)的誤報(bào)警，因此現(xiàn)場(chǎng)RTU 故障或有調(diào)試、更換工作時(shí)需要應(yīng)用人員與維護(hù)人員做好溝通，必要時(shí)可以采取短時(shí)人工置數(shù)的方式保證系統(tǒng)的正確計(jì)算。

3.2 在電網(wǎng)發(fā)展中解決預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

在四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中會(huì)提示一些一般不易察覺(jué)的電網(wǎng)危險(xiǎn)點(diǎn)，滿足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)的要求。通過(guò)四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的應(yīng)用，使運(yùn)行分析人員對(duì)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)有了更清晰的認(rèn)識(shí)，從而為通過(guò)運(yùn)行方式調(diào)整和基建配合予以解決提供了基礎(chǔ)。例如豫南電網(wǎng)某電廠2 臺(tái)300 MW 的裝機(jī)，當(dāng)全廠機(jī)組總出力超500 MW 時(shí)預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)提示電廠附近一條線徑較細(xì)的220 kV 線路N-1事故過(guò)載，顯示表明是由線徑較細(xì)線路同一斷面上一條線徑較粗、輸送功率較大的線路跳閘所致。實(shí)質(zhì)上，此斷面由多條線路組成，若線徑較細(xì)的線路停運(yùn)則任一線路跳閘不會(huì)有過(guò)載情況，進(jìn)一步研究表明，此線徑較細(xì)的線路與電網(wǎng)聯(lián)系不夠緊密，若剖接入相應(yīng)變電站則不會(huì)再出現(xiàn)N-1 事故過(guò)載情況。由于發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題正值電網(wǎng)用電緊張時(shí)期，因此為提高供電能力經(jīng)常采用斷開(kāi)此線徑較細(xì)線路的運(yùn)行方式，后來(lái)用電緊張緩解時(shí)期便通過(guò)基建改接徹底解決了這一問(wèn)題。

3.3 電網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)帶來(lái)挑戰(zhàn)

隨著特高壓交、直流輸電和智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，河南電網(wǎng)面臨著電網(wǎng)新技術(shù)的巨大沖擊。2011年末特高壓交流輸電系統(tǒng)南陽(yáng)站主變已投運(yùn)，十二五期間哈密、準(zhǔn)格爾東的特高壓直流輸電將直饋河南，西北的風(fēng)電也將通過(guò)交直流混聯(lián)電網(wǎng)送入河南，河南電網(wǎng)的運(yùn)行特性將更加復(fù)雜。特高壓等級(jí)交直流輸電系統(tǒng)和新能源電力的暫穩(wěn)態(tài)特性、建模的合理性都有待深入的研究和驗(yàn)證，這些對(duì)四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的計(jì)算分析和創(chuàng)新發(fā)展都提出了更高要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控方法在河南的工程實(shí)踐情況。結(jié)合河南電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)的建設(shè)使用，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)、創(chuàng)新性的技術(shù)應(yīng)用和應(yīng)用中的思考與啟示。

河南電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在周計(jì)劃、日計(jì)劃、操作前和實(shí)時(shí)四個(gè)時(shí)間梯度上遞進(jìn)環(huán)節(jié)的預(yù)警預(yù)控工作。在數(shù)據(jù)源與網(wǎng)絡(luò)模型、軟件平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)和具體功能實(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面體現(xiàn)了滿足四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)高效、實(shí)用要求的創(chuàng)新性工作。應(yīng)用中的思考與啟示為四級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)更好地應(yīng)用與發(fā)展提出了方向。

[1]US-Canada Power System Outage Task Force.Final report on the August 14,2003 blackout in the United States and Canada:causes and recommendations[R].2004.

[2]薛禹勝.時(shí)空協(xié)調(diào)的大停電防御框架：（一）從孤立防線到綜合防御[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2006,30(1):8-16.

XUE Yu-sheng.Space-time cooperative framework for defending blackouts:part I from isolated defense lines to coordinated defending[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(1):8-16.

[3]Tayloy C W,Ericson D C,Wilson R E.Reducing blackout risk by wide-area control:adding a new layer ofdefense[C]// Proceedings of 15th power system computation conference.Liege (Belgium),2005.

[4]薛禹勝.極端外部災(zāi)害中的停電防御系統(tǒng)構(gòu)思:（一）新的挑戰(zhàn)與反思[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2008,32(9):1-6.

XUE Yu-sheng.Upgrading the blackout defense scheme against the extreme disasters:part I new challenges and reflection[J].Automation of Electric Power Systems,2008,32(9):1-6.

[5]Akipa T,Takashi S,Hideaki N,et al.Development of new technologies and functions for the on-line TSC system[C]// Proceedings of IEEE Power Engineering Society General Meeting.Montreal (Canada):2006.

[6]陳靜,李華強(qiáng),鄭武,等.基于全局模糊指標(biāo)的電力系統(tǒng)在線安全評(píng)估[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2011,39 (18):93-98．

CHEN Jing,LI Hua-qiang,ZHENG Wu,et al.Power system on-line security assessment based on global fuzzy index[J].Power System Protection and Control,2011,39 (18):93-98.

[7]蘇毅,俞秋陽(yáng),畢兆東.福建電網(wǎng)基于在線安全穩(wěn)定控制與預(yù)警系統(tǒng)的穩(wěn)控策略表設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2011,39(5):97-101.

SU Yi,YU Qiu-yang,BI Zhao-dong.Design and implementation of stability control scheme list based on on-line security and stability control and warning system in Fujian Power Grid[J].Power System Protection and Control,2011,39(5):97-101.

[8]Kumar A B,Brandwajn V,Ipakchi A,et al.Integrated framework for dynamic security analysis[J].IEEE Trans on Power Systems,1998,13(3):816-821.

[9]汪永華,王正風(fēng).電網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警與輔助決策系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(10):71-74．

WANG Yong-hua,WANG Zheng-feng.Application and development of dynamic monitoring preventive alarm and auxiliary decision system[J].Power System Protection and Control,2010,38(10):71-74.

[10]曹偉斌,宋依群.電力系統(tǒng)預(yù)防控制的安全定價(jià)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(19):81-86.

CAO Wei-bin,SONG Yi-qun.Study on security pricing of power system preventive control[J].Power System Protection and Control,2010,38(19):81-86.

[11]錢(qián)學(xué)森.創(chuàng)建系統(tǒng)學(xué)[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2007.

QIAN Xue-sen.Creation of system theory[M].Shanghai:Shanghai Jiao Tong University Press,2007.

[12]王紅印,張明亮,孫素琴,等.大電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行4級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2008,32(19):20-24.

WANG Hong-yin,ZHANG Ming-liang,SUN Su-qin,et al.Four-grade forewarning and preventive control method for secure and reliable operation of large scale power grid[J].Automation of Electric Power Systems,2008,32(19):20-24．

[13]付紅軍,胡揚(yáng)宇,柴旭崢,等.大電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行4級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2009,29(9):101-104.

FU Hong-jun,HU Yang-yu,CHAI Xu-zheng,et al.Design of four-grade forewarning and preventive control system for secure and reliable operation of large scale power grid[J].Electric Power Automation Equipment,2009,29(9):101-104.