電網(wǎng)調(diào)度安全與控制分析

馬慶華 官兼如

【摘 要】當(dāng)前隨著人們用電量的增加，電力企業(yè)加大了對(duì)電力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，使電網(wǎng)得以快速發(fā)展起來。隨著電網(wǎng)規(guī)模和容量的不斷增加，電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的安全性備受關(guān)注。本文闡述了電網(wǎng)調(diào)度中的安全分析和控制，并結(jié)合實(shí)際工作進(jìn)行了分析和小結(jié)。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)；調(diào)度；安全運(yùn)行

引文

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，電力調(diào)度是電網(wǎng)運(yùn)行管理、倒閘操作和事故處理的指揮機(jī)構(gòu)，每個(gè)調(diào)度員是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的直接指揮者。在電網(wǎng)運(yùn)行中，任何不規(guī)范的行為，都可能影響電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，甚至造成重大事故。因此電力系統(tǒng)安全分析與控制的主要任務(wù)是連續(xù)監(jiān)視各種電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并能進(jìn)行故障報(bào)警和作出相應(yīng)的調(diào)整控制以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故而有效隔離，并及時(shí)控制緊急狀態(tài)和事故后的恢復(fù)處理。

1、電網(wǎng)安全控制的主要內(nèi)容

電力安全運(yùn)行控制的主要內(nèi)容表現(xiàn)在三個(gè)層次，第一是安全監(jiān)視，它是SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控）系統(tǒng)的主要功能部分，對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、斷路器和隔離開關(guān)等狀態(tài)的監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)參數(shù)越限和開關(guān)位置異常時(shí)發(fā)出報(bào)警。第二是安全分析，就是對(duì)各種可能發(fā)生的事故進(jìn)行綜合分析，如果出現(xiàn)可能發(fā)生事故出現(xiàn)不安全預(yù)兆，則由調(diào)度人員根據(jù)結(jié)果進(jìn)行必要調(diào)整，并對(duì)系統(tǒng)做出安全評(píng)價(jià)。第三是安全控制，即對(duì)系統(tǒng)正常狀態(tài)、緊急狀態(tài)和狀態(tài)恢復(fù)時(shí)的安全控制，就是保證對(duì)電力系統(tǒng)安全做出的調(diào)整控制。

電力系統(tǒng)的安全控制又與其自身的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，一般分為四種狀態(tài)。一是正常運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)滿足運(yùn)行約束條件，所有負(fù)荷供電正常，有功和無功功率保持平衡，可抗擊各種預(yù)計(jì)干擾而不產(chǎn)生危害后果。二是警戒狀態(tài)，這是一種臨界狀態(tài)，或者說是一種欠安全狀態(tài)，表面上警戒狀態(tài)與正常狀態(tài)一樣，但是是存在隱患的，此時(shí)應(yīng)引起注意，應(yīng)采取安全預(yù)防性措施是系統(tǒng)返回穩(wěn)定工作區(qū)域。三是緊急狀態(tài)，就是指系統(tǒng)在發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，比如短路情況，此時(shí)系統(tǒng)頻率、電壓和某些線路潮流均可能嚴(yán)重越限，系統(tǒng)進(jìn)入緊急狀態(tài)。四是恢復(fù)狀態(tài)，在緊急狀態(tài)時(shí)，采取一定的措施如電網(wǎng)列解、切除部分負(fù)荷和電源使系統(tǒng)的電壓和頻率恢復(fù)穩(wěn)定到正常值之列，在滿足約束條件后進(jìn)入恢復(fù)狀態(tài)。

2、影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要因素

2.1 影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的內(nèi)部因素

電力網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)一次元件，出現(xiàn)硬件與系統(tǒng)的故障，出現(xiàn)失磁、短路、超飽和等問題，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。電力網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中二次元件，這些設(shè)備出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)等問題，進(jìn)而影響電網(wǎng)一二次設(shè)備的正確動(dòng)作，威脅電網(wǎng)的安全性。電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)是負(fù)責(zé)信息傳輸?shù)牟糠?，不穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)和不連續(xù)的通信效果將會(huì)影響電網(wǎng)運(yùn)行的信息需求，不但會(huì)出現(xiàn)信息的缺失，而且會(huì)影響電網(wǎng)各項(xiàng)控制和管理功能的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而影響運(yùn)行與安全。電網(wǎng)系統(tǒng)中中心設(shè)備，系統(tǒng)中心計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)硬件故障或軟件系統(tǒng)崩潰，這會(huì)使電網(wǎng)失去調(diào)控的功能，容易引發(fā)電網(wǎng)崩潰和重大災(zāi)難。

2.2 影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的外部因素

環(huán)境是影響安全運(yùn)行的主要外部因素，洪水、泥石流、地震、暴風(fēng)雨、雷擊等環(huán)境和其他外部因素會(huì)直接造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定和運(yùn)行事故，出現(xiàn)對(duì)安全運(yùn)行的各種嚴(yán)重威脅和不利影響。此外，人員也是影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要外部因素，電網(wǎng)實(shí)際操作規(guī)程執(zhí)行程度，電網(wǎng)工作人員責(zé)任心和事業(yè)心，電網(wǎng)維護(hù)人員技術(shù)技能水平，電網(wǎng)運(yùn)行和維護(hù)班組建設(shè)水平，電力企業(yè)安全管理質(zhì)量，電力企業(yè)整體組織和管理規(guī)劃等方面都會(huì)從外部影響到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

3、電網(wǎng)安全分析

3.1 靜態(tài)分析

對(duì)于電網(wǎng)存在的許多危險(xiǎn)因素，當(dāng)前使用的在線靜態(tài)安全分析程序是一種有效的工具，通過靜態(tài)安全分析可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的狀態(tài)是否處于警戒狀態(tài)。

3.1.1 預(yù)想故障分析

就是對(duì)一組可能發(fā)生的假想故障進(jìn)行在線的計(jì)算綜合分析，校核運(yùn)行方式的穩(wěn)定性，給出故障對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行危害程度的評(píng)價(jià)。首先可以根據(jù)故障定義建立預(yù)想故障的故障庫，故障庫可以假想任何一個(gè)主要元件損壞和一個(gè)開關(guān)跳閘都可構(gòu)成一次故障。但這樣故障庫中故障數(shù)量較多，影響程序搜索空間和造成故障分析時(shí)間較長。為此可將故障發(fā)生概率極小的和一些不重要的故障剔除來減小故障庫的存量。其次可通過故障篩選的方法將大量故障按其對(duì)電網(wǎng)的危害程度進(jìn)行篩選和排隊(duì)，然后由計(jì)算機(jī)按要求進(jìn)行快速仿真潮流計(jì)算，最終得到一個(gè)以為數(shù)不多的較為嚴(yán)重故障開頭的預(yù)想故障順序表。最后是故障分析就是對(duì)故障庫中的故障進(jìn)行快速仿真潮流計(jì)算，以確定故障后系統(tǒng)的危害及潮流分布。根據(jù)分析結(jié)果采取一系列可行性校正措施供調(diào)度人員實(shí)施，消除不安全隱患。

3.1.2 快速潮流計(jì)算法

通?？刹捎玫戎稻W(wǎng)絡(luò)法、P―Q分解法和直流潮流法。等值網(wǎng)絡(luò)法是為克服大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的計(jì)算帶來的不便，根據(jù)實(shí)際情況將系統(tǒng)分為若干部分，視不同情況進(jìn)行簡化的等值處理；P―Q分解法可以得出在預(yù)想故障下的各聯(lián)絡(luò)線的潮流分布和各節(jié)點(diǎn)的電壓幅值來估計(jì)是否過負(fù)荷和過電壓，這種方法即可離線也可在線分析，計(jì)算速度快，精確度較高；直流潮流法是用等值的直流電流代替系統(tǒng)的交流潮流，只考慮有功潮流不考慮無功影響，計(jì)算速度較快但準(zhǔn)確度較差。

3.2 動(dòng)態(tài)分析

正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)中是否會(huì)因一個(gè)突發(fā)事故而導(dǎo)致穩(wěn)定失常是非常值得關(guān)心的問題，因此動(dòng)態(tài)安全分析一般采取模式識(shí)別法、李雅普諾夫法和擴(kuò)展等面積法來分析。

模式識(shí)別法是對(duì)系統(tǒng)各種運(yùn)行方式的假想模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上建立的，并形成穩(wěn)定判別式，根據(jù)此判別式判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定；李雅普諾夫法則是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)方程構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)，決定系統(tǒng)穩(wěn)定域和平衡點(diǎn)的方法來進(jìn)行動(dòng)態(tài)安全分析；擴(kuò)展等面積法是一種暫態(tài)穩(wěn)定快速的定量計(jì)算方法把靜態(tài)擴(kuò)展等面積法、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展等面積法和集成擴(kuò)展等面積法構(gòu)成一體，優(yōu)勢互補(bǔ)，體現(xiàn)了較好的在線定量分析和相應(yīng)靈敏度分析。

4、電網(wǎng)安全控制

4.1 從硬件安全出發(fā)構(gòu)建安全防護(hù)體系

首先要從操作管理入口著手，設(shè)定登陸和操作的權(quán)限，對(duì)管理人員進(jìn)行分類和分級(jí)，其中包括系統(tǒng)維護(hù)人員、調(diào)度人員、現(xiàn)場技術(shù)人員等?？梢园凑諏?duì)系統(tǒng)使用的權(quán)限來設(shè)計(jì)不同用戶的使用范圍。這要求在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候就需要對(duì)不同的用戶設(shè)定使用和管理規(guī)范，對(duì)非系統(tǒng)維護(hù)人員屏蔽某些功能，讓核心數(shù)據(jù)得到應(yīng)有的保護(hù)，也避免一些錯(cuò)誤操作而造成的不必要誤動(dòng)或者事故。

其次要對(duì)主站數(shù)據(jù)庫的安全操作。主站的系統(tǒng)負(fù)責(zé)的是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理和指令發(fā)布，其最核心的就是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的作用就是保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理速度而形成的臨時(shí)數(shù)據(jù)庫，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫則是設(shè)備的真正意義上的數(shù)據(jù)庫和歷史記錄，這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫按照一定的時(shí)間間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和保持，操作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)主站的數(shù)據(jù)庫特征十分熟悉并可以準(zhǔn)確的操作，避免錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的輸入和系統(tǒng)垃圾的形成。

再次要注意保證主系統(tǒng)的功能和故障診斷。對(duì)于自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)來說，其功能的是由不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的。在系統(tǒng)的建設(shè)、調(diào)試、運(yùn)行的過程中一定要注意對(duì)各種服務(wù)器指標(biāo)的監(jiān)控，如CPU功率、網(wǎng)絡(luò)流量、讀寫能力等，以此作為依據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并作出必要的調(diào)整，保證系統(tǒng)的基本功能，提高系統(tǒng)的安全性。還有，應(yīng)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的故障診斷功能，能夠及時(shí)報(bào)錯(cuò)。

最后要注意計(jì)算機(jī)的防護(hù)。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠的是計(jì)算機(jī)，對(duì)所有的計(jì)算機(jī)而言外界的攻擊和病毒都會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。所以在建立調(diào)度系統(tǒng)的時(shí)候一定要做好軟硬件的防護(hù)工作，包括防火墻和病毒檢測功能的增強(qiáng)。同時(shí)要定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理。

4.2 從管理制度入手增強(qiáng)系統(tǒng)安全

首先，要加強(qiáng)對(duì)調(diào)度系統(tǒng)建立和維護(hù)的管理。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置、軟件支持、數(shù)據(jù)管理、報(bào)表管理、工作規(guī)范等進(jìn)行全面的規(guī)范和控制。讓系統(tǒng)的建立和運(yùn)行都有據(jù)可依，尤其是在日常的維護(hù)管理上一定要制定完善的動(dòng)態(tài)化管理規(guī)范，以消除人為地思想渙散而形成的隱患。

其次，要對(duì)無人值守的站所進(jìn)行必要的改造，實(shí)現(xiàn)四遙功能。對(duì)不能一步到位的變電所應(yīng)作出相應(yīng)的維護(hù)和改進(jìn)處理，以保證整個(gè)控制系統(tǒng)整體性，避免數(shù)據(jù)信息不全帶來的系統(tǒng)故障。

最后。要對(duì)硬件系統(tǒng)加強(qiáng)管理。對(duì)核心系統(tǒng)的維護(hù)作出必要的增強(qiáng)，設(shè)立專職的計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)維護(hù)人員，并作出具體的工作規(guī)范，規(guī)定系統(tǒng)維護(hù)人員應(yīng)定期的對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行維護(hù)，測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和各項(xiàng)功能的運(yùn)行情況，對(duì)問題及時(shí)記錄、及時(shí)處理。。

5、結(jié)束語

電力系統(tǒng)能夠得到安全可靠的運(yùn)行，與電網(wǎng)調(diào)度工作具有非常重要的關(guān)系，所以對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度工作，我們需要加強(qiáng)對(duì)各項(xiàng)預(yù)案和應(yīng)急機(jī)制的完善，從而使其能夠及時(shí)、有效的對(duì)電網(wǎng)調(diào)度工作中的突發(fā)事件進(jìn)行靈活處理，使電網(wǎng)更具安全性和穩(wěn)定性，及時(shí)化解電網(wǎng)運(yùn)行過程中存在著的風(fēng)險(xiǎn)，有效避免電網(wǎng)事故的發(fā)生。

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（作者單位：國網(wǎng)銀川供電公司）