新一代在線安全分析技術(shù)架構(gòu)及未來展望

王國春，許洪強(qiáng)，馮長有，于之虹，徐 偉

（1.國家電網(wǎng)有限公司，北京市 100031；2.中國電力科學(xué)研究院有限公司，北京市 100192；3.南瑞集團(tuán)有限公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司），江蘇省南京市 211106）

0 引言

隨著新能源快速并網(wǎng)和跨區(qū)直流大力發(fā)展，電力系統(tǒng)“雙高”特征進(jìn)一步凸顯，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力明顯不足、抗擾動(dòng)能力持續(xù)下降，直流故障沖擊下電網(wǎng)穩(wěn)定破壞風(fēng)險(xiǎn)增加，送受端相互影響的連鎖反應(yīng)加劇。同時(shí)，電網(wǎng)建設(shè)正處于高峰期，系統(tǒng)檢修規(guī)模龐大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整頻繁，電網(wǎng)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)、結(jié)構(gòu)性矛盾、階段性困難交織［1-3］。傳統(tǒng)調(diào)度模式難以支撐實(shí)時(shí)調(diào)控運(yùn)行需要，一體化的在線安全分析成為推動(dòng)調(diào)度運(yùn)行向分析型、主動(dòng)型轉(zhuǎn)變不可或缺的技術(shù)手段。

首先，電網(wǎng)特性深刻變化對(duì)調(diào)度運(yùn)行提出了更高要求。電力電子設(shè)備廣泛接入，現(xiàn)有基礎(chǔ)穩(wěn)定理論、穩(wěn)定分析方法、設(shè)備建模原則、系統(tǒng)仿真精度不能有效適用，特高壓直流饋入數(shù)量持續(xù)增加和新能源占比快速提高，給離線方式分析、生產(chǎn)組織安排和實(shí)時(shí)調(diào)控運(yùn)行帶來新的挑戰(zhàn)。在實(shí)時(shí)運(yùn)行層面，需要通過一體化的在線安全分析，實(shí)時(shí)評(píng)估運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)提供輔助決策，提升電網(wǎng)運(yùn)行控制能力。

其次，電力市場化改革步伐加快，政策約束、市場需求進(jìn)一步加大，電網(wǎng)運(yùn)行方式安排受市場交易影響更加多變，調(diào)度模式、安全管理、清潔能源消納等方面面臨巨大壓力，對(duì)實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行精益化管理提出了更高要求，需要借助在線安全分析實(shí)時(shí)評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，滾動(dòng)優(yōu)化日內(nèi)方式安排，為實(shí)時(shí)運(yùn)行提供精細(xì)化的輔助決策。

2003 年北美“8·14”大停電后，為提升電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控能力，國家電網(wǎng)有限公司調(diào)度機(jī)構(gòu)依托調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)著手建設(shè)在線安全分析應(yīng)用功能。2004—2008 年是技術(shù)發(fā)展前期階段，解決了多源數(shù)據(jù)融合、計(jì)算并行化和計(jì)算功能在線移植問題；2009—2017 年，隨著國家電網(wǎng)智能調(diào)度控制D5000 系統(tǒng)（以下簡稱D5000 系統(tǒng)）建設(shè)推廣，在線安全分析技術(shù)在各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一部署，成為輔助調(diào)度運(yùn)行開展在線安全監(jiān)測、日內(nèi)計(jì)劃校核和故障反演的有力工具。

現(xiàn)有在線安全分析在模型參數(shù)、計(jì)算功能、人機(jī)交互等方面仍存在不足，影響了功能實(shí)用化，主要包括：1）在線安全分析包括設(shè)備建模、信息采集、狀態(tài)估計(jì)和分析計(jì)算等多個(gè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)有功能采用封裝模式開發(fā)，計(jì)算配置不透明，結(jié)果合理性和驗(yàn)證手段不足；2）缺乏保護(hù)裝置和穩(wěn)控系統(tǒng)等二次設(shè)備模型的實(shí)時(shí)狀態(tài)和策略信息，多采用程序內(nèi)置方式模擬二次設(shè)備動(dòng)作策略，計(jì)算結(jié)果不能精準(zhǔn)反映系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)；3）故障集配置依賴離線經(jīng)驗(yàn)且采用程序內(nèi)置方式，不能動(dòng)態(tài)匹配外部實(shí)時(shí)工況變化，不能滿足電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需求；4）穩(wěn)定類計(jì)算采用機(jī)電暫態(tài)仿真，無法仿真電力電子類元器件毫秒級(jí)過程，難以精細(xì)化仿真直流和新能源等設(shè)備動(dòng)態(tài)特性；5）靜態(tài)安全、暫態(tài)穩(wěn)定等功能計(jì)算參數(shù)設(shè)置復(fù)雜、不透明，人機(jī)友好性不足，計(jì)算結(jié)果分散，調(diào)度運(yùn)行人員難以快速掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況。

自2018 年起，為適應(yīng)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)和運(yùn)行特性重大變化，國家電網(wǎng)有限公司啟動(dòng)了新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)［4-11］，在線安全分析是其中重要組成部分。依托國分調(diào)控云分析決策中心武漢和上海站點(diǎn)，采用“繼承、融合、創(chuàng)新”技術(shù)路線，針對(duì)日益擴(kuò)大的電網(wǎng)仿真規(guī)模和日趨復(fù)雜的運(yùn)行特性，在模型數(shù)據(jù)、功能體系、業(yè)務(wù)場景、人機(jī)交互等方面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，通過夯實(shí)模型數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、擴(kuò)充應(yīng)用分析功能、豐富人機(jī)交互界面，為“雙高”電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

1 整體框架

新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)以“共享、智能、開放、安全”為主要特征，包含運(yùn)行控制子平臺(tái)和調(diào)控云子平臺(tái)，支撐實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)控制、分析校核、培訓(xùn)仿真、現(xiàn)貨市場、新能源預(yù)測、運(yùn)行評(píng)估、調(diào)度管理等業(yè)務(wù)高效運(yùn)行，整體架構(gòu)如圖1 所示。在線安全分析隸屬于其中的分析校核部分，為調(diào)度運(yùn)行提供基礎(chǔ)安全穩(wěn)定分析服務(wù)，為特高壓交直流/關(guān)鍵輸電斷面等特定場景提供全方位穩(wěn)定分析。

圖1 新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)整體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture for new generation of dispatching technical support system

1.1 新一代在線安全分析應(yīng)用架構(gòu)

新一代在線安全分析按照“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的雙活云端集中部署，依托國分調(diào)控云節(jié)點(diǎn)建設(shè)面向220 kV 電壓等級(jí)以上主網(wǎng)、服務(wù)于省調(diào)的在線安全分析，依托省地調(diào)控云節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建面向省域電網(wǎng)、服務(wù)于省地縣調(diào)的在線安全分析。具體地，基于國分調(diào)控云提供的電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行潮流數(shù)據(jù)、一次和二次設(shè)備靜態(tài)模型參數(shù)及電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（power system database，PSDB）提供的動(dòng)態(tài)元件模型參數(shù)，生成計(jì)算數(shù)據(jù)開展在線仿真計(jì)算，采用統(tǒng)一模型、統(tǒng)一數(shù)據(jù)、統(tǒng)一故障集、統(tǒng)一計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)模型、數(shù)據(jù)、算法和算力等生產(chǎn)要素的全局高效共享，快速準(zhǔn)確地在線量化電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢。

新一代在線安全分析的核心功能包括靜態(tài)安全分析、短路電流、暫態(tài)/電壓/頻率穩(wěn)定等各類計(jì)算，應(yīng)用場景包括實(shí)時(shí)方式分析、未來方式分析和研究方式分析等，通過分析界面、設(shè)備/電網(wǎng)卡片等多種方式展示計(jì)算結(jié)果，整體架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 新一代在線安全分析整體架構(gòu)Fig.2 Overall architecture for new generation of online security analysis

與現(xiàn)有D5000 系統(tǒng)在線安全分析參數(shù)內(nèi)置、各類功能強(qiáng)耦合不同，新一代在線安全分析根據(jù)所需數(shù)據(jù)類型和仿真流程，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)控和保護(hù)信息接入、設(shè)備模型參數(shù)獲取、故障集和計(jì)算參數(shù)設(shè)置、核心計(jì)算、計(jì)算結(jié)果展示等相關(guān)環(huán)節(jié)的解耦，以服務(wù)形式對(duì)外提供數(shù)據(jù)信息并展示結(jié)果。調(diào)度運(yùn)行人員可根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，靈活調(diào)整掃描故障集，按需配置計(jì)算控制參數(shù)，獲取各類計(jì)算結(jié)果。同時(shí)，穩(wěn)控和保護(hù)動(dòng)作信息、設(shè)備模型參數(shù)及各類計(jì)算功能，既可通過國分調(diào)控云在各級(jí)調(diào)度間共享共用，也可被其他應(yīng)用靈活調(diào)用，提升新功能開發(fā)效率。

1.2 模型數(shù)據(jù)

新一代在線安全分析基于國分調(diào)控云提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)和模型數(shù)據(jù)服務(wù)，能夠秒級(jí)匯集并直接生成在線安全分析所需的全網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化模型數(shù)據(jù)，開展220 kV 電壓等級(jí)以上主網(wǎng)統(tǒng)一計(jì)算，從根本上解決了數(shù)據(jù)時(shí)效性和模型參數(shù)一致性的問題。根據(jù)調(diào)管范圍和故障影響范圍，向省級(jí)以上調(diào)度機(jī)構(gòu)主動(dòng)推送分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果全網(wǎng)共享和按需獲取。1.2.1 一、二次設(shè)備建模

現(xiàn)有D5000 系統(tǒng)在線分析應(yīng)用中，不同區(qū)域一次設(shè)備建模范圍不一致，新能源機(jī)組建模原則不同；二次設(shè)備，特別是穩(wěn)控裝置模型，在應(yīng)用程序中獨(dú)立建模維護(hù)，計(jì)算時(shí)未計(jì)及穩(wěn)控裝置實(shí)際運(yùn)行工況，直接影響在線分析結(jié)果準(zhǔn)確度。

新一代在線安全分析基于國分調(diào)控云實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備全建模，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理；計(jì)算范圍擴(kuò)展至220 kV 主變壓器中低壓側(cè)，覆蓋離線分析計(jì)算，支持新能源機(jī)組精細(xì)化建模，以及低電壓等級(jí)新能源和負(fù)荷按需納入計(jì)算。按照對(duì)象化建模思想，構(gòu)建了保護(hù)、穩(wěn)控等二次設(shè)備和斷面穩(wěn)定限額、故障集等標(biāo)準(zhǔn)化模型，能夠接入穩(wěn)控裝置實(shí)測信息，為復(fù)雜嚴(yán)重故障分析提供統(tǒng)一規(guī)范的模型支撐。

1.2.2 動(dòng)態(tài)模型參數(shù)

充分利用國家電網(wǎng)仿真中心離線建模成果，建立了離線仿真模型與國分調(diào)控云模型數(shù)據(jù)平臺(tái)的交互機(jī)制，將動(dòng)態(tài)模型參數(shù)從PSDB 平臺(tái)同步到國分調(diào)控云，支持動(dòng)態(tài)參數(shù)的版本管理和統(tǒng)一發(fā)布，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)、直流等設(shè)備動(dòng)態(tài)模型參數(shù)的源頭獲取與維護(hù)，實(shí)現(xiàn)在線和離線模型參數(shù)的統(tǒng)一管理，解決了在線計(jì)算動(dòng)態(tài)參數(shù)維護(hù)不準(zhǔn)確和不及時(shí)等問題，各類應(yīng)用可通過服務(wù)調(diào)用的形式共享數(shù)據(jù)和模型，支撐省級(jí)以上調(diào)度機(jī)構(gòu)基于全網(wǎng)數(shù)據(jù)開展統(tǒng)一分析計(jì)算。

1.2.3 故障集

故障集是在線分析應(yīng)用中靜態(tài)安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析和短路電流計(jì)算功能的基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)。新一代在線安全分析應(yīng)用中，建立了故障集專用管理模塊，通過元數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模和模型訂閱，保證了國分調(diào)控云-省地調(diào)控云兩級(jí)故障集模型的一致性，實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)220 kV 電壓等級(jí)以上交流設(shè)備N-1 故障、直流典型故障按規(guī)則自動(dòng)生成，支持自定義交流N-m故障類型；基于外部環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)等信息，將高風(fēng)險(xiǎn)故障集自動(dòng)納入分析；通過縱向同步工具實(shí)現(xiàn)故障集數(shù)據(jù)源端維護(hù)和云端匯集，通過服務(wù)發(fā)布實(shí)現(xiàn)故障集數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)用和全局共享。

1.2.4 仿真計(jì)算范圍

隨著能源轉(zhuǎn)型深入推進(jìn)，電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)形態(tài)快速改變。在電源側(cè)，高占比新能源采用集中式和分布式并行模式，沙戈荒大型風(fēng)光基地、分布式新能源加速開發(fā)，接入位置愈加偏遠(yuǎn)、接入電壓等級(jí)更低，常規(guī)電源逐步作為調(diào)節(jié)與支撐電源，抽水蓄能和儲(chǔ)能電站得到規(guī)?；瘧?yīng)用。在負(fù)荷側(cè)，負(fù)荷和電源的界限更加模糊，負(fù)荷特性由剛性、消費(fèi)型向柔性、產(chǎn)消型轉(zhuǎn)變，并大規(guī)模參與電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行。電源和負(fù)荷的深刻變化，對(duì)復(fù)雜大電網(wǎng)穩(wěn)定控制的全局統(tǒng)籌、全網(wǎng)分析、全局控制等能力提出更高要求。

新一代在線安全分析開發(fā)了電網(wǎng)邊界管理工具，支持計(jì)算模型、新能源和負(fù)荷模型等計(jì)算邊界快速等值和按需延伸擴(kuò)展，能夠根據(jù)計(jì)算目的、范圍和深度，靈活、快速、便捷地調(diào)整計(jì)算范圍，提升在線分析的靈活性和擴(kuò)展性。

1.2.5 計(jì)算參數(shù)

綜合考慮國內(nèi)主流安全穩(wěn)定分析軟件（PSASP和PSD）在各區(qū)域電網(wǎng)應(yīng)用實(shí)際，新一代在線安全分析設(shè)計(jì)并建立了統(tǒng)一的計(jì)算參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，各類分析計(jì)算功能的控制參數(shù)統(tǒng)一納入國分調(diào)控云平臺(tái)一體化管理，實(shí)現(xiàn)計(jì)算參數(shù)源端可視化、透明化維護(hù)和一、三區(qū)數(shù)據(jù)同步，與在線安全分析計(jì)算實(shí)現(xiàn)全流程貫通。

1.3 應(yīng)用功能

按《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》［12］等相關(guān)規(guī)范規(guī)定的計(jì)算深度和廣度，新一代在線安全分析應(yīng)用涵蓋了靜態(tài)安全、短路電流、功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定等各類計(jì)算功能。核心計(jì)算功能主要是跟蹤電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)新需求，在仿真模型、仿真參數(shù)和仿真功能等方面開展工作，重點(diǎn)解決包含直流、負(fù)荷、風(fēng)光儲(chǔ)等新能源關(guān)鍵元件設(shè)備模型構(gòu)建、仿真精度和仿真效率提升等技術(shù)難題；在數(shù)據(jù)接口方面，及時(shí)應(yīng)用仿真建模研究成果，保證對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行形態(tài)的及時(shí)如實(shí)感知。

為適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中突出的頻率、電壓問題，在常規(guī)穩(wěn)定分析基礎(chǔ)上，增加了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線評(píng)估、新能源多場站短路比在線分析等新功能。

1.3.1 在線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量快速評(píng)估

為實(shí)現(xiàn)慣量全景監(jiān)視和評(píng)估，面向電網(wǎng)發(fā)展需求，建立了含多類型調(diào)頻資源的系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型，快速計(jì)算慣量關(guān)鍵指標(biāo)，量化系統(tǒng)頻率響應(yīng)能力，明晰系統(tǒng)運(yùn)行邊界，提高在線評(píng)估可靠性。

1）模型優(yōu)化。針對(duì)水電、火電和新能源等多類型調(diào)頻資源，綜合考慮負(fù)荷電壓對(duì)不平衡功率的影響以及頻率空間分布特征，建立了適應(yīng)多類型電源的頻率響應(yīng)模型，更加精準(zhǔn)刻畫了實(shí)際電網(wǎng)的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程［13-14］。

2）參數(shù)動(dòng)態(tài)聚合。隨著集中式和分布式新能源快速發(fā)展，電源出力、負(fù)荷波動(dòng)更加頻繁，運(yùn)行方式不確定性增強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行方式安排更加復(fù)雜?；陔娋W(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的開機(jī)組合，計(jì)及單個(gè)機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)特性，將采用加權(quán)動(dòng)態(tài)聚合方法計(jì)算得到的頻率響應(yīng)模型參數(shù)替代固定典型參數(shù)，提高了模型在不同運(yùn)行方式下的適應(yīng)性。

3）多維度評(píng)估指標(biāo)。在D5000 系統(tǒng)慣量評(píng)估基礎(chǔ)上，基于預(yù)想擾動(dòng)下頻率響應(yīng)模型輸出的頻率曲線，提取頻率變化過程中的關(guān)鍵特征，新增頻率最大偏差、擾動(dòng)后穩(wěn)態(tài)頻率偏差等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)慣量水平的多維度在線評(píng)估。其中，頻率最大偏差根據(jù)電網(wǎng)的高低頻防線設(shè)置，受端電網(wǎng)直流閉鎖或大電源失去情況下不觸發(fā)系統(tǒng)低頻減載動(dòng)作，送端電網(wǎng)直流閉鎖后不觸發(fā)高頻動(dòng)作防線。

4）全景監(jiān)視評(píng)估。除滿足不同場景下的慣量需求評(píng)估，還可支持新能源脫網(wǎng)、機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)、直流閉鎖后受端電網(wǎng)等低頻運(yùn)行場景和直流閉鎖后送端電網(wǎng)高頻場景下慣量水平的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的態(tài)勢感知。

1.3.2 新能源多場站短路比在線計(jì)算

新能源多場站短路比在線計(jì)算考慮多個(gè)新能源場站間的交互影響，實(shí)現(xiàn)新能源匯集站母線及機(jī)端短路比的在線計(jì)算校核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，提供輔助決策，支撐新能源安全可靠并網(wǎng)。

1）在線-離線數(shù)據(jù)整合。為滿足機(jī)端短路比在線評(píng)估的計(jì)算準(zhǔn)確性和計(jì)算范圍要求，將離線數(shù)據(jù)和在線數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，如圖3 所示。根據(jù)在線數(shù)據(jù)確定新能源實(shí)時(shí)功率、機(jī)組開機(jī)方式、電網(wǎng)拓?fù)?；根?jù)離線數(shù)據(jù)獲取新能源等值機(jī)模型和箱變參數(shù)，將計(jì)算范圍由新能源匯集站母線延伸至新能源機(jī)端。

圖3 在線和離線數(shù)據(jù)整合示意圖Fig.3 Schematic diagram for online data integration with offline data

2）新能源多場站短路比計(jì)算。《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》［12］給出了新能源多場站短路比計(jì)算方法，調(diào)度機(jī)構(gòu)在離線方式計(jì)算中將其推廣到了機(jī)端。參考離線方式計(jì)算方法，新一代在線安全分析根據(jù)實(shí)時(shí)潮流數(shù)據(jù)滾動(dòng)計(jì)算新能源多場站運(yùn)行短路比（multiple renewable energy unit operation shortcircuit ratio，MROSCR），針對(duì)短路比水平較低的新能源機(jī)組進(jìn)行告警。新能源場站i的MROSCR（用IMROSCR，i表示）計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：Si為新能源場站i機(jī)端母線短路容量；Pi和Pj分別為新能源場站i和j機(jī)端實(shí)時(shí)出力；Zii和Zij分別為新能源場站i機(jī)端處的自阻抗、互阻抗；n為新能源場站數(shù)目。

針對(duì)新能源占比不斷增加、接入形式多樣化、局部地區(qū)出現(xiàn)了新能源并入弱交流電網(wǎng)等問題，文獻(xiàn)［15］提出了新能源多場站臨界短路比概念，量化評(píng)估新能源接入規(guī)模，也可作為未來驗(yàn)證應(yīng)用方向加以研究。

3）新能源功率控制輔助決策。當(dāng)新能源多場站短路比指標(biāo)越限時(shí)，針對(duì)短路比偏低場站，確定滿足約束的可調(diào)整新能源場站集合及其調(diào)整范圍，以總體調(diào)整代價(jià)最小為控制目標(biāo)，生成新能源功率調(diào)整輔助決策方案。

1.4 應(yīng)用生態(tài)

新一代在線安全分析基于標(biāo)準(zhǔn)、開放、共享的平臺(tái)環(huán)境，踐行服務(wù)化理念，靈活構(gòu)建多類型應(yīng)用場景，便捷開放地集成各類應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能按需組合和全局共享，打造開放靈活共享的應(yīng)用生態(tài)。

新一代在線安全分析基于統(tǒng)一的人機(jī)界面和標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)調(diào)用，靈活便捷地集成各類應(yīng)用軟件，支持同一應(yīng)用功能軟件不同研發(fā)單位的同質(zhì)化展示和結(jié)果比對(duì)，支持實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能交叉部署、第三方無差別調(diào)用，促進(jìn)各類應(yīng)用產(chǎn)品的持續(xù)迭代升級(jí)和充分競爭；應(yīng)用場景通過“搭積木”方式調(diào)用各模塊進(jìn)行組合開發(fā)，開發(fā)環(huán)境更加便捷，同時(shí)，基于電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范擴(kuò)展，增強(qiáng)了界面表達(dá)能力，實(shí)現(xiàn)了界面組件交互聯(lián)動(dòng)，提升了不同應(yīng)用場景的研發(fā)效率；提供方便、通用、標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)維工具，支持模型、圖形和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、分工維護(hù)和按需使用，為運(yùn)維人員提供系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、應(yīng)用功能日趨復(fù)雜環(huán)境下高效協(xié)同的一站式運(yùn)行管理平臺(tái)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

新一代在線安全分析應(yīng)用依托國分調(diào)控云平臺(tái)建設(shè)，平臺(tái)提供了模型統(tǒng)一構(gòu)建、廣域通信總線等技術(shù)，支撐在線分析實(shí)現(xiàn)了多源數(shù)據(jù)規(guī)范化訪問、多種計(jì)算服務(wù)化調(diào)用和多類計(jì)算資源一體化管理、告警信息雙活等功能。與D5000 系統(tǒng)相比，新一代在線安全分析在穩(wěn)控建模、故障集設(shè)置、計(jì)算效率、仿真精度及人機(jī)交互等方面取得了新的進(jìn)展，如表1所示。

2.1 穩(wěn)控系統(tǒng)建模技術(shù)

由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定特性和故障類型不同，穩(wěn)控系統(tǒng)及裝置在功能構(gòu)造、動(dòng)作方式、控制策略等方面差別較大，需要建立適應(yīng)不同類型穩(wěn)控系統(tǒng)的對(duì)象化模型。D5000 系統(tǒng)在線安全分析應(yīng)用中按調(diào)管范圍將穩(wěn)控策略內(nèi)置于程序中，未對(duì)穩(wěn)控系統(tǒng)建模，未實(shí)現(xiàn)省級(jí)以上調(diào)度機(jī)構(gòu)共享計(jì)算；新一代在線安全分析應(yīng)用結(jié)合電網(wǎng)計(jì)算和調(diào)控管理業(yè)務(wù)需求，綜合考慮更多應(yīng)用場景，按照國分調(diào)控云“對(duì)象、編號(hào)、關(guān)聯(lián)、屬性”模型設(shè)計(jì)原則，充分復(fù)用已有設(shè)備模型，基于函數(shù)和運(yùn)算符定義的表達(dá)式統(tǒng)一描述各類穩(wěn)控系統(tǒng)的動(dòng)作邏輯，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)控系統(tǒng)對(duì)象化標(biāo)準(zhǔn)化建模，如圖4 所示。

圖4 穩(wěn)控系統(tǒng)對(duì)象化建模示意圖Fig.4 Schematic diagram for object-oriented modeling of stability control system

1）穩(wěn)控系統(tǒng)是由多個(gè)廠站的安全穩(wěn)定控制裝置經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起而組成的系統(tǒng)。

2）穩(wěn)控站點(diǎn)用于描述廠站內(nèi)多個(gè)同等策略角色穩(wěn)控裝置的集合。

3）穩(wěn)控裝置根據(jù)運(yùn)行方式、故障條件等動(dòng)作判據(jù)實(shí)施一系列穩(wěn)控動(dòng)作命令，實(shí)現(xiàn)切機(jī)、切負(fù)荷、快速減出力、直流功率緊急提升或回降等功能。

4）穩(wěn)控站點(diǎn)間通道描述2 個(gè)穩(wěn)控裝置之間的穩(wěn)控邏輯通道。

5）穩(wěn)控動(dòng)作判據(jù)由穩(wěn)控動(dòng)作的方式約束、故障約束、潮流約束等條件集合構(gòu)成。

6）穩(wěn)控動(dòng)作命令是描述穩(wěn)控策略動(dòng)作相關(guān)命令的總稱，包含策略參數(shù)、分解參數(shù)及出口參數(shù)。其中，策略參數(shù)描述穩(wěn)控動(dòng)作命令的控制量、控制原則，分解參數(shù)描述控制量在不同廠站或設(shè)備間的分配原則，出口參數(shù)描述最終出口命令。

7）穩(wěn)控壓板是穩(wěn)控裝置重要組成部分，用于控制穩(wěn)控裝置功能投退或出口回路通斷，可以是硬件設(shè)備，也可以是軟件控制邏輯。

8）穩(wěn)控定值指穩(wěn)控裝置內(nèi)用于描述與裝置策略功能相關(guān)的參數(shù)。

9）策略表達(dá)式指由函數(shù)和運(yùn)算符定義的用于描述穩(wěn)控策略各類約束條件的表達(dá)式。

基于上述模型，在國分調(diào)控云中完成了中國華東頻率協(xié)控系統(tǒng)等200 余套穩(wěn)控系統(tǒng)建模，直觀展示了不同運(yùn)行方式和故障下穩(wěn)控動(dòng)作策略，已在新一代在線安全分析、調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)等功能中應(yīng)用。

2.2 考慮外部環(huán)境因素的設(shè)備故障概率生成方法

新一代在線安全分析考慮了外部環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)等因素，計(jì)算單一設(shè)備、多重設(shè)備故障概率，自動(dòng)生成高概率預(yù)想故障集。特別是對(duì)于輸電距離長且跨越多個(gè)氣象分區(qū)的特高壓線路，每個(gè)區(qū)域的氣象條件差異很大，且在極端氣象災(zāi)害時(shí)，存在多種外部氣象因素和運(yùn)行工況的組合作用，故障概率更大；對(duì)于密集通道、線路交叉跨越等，氣象災(zāi)害可能導(dǎo)致多條線路同時(shí)故障。因此，需首先給出單條線路的故障概率，然后，考慮線路途經(jīng)密集通道和交叉跨越、同塔多回架設(shè)等相關(guān)性故障特點(diǎn)，給出多條線路故障的概率。

1）單條輸電線路故障概率生成方法。根據(jù)國分調(diào)控云提供的導(dǎo)線經(jīng)緯度坐標(biāo)劃分網(wǎng)格，按沿線各網(wǎng)格的氣象條件分別生成每一段故障概率；由于各段之間為串聯(lián)關(guān)系，通過元件可靠性串聯(lián)模型，得到整條線路的故障概率?？紤]到在惡劣或?yàn)?zāi)變氣象條件下，存在多種外部氣象因素及運(yùn)行工況組合作用的故障概率，任意一個(gè)發(fā)生時(shí)都能夠?qū)е戮€路故障。因此，如圖5 所示，將多因素組合視作“并聯(lián)模型”，進(jìn)而根據(jù)多因素評(píng)估線路故障概率。

在時(shí)段t，對(duì)于單段線路l，考慮多氣象因素組合的故障概率Pf，l(t)表示為：

式中：Pf，l，k(t)為第k種氣象因素作用下的線路l故障概率；K為該極端天氣中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素類型數(shù)目。

對(duì)于有N個(gè)分段的輸電線路，時(shí)段t等值故障概率Pfeq（t）表示為：

2）多重故障集生成方法。針對(duì)不同的關(guān)聯(lián)輸電線路，生成多重故障集的方法如下：

（a）同塔多回線路屬于多重故障的“共因模式”，當(dāng)同塔架設(shè)區(qū)段出現(xiàn)惡劣氣象條件時(shí)，同塔架設(shè)線路全部進(jìn)入多重故障集。

（b）針對(duì)交叉跨越線路，采用“連鎖”計(jì)算模式，當(dāng)交叉跨越線路所在區(qū)域出現(xiàn)惡劣氣象條件時(shí)，根據(jù)故障概率排序；當(dāng)上跨線路被選入多重故障組合時(shí)，被跨越線路按條件概率進(jìn)入多重故障組合。

（c）密集通道屬于“環(huán)境相依模式”，出現(xiàn)惡劣天氣時(shí)，密集通道的所有線路進(jìn)入多重故障組合選項(xiàng)，但每條線路的故障概率仍獨(dú)立抽樣。

2.3 在線計(jì)算效率提升技術(shù)

新一代在線安全分析從硬件適配和軟件流程優(yōu)化、任務(wù)調(diào)度、核心算法計(jì)算耗時(shí)等方面提高計(jì)算效率，縮短計(jì)算周期。

在硬件適配方面，針對(duì)在線安全分析計(jì)算特點(diǎn)，通過對(duì)中央處理器（central processing unit，CPU）、內(nèi)存、磁盤不同組合進(jìn)行對(duì)比測試，確定與計(jì)算規(guī)模、故障集數(shù)量相適配的典型硬件配置方案和并發(fā)運(yùn)行實(shí)例個(gè)數(shù)，避免由于某項(xiàng)資源存在瓶頸導(dǎo)致系統(tǒng)整體計(jì)算性能下降。同時(shí)，全面比較機(jī)架式服務(wù)器與高密度服務(wù)器優(yōu)劣關(guān)系，給出不同CPU 核心數(shù)、內(nèi)存配置下的并發(fā)案例個(gè)數(shù)。

在軟件流程優(yōu)化方面，在現(xiàn)有應(yīng)用功能計(jì)算任務(wù)串行調(diào)度基礎(chǔ)上，可在支持多個(gè)應(yīng)用功能計(jì)算任務(wù)的同時(shí)將任務(wù)提交至并行計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，避免計(jì)算節(jié)點(diǎn)閑置；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了所有計(jì)算功能流程化監(jiān)視，實(shí)時(shí)監(jiān)視各環(huán)節(jié)耗時(shí)情況，耗時(shí)較長或計(jì)算停止時(shí)及時(shí)告警。

在任務(wù)調(diào)度方面，根據(jù)應(yīng)用功能計(jì)算任務(wù)的規(guī)模、單個(gè)計(jì)算任務(wù)的預(yù)計(jì)耗時(shí)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)量和并行計(jì)算平臺(tái)的調(diào)度開銷時(shí)間，支持為每個(gè)應(yīng)用功能指定計(jì)算任務(wù)的調(diào)度粒度。針對(duì)單個(gè)算例計(jì)算耗時(shí)較少的靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算等，增加計(jì)算任務(wù)算例數(shù)量，減少調(diào)度交互次數(shù)，縮短單個(gè)任務(wù)的調(diào)度管理時(shí)間；根據(jù)計(jì)算任務(wù)的預(yù)估執(zhí)行時(shí)間優(yōu)化調(diào)度順序，優(yōu)先執(zhí)行預(yù)估時(shí)間長的任務(wù)，提高不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)計(jì)算任務(wù)執(zhí)行時(shí)間分配的均衡性，縮短計(jì)算資源空閑等待時(shí)間。

在核心算法計(jì)算耗時(shí)方面，提升狀態(tài)估計(jì)與在線安全分析交互性能，實(shí)現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)故障的快速篩選，理想情況下詳細(xì)仿真的故障集數(shù)量可減少90%；提高核心算法內(nèi)部數(shù)據(jù)并行處理化程度，降低文件讀寫和數(shù)據(jù)遍歷頻次，大幅降低計(jì)算耗時(shí)。

與D5000 系統(tǒng)在線安全分析相比，新一代在線分析應(yīng)用中故障集由常規(guī)N-1 擴(kuò)展至N-m故障；并根據(jù)外部環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)整，狀態(tài)估計(jì)時(shí)間由5 min降為1 min，靜態(tài)安全分析和短路電流計(jì)算時(shí)間由15 min 降為2 min，各種穩(wěn)定類分析由15 min 降為5 min。

2.4 在線機(jī)電-電磁混合仿真

新一代在線安全分析應(yīng)用基于國分調(diào)控云搭建了各類型直流電磁暫態(tài)模型，將機(jī)電-電磁混合仿真應(yīng)用于在線分析。考慮各區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)、直流控保以及自動(dòng)發(fā)電控制等不同時(shí)間尺度控制策略，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定精細(xì)掃描，準(zhǔn)確仿真換相失敗、再啟動(dòng)等典型直流故障。

新一代在線機(jī)電-電磁混合仿真確保所有直流有功功率/無功功率在2 s 內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，直流功率與潮流穩(wěn)態(tài)功率的最大相對(duì)誤差小于1%，可實(shí)現(xiàn)秒級(jí)全自動(dòng)計(jì)算。

一是直流電磁暫態(tài)模型自適應(yīng)自動(dòng)初始化。依據(jù)機(jī)電側(cè)直流輸電模型及交流聯(lián)絡(luò)線的潮流信息設(shè)定鉗位電源，為直流系統(tǒng)啟動(dòng)到平穩(wěn)狀態(tài)提供電壓支撐，同時(shí)，隔離直流對(duì)交流系統(tǒng)的擾動(dòng)，引導(dǎo)含控制保護(hù)在內(nèi)的電磁直流模型快速進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。直流電磁模型基于在線運(yùn)行方式進(jìn)行內(nèi)部潮流計(jì)算，計(jì)算結(jié)果作為直流電磁模型的工況信息，對(duì)控制系統(tǒng)的指令、換流變壓器的抽頭位置以及濾波器投入的組數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算并初始化?；旌戏抡婊诖顺跏蓟癄顟B(tài)計(jì)算，自動(dòng)校驗(yàn)和微調(diào)電磁模型，根據(jù)觸發(fā)角/關(guān)斷角的偏差量判斷并上下調(diào)整一級(jí)換流變壓器抽頭位置，根據(jù)無功功率交換偏差量，按組對(duì)濾波器進(jìn)行投切。

二是含大規(guī)模電磁網(wǎng)絡(luò)的多端口自動(dòng)解耦混合并行仿真。實(shí)現(xiàn)了基于圖搜索的大電網(wǎng)電磁模型自動(dòng)解耦和機(jī)電-電磁邊界點(diǎn)子網(wǎng)群解耦，機(jī)電網(wǎng)通過邊界點(diǎn)拓?fù)浞纸M，電磁網(wǎng)通過長線路解耦，實(shí)現(xiàn)了邊界點(diǎn)矩陣求逆降維和電磁仿真并行效率的提升，降低了仿真分析耗時(shí)，確?；旌戏抡娣治瞿軌蛑芷谛栽诰€運(yùn)行。

目前，新一代在線安全分析已針對(duì)11 回直流電磁模型滾動(dòng)開展混合仿真，受硬件資源限制，計(jì)算周期設(shè)為30 min，實(shí)時(shí)分析交直流系統(tǒng)相互影響。

2.5 人機(jī)交互技術(shù)

新一代在線安全分析按照對(duì)象化、服務(wù)化理念，以全網(wǎng)通用數(shù)據(jù)對(duì)象編碼為基礎(chǔ)，重構(gòu)功能界面和交互體系，利用前后端分離、畫面處理微服務(wù)化、廣域終端交互、互動(dòng)增強(qiáng)人機(jī)可視化等技術(shù)，構(gòu)建了輕量化人機(jī)云終端，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)、開放、通用的輕量化人機(jī)交互集成框架，支持靈活的數(shù)據(jù)接入及多廠家圖元的多維度擴(kuò)展與集成。

新一代在線安全分析通過服務(wù)化串聯(lián)起核心計(jì)算功能，一方面，可直接獲取到計(jì)算所需的全網(wǎng)全電壓等級(jí)各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，既包括故障集、穩(wěn)控模型及策略、穩(wěn)定斷面及限額等計(jì)算輸入數(shù)據(jù)，也包括場站詳細(xì)參數(shù)、接線方式、生產(chǎn)信息等相關(guān)數(shù)據(jù)；另一方面，系統(tǒng)中需要在線安全分析信息的應(yīng)用或用戶，例如，電網(wǎng)、斷面、直流等設(shè)備卡片，可通過服務(wù)調(diào)用方式主動(dòng)獲取在線分析的計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了更廣泛范圍內(nèi)信息的高效互通和實(shí)時(shí)共享，全方位、立體化高效感知電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)合調(diào)控運(yùn)行實(shí)際需求，新一代在線安全分析已對(duì)外提供穩(wěn)控裝置、動(dòng)態(tài)模型和支持BPA/PSASP 仿真軟件的潮流數(shù)據(jù)等模型數(shù)據(jù)類服務(wù)，實(shí)現(xiàn)13 類計(jì)算結(jié)果展示類服務(wù)，提供短路電流、N-1 靈敏度等計(jì)算類功能服務(wù)。

3 在線安全分析技術(shù)未來發(fā)展方向

在新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中，將長期面臨安全-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境矛盾，“保供應(yīng)、保安全、促消納”任務(wù)艱巨。作為電力系統(tǒng)感知和認(rèn)知電網(wǎng)運(yùn)行的重要手段，在線安全分析將承擔(dān)更多風(fēng)險(xiǎn)防控重任。下一步，要細(xì)化各類設(shè)備建模，持續(xù)優(yōu)化離線、在線模型參數(shù)一體化交互，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定分析模型參數(shù)規(guī)范化管理和開放共享；推進(jìn)在線計(jì)算架構(gòu)和各層次數(shù)據(jù)管理模式優(yōu)化，提升計(jì)算效率；深化安全分析校核技術(shù)，推進(jìn)電力系統(tǒng)在線多時(shí)間尺度仿真能力建設(shè)，充分考慮運(yùn)行工況的隨機(jī)波動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)與人工智能等新興技術(shù)的有機(jī)融合，構(gòu)建多級(jí)調(diào)度一體的多層次應(yīng)用體系；拓寬結(jié)果應(yīng)用范圍，強(qiáng)化在線分析對(duì)各專業(yè)支撐力度。

3.1 在線設(shè)備建模技術(shù)

3.1.1 新能源機(jī)組聚合建模和高效仿真技術(shù)

在線安全分析中，新能源機(jī)組多為集中式等值建模，通常建模到35 kV 集電線，少量到220 kV 集電線，離線方式計(jì)算中多數(shù)建模到690 V/400 V 箱式變壓器低壓側(cè)。此外，還存在部分新能源機(jī)組在線建模而離線未建模的情況。在線分析中用到的新能源機(jī)組動(dòng)態(tài)模型是從離線數(shù)據(jù)中獲取，電壓等級(jí)不一致容易造成參數(shù)不易匹配；在線和離線新能源機(jī)組等值建模原則不同，在數(shù)量和容量方面存在不一致情況，即使參數(shù)匹配一致仍無法使用；在線運(yùn)行方式多樣，量測和狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)仿真結(jié)果影響大。上述情況影響了在線分析對(duì)新能源機(jī)組仿真的精度，為此，需要提高在線、離線新能源機(jī)組建模的一致性，包括新能源廠站、機(jī)組數(shù)量、電壓等級(jí)等，持續(xù)提高量測數(shù)據(jù)質(zhì)量和狀態(tài)估計(jì)結(jié)果可靠性，完善數(shù)據(jù)容錯(cuò)機(jī)制，削弱異常數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算的影響。

3.1.2 負(fù)荷在線聚合建模和精細(xì)化仿真技術(shù)

負(fù)荷種類多且存在時(shí)變性、分布性，導(dǎo)致負(fù)荷業(yè)務(wù)管理上存在人力成本高、建模周期長、模型時(shí)效性差、精準(zhǔn)性不足等問題，影響了仿真計(jì)算結(jié)果合理性。今后，基于調(diào)控云平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)貫通負(fù)荷側(cè)調(diào)度、運(yùn)檢、營銷等多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，支持低電壓等級(jí)新能源和負(fù)荷按需納入計(jì)算，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域、不同站點(diǎn)、不同時(shí)段的負(fù)荷模型參數(shù)計(jì)算，真正實(shí)現(xiàn)負(fù)荷模型按站分時(shí)分類建模；利用高性能計(jì)算技術(shù)、人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化仿真，提升潮流計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定分析、小擾動(dòng)穩(wěn)定分析的準(zhǔn)確性。

3.1.3 穩(wěn)定限額和穩(wěn)控策略的自動(dòng)建模技術(shù)

穩(wěn)定斷面和穩(wěn)控裝置數(shù)量眾多，且隨著電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展每年都會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)整。目前，電網(wǎng)穩(wěn)定限額和穩(wěn)控策略模型維護(hù)工具還需進(jìn)一步完善，例如，提升人機(jī)交互易用性，擴(kuò)充穩(wěn)控裝置信息采集范圍，支持穩(wěn)控策略完整性和邏輯正確性的校驗(yàn)，提高運(yùn)行維護(hù)效率。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合人工智能相關(guān)技術(shù)，針對(duì)規(guī)范化的運(yùn)行管理規(guī)定和穩(wěn)控裝置說明書文本，探索通過文本處理、語義識(shí)別等技術(shù)手段提煉出建模邏輯，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)控策略自動(dòng)建模。

3.1.4 信息物理聯(lián)合建模仿真技術(shù)

頻發(fā)的寒潮、高溫、臺(tái)風(fēng)等災(zāi)變沖擊擾動(dòng)將對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成災(zāi)難性影響，探索災(zāi)變沖擊擾動(dòng)影響下復(fù)雜電網(wǎng)物理和信息網(wǎng)絡(luò)可靠性韌性提升方法，對(duì)確保能源安全、保證持續(xù)可靠供電具有重要意義。下一步，通過構(gòu)建通用型多尺度仿真框架，拓展時(shí)步概念，用尺度可定義的事件取代時(shí)步；建立事件驅(qū)動(dòng)仿真機(jī)制，用不同事件隊(duì)列表示不同尺度仿真進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)多尺度并存；建立多尺度同步機(jī)制，通過控制不同尺度事件觸發(fā)時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)多尺度進(jìn)程間的配合與協(xié)同；構(gòu)建和完善信息共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)多尺度信息全網(wǎng)共享。

3.2 高效能計(jì)算技術(shù)

3.2.1 高性能并行計(jì)算技術(shù)/內(nèi)存計(jì)算技術(shù)

目前，在線安全分析并行計(jì)算采用調(diào)度服務(wù)器和計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間“統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制-任務(wù)分發(fā)-多核并行計(jì)算-結(jié)果回收”的軟硬件計(jì)算架構(gòu)模式，上下級(jí)主從機(jī)之間通過文件形式傳輸數(shù)據(jù)信息，執(zhí)行具體計(jì)算任務(wù)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，需遍歷計(jì)算文件才能開展計(jì)算，負(fù)責(zé)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)的調(diào)度服務(wù)器需要遍歷結(jié)果文件才能確定人機(jī)展示內(nèi)容。未來，建議圍繞業(yè)務(wù)需求并兼顧計(jì)算速度，構(gòu)建CPU 從主內(nèi)存讀寫數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)訪問機(jī)制，建立以分布式緩存為主體的并行計(jì)算體系，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)架構(gòu)和計(jì)算模型的技術(shù)突破，規(guī)范內(nèi)存數(shù)據(jù)格式、內(nèi)存索引技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等，建立內(nèi)存數(shù)據(jù)庫或內(nèi)存云體系，將算法下放到數(shù)據(jù)層，將現(xiàn)有并行任務(wù)提升至基于內(nèi)存的并行處理層級(jí)。

3.2.2 狀態(tài)估計(jì)提升技術(shù)

當(dāng)前國分調(diào)控云實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)基于秒級(jí)匯集的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（supervisory control and data acquisition，SCADA）系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。隨著新能源大規(guī)模并網(wǎng)，由于SCADA 數(shù)據(jù)量測量沒有統(tǒng)一時(shí)標(biāo)，在狀態(tài)估計(jì)中新能源量測數(shù)據(jù)的波動(dòng)性、間歇性會(huì)引入較大的量測誤差。后續(xù)在傳統(tǒng)SCADA 量測量的基礎(chǔ)上，引入具有統(tǒng)一時(shí)標(biāo)的同步相量測量裝置（phasor measurement unit，PMU）的量測量，研究分析SCADA 與PMU 數(shù)據(jù)的匹配問題，實(shí)現(xiàn)利用PMU 量測量提高狀態(tài)估計(jì)可觀測性及計(jì)算精度。

3.3 安全穩(wěn)定分析技術(shù)

3.3.1 多時(shí)間尺度仿真技術(shù)

目前，新一代在線安全分析已部署機(jī)電-電磁混合仿真功能開展直流運(yùn)行特性分析，初步具備毫秒級(jí)的電磁仿真能力。下一步，一方面需要開展全電磁仿真技術(shù)在線應(yīng)用研究，對(duì)電力電子設(shè)備集中接入?yún)^(qū)域進(jìn)行局部全電磁建模仿真，精準(zhǔn)分析電力電子設(shè)備導(dǎo)致的振蕩風(fēng)險(xiǎn)［16］；另一方面，需要納入能模擬電網(wǎng)連鎖故障和慢速動(dòng)態(tài)變化過程的中長期動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，構(gòu)建非線性超大規(guī)模電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性機(jī)理、事故特征及其安全穩(wěn)定措施的全過程完整分析體系。中長期動(dòng)態(tài)仿真采用與機(jī)電暫態(tài)仿真統(tǒng)一的動(dòng)態(tài)元件模型，機(jī)電暫態(tài)仿真和中長期計(jì)算不需要進(jìn)行模型切換。現(xiàn)有計(jì)算機(jī)技術(shù)支持電網(wǎng)數(shù)小時(shí)以上連續(xù)動(dòng)態(tài)過程的模擬計(jì)算，不存在硬件和數(shù)值算法方面的障礙，中長期動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)已具備在線應(yīng)用條件，實(shí)測建模和在線實(shí)現(xiàn)可同步開展［17］。

3.3.2 人工智能與仿真技術(shù)融合

新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性分析（潮流計(jì)算、穩(wěn)定控制、斷面限額等）被表征為一個(gè)非線性、多目標(biāo)和多約束的高度復(fù)雜優(yōu)化問題［18］，傳統(tǒng)解析算法往往會(huì)陷入局部最優(yōu)求解漩渦，推演泛化能力有限。近年來，深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)及其組合深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)、知識(shí)圖譜等人工智能方法在電力系統(tǒng)中的探索性研究日益增多，但在樣本合理性、泛化遷移能力、專業(yè)知識(shí)融合、環(huán)境適應(yīng)性、計(jì)算魯棒性等方面距離實(shí)際應(yīng)用還有提升空間。在線安全分析具備開展人工智能方法應(yīng)用的數(shù)據(jù)優(yōu)勢，每天產(chǎn)生725 GB 數(shù)據(jù)，每年至少產(chǎn)生258 TB 調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的各類穩(wěn)定分析數(shù)據(jù)，可真實(shí)反映電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和穩(wěn)定水平。經(jīng)過一定時(shí)間積累和數(shù)據(jù)推衍，具備開展大模型人工智能方法應(yīng)用的物質(zhì)基礎(chǔ)，具備融入調(diào)度運(yùn)行等專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、構(gòu)建面向調(diào)控運(yùn)行的安全穩(wěn)定分析伴隨系統(tǒng)/平行空間/人在回路［19］的基礎(chǔ)應(yīng)用條件。例如，針對(duì)分布式電源、負(fù)荷側(cè)儲(chǔ)能等可調(diào)資源快速增長、換流器等非線性元件控制邏輯復(fù)雜等帶來的設(shè)備建模、負(fù)荷等值、計(jì)算效率等在線仿真分析問題，通過采用深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等方法，提取海量在線分析數(shù)據(jù)中的電網(wǎng)安全軌跡演化特征，并研究依靠數(shù)據(jù)指標(biāo)刻畫電網(wǎng)穩(wěn)定狀態(tài)的高效分析方法來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)輔助決策。

3.3.3 多級(jí)調(diào)度協(xié)同的運(yùn)行控制輔助技術(shù)

隨著大電網(wǎng)送受端、上下級(jí)、輸配電網(wǎng)耦合日益緊密，連鎖故障影響范圍持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)多級(jí)調(diào)度協(xié)同控制能力提出更高要求。未來需研究適用于大電網(wǎng)多級(jí)調(diào)度協(xié)同安全穩(wěn)定防御的在線預(yù)防控制優(yōu)化決策方法，提升嚴(yán)重故障風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和協(xié)同處置水平，具體包括：通過多級(jí)調(diào)度的數(shù)據(jù)整合在大范圍、多調(diào)控層級(jí)電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)預(yù)防控制措施的搜索，實(shí)現(xiàn)多類控制措施快速識(shí)別；研究支持多目標(biāo)和多類型安全穩(wěn)定問題的預(yù)防控制輔助決策技術(shù)，實(shí)現(xiàn)減少控制代價(jià)、促進(jìn)新能源消納和降低電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的綜合協(xié)調(diào)目標(biāo)；研究計(jì)及事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的多級(jí)調(diào)度預(yù)防控制輔助決策技術(shù)，將存在安全事故風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)的減負(fù)荷量分配給其他分區(qū)，以降低或規(guī)避電力安全事故風(fēng)險(xiǎn)；研發(fā)基于調(diào)控云的在線運(yùn)行方式智能決策閉環(huán)控制應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線輔助決策控制策略的實(shí)時(shí)下發(fā)與自動(dòng)執(zhí)行；基于調(diào)控云全網(wǎng)信息共享架構(gòu)，通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果、在線輔助決策等信息的協(xié)同共享，實(shí)現(xiàn)各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)在線安全協(xié)同分析。

3.4 在線安全分析結(jié)果應(yīng)用

新一代在線安全分析在進(jìn)一步提升電網(wǎng)預(yù)想預(yù)判預(yù)處理風(fēng)險(xiǎn)防范能力基礎(chǔ)上，可將其研發(fā)過程中產(chǎn)生的共性技術(shù)和海量結(jié)果數(shù)據(jù)用于支持電網(wǎng)生產(chǎn)各專業(yè)部門工作。在電網(wǎng)規(guī)劃方面，提出電源、網(wǎng)架優(yōu)化加強(qiáng)目標(biāo)；在設(shè)備管理方面，給出重載線路及主變、斷路器等設(shè)備改造方向；在運(yùn)行方式校核方面，優(yōu)化補(bǔ)充重要運(yùn)行方式；在計(jì)劃安排方面，給出機(jī)組組合、設(shè)備檢修安排相關(guān)建議，支撐不同時(shí)間尺度場景下的電網(wǎng)安全運(yùn)行工作。進(jìn)一步，疊加電力市場交易數(shù)據(jù)，有力支撐市場出清、安全校核、效益評(píng)價(jià)及行為演化分析；疊加碳交易信息，從能源市場、電力市場和金融市場等視角，支撐構(gòu)建考慮電力市場均衡、綜合能源互補(bǔ)、博弈-協(xié)調(diào)-優(yōu)化的低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)制。

4 結(jié)語

在線安全分析是新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的重要組成部分，也是大電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析理論及技術(shù)實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化的載體，輔助調(diào)度運(yùn)行人員及時(shí)掌握電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。通過系統(tǒng)研發(fā)和技術(shù)實(shí)踐，有效融合了建模仿真、穩(wěn)定分析、高性能計(jì)算、人機(jī)可視化等多專業(yè)研究成果，實(shí)現(xiàn)了多數(shù)據(jù)源、多模態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)高效融合，將長期停留在驗(yàn)證階段的新理論、新技術(shù)及時(shí)轉(zhuǎn)化為服務(wù)于大電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的軟硬件產(chǎn)品。

新一代在線安全分析研發(fā)建設(shè)，適逢中國新型電力系統(tǒng)建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐關(guān)鍵階段，堅(jiān)持服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化、維護(hù)便捷化、用戶友好化，在系統(tǒng)架構(gòu)、平臺(tái)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理、接口規(guī)范方面形成了大量通用化成果，解決了不同應(yīng)用間信息的高效交互和良性互動(dòng)，使架構(gòu)更科學(xué)、分析更快速、生態(tài)更開放、人機(jī)更友好。

下一步，重點(diǎn)針對(duì)計(jì)算效率、計(jì)算精度和結(jié)果運(yùn)用方面開展以下工作。

1）持續(xù)提升計(jì)算效率，從結(jié)構(gòu)、應(yīng)用、接口等多方面優(yōu)化處理流程，降低數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)損耗，提高全計(jì)算鏈條數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2）跟蹤電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析方法和控制技術(shù)最新研究成果，深入推進(jìn)電磁類計(jì)算工具的在線化應(yīng)用，不斷提高在線計(jì)算結(jié)果精度。

3）針對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)備運(yùn)行、調(diào)度運(yùn)行等專業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)在線分析計(jì)算數(shù)據(jù)的高效應(yīng)用，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等新技術(shù)，分析電網(wǎng)特性，掌握運(yùn)行規(guī)律，儲(chǔ)備豐富的數(shù)據(jù)生產(chǎn)力資源。