龐曉艷，李 建，張 蓓，劉柏私

(四川電力調度控制中心，四川 成都 610041)

1 智能防御系統(tǒng)的建設愿景

遠距離、大規(guī)模交直流混合送端電網(wǎng)安全運行保障關鍵技術的研究旨在充分利用大電網(wǎng)安全穩(wěn)定在線防御技術的已有成果，結合遠距離、大規(guī)模交直流混合送端電網(wǎng)特點，分析其存在的安全穩(wěn)定問題，進行整體框架研究、關鍵技術與應用功能研究，并根據(jù)送端電網(wǎng)實際情況分步實施，從而構建完善的大規(guī)模交直流混合送端電網(wǎng)安全運行保障技術體系［1］。

安全運行保障體系應達到以下要求。

1)完備的分析預警與輔助決策功能，在已有的在線安全穩(wěn)定防御框架基礎上進行完善，針對送端電網(wǎng)存在的各類安全穩(wěn)定問題進行分析預警，并給出輔助決策建議;考慮故障引發(fā)安控裝置的動作情況，評估安控裝置的切負荷量違反599 號令的風險;

2)能進行不同輸電斷面?zhèn)鬏敼β蕵O限的協(xié)調優(yōu)化，計及不同輸電斷面的交互影響，同時利用交直流、多直流通道的協(xié)調，提升大規(guī)模電力的送出能力;

3)具備集中協(xié)調控制的能力，在調度中心站對送端電網(wǎng)內(nèi)分層分區(qū)的安控系統(tǒng)進行協(xié)調，提升安控系統(tǒng)的適應性與經(jīng)濟性;

4)提升電網(wǎng)應對嚴重故障模式的能力，實現(xiàn)對于群發(fā)性故障或連鎖故障模式的分析預警，以及通過交直流、多直流通道的協(xié)調控制，構建集中協(xié)調的安控系統(tǒng)等分析、控制手段，應對嚴重故障模式;

5)提升電網(wǎng)應對外部災害的能力，通過災害信息采集、災害引發(fā)電力設備故障的機理研究，在線自動生成災害相關故障集與候選控制措施集，實現(xiàn)應對災害的預警與輔助決策功能，為調度運行人員應對災害提供支撐;

6)提供便捷的分析研究手段，通過送、受端電網(wǎng)多時間尺度數(shù)據(jù)的高效整合，以及分析結果的及時反饋，便于送端電網(wǎng)調度運行人員對不同時間尺度下對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性進行研究;

7)提升多級調度協(xié)調控制能力，通過數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)整合、在線分析、控制決策等環(huán)節(jié)的協(xié)調技術研究，提升送端電網(wǎng)調度中心與上、下級調度機構的協(xié)同分析控制的能力，爭取更大范圍的調度控制資源保障送端電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，并降低安全穩(wěn)定問題的控制代價。同時，能夠為外部電網(wǎng)以及全局的安全穩(wěn)定分析、控制提供支持。

總之，智能防御系統(tǒng)的建設能夠有效提升電網(wǎng)調度運行控制決策水平，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平。

2 設計理念和原則

針對遠距離、大規(guī)模交直流混合送端電網(wǎng)存在的安全穩(wěn)定問題，傳統(tǒng)的在線防御系統(tǒng)未能針對性地予以解決，需要在框架體系、信息采集、分析預警、控制決策等層面加以提升［2］。智能防御系統(tǒng)應能夠在傳統(tǒng)的在線防御框架基礎上，針對性地解決送端電網(wǎng)存在的如下問題。

1)目前送端電網(wǎng)安控系統(tǒng)分層分區(qū)就地控制，難以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的由災害或電網(wǎng)內(nèi)部因素所引發(fā)的多點群發(fā)性故障或相繼故障的有效防御，需要從全局角度加以考慮，綜合利用中心站所采集的全局信息和候選可用措施，進行協(xié)調決策，并通過已有的安控系統(tǒng)進行實施;

2)送端電網(wǎng)內(nèi)部往往有較大規(guī)模的電廠群(水、火、風或者風火打捆等)，通過送出通道連接到送端電網(wǎng)主網(wǎng)架，然后通過交直流通道輸送到遠方受端電網(wǎng)。對于這些送端電網(wǎng)內(nèi)部的輸電斷面之間、外送的聯(lián)絡線斷面之間以及內(nèi)/外部斷面之間需要統(tǒng)一協(xié)調，避免不利的交互影響并提升各斷面的整體輸電能力;

3)對于大規(guī)模的電廠群串聯(lián)送出情況，應考慮電源特點及安全約束，實現(xiàn)串聯(lián)通道上不同電廠間的協(xié)調控制，以及不同串聯(lián)通道間的協(xié)調優(yōu)化調度與控制;

4)對于交直流、多直流通道間需要統(tǒng)一的協(xié)調以發(fā)揮直流的緊急調制能力，提升安全穩(wěn)定程度及外送能力;

因此，為達成智能防御系統(tǒng)建設的目標愿景，智能防御系統(tǒng)的設計嚴格遵循“集中協(xié)調，分層分區(qū)決策控制”的設計理念與總體原則。

基于該理念設計的智能防御系統(tǒng)能夠實現(xiàn)同一串聯(lián)通道的電廠之間的協(xié)調控制、多輸電通道間的協(xié)調優(yōu)化控制，交直流、多直流協(xié)調控制，安控系統(tǒng)之間協(xié)調，多級調度間的協(xié)調分析與控制，自適應外部環(huán)境的安全穩(wěn)定防御，極大地提升了電網(wǎng)安全穩(wěn)定防御的智能化水平。

3 系統(tǒng)總體架構

為滿足遠距離、大規(guī)模交直流混合送端電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行與控制的需求，以確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，提升大規(guī)模交直流混合送端電網(wǎng)電力集中送出能力為總體目標，提出了大規(guī)模交直流混合送端電網(wǎng)智能防御系統(tǒng)的應用功能框架，如圖1 所示。該框架遵循已提出的“集中協(xié)調，分層分區(qū)決策控制”的設計理念與總體原則，能夠綜合利用送端電網(wǎng)和外部電網(wǎng)各類控制資源和手段，實現(xiàn)送端電網(wǎng)運行策略的在線自適應優(yōu)化，預防控制、緊急控制措施的分層分區(qū)決策與集中協(xié)調優(yōu)化［3］。

該框架以送端電網(wǎng)調度中心功能框架為核心，同時為適應大范圍資源優(yōu)化利用、電網(wǎng)結構整體性、運行控制一體化和局部安全穩(wěn)定影響擴大化等遠距離、大規(guī)模送端電網(wǎng)典型需求與特征，設計了與送端電網(wǎng)調度中心相匹配的上級和下級調度中心的功能框架，從而實現(xiàn)多級調度機構的有效協(xié)同，提升送端電網(wǎng)安全穩(wěn)定性，降低安全穩(wěn)定控制的代價，同時降低送端電網(wǎng)故障對外部電網(wǎng)的影響。其中，送端電網(wǎng)一般有多個下級調度機構，而上級調度機構只考慮送端電網(wǎng)的直接上級調度。

3.1 送端電網(wǎng)調度中心功能

在送端電網(wǎng)調度中心，應用功能配置覆蓋送端電網(wǎng)的三道防線，實現(xiàn)對于導則規(guī)定的各級別故障的有效防御，同時考慮災害引發(fā)的送端電網(wǎng)內(nèi)或連同外部電網(wǎng)在內(nèi)的大范圍連鎖故障的有效防御。

智能防御系統(tǒng)的第一道防線涵蓋了送端電網(wǎng)基態(tài)、超短期、操作前、日計劃等不同時間尺度下的安全穩(wěn)定綜合預警、調度運行優(yōu)化和控制輔助決策功能［4］。這里的基態(tài)包括電網(wǎng)實時狀態(tài)、預想故障后和實際故障后三類狀態(tài)，其中實時狀態(tài)和預想故障后狀態(tài)是基于電網(wǎng)的狀態(tài)估計數(shù)據(jù)周期性的計算。而實際故障后的快速預警與輔助決策則是在送端電網(wǎng)或外部電網(wǎng)實際發(fā)生故障后快速啟動，形成可靠的故障后電網(wǎng)工況數(shù)據(jù)并快速分析實際故障后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問題，并給出消除安全穩(wěn)定問題的預防控制措施，為調度運行人員進行事故的應急處理提供輔助決策。

智能防御系統(tǒng)的第二道防線對送端電網(wǎng)分層、分區(qū)穩(wěn)控系統(tǒng)，包括直流功率緊急調制等控制手段，進行統(tǒng)一協(xié)調，實現(xiàn)穩(wěn)控系統(tǒng)策略和定值適應性的在線校核，根據(jù)送端電網(wǎng)實時運行工況和分層、分區(qū)穩(wěn)控裝置的狀態(tài)，對策略和定值進行在線優(yōu)化并下發(fā)到裝置，從而為實現(xiàn)送端電網(wǎng)分層、分區(qū)穩(wěn)控系統(tǒng)的策略協(xié)調優(yōu)化提供統(tǒng)一協(xié)調的機制和技術手段［5］。

圖1 智能防御系統(tǒng)應用功能框架

送端電網(wǎng)往往大量配置的高周切機、失步解列等第三道防線裝置，智能防御系統(tǒng)的第三道防線功能基于實時信息實現(xiàn)對這些裝置定值的在線校核，并對電源集中區(qū)域的第三道防線的定值進行統(tǒng)一協(xié)調，避免由于定值不合理導致的過控甚至引發(fā)安全穩(wěn)定問題。此外，對于電網(wǎng)中已經(jīng)出現(xiàn)的不安全現(xiàn)象，如支路過載、電壓越限、低頻振蕩等，智能防御系統(tǒng)應能夠給出輔助決策措施或進行在線的閉環(huán)控制以快速消除不安全現(xiàn)象，這類功能也屬于第三道防線的范疇。

3.2 上級調度中心功能

對上級調度中心而言，為有效實現(xiàn)與送端電網(wǎng)以及其他調度中心的協(xié)同防御，應當配置的應用功能可歸結為以下幾類。

(1)電網(wǎng)工況數(shù)據(jù)、分析結果數(shù)據(jù)的整合與處理功能。依據(jù)在線實測數(shù)據(jù)校核并修正電網(wǎng)基礎參數(shù)，提高在線計算數(shù)據(jù)的準確性;針對不同調度機構EMS 的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)時標不一致，基于多調度機構實時數(shù)據(jù)整合在線安全防御計算數(shù)據(jù);針對不同調度管轄電網(wǎng)的安全穩(wěn)定特點，結合調度運行控制的實際，選取外網(wǎng)數(shù)據(jù)并進行在線等值，進行局部電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)異常(如通信中斷、量測值異常)的評價及其實用處理。

(2)安全穩(wěn)定綜合預警與輔助決策功能。針對大電網(wǎng)多級調度協(xié)同運行控制的需求，將對所轄電網(wǎng)的在線安全穩(wěn)定性影響顯著的外網(wǎng)運行工況納入實時監(jiān)視范圍，例如關聯(lián)輸電通道狀態(tài);配置旨在挖掘電網(wǎng)大范圍輸電能力的在線調度決策功能，以及安全穩(wěn)定快速分析和輔助決策功能，以實現(xiàn)與下級調度的有效協(xié)同。

圖2 大規(guī)模交直流混合送端電網(wǎng)智能防御系統(tǒng)預期目標及關鍵技術

(3)在線緊急控制協(xié)調優(yōu)化。配置穩(wěn)控系統(tǒng)緊急控制優(yōu)化功能，基于整合后所轄各級電網(wǎng)(含送端電網(wǎng))工況數(shù)據(jù)和穩(wěn)控系統(tǒng)策略、定值，在線優(yōu)化緊急控制策略，并下發(fā)到所轄的穩(wěn)控裝置或者下級電網(wǎng)的穩(wěn)控裝置。其中，不僅需要監(jiān)視安控裝置投運狀態(tài)及其實際控制對象的運行狀況，還要監(jiān)視安控裝置在值控制策略及控制后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平。

3.3 下級調度中心功能

對下級調度中心而言，為有效實現(xiàn)自身的安全穩(wěn)定防御以及與上級(即送端電網(wǎng))的協(xié)同防御，應當配置的應用功能可歸結為以下幾類。

(1)電網(wǎng)工況數(shù)據(jù)、分析結果數(shù)據(jù)的整合與處理功能。根據(jù)上級調度(即送端電網(wǎng))發(fā)送的外部工況數(shù)據(jù)，選取外網(wǎng)數(shù)據(jù)并進行在線等值，進行局部電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)異常(如通信中斷、量測值異常)的評價及其實用處理。

(2)安全穩(wěn)定綜合預警與輔助決策功能。根據(jù)下級調度的實際需求，可選擇配置旨在挖掘電網(wǎng)輸電能力的在線調度決策功能，以及安全穩(wěn)定快速分析和輔助決策功能，以實現(xiàn)與上級調度的有效協(xié)同。由于調度級別較低，因而所考慮的安全穩(wěn)定問題往往較上級調度簡單，因而配置的安全穩(wěn)定預警功能與輔助決策功能可少于上級調度。

(3)在線緊急控制協(xié)調優(yōu)化?？蛇x擇配置穩(wěn)控系統(tǒng)緊急控制優(yōu)化功能，基于整合后的電網(wǎng)工況數(shù)據(jù)和穩(wěn)控系統(tǒng)策略、定值，在線優(yōu)化緊急控制策略，并下發(fā)到所轄穩(wěn)控裝置，同時，可以接收上級下發(fā)的控制策略和定值。

智能防御系統(tǒng)的預期目標、關鍵技術及與大規(guī)模交直流混合送端電網(wǎng)安全穩(wěn)定特性關聯(lián)關系如圖2 所示。

4 結論

四川電網(wǎng)已形成了特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)，未來還將形成特高壓交直流并列運行的格局。為此，對四川特高壓交直流電網(wǎng)安全運行保障技術框架進行了研究，對指導四川電網(wǎng)防御控制系統(tǒng)的實施具有一定的參考作用。

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