奚江惠，奚江麗，胡濟(jì)洲，徐遐齡，黨杰

(1． 國(guó)家電網(wǎng)華中電力調(diào)控分中心，湖北 武漢430077;2． 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢430077;3． 中交第二公路勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢430050)

“十二五”期間，華中電網(wǎng)已形成特高壓四直一交格局，特高壓交直流通道已成為西南水電、西北風(fēng)火打捆電力、華北火電等跨區(qū)跨省大范圍輸送的主干通道。交直流電網(wǎng)之間、送受端電網(wǎng)之間、特高壓、超高壓不同電壓等級(jí)電網(wǎng)之間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系趨于復(fù)雜，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了新挑戰(zhàn)，迫切需要不斷提升大電網(wǎng)自動(dòng)化、智能化的在線安全分析控制能力，以有效適應(yīng)電網(wǎng)快速變化，提升監(jiān)控和應(yīng)急水平。

華中電網(wǎng)已建成智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)，基于其D5000 平臺(tái)建成了在線安全分析與預(yù)警系統(tǒng)(下簡(jiǎn)稱DSA 系統(tǒng))。相比離線人工安全分析，在線模式更適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式不斷變化的特點(diǎn)〔1－4〕。DSA 系統(tǒng)的功能是對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行方式進(jìn)行周期性安全穩(wěn)定在線分析，文中所述的新型在線分析系統(tǒng)對(duì)此功能進(jìn)行了拓展，根據(jù)電力系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合日前、日內(nèi)發(fā)電計(jì)劃、檢修計(jì)劃等信息，判斷未來(lái)短時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)可能發(fā)生的變化，超前進(jìn)行安全分析，預(yù)估電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)未來(lái)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的事故報(bào)警到事故預(yù)警的新模式。該系統(tǒng)是國(guó)家科技部863 計(jì)劃“提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定和運(yùn)行效率的柔性控制技術(shù)”和國(guó)家電網(wǎng)公司“大電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行控制技術(shù)深化研究重大專題”項(xiàng)目五“大電網(wǎng)在線評(píng)估技術(shù)深化研究”的配套示范項(xiàng)目，已于2014年在華中網(wǎng)調(diào)建成。

1 原有在線安全分析與預(yù)警系統(tǒng)及其應(yīng)用與局限性

1.1 DSA 系統(tǒng)的基本功能

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)已在華中電網(wǎng)建成投運(yùn)數(shù)年，在線安全分析與預(yù)警系統(tǒng)(DSA 系統(tǒng))是其中一項(xiàng)高級(jí)應(yīng)用，采用調(diào)度部門(mén)通用的離線穩(wěn)定分析工具(如PSASP、BPA 等)，整合在線潮流數(shù)據(jù)和電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，基于并行計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)分析與應(yīng)用計(jì)算，實(shí)現(xiàn)在線穩(wěn)定全面分析與評(píng)估;根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，并采用可視化方法反映給調(diào)度員。其核心是進(jìn)行靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)電壓穩(wěn)定和小干擾穩(wěn)定分析評(píng)估，給出安全運(yùn)行邊界、嚴(yán)重故障和補(bǔ)救措施建議作為調(diào)度員輔助決策。

DSA 系統(tǒng)由104 個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)組成，15 min 完成一次電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行斷面的周期性完整在線評(píng)估。通過(guò)整合狀態(tài)估計(jì)結(jié)果、電網(wǎng)模型/參數(shù)、故障集、相量量測(cè)、輸電斷面和二次信息等信息，生成整合潮流，在這些數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作完成基礎(chǔ)上觸發(fā)各類(lèi)在線安全穩(wěn)定分析功能。因?qū)φ麄€(gè)國(guó)家電網(wǎng)主網(wǎng)是全建模，不采用簡(jiǎn)化模型和外網(wǎng)等值，為提高計(jì)算速度，基于多核服務(wù)器硬件平臺(tái)采用分布式并行計(jì)算技術(shù)。

1.2 DSA 系統(tǒng)的應(yīng)用有效性

DSA 系統(tǒng)投運(yùn)后，已成為重要的電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)支撐手段，文獻(xiàn)〔5〕給出了電網(wǎng)故障的在線、離線仿真結(jié)果的對(duì)比分析，對(duì)DSA 系統(tǒng)的仿真效果進(jìn)行了分析，證明DSA 系統(tǒng)確實(shí)可為調(diào)度運(yùn)行提供有效的快速評(píng)估。此外，DSA 系統(tǒng)仿真結(jié)果曲線與WAMS 記錄的電網(wǎng)故障后的實(shí)際運(yùn)行曲線的對(duì)比也可以證明該系統(tǒng)的有效性。2014年6月19日特高壓賓金直流調(diào)試期間極方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，極Ⅰ突然閉鎖，未啟動(dòng)切機(jī)，輸送功率突降2 432 MW，大量過(guò)剩功率在送端華中電網(wǎng)涌動(dòng)。WAMS記錄曲線顯示川渝聯(lián)絡(luò)線之一的黃萬(wàn)一回線功率從360 MW 突升至1 150 MW(圖1)。運(yùn)行方式計(jì)算人員利用DSA 系統(tǒng)對(duì)故障發(fā)生時(shí)的電網(wǎng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，結(jié)果曲線(圖2)與WAMS 曲線一致。

圖1 黃萬(wàn)一回線功率WAMS 記錄曲線

圖2 黃萬(wàn)一回線功率DSA 仿真曲線

1.3 DSA 系統(tǒng)的局限性

目前DSA 系統(tǒng)雖然包括大量的計(jì)算功能，具備了短期調(diào)度計(jì)劃數(shù)據(jù)(包括發(fā)電計(jì)劃和負(fù)荷預(yù)測(cè))，但還不具備面向穩(wěn)定分析的未來(lái)態(tài)自動(dòng)安全評(píng)估功能，迫切需要超前進(jìn)行安全分析，預(yù)估電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)未來(lái)狀態(tài)事故前預(yù)警，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的事故報(bào)警向事故預(yù)警的模式轉(zhuǎn)變;具備對(duì)系統(tǒng)的全面評(píng)估功能，但不具備對(duì)穩(wěn)定問(wèn)題的快速定位，當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)15 min 后出結(jié)果，缺乏時(shí)效性，缺乏未來(lái)短期電網(wǎng)安全趨勢(shì)狀態(tài)的預(yù)測(cè)能力，對(duì)安全穩(wěn)定控制策略與實(shí)時(shí)狀態(tài)的匹配程度缺乏校核和評(píng)估。迫切需要根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)以及可能的變化，掌握電網(wǎng)薄弱斷面的快速識(shí)別以及重要故障的快速確定技術(shù)。

與此同時(shí)，為了達(dá)到863 課題申報(bào)中在線評(píng)估5 min，30 000 節(jié)點(diǎn)規(guī)?？己酥笜?biāo)要求，在提高在線并行計(jì)算平臺(tái)調(diào)度效率的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步擴(kuò)充相應(yīng)配套計(jì)算資源。

即原有DSA 系統(tǒng)在功能和性能指標(biāo)上均需改進(jìn)和完善以適應(yīng)快速變化的大電網(wǎng)的調(diào)控需求。

2 電網(wǎng)運(yùn)行趨勢(shì)在線安全分析系統(tǒng)及功能應(yīng)用

鑒于DSA 系統(tǒng)的局限性和對(duì)新型在線安全分析系統(tǒng)研究應(yīng)用的迫切性，“跨大區(qū)交直流電網(wǎng)在線安全評(píng)估與決策研究及子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)”列入了國(guó)家863 第19 課題“提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定和運(yùn)行效率的柔性控制技術(shù)”研究?jī)?nèi)容中，其主要內(nèi)容即為完善原有DSA 系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)變化趨勢(shì)預(yù)估。為有效支撐國(guó)家863 計(jì)劃研究，國(guó)家電網(wǎng)公司將“大電網(wǎng)在線評(píng)估技術(shù)深化研究”作為“大電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行控制技術(shù)深化研究重大專項(xiàng)”內(nèi)容。華中電網(wǎng)是跨區(qū)交直流互聯(lián)電網(wǎng)的重要樞紐，成為了電網(wǎng)運(yùn)行趨勢(shì)在線安全分析系統(tǒng)(新型DSA 系統(tǒng))的落地示范電網(wǎng)。

2.1 新型DSA 系統(tǒng)

新DSA 系統(tǒng)是基于原有DSA 系統(tǒng)進(jìn)行功能完善和拓展。根據(jù)文獻(xiàn)〔6〕的要求，在線趨勢(shì)分析功能屬于D5000 實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警范疇，是對(duì)原有D5000 分析計(jì)算功能的深入擴(kuò)展。新DSA 系統(tǒng)需基于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)D5000 平臺(tái)構(gòu)建。圖3給出了新DSA 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 新型DSA 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 新型DSA 主要功能及應(yīng)用

新DSA 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線安全分析的基本流程如圖4 所示。

圖4 新型DSA 系統(tǒng)流程圖

根據(jù)圖4 的流程示意，新DSA 系統(tǒng)首先通過(guò)整合計(jì)算母線數(shù)不小于35 000 的計(jì)算數(shù)據(jù)、超短期調(diào)度預(yù)測(cè)(包括聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃、發(fā)電計(jì)劃和檢修計(jì)劃等)，采用潮流預(yù)測(cè)方法形成未來(lái)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。第二步利用高效并行計(jì)算技術(shù)可預(yù)測(cè)15～30 min 的未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)任一個(gè)潛在的安全問(wèn)題，可視化技術(shù)可展示系統(tǒng)條件，調(diào)度員有足夠的時(shí)間做出調(diào)整決策。運(yùn)行趨勢(shì)分析結(jié)果既可以在本系統(tǒng)展示也支持送回EMS 展示。

在線趨勢(shì)分析系統(tǒng)已經(jīng)在華中網(wǎng)調(diào)建成，其正確性和高效性也已得到在線應(yīng)用的驗(yàn)證。圖5 給出的是趨勢(shì)潮流分析得到的曲線和實(shí)際變化的潮流記錄曲線，對(duì)比潮流曲線可以看出預(yù)測(cè)潮流與實(shí)際潮流曲線一致。

圖5 趨勢(shì)潮流和實(shí)際潮流曲線

圖6 顯示了隨時(shí)間變化的熱穩(wěn)定趨勢(shì)變化。一旦分析出任何一種不穩(wěn)定，新型DSA 系統(tǒng)將標(biāo)記這一事件并發(fā)出預(yù)警提醒調(diào)度員這一異常狀態(tài)，為調(diào)度員及時(shí)采取避免電力系統(tǒng)失穩(wěn)的調(diào)整措施爭(zhēng)取更多的時(shí)間提前量。這一點(diǎn)對(duì)于駕馭日益復(fù)雜的大電網(wǎng)的調(diào)度員非常重要。

圖6 熱穩(wěn)定趨勢(shì)分析結(jié)果

3 電網(wǎng)運(yùn)行趨勢(shì)在線安全分析系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

從應(yīng)用角度，相對(duì)原有DSA 系統(tǒng)，在線運(yùn)行趨勢(shì)分析系統(tǒng)的功能方面有較明顯優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下方面:

(1)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)多源信息的快速整合及在線數(shù)據(jù)的自動(dòng)校核。

在線趨勢(shì)分析系統(tǒng)在對(duì)多源數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匹配方面功能更強(qiáng)，可以處理SCADA，CIM/E，PSASP，CIM 等多種類(lèi)型的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù);開(kāi)發(fā)與集成了數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估和校驗(yàn)功能，能自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)拓?fù)渥兓?，?shí)現(xiàn)壞數(shù)據(jù)辨識(shí)與過(guò)濾;優(yōu)化提高了數(shù)據(jù)處理效率，國(guó)家電網(wǎng)35 000 計(jì)算母線級(jí)數(shù)據(jù)在線整合潮流可在3 s 內(nèi)完成;提供了靈活方便的功能配置機(jī)制和輔助檢查工具，提高整合數(shù)據(jù)易維護(hù)性。

(2)運(yùn)用在線綜合安全評(píng)估技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行方式合理性評(píng)價(jià)功能。

在有功分布合理性評(píng)價(jià)方面，可自動(dòng)識(shí)別電網(wǎng)的受電和送電區(qū)域、主要斷面功率有功分布均衡性和重載情況、不同區(qū)域有功備用容量和分布、受電比重、損耗等。在無(wú)功分布合理性方面，可判斷是否基本滿足分層分區(qū)原則、發(fā)電機(jī)無(wú)功和并聯(lián)無(wú)功分布、無(wú)功備用、發(fā)電機(jī)無(wú)功出力和負(fù)荷無(wú)功是否合理等。在電壓合理性方面，具備評(píng)估不同區(qū)域各中樞點(diǎn)電壓是否在合理范圍內(nèi)、是否存在電壓差較大的線路或變壓器等功能。在上述運(yùn)行方式合理性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可進(jìn)行靜態(tài)N －1 分析，找出重載和過(guò)載的線路和變壓器。

(3)具備薄弱環(huán)節(jié)自動(dòng)識(shí)別功能。

在功能實(shí)現(xiàn)上，首先采用基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)自動(dòng)收縮方法搜索所有斷面，然后通過(guò)正常，N －1，N－M 穩(wěn)定約束〔7～8〕對(duì)斷面靜態(tài)輸電能力進(jìn)行快速評(píng)估以識(shí)別關(guān)鍵斷面，最后再考慮故障期間的沖擊程度和故障后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化的影響形成關(guān)鍵故障集。

4 結(jié)語(yǔ)

新型的在線運(yùn)行趨勢(shì)安全分析系統(tǒng)已在華中網(wǎng)調(diào)建成，該系統(tǒng)的有效性和正確性已得到應(yīng)用驗(yàn)證?；谠诰€運(yùn)行方式和超短期運(yùn)行方式預(yù)測(cè)(15～30 min 后的運(yùn)行方式)，在線自動(dòng)識(shí)別超短期運(yùn)行方式的薄弱斷面，幫助調(diào)度員提前掌握運(yùn)行趨勢(shì)，更有預(yù)見(jiàn)性地控制電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)駕馭大電網(wǎng)能力的提升。華中網(wǎng)調(diào)示范系統(tǒng)的應(yīng)用亦將為后續(xù)在國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

〔1〕石立寶，周華鋒，Peter T C，等． 電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)安全評(píng)估及預(yù)警仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)〔J〕． 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007，19(23):5 401-5 405．

〔2〕潘志宏，張伯明． 能量管理系統(tǒng)中在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估的研究〔J〕． 清華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1999，39(3):45-48．

〔3〕王守相，張伯明，郭琦． 在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估中事故掃描的綜合性能指標(biāo)法〔J〕． 電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(1):60-64．

〔4〕郝麗麗，薛禹勝，Q H WU，等． 關(guān)于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真有效性的評(píng)價(jià)〔J〕． 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，28(10):1-7．

〔5〕丁平，奚江惠，江嫚，等． 大電網(wǎng)在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估系統(tǒng)仿真效果評(píng)價(jià)〔J〕． 電網(wǎng)技術(shù)，2012，36(12):153-158．

〔6〕國(guó)家電網(wǎng)公司． Q/GDW 680.45—2011． 智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)第4 －5 部分:實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警類(lèi)應(yīng)用 在線安全穩(wěn)定分析與調(diào)度運(yùn)行輔助決策〔S〕． 北京:中國(guó)電力出版社，2011．

〔7〕李群山． 華中電網(wǎng)500 kV 系統(tǒng)相繼故障特點(diǎn)及調(diào)度處理方法淺析〔J〕． 華中電力，2006，19(6):29-31．

〔8〕中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)． DL 755—2001 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則〔S〕． 北京:中國(guó)電力出版社，2001．