楊 麗李先允萬芳茹

（1. 南京工程學(xué)院，南京 210000；2. 國電南瑞電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)分公司，南京 210000）

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大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估體系

楊 麗1李先允1萬芳茹2

（1. 南京工程學(xué)院，南京 210000；2. 國電南瑞電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)分公司，南京 210000）

為推進(jìn)大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)的體系建設(shè)，提高緊急控制系統(tǒng)的可靠性，建立了大電網(wǎng)緊急控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估體系。該體系結(jié)合大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)的架構(gòu)組成及實(shí)際應(yīng)用功能來構(gòu)建，包含系統(tǒng)建設(shè)、模塊功能、數(shù)據(jù)完整性、可靠性和實(shí)時性 5個方面的一級到三級的遞階層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系。指標(biāo)體系采用德爾菲法-熵權(quán)法組合賦權(quán)法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重設(shè)置，參考國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并利用德爾菲法設(shè)定評估指標(biāo)的評價判據(jù)。通過算例分析表明，大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估體系具有較強(qiáng)的實(shí)用性，能清晰反映緊急控制系統(tǒng)的整體情況，有利于找出其薄弱環(huán)節(jié)并對其進(jìn)行改進(jìn)并加強(qiáng)其系統(tǒng)建設(shè)。

緊急控制系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；評估體系；權(quán)重設(shè)置

隨著遠(yuǎn)距離高壓輸電技術(shù)的發(fā)展，我國電網(wǎng)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為大型互聯(lián)電力系統(tǒng)。但互聯(lián)電力系統(tǒng)在遇到各種事故時易發(fā)生連鎖反應(yīng)，從而導(dǎo)致大面積停電。作為保障電網(wǎng)安全性、穩(wěn)定性的第二三道防線和提高電網(wǎng)輸送能力的重要手段，電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)在提高電網(wǎng)輸電能力、保障系統(tǒng)穩(wěn)定及防止事故擴(kuò)大化等方面發(fā)揮了重要作用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1]。

目前我國大型緊急控制系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，如：西北-新疆 750kV聯(lián)網(wǎng)安全穩(wěn)定控制工程、±660kV寧東直流安全穩(wěn)定控制工程、德寶直流安全穩(wěn)定控制工程、復(fù)奉特高壓直流安全穩(wěn)定控制工程等。目前緊急系統(tǒng)存在如下特點(diǎn)：規(guī)模龐大，布點(diǎn)廣泛；裝置種類較多，型號復(fù)雜；標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等。在這些問題下對緊急控制系統(tǒng)全面的進(jìn)行測試，是保證安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的一項(xiàng)必不可少的工作[2-6]。然而，目前尚無統(tǒng)一的緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評價標(biāo)準(zhǔn)。隨著緊急控制系統(tǒng)建設(shè)工作的推進(jìn)，建立全面的大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估指標(biāo)體系，對緊急控制系統(tǒng)進(jìn)行整體的評估，對推進(jìn)大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)的體系建設(shè)，提高緊急控制系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。

1　緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估體系構(gòu)建

1.1指標(biāo)體系構(gòu)建思路

結(jié)合大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)的架構(gòu)組成及實(shí)際應(yīng)用功能，以保證指標(biāo)的全面性和指標(biāo)間的相互獨(dú)立性為原則，本文選取層次分析法建立完整統(tǒng)一的大電網(wǎng)緊急控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估指標(biāo)體系，即先確定核心評價指標(biāo)，然后通過分析對核心指標(biāo)的組成部分和影響因素，對核心指標(biāo)進(jìn)行分級分類，進(jìn)一步細(xì)化指標(biāo)，構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系。

對電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其目的是檢查系統(tǒng)的建設(shè)情況，系統(tǒng)功能，穩(wěn)控裝置間命令傳遞和數(shù)據(jù)傳遞的完整性及正確性，確保緊急控制系統(tǒng)能可靠、實(shí)時運(yùn)行。根據(jù)評價要求，大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估體系從系統(tǒng)建設(shè)、模塊功能、數(shù)據(jù)完整性、可靠性和實(shí)時性5個方面來建立，即這5項(xiàng)指標(biāo)為核心評價指標(biāo)。

1.2評估指標(biāo)體系

利用遞階層次分析法構(gòu)建的具體大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估指標(biāo)體系如圖1所示。

1）系統(tǒng)建設(shè)完整性

系統(tǒng)建設(shè)完整性指標(biāo)主要包括系統(tǒng)整體構(gòu)架、系統(tǒng)通道建設(shè)情況、系統(tǒng)冗余配置情況等。

系統(tǒng)整體構(gòu)架反映緊急控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系，一般應(yīng)是由控制主站、子站、執(zhí)行站等構(gòu)成的多級協(xié)調(diào)控制架構(gòu)，這種“集中優(yōu)化協(xié)調(diào)，分層分區(qū)控制”的架構(gòu)符合大電網(wǎng)穩(wěn)定控制特性和區(qū)域電網(wǎng)控制要求。

通道建設(shè)情況反映系統(tǒng)裝置間的通信方式，由系統(tǒng)是否具備2M專線通道和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道來評價。

系統(tǒng)的冗余配置情況是指系統(tǒng)部分主站、子站及執(zhí)行站是否具備主/輔雙套裝置，以保證系統(tǒng)的可靠性。

2）模塊功能完整性

模塊功能完整性指標(biāo)主要包括緊急控制功能和通道功能。

緊急控制功能反映緊急控制系統(tǒng)所具有主要運(yùn)行模式，評價指標(biāo)為系統(tǒng)是否具有離線模式、在線追加模式、純在線模式及在線策略下發(fā)模式等功能。

通道功能是指系統(tǒng)裝置間的通道是否能進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集、控制策略或命令上行、控制策略或命令下發(fā)等。

圖1　緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估體系

3）數(shù)據(jù)完整性

數(shù)據(jù)完整性指標(biāo)包括上送數(shù)據(jù)完整性和下發(fā)數(shù)據(jù)完整性。

上送數(shù)據(jù)完整指標(biāo)是指緊急控制系統(tǒng)的下級裝置向上級裝置上送的數(shù)據(jù)應(yīng)有定值和定值修改告警、模擬量、開入量、動作命令、告警信息等。

下發(fā)數(shù)據(jù)完整性指標(biāo)是指緊急控制系統(tǒng)的上級裝置向下級裝置下發(fā)的數(shù)據(jù)，應(yīng)有遠(yuǎn)程修改定值命令、調(diào)度命令、控制命令等。

4）系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)可靠性指標(biāo)包括裝置間通信可靠性、冗余配置可靠切換及控制可靠性。

裝置間的通信可靠性指標(biāo)指緊急控制系統(tǒng)裝置經(jīng)2M專線或調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)連接均能能正常通信。

冗余配置可靠切換指標(biāo)主要指各冗余配置的可靠切換率。

控制可靠性指標(biāo)指方式判別可靠性、在線模式和離線模式可靠切換、相繼故障可靠判別、上下級協(xié)調(diào)控制一致性、控制準(zhǔn)確性、控制精確性等。

5）系統(tǒng)實(shí)時性

實(shí)時性指標(biāo)包括實(shí)時通信指標(biāo)和實(shí)時控制指標(biāo)。

實(shí)時通信指標(biāo)反映信號傳輸速度，指2Mbps專網(wǎng)通信方式下信號傳輸時間及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)連接時信號傳輸時間是否滿足國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)時控制指標(biāo)反應(yīng)系統(tǒng)判別故障及動作快速性，指故障狀態(tài)下突變量起動時間、線路故障跳閘判出時間、查找與確定控制策略時間、本地裝置整組動作時間、緊急控制系統(tǒng)整組動作時間等是否滿足系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求。

2　緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估體系指標(biāo)權(quán)重設(shè)置

指標(biāo)權(quán)重的設(shè)置是對建立評估指標(biāo)體系的的重要環(huán)節(jié)，指標(biāo)權(quán)重的設(shè)置既要保證不隨評價對象的改變而改變，也要盡量保證客觀性，本文選取德爾菲法-熵權(quán)法組合賦權(quán)法。即根據(jù)德爾菲法確定各指標(biāo)主觀權(quán)重集合，根據(jù)熵權(quán)法確定各指標(biāo)的客觀權(quán)重集合，綜合兩者的結(jié)果確定最終的評估體系指標(biāo)權(quán)重。

德爾菲法又稱專家打分法，是充分綜合領(lǐng)域?qū)＜抑R、經(jīng)驗(yàn)和信息的方法。其大致流程是：在對所要預(yù)測的問題征得專家的意見之后，進(jìn)行整理、歸納、統(tǒng)計，再匿名反饋給各專家，再次征求意見，再集中，再反饋，直至得到一致的意見。

熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法。熵是系統(tǒng)無序程度的一個度量，系統(tǒng)可能處于多種不同的狀態(tài)，每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率為 pi(i=1,2,…,m)，則該系統(tǒng)熵的定義為

利用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重的步驟如下：設(shè)評價問題有m個評價對象，k個評價指標(biāo)，指標(biāo)值為xij（i=1,2,…,m；j=1,2,…,k），則可得評價矩陣X=(xij)mk。對于某個指標(biāo)xj有信息熵

根據(jù)主客觀權(quán)重集合及主客觀權(quán)重的重要系數(shù)，即可得最終的綜合權(quán)重wj。

綜合近 15位專家的意見，最終利用德爾菲法-熵權(quán)法組合賦權(quán)法確定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重?？傮w評價體系中系統(tǒng)建設(shè)、模塊功能、數(shù)據(jù)完整性、可靠性和實(shí)時性5項(xiàng)核心指標(biāo)的權(quán)重分別為0.15、0.20、0.15、0.3、0.2，由篇幅所限，僅給出緊急控制系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的各級指標(biāo)權(quán)重，見表1。

3　評估指標(biāo)計算方法與評分標(biāo)準(zhǔn)

大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估指標(biāo)體系的最后一級為單項(xiàng)指標(biāo)層，即被評價方案。結(jié)合目前緊急控制系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展情況及具體條件，參考國家或行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及專家意見與指導(dǎo)，并選取德爾菲法確定各單項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)及評價判據(jù)。

表1　緊急控制系統(tǒng)實(shí)時性指標(biāo)

3.1評估指標(biāo)計算方法

分析所建立的大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估指標(biāo)體系被評價方案，評價指標(biāo)可分為信息統(tǒng)計類指標(biāo)及定量分析類指標(biāo)。其中系統(tǒng)建設(shè)、模塊功能、數(shù)據(jù)完整性指標(biāo)多為信息統(tǒng)計類指標(biāo)，通過對系統(tǒng)的簡單測試即可獲得其指標(biāo)信息；可靠性和實(shí)時性指標(biāo)多為定量分析類指標(biāo)，其被評價方案的指標(biāo)值根據(jù)其定義通過簡單計算即獲得，根據(jù)專家意見對各指標(biāo)進(jìn)行定量分析，指標(biāo)值計算方法如下。

1）冗余配置情況

系統(tǒng)冗余配置率

式中，N為系統(tǒng)主站和子站的總數(shù)；n為有冗余配置的主站和子站的個數(shù)。

2）裝置間通信通道可靠性

系統(tǒng)裝置間的通道可分為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、2M專線主站間通道、2M專線子站間通道三類。

系統(tǒng)通信通道異常率為

式中，M為系統(tǒng)的某類通道總數(shù)；m為該類通道正常通信的通道數(shù)。

3）冗余配置可靠切換

冗余配置可靠切換率為

式中，a為具有冗余配置的場站中通道能可靠切換的場站數(shù)。

4）控制可靠性

控制可靠性指標(biāo)由方式判別正確率R1、在線策略模式和離線策略模式可靠切換率R2、相繼故障判別正確率R3、上下級協(xié)調(diào)控制一致率R4、穩(wěn)控裝置正確動作率R5、系統(tǒng)控制量誤差率R6組成，指標(biāo)值計算方法如式（9）、式（10）所示。

式中，Ni為對某項(xiàng)指標(biāo)測試的總次數(shù)；ni為該指標(biāo)測試通過的次數(shù)。

式中，Pci為實(shí)際控制量；Poi為預(yù)設(shè)控制量；N為控制策略的測試總次數(shù)。

5）實(shí)時性

實(shí)時性指標(biāo)值為多次測試結(jié)果的平均值，如式（11）所示。

式中，N為某一項(xiàng)時間指標(biāo)測試的有效樣本數(shù)；Ti為第i次測試所得值。

3.2評估指標(biāo)評價判據(jù)

大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估指標(biāo)體系的評分方式采取滿分制，根據(jù)評價判據(jù)計算其得分。對于信息統(tǒng)計類指標(biāo)，如系統(tǒng)整體架構(gòu)、通道建設(shè)、模塊功能等，緊急控制系統(tǒng)被測試的指標(biāo)項(xiàng)具備評價標(biāo)準(zhǔn)所述要求評分即為滿分，否則評分為零。

定量分析類指標(biāo)又分為線性指標(biāo)和離散型指標(biāo)。線性指標(biāo)如系統(tǒng)冗余配置率的評分函數(shù)為正比例函數(shù)，即評分為測試所得指標(biāo)值與理想分值的乘積。對于離散型指標(biāo)如系統(tǒng)控制量誤差率、實(shí)時性指標(biāo)，本文參考專家意見，采用德菲爾法確定評分標(biāo)準(zhǔn)。

系統(tǒng)控制量誤差率的評價判據(jù)采用分段制，即根據(jù)誤差的范圍確定得分，具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

實(shí)時性指標(biāo)為負(fù)指標(biāo)，即隨其時間值的減小其分值應(yīng)增高。隨其時間的減少分段設(shè)置其評分標(biāo)準(zhǔn)，具體評分判據(jù)見表3。50%～80%80%～100% 200

表2　系統(tǒng)控制量誤差率評分標(biāo)準(zhǔn)

表3　實(shí)時性指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)

遞階層次法向上計算即得電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)的整體評價得分：

式中，Sk為層次結(jié)構(gòu)中第k層某一指標(biāo)Ak的評分；j為Ak指標(biāo)的 k+1層指標(biāo)的序號；為Ak指標(biāo)的k+1層第j個指標(biāo)的評分；為第j個指標(biāo)的權(quán)重。

4　算例分析

選取國網(wǎng)某省調(diào)緊急控制系統(tǒng)A和南網(wǎng)某中調(diào)緊急控制系統(tǒng)B作為測試對象，利用所建立的大電網(wǎng)緊急控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估系統(tǒng)對緊急控制系統(tǒng)架構(gòu)功能和運(yùn)行效果進(jìn)行評估分析，以驗(yàn)證該評估體系的實(shí)用性。A系統(tǒng)為風(fēng)光集群控制系統(tǒng)，包括1個調(diào)度中心站、5個協(xié)調(diào)控制主站、41個控制子站和74個執(zhí)行場站，10條調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道，230條2M專網(wǎng)通道。B系統(tǒng)為多類型新能源接入的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，包括 1個協(xié)調(diào)控制主站，4個區(qū)域控制主站，1個信息站，25個控制子站，18個執(zhí)行站，4條調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道，86條2M專網(wǎng)通道。通過對系統(tǒng)進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和簡單計算求出個指標(biāo)項(xiàng)的具體指標(biāo)值，按照指標(biāo)評分判據(jù)得到指標(biāo)評分。

表4和表5中統(tǒng)計了緊急控制系統(tǒng)A、B的可靠性和實(shí)時性方面的三級指標(biāo)的測試所得值，并根據(jù)評價判據(jù)計算各項(xiàng)指標(biāo)得分。

利用式（12）對各指標(biāo)對應(yīng)權(quán)重與得分相乘再求和，逐級向上即可求得緊急控制系統(tǒng)A、B的可靠性指標(biāo)評分值分別為 86.99、90.22，實(shí)時性指標(biāo)評分值分別為 75.70、75.25。同理，利用此方法獲得兩緊急控制系統(tǒng)的整體評估結(jié)果，見表6。

表 6清晰的反映了兩緊急控制系統(tǒng)的整體情況。A緊急控制系統(tǒng)其在數(shù)據(jù)完整性和可靠性方面的評分較B南網(wǎng)中調(diào)的緊急控制系統(tǒng)偏低，導(dǎo)致其總體評分低于B系統(tǒng)。經(jīng)分析可知，A緊急控制系統(tǒng)規(guī)模較大，且接入站點(diǎn)中風(fēng)電站較多，系統(tǒng)較為復(fù)雜，所以其評估結(jié)果稍低于B緊急控制系統(tǒng)。

表4　系統(tǒng)可靠性第三級指標(biāo)數(shù)據(jù)

表5　系統(tǒng)實(shí)時性第三級指標(biāo)數(shù)據(jù)

表6　緊急控制系統(tǒng)評估結(jié)果

為將指標(biāo)的評估結(jié)果進(jìn)行量化分析，可根據(jù)評分結(jié)果判定系統(tǒng)是否通過測試。經(jīng)對多個緊急控制系統(tǒng)進(jìn)行評估，并參考領(lǐng)域?qū)＜业囊庖?，確定90分為測試通過線，系統(tǒng)評分高于90即通過測試。由表4可知，系統(tǒng)A測試不合格，在數(shù)據(jù)完整性及可靠性方面對其進(jìn)行改進(jìn)后，再次對其進(jìn)行系統(tǒng)的評估，測試通過。

5　結(jié)論

根據(jù)本文所建立的大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證評估指標(biāo)體系，能對大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)進(jìn)行全局性和整體性測試及評價，并根據(jù)評價結(jié)果改進(jìn)其體系建設(shè)，確保其投入使用后能可靠穩(wěn)定運(yùn)行。隨著緊急控制系統(tǒng)的深入研究及發(fā)展，可在本評估系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展并細(xì)化，進(jìn)一步改進(jìn)評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，并對緊急控制系統(tǒng)進(jìn)行年度全面可靠的測試評估，這對推進(jìn)大電網(wǎng)緊急控制系統(tǒng)的體系建設(shè)，提高緊急控制系統(tǒng)的可靠性，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性具有重要意義。

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Assessment System of Testing the Emergency Control System of Grid

Yang Li1Li Xianyun1Wan Fangru2
(1. Nanjing Institute of Technology, Nanjing 210000；2. NARI Technology Power System Stability Control Branch Company, Nanjing 210000)

In order to promote the construction and reliability of emergency control system, the article set up the assessment system of testing the emergency control system of large grid. Combining with the architecture and the practical application function of the emergency control system, the proposed assessment index system is constructed. The assessment index system consist of the indices from the first grade to the third grade, which cover five aspects, namely construction of system, module function, data integrity, reliability and real-time performance. The index weights are set by combination of Delphi and entropy and the index evaluation criteria is set by Delphi. Results of computing examples show that the proposed assessment system is practical and can reflect overall situation of emergency control system clearly, which benefits finding out and improve the weak link, therefore construction of the emergency control system will be strengthened.

emergency control system; test; assessment system; weight

楊 麗（1990-），女，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定與控制方面的研究。