苗偉威，趙選宗，劉世超，喬立同，馬強

（國網山東省電力公司，山東濟南250001）

山東省調在線安全穩(wěn)定分析實用化提升研究

苗偉威，趙選宗，劉世超，喬立同，馬強

（國網山東省電力公司，山東濟南250001）

為應對山東電網日益復雜的運行形勢，山東省調著力提升在線安全穩(wěn)定分析在調控運行全過程的技術支撐作用?；贒5000系統(tǒng)開發(fā)了圖形化操作和事故觸發(fā)計算模塊，進一步完善在線系統(tǒng)功能，減輕運行分析人員的工作量；同時不斷研究將在線分析融入調控運行各業(yè)務流程，將系統(tǒng)分析、計劃安排和調控運行由傳統(tǒng)粗放模式向準實時、精細化方向推進，全方位提升專業(yè)水平。最后，通過兩個實用化案例證明了在線分析實用化提升研究的有效性。

在線安全穩(wěn)定分析；圖形化操作；事故觸發(fā)；實用化提升

0 引言

山東電網的結構和運行特性將隨著特高壓的建設發(fā)生重大變化，目前首個1 000 kV特高壓交流工程已落點泉城，上海廟—臨沂、扎魯特—青州2條±800 kV特高壓直流工程正在建設。預計在2018年底，山東電網將形成具有3條直流落點、特高壓交直流互聯(lián)的復雜受端電網。從電網調控運行工作角度來看，電網操作、調整和故障處置因為特高壓交直流耦合的關系難度大幅增加，形勢十分嚴峻，提高電網調度運行人員的分析研究水平迫在眉睫。

國內外專家總結的大電網防御體系［1-4］，是通過構建三道防線防止電網崩潰，借助預防控制、緊急控制和校正控制來保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定，而其中進行風險控制的基礎則是對風險和決策的有效量化［5-6］。具有在線評估與決策能力的在線安全穩(wěn)定分析及輔助決策系統(tǒng)（以下簡稱“在線分析”）自研發(fā)推廣之日起，就成為電網運行必不可少的重要支撐［7-10］。

在線分析及輔助決策系統(tǒng)所應用的核心理論與方法和離線計算是一致的，但區(qū)別于離線計算采用的典型或極端電網方式，在線分析基于狀態(tài)估計數據和電網在線模型，能夠真實反映電網狀態(tài)，相較于離線計算，調控運行人員能夠全方位、全周期監(jiān)視電網運行情況，在實現(xiàn)電網多級協(xié)調的安全防御、精細優(yōu)化的調度計劃和規(guī)范高效的調度管理中優(yōu)勢突出［11-12］。

主要介紹山東省調在提升在線分析應用方面的研究：首先從技術方面不斷完善提升，結合具體需求開發(fā)圖形化操作和事故觸發(fā)功能，加強在線分析對調控運行全過程的技術支撐；另一方面從管理入手，不斷將在線分析融入各相關專業(yè)業(yè)務流程，全方位提升調控水平，實現(xiàn)精細化和精益化調度，對于深化在線分析應用具有借鑒意義。

1 山東省調在線實用化現(xiàn)狀

實時態(tài)計算與電網運行聯(lián)系緊密，能夠準確反映電網風險，成為輔助調控人員運行工作不可或缺的工具［13］，但在基礎功能模塊和實用化水平方面仍需進一步提升。

1.1 基礎功能模塊

通過在線分析應用，多次發(fā)現(xiàn)電網運行中存在的不安全因素，為調度員及時消除系統(tǒng)隱患提供了重要的技術支撐。在實用化過程中，基礎數據質量不斷提高，維護機制逐步健全，在線、離線計算工具的基礎數據差異基本消除，大量實際案例的檢驗證明了在線計算結果的真實可信。但在長期應用過程中也發(fā)現(xiàn)當前系統(tǒng)存在一些問題不能滿足精細化計算的要求，首先體現(xiàn)在數據模型上，由于建設初期依賴于D5000的狀態(tài)估計模型，在計算細節(jié)中存在不足。

1）模型不全。例如：動態(tài)無功補償設備（如可控串補、SVC等）未標識；在線機組動態(tài)模型不對應；無設備零序參數等。

2）數據不規(guī)范。包括：無法導出開關信息；等值元件和被等值元件并存；直流數據不完整；串聯(lián)電容電抗器潮流值缺失等。

3）計算結果有誤差。例如狀態(tài)估計中無功分布不合理等。

上述問題的存在造成利用國調下發(fā)數據進行在線獨立（或聯(lián)合）計算時出現(xiàn)信息不全、映射錯誤等一系列影響計算結果的因素，降低了實用化水平。

除此之外，在實用化過程中，當前系統(tǒng)還存在調整操作不直觀、操作步驟繁瑣等問題。在進行單一故障仿真時，仍需按照既定流程進行計算，不利于快速獲取關鍵信息；在電網發(fā)生事故時，仍需要人工啟動，逐步執(zhí)行計算流程，不利于事故快速處理。應用過程中的諸多問題影響了實用化進程，其功能模塊還需進一步完善和提升。

1.2 在線分析應用水平

除了功能尚需完善以外，在線分析應用需要進一步提高實用化水平。

首先，在線系統(tǒng)的建設迫切需要各專業(yè)協(xié)同配合，有利于改善原有工作模式。比如在原有工作模式下，調控運行、調度計劃、系統(tǒng)運行和繼電保護各專業(yè)在進行操作調整、計劃安排、方式計算和保護整定的過程中各自維護基礎數據、各用一套計算工具，一方面重復浪費勞動力，另一方面在長時間的封閉管理下，已很難保證數據和模型一致，造成計算結果無法互相比較和印證。

而且，將調控業(yè)務各流程納入在線分析有利于挖掘系統(tǒng)潛力，將系統(tǒng)分析、計劃校核和調控運行模式向準實時、精細化方向推進。在這方面，在線系統(tǒng)具有先天的優(yōu)勢，比如能夠實現(xiàn)基于實時運行斷面的計算、能夠實現(xiàn)真正意義上的與運行控制有機銜接的計劃校核，能夠為事故處理提供科學決策。實現(xiàn)在線系統(tǒng)實用化，能夠實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同協(xié)作，將在線計算應用貫穿調控業(yè)務全過程。

2 在線實用化提升研究

2.1 圖形化操作和事故觸發(fā)功能的開發(fā)

為提升在線分析系統(tǒng)的實用化水平，山東省調利用圖形化操作和事故觸發(fā)兩個課題的研究對系統(tǒng)進行了改造與升級，兩個課題與原系統(tǒng)之間的關系如圖1所示。圖形化操作如圖1中藍色部分所示，事故觸發(fā)如圖1中紅色部分所示。

圖1 在線安全穩(wěn)定分析系統(tǒng)架構

2.1.1 圖形化操作開發(fā)

圖形化操作屬于在線分析研究，立足于調度員的實際使用需求，通過對核心計算程序的重新開發(fā)，圖形化操作能夠脫離于D5000系統(tǒng)的PAS模塊，獨立完成潮流計算和調度控制輔助決策，進一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖形化操作基于基礎平臺提供的廠站圖、潮流圖，以及后臺實時庫功能，支持多數據源（實時和歷史）運行方式的靈活修改，實現(xiàn)了在線預警應用研究態(tài)模塊中運行方式的可視化調整，包括開關刀閘變位、元件狀態(tài)改變、機組或負荷的有功（無功）調整等，此外還可以進行批量調整發(fā)電（負荷）等PAS無法實現(xiàn)的復雜操作，提供了方便直觀的數據檢查、狀態(tài)監(jiān)視等輔助手段。

新功能的開發(fā)為使用人員的模擬操作、分析研究和技術培訓等提供堅實的技術支持手段。

2.1.2 事故觸發(fā)功能開發(fā)

事故觸發(fā)功能是指在電網發(fā)生較嚴重故障、引起電網結構發(fā)生改變等情況下，基于綜合智能告警應用推送的事故信號，自動啟動事故后分析，對電網故障后的狀態(tài)進行評估，及時給出預警信息。該功能對原系統(tǒng)的改造如圖1中紅色部分所示。

當綜合智能告警應用監(jiān)測到系統(tǒng)中發(fā)生滿足觸發(fā)條件的事件后，以文件形式記錄故障形態(tài)，然后通過服務總線轉發(fā)給網絡分析應用。網絡分析應用接收到綜合智能告警發(fā)來的觸發(fā)信號后立即啟動新的狀態(tài)估計，對事故后電網潮流進行計算。計算結果若不收斂需反饋給綜合智能告警；若收斂，則把潮流斷面文件與事件信息一起發(fā)給在線分析應用，繼續(xù)進行安全穩(wěn)定分析，對電網故障后的狀態(tài)進行評估，及時給出預警信息。事故觸發(fā)功能可以接收本調度機構綜合智能告警消息和狀態(tài)估計數據并能夠匹配上級下發(fā)的實時外網數據，能夠及時、準確地開展事故后安全穩(wěn)定分析計算。

2.2 優(yōu)化在線實用化工作流程

為保障在線實用化工作的有效開展，省調根據近幾年在線分析工作的開展情況并結合實際需求，建章立制，重新修編現(xiàn)有工作規(guī)范，如《在線安全穩(wěn)定分析工作規(guī)范》、《在線安全穩(wěn)定分析培訓規(guī)范》、《電網故障及異常仿真分析管理規(guī)定》等，從而進一步規(guī)范在線各項工作，夯實在線工作基礎。通過推廣在線分析應用，建立適用于調控運行的全業(yè)務流程。

1）優(yōu)化參數修改流程。從源頭把關，建立了在線計算的基礎參數管控流程，開發(fā)標準工作流程，參數的異動由檢修申請發(fā)起，經自動化處、系統(tǒng)處和保護處審核通過，由調控處最終匯總。從而確保同一設備參數在各專業(yè)保持一致，保證在線計算結論的準確性。

2）優(yōu)化調度操作流程。安全分析工程師實時利用在線安全穩(wěn)定分析系統(tǒng)對電網進行風險分析，查找系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)以及危險點；將在線分析系統(tǒng)與智能操作票相關聯(lián)，提升操作安全性。在重要輸變電設備停電前，調用在線安全分析系統(tǒng)校核設備開斷后的電網安全穩(wěn)定情況，確保操作安全。

3）優(yōu)化計劃檢修流程。在檢修申請預告環(huán)節(jié)，增設了在線分析校核節(jié)點，即當有重要主設備計劃停運時，由安全分析工程師利用在線分析研究批復的方式調整和控制限額的校核，進一步校核措施的合理性和完整性，如果措施不足則立即將計算結果和改進措施的建議反饋至計劃處，不遺漏任何電網風險。

4）優(yōu)化事故分析流程。利用在線分析系統(tǒng)開展事故分析，完善電網事故分析機制。針對電網運行中發(fā)生的重大設備故障，利用在線系統(tǒng)進行復現(xiàn)，同時結合電網故障錄波、PMU歷史曲線等，增強對事故機理、安自動作、機組響應等行為的后評估。

通過對現(xiàn)有工作流程進行梳理和優(yōu)化，深化在線分析系統(tǒng)在各專業(yè)實際工作中的應用，有利于及時發(fā)現(xiàn)電網重大風險，確保電網安全穩(wěn)定運行。

3 實用化案例分析

3.1 翟鋼線和翟花線同時跳閘事故

案例描述。2016年8月某日晚，萊蕪—泰安東地區(qū)出現(xiàn)雷雨天氣，220 kV翟鋼線、翟花線因雷擊同時發(fā)生三相跳閘，根據調度規(guī)程中對于三相故障不應強送的要求，調度員未立即組織對線路強送。

事故后方式如圖2所示，220 kV翟鋼線、翟花線同時跳閘后，眾泰電廠、翟鎮(zhèn)站、南流泉站、浚河站、果都站僅通過220 kV雙泉線（雙龍至南流泉）與主網聯(lián)系，雙泉線潮流重，事故后電網存在較大風險。由于事故后電網方式薄弱，安全分析工程師在綜合智能告警界面確認進行事故觸發(fā)計算。

事故觸發(fā)計算結論。圖3給出了事故后電網的安全穩(wěn)定分析計算結果，可以看出，在翟鋼線、翟花線同時停運后的電網方式下，6大類計算結果顯示沒有過流、短路電流超標和穩(wěn)定問題。因此，目前電網存在的問題僅為多站單電源并網，可靠性降低。在處理上，應首先降低電網風險等級，將具備轉移條件的負荷立即調出，例如其中的浚河站負荷，通過圖形化操作計算合環(huán)電流允許后調棗莊電網供電。

圖2 萊蕪—泰安東電網接線圖（局部）

圖3 當前系統(tǒng)運行方式下電網分析結果

進一步處理。本案例中由于是三相故障，不符合調度規(guī)程的強送條件，但此時由于電網急需，結合雷雨氣象條件下雷擊可能性較大，出于盡快恢復電網運行方式的原則，考慮對線路強送一次。而在強送之前，需要明確在故障后電網方式下能否再承受一次三相短路沖擊，針對該疑問，安全分析工程師查看了事故后電網在考慮預想故障時的計算結果，如圖4所示。圖4表明此時若再面臨一次短路，電網仍然具備足夠的穩(wěn)定裕度（最低暫態(tài)功角裕度84.3%）。根據該結論調度員下令對線路強送，線路一次強送成功，電網方式得以盡快恢復，風險消除。

圖4 當前預想故障方式下電網分析結果

3.2 潤澤電廠暫態(tài)穩(wěn)定水平計算

案例描述。2016年9月某日中午，受天氣炎熱、機組檢修、降出力以及機組跳閘影響，電網旋轉備用嚴重不足；受華北電網熱穩(wěn)定限制，華北與山東聯(lián)絡線已達到最大輸送功率，視負荷變化趨勢可能需要采取有序用電。但此時，運行機組中潤澤電廠兩臺機尚未達到其最高技術出力645 MW，實際出力僅為500 MW，窩出力原因為濟寧—菏澤電網220 kV緡黨線、緡魚線同時停電，如圖5所示（根據運行方式規(guī)定，在緡黨線停電期間，為避免500 kV皇鄆雙線同時掉閘，潤澤電廠暫態(tài)失穩(wěn)，控制潤澤電廠兩臺機出力不超過1 000 MW）。

鑒于離線計算是基于極端方式，與實際電網運行方式有所不同，計算結果相對比較保守。在備用嚴重不足可能導致電網限電的情況下，假如能夠利用在線工具確定電廠窩出力的實時限額，則有可能適當抬高電廠出力、緩解電網備用緊張，避免對用戶限電。根據這一想法，安全分析工程師對潤澤電廠兩臺機組的穩(wěn)定水平進行了在線計算，計算結果如圖6～8所示。

圖5 濟寧—菏澤電網接線圖（局部）

通過圖6的仿真結果可以看出，潤澤電廠兩臺機分別在500 MW和645 MW兩種出力工況時，若電網發(fā)生皇鄆雙線任一回三相故障，另一回無故障斷開，0.1s切除故障不重合，潤澤機組（圖6以2號機為代表）均可以保持穩(wěn)定，從圖6結果可以看出，當機組出力更高時（645 MW），功角波動范圍更大，意味著穩(wěn)定水平更低。

圖6 不同初始出力工況下機組暫態(tài)功角仿真曲線（0.1 s故障切除）

圖7 不同故障切除時間下機組暫態(tài)功角仿真曲線（出力500 MW）

圖8 不同故障切除時間下機組暫態(tài)功角仿真曲線（出力645 MW）

而通過臨界切除時間可以進行定量比較，圖7和圖8分別給出了潤澤電廠兩臺機在500 MW和645 MW兩種出力工況下的臨界切除時間：藍色代表按照0.1 s切除故障時的仿真曲線，紅色代表按照臨界切除時間切除故障時的仿真曲線，可以看出當出力為500 MW時，故障的臨界切除時間為0.213 s；而當出力為645 MW時，故障的臨界切除時間為0.149 s，盡管較500 MW出力時降低約30%，但仍保留有一定的裕度，在經計算允許的條件下可適當減少電廠的窩出力數額。

通過算例表明：在線方式下的仿真計算，由于采用當前電網實時運行狀態(tài)和數據，分析結果符合當前電網實際，可有效避免離線方式造成的結果過于保守，這是相較于離線計算的優(yōu)勢，在線系統(tǒng)的實用化對提升調控運行水平方面有重要意義。

4 結語

“外電入魯”規(guī)模的不斷增大進一步增加了山東交直流混聯(lián)電網的運行難度，結合實際需求，山東省調從功能開發(fā)和專業(yè)管理兩個方面堅持研究探索、深化在線分析計算應用，提高實用化水平，一方面加強系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性和便利性，使運行人員從繁重的計算工作中解脫出來，另一方面加強系統(tǒng)使用的深度，明確實時運行、計劃操作、故障之后的電網安全風險和薄弱點，從而在調度操作和事故處置中占據主動地位。

以此為基礎，后期工作將繼續(xù)提高在線系統(tǒng)計算能力，并進一步研究與離線計算的模型轉換和融合，以保證在線計算能夠更快、更真實、更準確地反應電網運行情況。

［1］U.S.-Canada Power System Outage Task Force.Final Report on the August 14，2003 Blackout in the United States and Canada：Causes and Recommendations［R/OL］.［2017-01-10］.https：//reports.Energy.gov.

［2］胡學浩.美加聯(lián)合電網大面積停電事故的反思和啟示［J］.電網技術，2003，27（9）：72-76.

［3］薛禹勝.時空協(xié)調的大面積停電防御框架（一）從孤立防線到綜合防御［J］.電力系統(tǒng)自動化，2006，30（1）：8-16.

［4］薛禹勝.暫態(tài)穩(wěn)定預防控制和緊急控制的協(xié)調［J］.電力系統(tǒng)自動化，2002，26（4）：1-4，9.

［5］馮永青，孫宏斌，朱成騏，等.基于信息理論與技術的地區(qū)電網輔助決策系統(tǒng)設計［J］.電力系統(tǒng)自動化，2004，28（4）：58-62.

［6］孫光輝，畢兆東，趙希才，等.電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定評估及決策技術的研究［J］.電力系統(tǒng)自動化，2005，29（17）：81-84.

［7］李碧君，周曉寧，劉強.基于智能電網調度技術支持系統(tǒng)的電網運行安全風險在線防控［J］.華東電力，2014，42（6）：1 057-1 063.

［8］蔡斌，吳素農，王詩明，等.電網在線安全穩(wěn)定分析和預警系統(tǒng)［J］.電網技術，2007，31（2）：36-41.

［9］嚴劍峰，于之虹，田芳，等.電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全評估和預警系統(tǒng)［J］.中國電機工程學報，2008，28（34）：87-93.

［8］鄭超，侯俊賢，嚴劍峰，等.在線動態(tài)安全評估與預警系統(tǒng)的功能設計與實現(xiàn)［J］.電網技術，2010，34（3）：55-60.

［10］丁平，徐友平，汪劍波，等.大電網在線動態(tài)安全評估系統(tǒng)電網模型特性分析［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2013，41（19）：132-139.

［11］嚴劍峰，馮長有，魯廣明，等.考慮運行方式安排的大電網在線趨勢分析技術［J］.電力系統(tǒng)自動化，2015，39（1）：111-116.

［12］孫樹明，謝昶，呂穎，等.電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析應用模式［J］.電網技術，2015，39（10）：2 875-2 881.

［13］趙選宗，雷鳴，李靖，等.電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析技術研究［J］.山東電力技術，2014，41（5）：6-12.

Research on Practical Promotion of Dynamic Security Assessment for Shandong Power Dispatching and Control Center

MIAO Weiwei，ZHAO Xuanzong，LIU Shichao，QIAO Litong，MA Qiang
（State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

In response to the increasing complexity of Shandong power grid，Shandong power dispatching and control center insists on improving the application level of dynamic security assessment（DSA）in the whole process of regulation and operation.Graphical operation and fault-triggered computation are developed based on D5000 system to enhance the DSA system functions and reduce the workload of operators.Meantime，DSA has been continuously adopted to various aspect of dispatching process，such as system analysis，scheduling and operating，helping the evolution from traditional off-line mode to the quasi-real time and more meticulous mode.Finally，two practical cases show the necessity and significance of DSA application.

dynamic security assessment；graphical operation；fault-triggered；application promotion

TM73

A

1007－9904（2017）05－0005－05

2016-12-10

苗偉威（1985），男，工程師，從事電力系統(tǒng)運行和分析工作。