陳娟++陳慶濤

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.010

摘 要：隨著電網互聯工作的開展，電力系統(tǒng)的系統(tǒng)動態(tài)特性也越來越復雜。電網在規(guī)模不斷增大，復雜性不斷增強的同時，傳統(tǒng)的單一依靠自動化系統(tǒng)進行調度的方式已經不適用于現代電力系統(tǒng)的運行需要。行業(yè)的發(fā)展需要新的技術手段來實現對電力系統(tǒng)正常運營的監(jiān)控。該文就電力系統(tǒng)運行及安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)的研究與開發(fā)做簡要闡述。

關鍵詞：電力系統(tǒng)運行 安全監(jiān)控仿真系統(tǒng) 研究與開發(fā)

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0010-02

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模擴大及復雜性的增加，人們對系統(tǒng)內部機理的認識沒有保持同步發(fā)展，尤其是在系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全方面，對電力系統(tǒng)認識受限主要是緣于安全監(jiān)控的理論及方法。電力系統(tǒng)的監(jiān)測手段主要是設備監(jiān)控，監(jiān)控的手段還比較薄弱，與電力系統(tǒng)的發(fā)展需求不能有效適應。

1 系統(tǒng)結構

電力系統(tǒng)運行及安全監(jiān)控據仿真系統(tǒng)包括了電力系統(tǒng)仿真與安全監(jiān)控仿真兩個部分。前者又包括了多個子系統(tǒng)。如電力系統(tǒng)安全數字實時仿真子系統(tǒng)，該系統(tǒng)的作用在于實時模擬大規(guī)模電力系統(tǒng)的運行，并提供仿真數據為其它的子系統(tǒng)所用。電力市場仿真子系統(tǒng)，對各種交易規(guī)則及類型，市場模式進行仿真，作用在于交易市場的仿真與培訓。PMU/WAMS子系統(tǒng)，作用在于對電力系統(tǒng)進行動態(tài)實時的監(jiān)測并分析。SCADA/EMS子系統(tǒng)，對仿真電力系統(tǒng)監(jiān)控并分析。故障信息管理子系統(tǒng)，對故障信息進行管理與應用。電力仿真系統(tǒng)由以上幾個子系統(tǒng)構建，通過高效數據網絡，各子系統(tǒng)實現數據交換并從中獲取需要的數據，掛靠的結果也通過數據網傳送到數據總線。整個電力系統(tǒng)的運行數據在總線上都可以獲得，為電力系統(tǒng)安全監(jiān)控應用仿真打下基礎。電力系統(tǒng)安全監(jiān)控仿真則包括了電力系統(tǒng)動態(tài)安全評估與預警。電網運行數據的獲取可以來自于SCADA/EMS子系統(tǒng)，也可以通過獲取市場仿真系統(tǒng)發(fā)電計劃，對未來計劃運行進行安全考核。

2 系統(tǒng)涉及到的技術

2.1 大規(guī)模電網實時仿真

廣站拓樸結構的復雜交流電網并行仿真與直流電網機電態(tài)—電磁暫態(tài)混合并行仿真。

交流電網仿真實時與超時仿真計算主要是通過網絡分割與并行計算。其不足之處在于開關、刀閘等網絡接線方式無法考慮，變電站內刀閘與開關模擬工作開展時不是特別的方便，會受到一定影響。將廣站拓樸結構引入到并行仿真系統(tǒng)中，結合拓樸變化分析，電網設備在運行過程中投運、切除、參數變化、刀閘相繼動作、開關等方面都可以被考慮進去。母線分裂與合并等結構變化情況也可以被考慮。安全自動裝置與繼電裝置進行模擬可以通過對系統(tǒng)干擾進行模擬來實現。如繼電保護的誤動，拒動，正確動作，線路開斷，系統(tǒng)解列，同并列操作，從而提升模擬工作的真實性，營造一個真實良好的系統(tǒng)運行環(huán)境為各種實驗開展提供一定的基礎。

在某些故障存在的情況下，如交流電網發(fā)生的不對稱故障，換相失敗等，則可以采用機電暫態(tài)—電磁暫態(tài)混合并行仿真。為了避免單純的機電暫態(tài)仿真所帶來的誤差，更加準確的對電網運行情況進行模擬，電磁暫態(tài)仿真可以用于直流輸電系統(tǒng)，機電暫態(tài)仿真用于交流電網[1]。

在實際應用中，通過該項技術實現了對國家電網骨干購網架的實時仿真，實時仿真系統(tǒng)通過1∶1時間仿真，不間斷的運行，對實際電力系統(tǒng)的運行方式，網絡結構變化進行真實的模擬。

2.2 系統(tǒng)評估與安全預警

該項技術又包括了多項技術于其中，如在/離線數據整合，任務調度，穩(wěn)定極限并行計算，輔助決策并行計算，基于PMU低頻振蕩安全分析與預警。

大規(guī)模的電網互聯涉及到的數據范圍廣，數據量也較大，對應關系也比較復雜，傳統(tǒng)方法主要是人工維護，在現階段已經不適合。在/離線數據整合，主要是通過變壓器進行拼接。拼接采用的是跨區(qū)拼接的方式，并且是跨電壓等級的，支持等值電網、設備的在/離線動態(tài)智能映射技術?？梢砸罁壵{度在線EMS與離線方式數據，生成可進行暫態(tài)仿真的計算數據，同時也能夠適應電網的拓樸變化。

為了確保任務在有限的時間內完成，就需要多臺設備進行協(xié)同作業(yè)。通常情況采用的是分布式計算平臺，應用的技術手段有數據廣播，計算流程時序控制，任務預分項等。穩(wěn)定極限并行計算可以在潮流調控中對多個斷面功率進行同步控制。可以同時考慮到斷面暫態(tài)、電壓、熱穩(wěn)定。在考慮縮短計算時間的情況下，可以在穩(wěn)定校核時采用此技術。輔助決策的作用在于找出滿足穩(wěn)定性靜態(tài)運行點，使系統(tǒng)對故障的應對能力得以提升。動態(tài)調度問題的求解通常是轉化為靜態(tài)約束非線性優(yōu)化問題。

3 電力市場仿真的關鍵技術

該技術包括了仿真建模，仿真平臺，智能代理技術。仿真系統(tǒng)開發(fā)是基于計算經濟學，實驗經濟學，系統(tǒng)控制理論，智能代理技術，電力市場等。并將SOA，網絡地理信息系統(tǒng)等技術應用于其中，通過對市場動作、系統(tǒng)運行、參與行為模擬仿真為市場仿真實驗提供了技術平臺（見圖1）。

4 電力仿真系統(tǒng)的功能

仿真系統(tǒng)可以依據子系統(tǒng)所形成的運行方式數據，進行暫仿真計算，對故障情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行分析，從而實現市場環(huán)境下系統(tǒng)仿真研究。

仿真系統(tǒng)可以對一系列的監(jiān)控技術與新系統(tǒng)進行研究測試。這些技術包括了，安全分析與評估，動態(tài)調節(jié)與控制，系統(tǒng)故障診斷，系統(tǒng)恢復控制等。

為了保證電網的安全穩(wěn)定運行，對其運行方式進行分析與穩(wěn)評估。主要包括了兩種方式：一方面是將電網運行方式數據提供給安全評估與預警子系統(tǒng)；另一方式則是將數據提供仿真子系統(tǒng)，通過暫態(tài)仿真計算，并結合案例評估與預警子系統(tǒng)，以實現對安全穩(wěn)定性的分析與評估。

事故原因排查及相應的措施研究。安全仿真系統(tǒng)可以將在線實時數據導入，進行暫態(tài)仿真計算，通過對事故在狀態(tài)下動作、運作、自動調控過程，并結全相關子系統(tǒng)對事故進行分析，并在采取措施后對效果進行觀察。

對自動化設備及控制系統(tǒng)功能進行測試。測試的內容包含了母線電壓、線路電流、有功功率、系統(tǒng)穩(wěn)定器等。

發(fā)電計劃校核測試與試驗。市場仿真子系統(tǒng)進行市場交易仿真，并將計劃發(fā)送給安全評估與預警系統(tǒng)，系統(tǒng)基于計劃與負荷數據進行潮流整合，給出符合計劃的潮流并對計劃運行方式進行安全校核。將結果反饋于仿真子系統(tǒng)，若未通過則對計劃進行調整并重復上述步驟。

5 結語

電力系統(tǒng)運行及安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)融合了多項技術，能夠對大規(guī)模電網運行實施模擬，并對新技術與監(jiān)控手段進行效果測試。其應用的范圍較廣，涉及到了科研、生產、教育等多個方面。作為系統(tǒng)運行，調度與控制的重要手段，其應用的市場前景廣闊。仿真系統(tǒng)為電網運行提供了技術支撐。

參考文獻

[1] 田芳，董春暉，李亞樓，等.電力系統(tǒng)運行及安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].中國電機工程學報，2011（28）：80-86.

[2] 王丹.電網和變電站聯合仿真培訓系統(tǒng)設計[D].華北電力大學，2015.