CN102237720B - 一种电网安全分析、预警及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电网安全分析、预警及控制方法，该方法用的电力系统安全分析及预警系统具有分布式协调框架结构，包括平台和应用系统；该方法包括下述步骤：电力系统小负荷运行；负荷爬坡；重负荷方式；系统出现小扰动；重负荷方式下的N-1故障；重负荷检修方式；重负荷方式下的N-2故障；重负荷方式下的多重开断故障；系统解列后进入恢复状态；电力系统平稳；本发明根据对电网安全的系统总结和分析，提出了涵盖各种安全分析系统及控制技术的电网安全综合方法，提出了描述电网各种动态过程的典型模型，这为各种安全分析系统的协调应用提供了基础，有利于解决大电网警戒状态、紧急状态下的各种问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域的一种安全分析、预警及控制的方法，具体涉及一种电网安全分析、预警及控制方法。
背景技术
目前，电力系统主要通过能量管理系统、自动发电控制、自动电压和无功控制、广域测量系统、实时仿真计算、安全自动装置等系统监测、控制电力系统的运行状态和故障过程，这些系统从测量手段、分析手段等方面有了较大发展，但在控制策略的系统性和协调性等方面仍存在一些不足，在稳态调控和紧急状态下控制方面发展较慢，在电网无故障状态(包括部分元件停运的稳态)、故障过程、故障后的状态及其相应的安全防御措施缺乏系统的方法。归纳如下：
(1)在线状态分类、识别和控制子系统分工处理；
(2)系统状态监测、调控和紧急控制方面；
(3)解决电网安全防御第一、第二道防线不到位的措施；
(4)紧急状态下的决策支持及智能决策。
发明内容
本发明的目的是提供一种电网安全分析、预警及控制方法，该方法涵盖了各种电网稳定分析技术，包括静态稳定、功角稳定、暂态稳定、电压稳定、频率稳定、中长期稳定分析等，集成了并行计算技术、信息技术、广域测量技术，基于大电网调度平台、仿真计算平台，使用多尺度电力系统仿真方法对电力系统各种运行状态进行实时分析，寻找系统的薄弱环节，对电网进行预警控制，避免发生灾难性的事故。
本发明采用下述方案予以实施：
一种电网安全分析、预警及控制方法，其改进之处在于，所述方法用的电力系统安全分析及预警系统具有分布式协调框架结构，所述电力系统安全分析及预警系统包括平台和应用系统；所述方法对电网安全的分析、预警及控制体现在下述步骤：
A、所述电力系统小负荷运行；
B、所述电力系统负荷爬坡；
C、所述电力系统重负荷方式；
D、所述电力系统出现小扰动；
E、所述电力系统重负荷方式下的N-1故障；
F、所述电力系统重负荷检修方式；
G、所述电力系统重负荷方式下的N-2故障；
H、所述电力系统重负荷方式下的多重开断故障；
I、所述电力系统解列后进入恢复状态；
J、所述电力系统平稳。
本发明提供的一种优选的技术方案是：所述平台有两个，所述两个平台包括调度自动化基础平台和实时仿真计算平台；所述实时仿真平台由并行计算机构成。
本发明提供的第二优选的技术方案是：所述应用系统有五类，所述五类应用系统包括动态安全评估系统、中长期安全分析系统、广域分析及保护系统、安全沙盘推演系统和电网运行专家辅助系统。
本发明提供的第三优选的技术方案是：所述步骤A中，在小负荷运行过程中所述应用系统进行各自的分析功能；所述步骤B中，电网在负荷爬坡过程中，由所述中长期安全分析系统根据负荷预报信息，快速分析出薄弱断面，并进行相应的调节控制。
本发明提供的第四优选的技术方案是：所述步骤C中，在重负荷方式下，所述电力系统可能会出现若干断面稳定极限越限、个别电网电压问题、小扰动问题，由所述动态安全评估系统完成电网全面的安全分析，并提出控制措施；所述步骤D中，所述电力系统出现小扰动时，由所述广域分析及保护系统的扰动分析功能，分析出扰动相关机组，并进行相应控制。
本发明提供的第五优选的技术方案是：所述步骤E中，所述电力系统重负荷方式下的N-1故障，由所述电网运行专家辅助系统提供分析决策，提出调节措施，并进行相应控制；所述步骤F中，在电力系统重负荷检修方式下，由所述动态安全评估系统进行快速安全分析，提供控制措施，并进行调节控制。
本发明提供的第六优选的技术方案是：所述步骤G中，所述电力系统重负荷方式下的N-2故障由所述电网运行专家辅助系统快速分析，并提出重点控制措施集合，然后由所述安全沙盘推演系统快速校核，如果校核结果不能满足要求，由所述电网运行专家辅助系统进一步进行修改，比如修改切机、切负荷的数量及目标；所述步骤H中，在所述电力系统重负荷方式下的N-3故障，所述电力系统面临失去稳定的危险，由所述广域分析及保护系统快速分析出所述电力系统稳定的量化指标，如果所述电力系统即将失去稳定，要进行紧急控制。
本发明提供的第七优选的技术方案是：所述步骤I中，所述电力系统失稳解列后，进入恢复状态，电网稳定但是各种电网运行指标越限，此时由所述广域分析及保护系统和所述电网运行专家辅助系统结合起来，对所述电力系统潮流和电压进行优化调控。
本发明提供的第八优选的技术方案是：所述步骤J中，所述电力系统平稳后再进行步骤A到步骤I，形成新一轮流程。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
本发明提供的一种电网安全分析、预警及控制方法根据对电网安全的系统总结和分析，提供了涵盖各种安全分析系统及控制技术的电网安全综合方法，提供了描述电网各种动态过程的典型模型，这为各种安全分析系统的协调应用提供了基础，有利于解决大电网警戒状态、紧急状态下的各种问题。
附图说明
图1是电力系统安全分析、预警及控制系统概念设计图；
图2是电力系统典型过程及相应的防御对策设计图；
图3是电网安全分析、预警及控制系统结构示意图；
图4是电网安全分析、预警及控制系统工作原理框图；
图5是电网安全分析、预警及控制系统典型工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供的电网安全分析、预警及控制方法中，用到的电力系统安全分析及预警系统具有分布式协调框架结构，包括两个平台、五类应用系统，两个平台包括调度自动化基础平台和实时仿真计算平台。下面具体说明两个平台的功能：
(1)调度自动化基础平台：调度自动化基础平台为应用系统提供各类数据的存储与管理功能，数据存储满足电网调度领域数据存储周期短、连续性强、数据量大和高可靠的需求；调度自动化基础平台为应用开发和集成提供公共服务，包括数据服务、图形服务、事件/告警服务、文件服务、权限服务、消息邮件服务和工作流服务；调度的基础应用-调度计划系统从年度、月度、日前到日内、实时的持续动态优化调度计划，提高调度计划全过程精益化管理水平；提供多种智能决策工具和灵活调整手段，支持调度计划全景信息可视化展示和相关因素定量分析评估，实现多目标、多约束、多时段调度计划自动编制和安全校核，将电网运行的安全性与经济性协调统一。
(2)实时仿真计算平台：实时仿真计算平台为全数字仿真系统作为“数字电力系统”，模拟电力系统运行状态，包括潮流断面数据、变电站/电厂等开关/刀闸状态数据、继电保护动作信息、发电机动态特性描述数据；为电网事故分析，稳定特性研究，监控系统的测试服务；实时仿真计算平台是进行安全稳定计算的基础设备，由并行计算机构成。
五类应用系统包括在线安全评估系统、中长期安全分析系统、广域分析及保护系统、安全沙盘推演系统和电网运行专家辅助系统，下面具体说明各个系统的功能：
(1)动态安全评估系统
在线安全评估系统在线安全稳定分析应用综合利用稳态、动态数据，通过稳态、动态、暂态多角度在线安全分析评估以及电力系统运行全过程的稳定裕度评估，实现大电网运行的全面安全预警和多维多层协调的主动安全防御。
(2)中长期安全分析系统
中长期安全分析系统扩展在线动态安全分析的仿真时间尺度范围，使现有的以机电暂态仿真为主的分析与预警功能延伸至系统的中长期动态过程，实现系统调峰和调频性能、严重故障仿真、动态电压稳定性、继电保护和安全自动装置的参数及其控制策略的在线校核等在线动态安全评估、预警和辅助决策功能。
(3)广域分析及保护系统
广域分析及保护系统基于广域量测系统，跟踪检测、分析电网的各类扰动过程，快速控制电力系统，使系统恢复到稳定状态，避免连锁反应导致整个电力系统大面积停电或崩溃等严重事故的系统。
(4)安全沙盘推演系统
安全沙盘推演系统基于实时仿真计算平台，模拟系统在复杂扰动情况下的运行、动作、自动调控和演变过程，结合动态安全分析、预警和决策系统，分析系统演变过程中的动态过程，为安全稳定决策支持服务。
(5)电网运行专家辅助系统
电网运行专家辅助系统具有丰富电力系统分析经验的分析人员，持续跟踪系统的运行方式变化过程，从多个角度对实际系统进行仿真计算分析，提出系统运行的指导性建议，为系统运行提供全方位的专业保障；专家分析经验在电网在线安全分析中起着重要作用，电网运行专家辅助系统基于数据挖掘原理，抓住系统的关键特征量，能够快速有效的提出稳定控制措施。
本发明提供了包括各种应用系统及平台的分析及预警控制系统，实施方案包括电力系统典型过程及对策、电力系统结构方案、原理框图及工作流程框图，具体实施如下：
(1)电力系统典型过程及对策
大电网安全分析、预警及控制系统从电力系统各种行为的不同时域响应完整解决系统异常及紧急状态的分析及控制决策问题，应对电力系统出现各种不同状态，并辅助调度人员使电网由不安全状态向安全状态转化，如图2所示，图2是电力系统典型过程及相应的防御对策设计图。
①在电力系统正常运行时，在线分析系统计算分析电网的传输极限，校正电力系统的运行性能，使其保持安全性，承受故障的能力更高；
②事故超前发现或预测系统事故：在线监视输电线路的热稳定极限，实现电网警戒状态下对故障隐患及时发现、诊断和消除，避免事故发生，降低电网运行风险；根据电力系统的状态，过负荷或输电线路弧垂等情况，采用先进算法进行预测；对电力设备“健康”状态进行实时监控和根据电力设备的状态进行检修管理，以避免因设备老化或故障(失效)而引起的系统事故。
③对电力系统扰动(事故)的实时监测及分析：能够对大电网的各种扰动进行稳定分析，并提供调度员决策支持，例如故障早期隔离、过负荷元件的超前解除过负荷状态，以及其它避免事故扩大的措施；实现电网故障状态下，通过及时告警、提供辅助决策方案，避免系统偶发故障扩大，减小事故影响和损失；进一步能通过故障隔离、清除，实施优化控制，平息事故，避免大停电事故的发生。
④电力系统出现失稳情况下，通过全局优化整定的控制策略和分布式控制装置，实施有序的主动减载、切机、解列手段，避免电网无序崩溃，保障重要负荷供电，减小停电范围，并为电网后续的恢复控制、黑启动提供条件和执行策略。
⑤尽快使电力系统得以恢复，在保证电网稳定的基础上尽可能快地使失去供电的负荷恢复供电，并使电力系统回到正常运行状态。
(2)电力系统安全分析、预警及控制系统结构方案
电力系统安全分析、预警及控制系统通过高速局域网，将调度自动化基础平台、实时仿真计算平台和应用系统相互联系，实时仿真计算平台仿真电力系统，形成EMS，WAMS、故障信息系统的实时数据，通过调度自动化基础平台发送给各个应用系统，对应用系统进行测试、联合调试。
安全防护：按照“全国电网二次系统安全防护体系方案”，大电网安全分析及预警系统为电网控制类应用系统，与WAMS系统、SCADA/EMS系统同处于安全区I，两者之间通过网关/防火墙进行通信，电网安全分析、预警及控制系统结构示意图如图3所示。
(3)电力系统安全分析、预警及控制系统原理框图
原理框图包括了应用系统、调度平台、仿真平台之间的信息交互关系，定位了各种应用系统处理各种电网安全问题的功能。如图4电网安全分析、预警及控制系统工作原理框图所示。
a、调度平台与仿真平台之间的交互
在实时仿真系统基础上构建了一个“数字电力系统”，模拟电力系统各种故障及问题，对各种应用系统的数据接口及应用功能进行测试。该实时仿真系统具有和真实电力系统同样的接口，包括数据采集与监视控制SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)系统的“四遥”接口，WAMS的通信接口。
b、调度平台与应用系统之间的交互
调度平台与应用系统通过两类总线(BUS)完成：数据总线和应用总线，数字总线传送调度平台采集的电网静态数据及动态数据，即EMS/SCADA系统状态估计数据及WAMS系统采集的同步数据；应用总线指EMS/SCADA生成的可供高级应用系统使用的各种信息，包括调度计划、负荷曲线。这些信息都以标准规约方式进行交互。
c、动态安全评估系统与电网运行专家辅助系统的接口
动态安全评估系统除了完成已经配置的电网全方位安全评估功能外，本发明中还需要发挥并行计算系统的作用，为电网运行专家辅助系统提供电网重点故障集安全评估服务。具体流程如下：
电网运行专家辅助系统接受动态安全评估系统生成的实时断面潮流，使用专家规则快速生成重点故障集，并发送到动态安全评估系统的计算平台，由计算平台完成快速计算评估，并将结果发送到电网运行专家辅助系统。
d、安全沙盘推演与电网运行专家辅助系统的接口
安全沙盘推演系统是全数字电力系统仿真器(Advanced Digital Power System Simulator，ADPSS)实时仿真系统的拓展，安全沙盘推演系统接收电网实时断面潮流数据，以各种可视化工具生动显示电网的状态，专家根据对电网状态的分析和把握，提交控制决策集，由安全沙盘推演系统的快速计算模块完成计算校核，并将计算结果发送到电网运行专家辅助系统，供电网运行专家辅助系统参考或者迭代推演。
e、广域分析及保护系统与电网运行专家辅助系统的接口
广域分析及保护系统完成对电网的开环控制及闭环紧急控制，其中开环控制主要指稳态下的各种调节控制，这种调控由广域分析及保护系统自动生成后，由专家审阅进行动作，而闭环控制一般发生在紧急状态，直接发送到电网控制终端进行稳定控制。
(4)典型工作流程描述
图1是电力系统安全分析、预警及控制系统概念设计图，电力系统的各种扰动过程定性分析模型可以用典型连锁反应过程来综合描述，如图2所示，本发明采用该模型来描述各个应用系统解决的电网扰动过程。
A、小负荷运行过程
电网没有明显的稳定性薄弱问题，各种应用系统进行各自的分析功能；
B、负荷爬坡
根据运行统计分析，电网在负荷爬坡过程中，可能会出现个别断面电压问题、小扰动问题，主要由中长期安全分析系统根据负荷预报等信息，快速分析出薄弱断面，并进行相应的调节控制；
C、重负荷方式
该方式下，系统可能会出现若干断面稳定极限越限、个别电网电压问题、小扰动问题，主要由动态安全评估系统完成电网全面的安全分析，并提出控制措施；
D、系统发生小扰动问题
系统出现小扰动问题，较多出现在电网重负荷方式下，由广域分析及保护系统提供的扰动分析功能，分析出扰动相关机组，并进行相应控制；
E、重负荷方式下，N-1故障
这种故障往往不能在事先预测，此时需要电网运行专家辅助系统提供分析决策，提出调节措施，并进行相应控制；
F、重负荷检修方式
这种方式下，由动态安全评估系统进行快速安全分析，提供控制措施进行调节控制；
G、重负荷N-2故障
这种故障需要由电网运行专家辅助系统快速分析，并提出重点控制措施集合，然后由安全沙盘推演系统快速校核，如果校核结果不能满足要求，专家需要进一步进行修改，比如切机、切负荷的数量及目标；
H、重负荷多重开断故障
这种方式下，系统面临失稳的危险，这时由广域分析及保护系统快速分析出系统稳定的量化指标，如果系统即将失稳，需要进行紧急控制；
I、系统解列后
系统失稳解列后，进入恢复状态，电网尽管稳定但是各种电网运行指标有可能越限，此时由广域分析及保护系统和电网运行专家辅助系统结合起来，对系统潮流、电压等进行优化调控；
J、系统平稳
此时系统与过程A过程闭环起来。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (2)
1.一种电网安全分析、预警及控制方法，其特征在于，所述方法用的电力系统安全分析及预警系统具有分布式协调框架结构，所述电力系统安全分析及预警系统包括平台和应用系统；所述方法对电网安全的分析、预警及控制体现在下述步骤：
A、所述电力系统小负荷运行；
B、所述电力系统负荷爬坡；
C、所述电力系统重负荷方式；
D、所述电力系统出现小扰动；
E、所述电力系统重负荷方式下的N-1故障；
F、所述电力系统重负荷检修方式；
G、所述电力系统重负荷方式下的N-2故障；
H、所述电力系统重负荷方式下的多重开断故障；
I、所述电力系统解列后进入恢复状态；
J、所述电力系统平稳；
所述应用系统有五类，所述五类应用系统包括动态安全评估系统、中长期安全分析系统、广域分析及保护系统、安全沙盘推演系统和电网运行专家辅助系统；
所述步骤A中，在小负荷运行过程中所述应用系统进行各自的分析功能；所述步骤B中，电网在负荷爬坡过程中，由所述中长期安全分析系统根据负荷预报信息，快速分析出薄弱断面，并进行调节控制；
所述步骤C中，在重负荷方式下，所述电力系统会出现若干断面稳定极限越限、个别电网电压问题、小扰动问题，由所述动态安全评估系统完成电网全面的安全分析，并提出控制措施；所述步骤D中，所述电力系统出现小扰动时，由所述广域分析及保护系统的扰动分析功能，分析出扰动相关机组，并进行控制；
所述步骤E中，所述电力系统重负荷方式下的N-1故障，由所述电网运行专家辅助系统提供分析决策，提出调节措施，并进行控制；所述步骤F中，在电力系统重负荷检修方式下，由所述动态安全评估系统进行快速安全分析，提供控制措施，并进行调节控制；
所述步骤G中，所述电力系统重负荷方式下的N-2故障由所述电网运行专家辅助系统快速分析，并提出控制措施集合，然后由所述安全沙盘推演系统快速校核，如果校核结果不能满足要求，由所述电网运行专家辅助系统进一步进行修改，包括修改切机、切负荷的数量及目标；所述步骤H中，在所述电力系统重负荷方式下的多重开断故障，所述电力系统面临失去稳定的危险，由所述广域分析及保护系统快速分析出所述电力系统稳定的量化指标，如果所述电力系统即将失去稳定，就要进行紧急控制；
所述步骤I中，所述电力系统失稳解列后，进入恢复状态，电网稳定但是电力系统潮流和电压电网运行指标越限，此时由所述广域分析及保护系统和所述电网运行专家辅助系统结合起来，对所述电力系统潮流和电压进行优化调控；
所述步骤J中，所述电力系统平稳后再进行步骤A到步骤I，形成新一轮流程。
2.如权利要求1所述的电网安全分析、预警及控制方法，其特征在于，所述平台有两个，所述两个平台包括调度自动化基础平台和实时仿真计算平台；所述实时仿真平台由并行计算机构成。
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