电力系统实施安全监控新技术

随着电力系统总容量的不断增加、网络结构的不断扩大、超高压长距离输电线路的增多以及用户对电能质量要求的逐渐提高，对电网的安全稳定提出了更高要求。建立可靠的电力系统运行监视、分析和控制系统以保证电网的安全经济运行，己成为十分重要的问题。近来受到广泛关注的广域测量系统(WAMS)可在一定程度上缓解目前对大规模互联电力系统进行动态分析与控制的困难。WAMS可以在同一参考时间框架下捕捉到大规模互联电力系统各地点的实时稳态、动态信息，这些信息对电力系统稳态及动态分析与控制的许多领域(如潮流计算、状态估计、暂态稳定分析、电压稳定分析、频率稳定分析、低频振荡分析、全局反馈控制等)都有用，给大规模互联电力系统的运行和控制提供了新视角。WAMS可看作针对稳态过程的传统监控与数据采 集(SCADA)系统的进一步延伸，其外部基本单元为基于全球定位系统(GPS)的同步相量测量单元(PMU)和连接各（PMU ）的实时通信网络，其核心是一个中心数据站及基于其上的分析与应用。本文不讨论WAMS物理层的硬件结构，主要归纳和分析暂态稳定预测及控制、静态电压稳定控制和基于轨迹的暂态稳定分析方法3方面的最新进展。 1 暂态稳定预测及控制

当今投入实际工业应用的稳定控制系统可分为“离线计算、实时匹配”和“在线预决策、实时匹配”两种模式[2 ]，但分析表明，大停电往往由“不可预见”的连锁故障引起，这种情况下以上两种稳定控制系

统很可能无法响应。理论上最为完美的稳定控制系统模式为“超实时计算、实时匹配”。该模式假设故障发生后进行快速的暂态分析以确定系统是否会失稳，若判断系统失稳则给出相应的控制措施以保证 系统的暂态稳定性。这种稳定控制系统的整个分析计算、命令传输、执行过程的时间极短，理论上可以对任何导致系统暂态失稳的故障给出相应的稳定控制措施，达到对各种系统运行工况和故障类型的完 全自适应。wAMS在以下几方面的应用有助于实现上述自适应实时控制系统：

①对于wAMS提供的系统动态过程的时间序列响应，直接应用某种时间序列预测方法或人工智能方法预测系统未来的受扰轨迹，并判断系统稳定性。但因电力系统在动力学上的复杂性，这种直接外推方法的可靠性值得怀疑。

② 以WAMS提供的系统故障后状态为初始值，在巨型机或PC机群上进行电力系统超实时暂态时域仿真得到系统未来的受扰轨迹，从而判断系统的稳定性。就算法而言该方法是可靠的，但在连锁故障情况下控制中心未必知道所需的电力系统动态模型；再者，该方法要求的时域仿真超实时度较高，目前对大规模系统而言还存在困难。

③基于wAMS提供的系统动态过程的时间序列响应，首先利用某种辨识方法得到一个简化的系统动态模型，然后对其进行超实时仿真得到系统未来的受扰轨迹并判断系统的稳定性。该方法的可靠性比第① 种方法好，同时仅基于WAMS提供的实测信息，无需知道第② 种方法必需的故障后系统动态模型的先验知识，是目前比较有前途的方法

2 静态电压稳定控制

相对于暂态稳定问题，静态电压稳定和频率稳定属于慢动态的范畴，更易于利用WAMS信息实现稳定监视和控制。电压稳定控制系统从广域测量系统取得若干节点的稳定指标后进行全局比较，若发现有某些节点的指标进入电压稳定边缘则立即执行协制措施。同时，广域测量系统反馈电压稳定控制的效果，控制系统根据反馈效果进行进一步 的调整，从而形成电压稳定的闭环控制系统。实际上也是广域范围的电压协制。目前，出现若干基于广域测量系统的电压监测、控制系统，如美国BPA公司的电压安全评估工具(VSAT)的主要方法是通过P_U 曲线分析紧急状态以决定潮流安全配送范围。VSAT包括一个慢 速动态行为的更为精确、细致的快速时域模型，当控制措施对及时性要求迫切时该方法尤为重要。其控制措施包括发电机过励磁器、有载调压器档位调节、无功补偿、发电机l、2次侧电压控制以及低压 或负荷减载。该模型尤为适合于冬季的慢速、分散动态行为。基于广域测量系统提供的同步状态量信息可建立系统关键节点的安全失稳预测目标函数。

3 基于轨迹的暂态稳定分析方法

目前已经提出的电力系统暂态稳定预测方法有数值积分法、直接法、人工智能法等。其缺点或是依赖于模型以及参数；或是当系统规模较大时训练过程将非常困难。2O世纪9O年代初，基于全球定位系统GPS的相量测量单元PMU 的成功研制，标志着同步相量技术的诞生。在高速通信网络的支持下，各采集的带时标数据能以较小的延时传至数据

中心站，完成同步处理和分析，构成WAMS。根据PMU采集的数据进行了初步预测判稳，但只能得到稳定与否的结论，具有一定局限性。 WAMS系统在煤矿电网实时动态安全监测系统的研究 4 WAMS主站监测系统

在基于组态王软件的平台之上开发了上位机监测系统，画面的实时动态效果好，煤矿电网动态观测数据的可视化强，便于管理人员对煤矿电网实时数据的监控和操作，减少了以往全靠人工管理的不便，极大提高工作效率，有效预防不安全隐患的出现。WAMS监控系统已成功应用在黑龙江双鸭山双矿集团，其实际监控系统画面如图5所示。