基于OPS的预防控制与紧急控制一体化设计
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摘要：文章针对智能电网的特征，提出了合理的改进方法，设计了预防控制和紧急控制一体化在线预决策系统（online pre-decision system-OPS）控制框架和基于智能的智能电网控制系统框架。
关键词：智能电网；预防控制；紧急控制；在线预决策系统
Abstract: In this paper, according to the characteristics of the smart grid, put forward the improvement method is reasonable, design the preventive control and emergency control integrated on-line pre-decision system (online pre-decision system-ops) control framework and control system based on the framework of intelligent power grid intelligent agent.
Key words: smart grid; preventive control; emergency control; on-line pre-decision system
中图分类号：U665.12 文献标识码A 文章编号
0引言
由于我国的调度运行实行的是分层分区原则，各级调度的EMS通常只采集其调度管理范围内的电网信息。因此，要掌握整个电网的运行状态，就必须综合各个级子网的EMS信息。因此，预防控制与紧急控制一体化OPS系统的输入数据应该是EMS在线获取的运行状态数据和安全稳定控制系统数据的综合，并且优先采用安全稳定控制系统的数据来反映系统的实际运行状态。
1预防控制与紧急控制一体化OPS框架
预防控制与紧急控制一体化OPS框架如图1所示。当系统获取当前的实时数据后，对数据进行估计、辨识等数据处理工作，其结果将为后续的分析、计算提供正确、合理、可靠的实时潮流断面。接着需要对当前系统的运行状态进行估计，把数据进行计算得到在线潮流稳定数据，然后输入到OPS稳定评估和控制策略计算模块。由于OPS的稳定评估和控制策略计算是建立在系统运行状态、预想故障集等数据的基础上。这就要求匹配后的电网运行状态与实际运行状态的误差越小越好，预想故障集既要满足安全稳定规则的要求，又要包含概率高于某一门槛值的所有故障[1] 。所以OPS系统除了需要安全稳定控制系统来反映电力系统运行的实际运行状况，还需要广域测量系统（WAMS）、雷电定位系统、气象信息系统、森林防火信息系统、设备状态检测系统、水情测报和水调系统以及电力市场交易系统的配合，因为这些系统反映了电力系统运行的实际动态过程、自然环境和电力交易环境。依据水情测报和水调系统、电力市场交易系统、雷电定位系统、气象信息系统、森林防火信息系统和设备状态监测系统等提供的信息，并结合系统的实际运行状态，计算出故障发生的概率，建立或修正在线预想故障集。
经过系统稳定状态评估和安全控制策略计算，对系统目前的稳定状态进行判定。如果系统存在违限，表明系统现已进人紧急状态，立即报警，并进行紧急控制策略计算给出解除违限的校正控制决策建议。可以通过低频减载、低压减载、震荡解列、高频切机、过载联切等措施解除紧急状态，避免事故发生。如果当前系统处于正常状态，即不存在任何违限，继续分析系统是否安全。如果系统处于正常安全状态，则考察系统离不安全的距离，如果该距离较小，说明开断虽然没有引起系统元件发生违限，但部分元件接近违限，OPS系统给出增强系统安全的对策报告，即给出建议的调整方案，使系统远离不安全。在正常安全状态下，有足够的时间进行调整，优化电网的经济运行。如果当前系统不能承受N－1开断事故，说明当前系统是正常不安全的，这时OPS系统给出分析报告，指出哪个开断引起系统产生何种不安全，并给出解除这种不安全的建议对策。然后判定预防控制和紧急控制协调优化是否完成，如果没完成，则根据预防控制措施修改系统运行状态，并再一次进行稳定评估和安全控制策略计算循环以上步骤。如果协调优化完成，通过与EMS 的自动发电控制（AGC）和自动电压控制（AVC）等系统接口，对AGC和AVC进行相应的改造，就可以把OPS给出的预防控制措施通过AGC和AVC实现闭环控制。当然，也可以由调度员下令执行预防控制措施[2] 。
2OPS实现的功能
2.1. 预防控制和紧急控制的协调优化
长期以来，对预防控制和紧急控制的研究一直被割裂开。一方面，对于小概率的严重事件，预防控制并不合理甚至不可行；另一方面，紧急控制的代价往往很高，并且不利于事后的恢复控制。所以在预防控制和紧急控制之间存在很强的互补性，它们的优化和协调对于市场环境中的互联电网的规划和运行极为重要。预防控制和紧急控制决策的协调问题是混合型的非线性规划的问题。预防措施必须同时考虑故障集中的每个故障,而紧急措施则分别针对不同故障。预防控制付出的代价与扰动是否发生无关,而紧急控制则只有在扰动确实发生时才付出代价。稳定性的量化分析是实施先进的预防控制和紧急控制及其协调的基础，而对于不断发展中的电网系统，稳定控制的自适应是关键技术。
2.2. 紧急状态报警及校正对策
需要报警和校正的违限包括：输电设备热稳定极限；电压幅值极限；基于暂态稳定的输电线路传输功率极限；系统所有元件的最小CCT限值；电压稳定极限；综合可用传输容量极限等等。
2.3. 正常不安全状态下的安全稳定分析、预警和预防控制对策
需完成的功能有电网N－1事故扫描、排序、筛选；计算各种安全性指标；对严重的事故进行安全评估；对引起安全问题的事故进行预防控制决策计算。这里需要考虑静态安全、动态安全、功角稳定安全、电压稳定安全等。
2.4. 正常安全状态下的安全裕度计算和增强控制对策
需要完成的功能有：N－1开断情况下的安全裕度计算； 对不同侧面评定电网抗 扰能力的指标；改进电网经济性能的调整对策； 继电保护定值扫描计算等等。这里需要考虑静态安全裕度、动态安全裕度、功角稳定裕度、电压稳定裕度等。
3 OPS系统的特点
3.1完整性和独立性
由于 EMS 和稳定决策控制系统分别属于不同应用级别，但两者在电力系统的运行管理中都是非常重要的，因此，稳定决策控制系统和属于调度自动化控制系统的 EMS 在目前状况下，仍暂时保持着功能上的相互独立，彼此之间除了数据的交换和共享之外，不会对对方的正常运行造成影响，这是稳定控制系统利用 EMS实时数据方法的一个前提要求[3] 。
3.2数据可靠、实时、在线
所有的分析和决策都使用实时数据在线进行，包括动态安全分析。而在线稳定决策控制系统则通过在线稳定分析得出电力系统当前运行工况下的稳定状况和相应的稳定控制措施，并立刻将这些稳定措施付诸于实时稳定控制，因此在对稳定分析算法精度有很高的要求之外，稳定决策控制系统自身还有相应的冗余纠错以及数据校正等功能，以保证稳定计算数据的可靠性。
3.3实时数据刷新速度快
在线预决策的时间越短，则电力系统运行状态发生的变化可能越小，从而计算所得到的稳定控制策略表与故障实际发生时刻的电力系统工况匹配精度也更高。在稳定计算速度不变的情况下，如果 EMS 实时数据的刷新速度的越快，则稳定计算采用的电力系统工况更接近于实际工况，从而可以提高策略表的控制精度。
3.4分析和决策递归跟踪
时刻跟踪事件引起电网状态的变化，上一时刻电网变化的结果是这一时刻分析计算的初值，分析和决策递归跟踪进行。
3.5自动、智能、综合协调
系统周期定时启动，并可事件驱动启动，自动给出决策结果,无需人工干预。自动抽出表征电网安全性能的各种标量指标，定性和定量地给出电网状况的综合评估报告。安全评估综合考虑了静态、动态和电压稳定安全问题，给出的预防控制对策协调考虑了运行可行域、动态安全域和电压稳定安全域。
3.6 具有预警及预防功能
可评价当前电网运行状态下的潜在安全问题，也可预测未来电网运行状态下的不正常和潜在安全问题的发展趋势，给出相应的预警报告和预防控制对策。
3.7有效的数据管理
在线稳定决策计算由于是在线不间断地运行，稳定分析结果的历史数据很多。而电力系统实际运行方式的变化往往是有限的，运行方式之间存在一定的相似性，因此有必要对这些稳定控制策略表的历史数据进行基于数据库的大规模数据有效管理，有利于运行人员或智能软件对历史数据进行知识提取等二次应用[4] 。
4. 结论
本文提出的基于OPS的稳定安全预防控制和紧急控制系统，根据实际系统的安全稳定特性，综合运用EMS、WAMS和安全稳定控制系统等信息的状态估计技术，以及在线预想故障集的制定技术，电力市场环境下的预防控制和紧急控制的在线协调等技术，可供调度中心建设在线暂态（动态）安全分析与控制系统时参考。
参考文献
[1] 刘文博,张伯明,吴文传,等.在线静态电压稳定预警与预防控制系统[J].电网技术,2008,(17) : 6-11．
[2] 吴琼, 刘文颖, 杨以涵. 智能型电网调度决策支持系统的开发与实现[ J] .电力系统自动化, 2006, 30( 12) : 79- 83.
[3] 方勇杰，范文涛，陈永红，朱昆，孙光辉，薛禹胜．在线预决策的暂态稳定控制系统．电力系统自动化. 1999，23(1):8-11，44.
[4] 吴晓蓉，王建华，王颖.智能电网保护及稳定控制系统研究[J].吉林电力，2010，38（2）：1-4.
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作者简介:梁君德，男，1962年生，河南省睢县人，1980年毕业于商丘工业技校电工专业，助理工程师