基于實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式的穩(wěn)控系統(tǒng)研究

孫 丹

基于實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式的穩(wěn)控系統(tǒng)研究

孫 丹

（南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，南京 211153）

本文提出一種基于實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式的穩(wěn)控系統(tǒng)，從硬件體系、軟件體系、關(guān)鍵技術(shù)和控制流程4個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。系統(tǒng)硬件主要分為穩(wěn)控服務(wù)器、通信接口裝置和穩(wěn)控裝置；軟件主要分為8個(gè)模塊，即在線數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫、離線數(shù)據(jù)庫(kù)讀取、高速通信、實(shí)時(shí)結(jié)線分析、建立基礎(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、超實(shí)時(shí)暫穩(wěn)計(jì)算和在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控策略計(jì)算模塊。系統(tǒng)采用超實(shí)時(shí)暫穩(wěn)仿真算法，針對(duì)失穩(wěn)故障，在線完成控制策略快速計(jì)算和控制命令下發(fā)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)控系統(tǒng)的“實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制”。最后，通過某企業(yè)自備電網(wǎng)實(shí)際算例驗(yàn)證了實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。

實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制；穩(wěn)控系統(tǒng)；大機(jī)大負(fù)荷小網(wǎng)；超實(shí)時(shí)暫穩(wěn)計(jì)算

0 引言

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第二道防線[1-2]。按照策略模式制定方式分類，穩(wěn)控系統(tǒng)可分為以下三種[3]。

1）離線決策與實(shí)時(shí)匹配：穩(wěn)控分析人員通過現(xiàn)有電力系統(tǒng)仿真軟件，基于預(yù)想故障集，進(jìn)行大量仿真計(jì)算[4-6]，形成離線策略表[7-8]。穩(wěn)控開發(fā)人員針對(duì)不同穩(wěn)控工程根據(jù)策略表定制穩(wěn)控程序。

2）在線預(yù)決策[9]與實(shí)時(shí)匹配：在線預(yù)決策系 統(tǒng)[10]從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，代替穩(wěn)控分析人員仿真過程，每隔固定時(shí)間形成在線策略表，下發(fā)給穩(wěn)控裝置。

3）實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制：在線實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)[11-12]從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)獲得電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，開展?fàn)顟B(tài)估計(jì)。該決策方式脫離策略表的概念，不需事先計(jì)算。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)確定穩(wěn)控措施，下發(fā)給穩(wěn)控裝置。

離線決策與實(shí)時(shí)匹配模式，技術(shù)最成熟，目前得到廣泛采用，但存在策略失配或不準(zhǔn)確的情況[13]。在線預(yù)決策與實(shí)時(shí)匹配模式，由于預(yù)想故障不可能窮舉，預(yù)想故障與真實(shí)發(fā)生的故障形式、故障位置不可能完全一致，仍存在控制精度不高和策略失配的問題。上述兩種模式都需要事先將控制措施保存在離線或在線策略表，待故障發(fā)生后進(jìn)行實(shí)時(shí)匹配。文獻(xiàn)[14]提出一種在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控系統(tǒng)，是基于實(shí)時(shí)決策、實(shí)時(shí)控制模式，該模式與上述兩種模式不同，不需事先計(jì)算，在故障發(fā)生后進(jìn)行實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制，控制措施直接出口執(zhí)行，整個(gè)過程不依賴策略表，不存在失配問題，目前仍處于熱點(diǎn)研究階段。

“大機(jī)大負(fù)荷小網(wǎng)”型[15]電網(wǎng)具有技術(shù)力量薄弱、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用容量不足、運(yùn)行情況惡劣等缺點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)穩(wěn)控策略失配風(fēng)險(xiǎn)較大。當(dāng)前，實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)主要基于此類電網(wǎng)研究。

本文從系統(tǒng)的硬件體系、軟件體系、關(guān)鍵技術(shù)和控制流程4個(gè)方面對(duì)提出的基于實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式的穩(wěn)控系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 硬件體系

實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)硬件包括穩(wěn)控服務(wù)器、通信接口裝置和穩(wěn)控裝置，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

穩(wěn)控服務(wù)器安裝有實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制軟件，用于接收穩(wěn)控裝置采集的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息（電網(wǎng)開關(guān)信息和功率信息），進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，計(jì)算周期約為5s；接收穩(wěn)控裝置通過通信接口裝置上傳的實(shí)時(shí)故障信息，進(jìn)行故障仿真及穩(wěn)控策略計(jì)算，并通過通信接口裝置下發(fā)實(shí)時(shí)計(jì)算的穩(wěn)控策略給各地穩(wěn)控裝置。

通信接口裝置上送穩(wěn)控裝置采集的實(shí)時(shí)故障信息給穩(wěn)控服務(wù)器，下發(fā)穩(wěn)控服務(wù)器控制措施到穩(wěn)控裝置。

穩(wěn)控裝置采集電網(wǎng)運(yùn)行信息，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)定周期上送穩(wěn)控服務(wù)器；采集實(shí)時(shí)故障信息，通過通信接口裝置上送；穩(wěn)控裝置接收并執(zhí)行穩(wěn)控服務(wù)器通過通信接口裝置下發(fā)的穩(wěn)控命令。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2 軟件體系

實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制軟件由8個(gè)模塊組成，包括在線數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫模塊、離線數(shù)據(jù)庫(kù)讀取模塊、高速通信模塊、實(shí)時(shí)結(jié)線分析模塊、建立基礎(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)模塊、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)模塊、超實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算模塊和在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控策略計(jì)算模塊。系統(tǒng)軟件體系如圖2所示，各模塊功能如下。

圖2 系統(tǒng)軟件體系

1）在線數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫模塊：讀取和修改實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存放數(shù)據(jù)包括開關(guān)-端點(diǎn)關(guān)聯(lián)表（開關(guān)兩側(cè)端點(diǎn)、開關(guān)狀態(tài)）、支路-端點(diǎn)關(guān)聯(lián)表（支路兩側(cè)端點(diǎn)）、量測(cè)信息。

2）離線數(shù)據(jù)庫(kù)讀取模塊：讀取離線數(shù)據(jù)庫(kù)中存放數(shù)據(jù)，離線數(shù)據(jù)庫(kù)存放數(shù)據(jù)包括線路參數(shù)、變壓器參數(shù)、元件暫態(tài)參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、發(fā)電機(jī)及負(fù)荷可控制特性。

3）高速通信模塊：按照規(guī)約與穩(wěn)控裝置進(jìn)行通信，接收穩(wěn)控裝置上傳的實(shí)時(shí)故障信息，下發(fā)穩(wěn)控裝置能夠識(shí)別和執(zhí)行的命令。

4）實(shí)時(shí)結(jié)線分析模塊：根據(jù)在線數(shù)據(jù)庫(kù)和離線數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，完成變電站結(jié)線分析、網(wǎng)絡(luò)結(jié)線分析、量測(cè)可用性檢查及網(wǎng)絡(luò)可觀測(cè)性分析，生成可直接用于電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲü?jié)點(diǎn)、線路、變壓器、注入型量測(cè)與線路潮流量測(cè)配置位置、誤差及量測(cè)值）。

5）建立基礎(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)模塊：根據(jù)在線數(shù)據(jù)庫(kù)、離線數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)結(jié)線分析生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，建立用于狀態(tài)估計(jì)、暫穩(wěn)計(jì)算、穩(wěn)控策略計(jì)算需要的基礎(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并不斷刷新。

6）電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)模塊：根據(jù)基礎(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)，基于加權(quán)最小二乘法完成電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)，得到系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)的電壓、相位和系統(tǒng)潮流分布情況。

7）超實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算模塊：根據(jù)基礎(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)與電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果，經(jīng)由故障信息觸發(fā)，進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定超實(shí)時(shí)仿真分析。

8）在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控策略計(jì)算模塊：根據(jù)基礎(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)及超實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定分析結(jié)果，對(duì)失穩(wěn)故障計(jì)算穩(wěn)控策略，并輸出滿足規(guī)約的控制命令。

3 關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)主要時(shí)間要求為：電力系統(tǒng)在發(fā)生故障后300ms內(nèi)（含開關(guān)動(dòng)作時(shí)間）控制策略實(shí)施完畢，故障信息在20ms內(nèi)傳到穩(wěn)控服務(wù)器，服務(wù)器在200ms內(nèi)[16]完成控制策略和控制量計(jì)算，控制指令在20ms內(nèi)下發(fā)至相應(yīng)穩(wěn)控裝置并開始執(zhí)行。

為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)功能，需要在故障清除后200ms內(nèi)做出緊急控制決策，因此對(duì)控制策略的計(jì)算速度提出了很高的要求。計(jì)算速度主要受限于：①超實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算[17]模塊，負(fù)責(zé)超實(shí)時(shí)穩(wěn)定仿真計(jì)算，并對(duì)控制方案做出評(píng)價(jià)；②在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控策略計(jì)算模塊，負(fù)責(zé)控制策略的快速計(jì)算。

3.1 超實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定仿真技術(shù)

考慮“大機(jī)大負(fù)荷小網(wǎng)”型電網(wǎng)特點(diǎn)，從以下兩個(gè)方面改進(jìn)現(xiàn)有暫態(tài)穩(wěn)定仿真算法，縮短仿真時(shí)間，加快仿真速度：①利用節(jié)點(diǎn)編號(hào)優(yōu)化和稀疏矢量算法[18]減少仿真時(shí)求解網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程的計(jì)算量；②利用隱式精細(xì)積分算法[19]提高微分方程求解的精度。超實(shí)時(shí)仿真算法流程如圖3所示，具體步驟如下。

圖3 超實(shí)時(shí)仿真算法流程

1）確定故障和節(jié)點(diǎn)擾動(dòng)操作時(shí)序。

2）判斷當(dāng)前時(shí)步是否存在故障或節(jié)點(diǎn)擾動(dòng)，若不存在，轉(zhuǎn)步驟4）。

3）根據(jù)當(dāng)前故障或節(jié)點(diǎn)擾動(dòng)，更新系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，重新求解因故障和節(jié)點(diǎn)擾動(dòng)影響跳變的系統(tǒng)運(yùn)行變量。

4）求解當(dāng)前時(shí)步系統(tǒng)狀態(tài)變量。

5）利用節(jié)點(diǎn)編號(hào)優(yōu)化和稀疏矢量法求解網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程，得到當(dāng)前時(shí)步節(jié)點(diǎn)電壓。

6）求解元件功率，包括發(fā)電機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷。

7）判斷當(dāng)次迭代功角計(jì)算結(jié)果與上次迭代計(jì)算結(jié)果之間的差值，若小于最大允許誤差，則轉(zhuǎn)步驟8），否則轉(zhuǎn)步驟4）。

8）當(dāng)前時(shí)步是否為仿真終止時(shí)刻，若是則結(jié)束，否則轉(zhuǎn)步驟2），繼續(xù)計(jì)算下一時(shí)步狀態(tài)變量與運(yùn)行變量。

3.2 快速緊急控制決策技術(shù)

實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，如果穩(wěn)定，則在線穩(wěn)控策略計(jì)算結(jié)束，如果失穩(wěn)，則根據(jù)失穩(wěn)類型，結(jié)合具體算法確定控制量。分析當(dāng)前控制量下的穩(wěn)定性，若前后兩次控制量修正大小在一定范圍內(nèi)且控制后系統(tǒng)穩(wěn)定，則輸出控制策略，否則繼續(xù)計(jì)算穩(wěn)控策略。

為縮短仿真時(shí)間、加快仿真速度，在穩(wěn)定性判別階段，判定失穩(wěn)模式后立刻終止超實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定仿真計(jì)算[20]，進(jìn)行在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策，得到穩(wěn)控策略后直接下發(fā)執(zhí)行?；诓煌氖Х€(wěn)類型[21]，穩(wěn)控策略計(jì)算采用相適應(yīng)的控制策略快速優(yōu)化算法。

4 控制流程

實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)主要包括以下步驟：

1）穩(wěn)控系統(tǒng)初始化階段，接收到第一批數(shù)據(jù)后，穩(wěn)控服務(wù)器根據(jù)穩(wěn)控裝置采集上送的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)結(jié)線分析。系統(tǒng)初始化流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)初始化流程

全網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括節(jié)點(diǎn)、線路、變壓器抽頭、變電站開關(guān)信息，得到當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng)結(jié)線，經(jīng)過篩選得到有效量測(cè)數(shù)據(jù)。

2）穩(wěn)控服務(wù)器根據(jù)全網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)結(jié)線及有效量測(cè)數(shù)據(jù)（電壓、節(jié)點(diǎn)功率、線路功率）進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，估計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行變量。

3）穩(wěn)控服務(wù)器根據(jù)狀態(tài)估計(jì)得到的系統(tǒng)潮流，讀取網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)元件參數(shù)（發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁、調(diào)速和動(dòng)態(tài)負(fù)荷），進(jìn)行暫穩(wěn)初值計(jì)算。

實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行階段，即初始化完成后系統(tǒng)控制流程如圖5所示。

4）穩(wěn)控服務(wù)器獲取穩(wěn)控裝置定時(shí)上送的信息，實(shí)時(shí)結(jié)線分析變位觸發(fā)，若發(fā)生開關(guān)變位，則根據(jù)上一次結(jié)線狀態(tài)，修正網(wǎng)絡(luò)結(jié)線。

5）穩(wěn)控服務(wù)器狀態(tài)估計(jì)定時(shí)觸發(fā)，完成一次狀態(tài)估計(jì)后開始計(jì)時(shí)，若到達(dá)定時(shí)，讀取該時(shí)刻量測(cè)數(shù)據(jù)，在上一次狀態(tài)估計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行新的狀態(tài)估計(jì)，刷新系統(tǒng)狀態(tài)，并進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定初值計(jì)算。

圖5 系統(tǒng)控制流程

6）穩(wěn)控服務(wù)器超實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算變位觸發(fā)，若接收到穩(wěn)控裝置通過通信接口裝置上送的故障信號(hào)，進(jìn)行超實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算。

7）穩(wěn)控服務(wù)器判斷電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，若失穩(wěn)，則進(jìn)行穩(wěn)控策略計(jì)算，基于不同的失穩(wěn)類型，采用相適應(yīng)的控制策略快速優(yōu)化算法，得到優(yōu)化的控制措施。

8）穩(wěn)控服務(wù)器下發(fā)控制命令到穩(wěn)控裝置。

9）穩(wěn)控裝置接收控制命令并執(zhí)行。

實(shí)時(shí)結(jié)線分析模塊基于變位計(jì)算模式進(jìn)行實(shí)時(shí)結(jié)線分析與超實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，當(dāng)接收到開關(guān)或保護(hù)動(dòng)作后，開始計(jì)算。狀態(tài)估計(jì)采取定時(shí)計(jì)算，完成一次狀態(tài)估計(jì)后，認(rèn)為在下一次狀態(tài)估計(jì)前，系統(tǒng)潮流保持不變。

實(shí)時(shí)結(jié)線分析觸發(fā)后，在分析完成后重新進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，刷新系統(tǒng)狀態(tài)。當(dāng)在狀態(tài)估計(jì)過程中接收到故障信息時(shí)，若該次狀態(tài)估計(jì)不是由結(jié)線變化觸發(fā)，則以上一次估計(jì)結(jié)果進(jìn)行超實(shí)時(shí)暫穩(wěn)計(jì)算。

5 應(yīng)用案例

5.1 概述

以某自備電網(wǎng)為實(shí)例來驗(yàn)證實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)的有效性。自備電網(wǎng)最高電壓等級(jí)為220kV，網(wǎng)內(nèi)共五個(gè)電源點(diǎn)（V、W、X、Y、Z），均為火電，總裝機(jī)容量約為4 040MW，包含3臺(tái)660MW機(jī)組、4臺(tái)360MW機(jī)組、4臺(tái)150MW機(jī)組。電網(wǎng)分J和R兩個(gè)片區(qū)，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 某自備電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

5.2 故障1：?jiǎn)闻_(tái)發(fā)電機(jī)跳閘

Z電廠一臺(tái)裝機(jī)360MW發(fā)電機(jī)發(fā)生跳閘，失去發(fā)電功率320MW，仿真時(shí)間20s，該故障情形下對(duì)應(yīng)系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線如圖7所示。

圖7 故障1系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線

Z電廠穩(wěn)控裝置用時(shí)30ms判出機(jī)組跳閘后，將跳閘信息上送給穩(wěn)控服務(wù)器。故障信息傳送延時(shí)約10ms。穩(wěn)控服務(wù)器通過超實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，判斷系統(tǒng)頻率將越下限（一次故障設(shè)為49.2Hz），頻率失穩(wěn)。在判定失穩(wěn)后立刻終止超實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定仿真計(jì)算，進(jìn)行在線實(shí)時(shí)穩(wěn)控決策，確定穩(wěn)控措施，需切E站負(fù)荷共216MW。穩(wěn)控服務(wù)器從接收到故障信息到完成控制策略和控制量計(jì)算用時(shí)42ms。穩(wěn)控服務(wù)器將控制命令下發(fā)至穩(wěn)控裝置，控制命令下發(fā)延時(shí)約11ms。E站穩(wěn)控裝置接收控制命令直接切負(fù)荷動(dòng)作出口。

由圖7可以看出，故障發(fā)生后，穩(wěn)控系統(tǒng)不采取措施的情況下，系統(tǒng)頻率將快速下降，導(dǎo)致頻率失穩(wěn)。實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)在判定系統(tǒng)失穩(wěn)后，快速確定穩(wěn)控措施，使系統(tǒng)頻率維持在正常范圍內(nèi)。

5.3 故障2：超短時(shí)間（20ms）內(nèi)相繼故障

Z電廠一臺(tái)裝機(jī)360MW發(fā)電機(jī)發(fā)生跳閘，20ms內(nèi)V電廠一臺(tái)裝機(jī)660MW發(fā)電機(jī)相繼跳閘，共失去發(fā)電功率900MW，約占系統(tǒng)總?cè)萘?2%，仿真時(shí)間20s。該故障情形下對(duì)應(yīng)系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線如圖8所示。

圖8 故障2系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線

穩(wěn)控服務(wù)器在接收到第一個(gè)跳閘信息后進(jìn)行超實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，仿真未結(jié)束時(shí)收到第二個(gè)跳閘信息，結(jié)合兩次故障重新進(jìn)行超實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，判斷系統(tǒng)頻率將越下限，頻率失穩(wěn)。需切D站與C站負(fù)荷共801MW，穩(wěn)控裝置執(zhí)行命令。穩(wěn)控裝置故障判別時(shí)間為28ms，故障傳送延時(shí)約11ms。穩(wěn)控服務(wù)器從接收到第一個(gè)故障信息到完成控制策略和控制量計(jì)算用時(shí)64ms?？刂泼钕掳l(fā)延時(shí)13ms。

由圖8可以看出，極短時(shí)間內(nèi)相繼故障發(fā)生后，穩(wěn)控系統(tǒng)不采取措施的情況下，系統(tǒng)頻率將急速下降進(jìn)而系統(tǒng)失穩(wěn)。實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)結(jié)合兩次故障信息，在判定系統(tǒng)失穩(wěn)后，快速確定穩(wěn)控措施，使系統(tǒng)頻率維持在正常范圍內(nèi)。

5.4 故障3：短時(shí)間（10s）內(nèi)相繼故障

Z電廠一臺(tái)裝機(jī)360MW發(fā)電機(jī)發(fā)生跳閘，失去發(fā)電功率320MW，10s后V電廠一臺(tái)裝機(jī)660MW發(fā)電機(jī)跳閘，失去發(fā)電功率578MW。該故障情形下對(duì)應(yīng)系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線如圖9所示。

圖9 故障3系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線

穩(wěn)控服務(wù)器在接收到第一個(gè)跳閘信息后進(jìn)行超實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，確定穩(wěn)控措施切E站共216MW負(fù)荷。穩(wěn)控切負(fù)荷后系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。在收到第二個(gè)跳閘信息后，針對(duì)第二次故障進(jìn)行超實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，判斷系統(tǒng)頻率將越下限（第二次故障設(shè)為49Hz），頻率失穩(wěn)。需切F站和D站負(fù)荷共523MW。穩(wěn)控裝置執(zhí)行命令。兩次故障穩(wěn)控服務(wù)器從接收到故障信息到完成控制策略和控制量計(jì)算分別用時(shí)43ms和49ms。穩(wěn)控裝置判斷故障用時(shí)約30ms，故障傳送延時(shí)約11ms，控制命令下發(fā)延時(shí)約10ms，不同故障情形下相差不大。

由圖9可以看出，第一次故障發(fā)生后，實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)與故障1中動(dòng)作相同，使系統(tǒng)頻率維持在正常范圍內(nèi)。短時(shí)間內(nèi)第二次故障發(fā)生后，穩(wěn)控系統(tǒng)不采取措施的情況下，系統(tǒng)頻率仍將急速下降導(dǎo)致失穩(wěn)。實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)針對(duì)第二次故障信息，在判定系統(tǒng)失穩(wěn)后，快速確定穩(wěn)控措施，使系統(tǒng)頻率維持在正常范圍內(nèi)。

6 結(jié)論

本文基于“大機(jī)大負(fù)荷小網(wǎng)”型電網(wǎng)研究了實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)，從硬件體系、軟件體系、關(guān)鍵技術(shù)和控制流程4個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹?！皩?shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制”型穩(wěn)控系統(tǒng)采用超實(shí)時(shí)暫穩(wěn)仿真算法，針對(duì)失穩(wěn)故障，在線完成控制策略快速計(jì)算和控制命令下發(fā)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)控系統(tǒng)的“實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制”。最后通過某自備電網(wǎng)實(shí)際算例驗(yàn)證了實(shí)時(shí)決策與實(shí)時(shí)控制模式穩(wěn)控系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。本文可為大規(guī)模電力系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的開發(fā)提供參考。

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Research on stability control system based on real-time decision-making and control mode

SUN Dan

(Nanjing SAC Power Grid Automation Co., Ltd, Nanjing 211153)

A stability control system based on real-time decision-making and control mode is proposed in this paper. Four aspects are introduced in detail including hardware structure, software structure, key technologies and control flow. The hardware part of the system mainly includes stability control server, communication interface device and stability control device. The software part can be divided into eight modules, namely, online database reading and writing module, offline database reading module, high-speed communication module, real-time connection analysis module, establishment of basic calcu-lation data module, power system state estimation module, ultra-real-time transient stability calculation module and online real-time stability control strategy calculation module. The system adopts su-per-real-time transient stability simulation algorithm to complete the fast calculation of control strategy and the issuance of control commands online, which realizes the real-time decision-making and control. The actual example of an enterprise-owned power grid verifies the effectiveness and practicability of the system.

real-time decision-making and control; stability control system; small power grid with big generator and large load; ultra-real-time transient stability calculation

2022-08-12

2022-09-06

孫 丹（1989—），女，河北保定人，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制研究工作。