安全穩定控制系統

安全穩定控制系統(簡稱“穩控系統”) 是保證電網安全穩定運行的重要防線。它是當系統出現緊急狀態後，通過執行各種緊急控制措施，使系統恢復到正常運行狀態下的控制系統。電力系統安全穩定控制包括預防控制、緊急控制和恢復控制。

按照電網規模和各廠站之間的功能可以將安全穩定控制系統分為就地型穩定控制、區域穩定控制系統和混合型穩定控制三類。

基本介紹

• 中文名：安全穩定控制系統
• 外文名：security and stability control system
• 簡稱：穩控系統
• 領域：電力系統控制
• 分類：就地型、區域和混合型穩定控制
• 決策方式：離線決策，實時匹配等

簡介

安全穩定控制一般的實行在電網比較薄弱的系統中，比如有些地方是靠水力發電為主，那就必須考慮豐水期和枯水期的情況下是否有安全穩定問題：如果通過較長的單回線或雙回線與系統相連，而發電廠一離負荷中心又較遠，電網分布極不均勻，那也會有安全穩定的問題；還有跨省之間的聯絡線如果較弱，也會產生問題。

提高電力系統安全穩定的主要有兩個措施：(1)加強建設和合理安排電網結構；(2)採用較完善的安全穩定控制措施。第一種投資一般很大，但能可靠的在各種條件下提高安全性；後者所需資金較少，但可信賴程度稍差。普遍認為電力系統正常運行及常見的擾動情況應由電網結構保證安全穩定，而對於一些較嚴重和出現機率較低的擾動，採用控制措施是合理的。

就地型穩定控制

簡介

就地型穩定控制裝置單獨安裝在一個廠站，與其他安全穩定控制裝置之間不交換信息，且沒有通信聯繫，解決的是本廠站母線、主變或出線故障時出現的穩定問題。根據電力系統中某個地方的就地信息進行分析判別，一旦滿足設定的啟動、動作值時便發出動作命令；同時，將就地信息作為反饋量，根據反饋量的實際大小進一步做出相應的動作，實現作為系統的第三道防線的功能，儘量減小故障範圍，減少損失。

由於就地型穩定控制裝置只對就地信息進行採樣分析，不考慮其他信息，因此可能給系統帶來一些負面效應。一般的低頻和低壓緊急控制裝置、失步解列裝置等都屬於就地型安全穩定控制裝置。

結構組成

就地型穩定控制裝置的結構如圖1所示。

圖1 就地型安全穩定控制裝置結構示意圖

（1）控制決策確定裝置。控制決策確定裝置內設有預先設定好的控制策略表。其主要任務是接收被保護組件（通常為廠站的母線、主變、出線）的故障信息和網路信息（通常只是本廠機組和出線潮流），確定控制策略，向執行裝置發出控制命令。

（2）執行裝置。執行裝置負責接收控制命令，執行切機、快關汽門、電氣制動、切負荷等操作。就地型穩定控制裝置通常只套用於可等值為單機－無窮大的系統中。當今的電力系統中已經難以找到單機－無窮大系統的典型模式，在一個廠站用就地型穩定控制裝置就能解決電網穩定性的情況已經很少。

區域穩定控制系統

區域穩定控制系統是指為了解決一個區域電網的穩定問題而安裝在兩個或者兩個以上的廠站的安全穩定控制裝置，經信息信道和通信接口設備聯繫在一起而組成的系統。

結構組成

區域穩定控制系統通常由一個主站、若干個子站和若干個終端站組成，其系統結構如2所示。

圖2 區域型安全穩定控制系統結構示意圖

（1）主站。主站通常設在樞紐變電站或與樞紐變電站在同一位置的發電廠內。它的主要任務是匯總各個子站的運行工況信息，對區域電網進行狀態估計，識別出區域電網的運行方式，對區域電網給定的預想事故集進行動態安全估計，線上形成安全穩定控制策略表（或預先裝設好離線計算得到的控制策略表），並將有關運行方式信息和控制策略表傳送到各個子站。在接收到主站及出線發生故障時，根據控制策略表，向主站和各子站發出控制命令同時通過各站控制命令傳送到終端控制站。

（2）子站。子站裝設在較重要的變電站或與變電站相關聯的發電廠內。子站的主要任務是採集子站運行工況信息，並傳送給主站。在接收到本站及本站出線發生故障時，根據子站內的控制策略表，向主站及各子站發出控制命令的同時通過各站將控制命令傳送到終端站。

（3）終端站。終端站接收各站傳來的控制命令，執行就地控制，並將控制結果信息傳給上級站。

決策方式

區域型穩定控制系統按決策方式可分為兩種：即分散決策和集中決策方式。如果各站都存放有控制策略表，在本站及出線發生故障時，根據事故前的運行方式，就能夠作出決策，在本站執行就地控制（包括遠切本站所屬的終端站的機組/負荷），也可將控制命令上送給主站，在主站或其他子站執行。由於控制決策是各站分別作出的，故稱分散決策方式。集中決策方式只在主站存放控制策略表，各子站的故障信息上送到主站，由主站集中決策，控制命令在主站及有關子站執行。目前大多數區域控制採用的都是分散決策的區域控制系統，但主站和各子站的控制策略表都是離線計算預先裝設的。

由於區域型安全穩定控制裝置考慮到一個區域範圍的運行狀況，因此能顧全區域的穩定性，但是做出的措施是在故障發生時將當時的運行工況和構想的穩定運行條件進行比較。若要保證系統的穩定，很可能造成措施過當。

混合型穩定控制

隨著電網結構的發展，電力系統的第二道防線和第三道防線很多情況下在一個系統或裝置上實現，混合型安全穩定控制裝置便具備這種功能：即區域型安全穩定控制和就地型安全穩定控制結合在一個系統內實現，可以克服兩種系統單獨使用時的不足。

圖3 混合型穩定控制通信圖示例

混合型穩定控制系統一般設有一個主站、幾個子站，主站一般設在樞紐變電所或處於樞紐位置的發電廠，負責匯總各站的運行工況信息，識別區域電網的運行方式，並將有關運行方式信息傳送到各個子站。混合型穩控系統的控制通信如圖3所示。

安全穩定控制系統的決策方式

區域型電力系統安全穩定控制系統的緊急控制都要根據決策表來實施。若在目前的決策表中，假設 X 表示系統的運行方式，Y 表示事故集合，Z 表示控制措施，可以根據決策表的不同制定情況，將決策方式分為三種。

離線決策，實時匹配

離線決策，實時匹配。這是目前國內外廣泛採用的一種方案。X、Y 都是不確定的，需要預想運行方式和事故來生成決策表。這種方式離線計算量大，自適應差，並且對專業技術水平和調度運營經驗依賴性強，存在失配或控制不準確的情況。

線上決策，實時匹配

線上預決策，實時匹配。如果在當前的運行方式下，即 X 是確定的，只預想某一些事故，進行快速的決策。這種方式假定在幾分鐘內工況不發生大的變化，因此能夠避免工況的失配問題。目前這方面較成功的有日本 CEPCO 電力公司的 TSC 穩控系統及我國南京自動化研究院的 OPS-1 線上預決策系統。這種方式需要以下幾方面技術的配合：快速的故障掃描器對輕微事故的篩選，詳細模型的數值積分用於臨界事故的校核，並行處理技術提高計算速度。這種方式是近年來區域穩控系統的發展趨勢和研究熱點。

實時決策，實時控制

實時決策，實時控制。這是最為理想的一種決策方式，是安全穩定控制的發展方向，他完全避免了運行工況和故障的失配問題。但是相應的技術難度也最大，因為控制措施的有效時間很短。它要求使用 PMU 採集電網全局的實時信息，高速的通信技術進行數據的傳輸，良好的算法能夠對受擾系統做出快速正確的預測和判斷。目前或在不遠的將來就能夠實現前兩者。

比較

控制策略表三種形式方案具體比較如下表所示。

方案	優點	存在問題	套用情況
離線預決策 實時匹配	1、技術上易於實現； 2、基本能滿足穩定控 制需要； 3、動作速度快。	1、離線計算量很大； 2、對電網變化適應性差； 3、對預料之外的工況無法 適應； 4、存在失配的情況。	是目前仍在使用的方案。
線上預決策 實時匹配	1、對電網發展適應性 強； 2、一般不存在失配情 況； 3、不需要離線計算分 析，使調度運行人員 從繁重的離線計算工 作中解脫出來； 4、動作速度與方案一 相同。	1、對 SCADA/EMS 信息要 求有很高的可靠性； 2、需要解決 PMU 信息與 SCADA/EMS 信息的互補 問題，找到結合點； 3、大量 PMU 信息的處理難 度很大； 4、分散式並行處理計算機 系統長期運行的可靠性； 5、EEAC 線上最佳決策算 法還需要進一步完善；	本方案具有良好的套用前 景，是今後的發展方向，隨 著 WAMS 的構成，PMU 裝 置的套用以及 EEAC 算法 的 新 進 展 和 相 應 軟 件 (FASTEST)的成熟，這一方 案的實施已具備一定的基 礎，可以總結已實際套用的 工程經驗，進一步推廣。
實時決策 實時控制	1、不需要事前計算； 2、完全自適應電網變 化。	1、計算分析速度滿足不了 穩定控制要求； 2、通信技術遠不能滿足要 求	在複雜電網內看不到理想 的套用前景，最多適用於某 些簡單、控制速度要求不高 的電網。

由上表可見：到目前為止，國內的大多數電力系統的安全穩定控制尚沒有形成有效的一體化分析控制結構，而且在傳統的控制方式下，校正控制要在故障發生後再根據系統狀況採取控制措施，缺少預判性。且無法做到基於全網的運行情況進行穩控策略的優選，穩控系統運行的可靠性是以犧牲整個電網的經濟性為代價的。