南方电网综合防御系统融合多专业技术策略

２　ｏｌ２年第６卷第３期　２０１２，Ｖｏ１．６，Ｎｏ．３　南方电网技术　

ＳＯＵＴＨＥＲＮ　ＰＯＷＥＲ　ＳＹＳＴＥＭ　ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ　特约专稿　

Ｆｅａｔｕｒｅｄ　Ａｒｔｉｃｌｅｓ　

文章编号：１６７４—０６２９（２０１２）０３—０００７．０５　中图分类号：ＴＭ７１２　文献标志码：Ａ　

南方电网综合防御系统融合多专业技术策略　冯永青，郑耀东，和识之，钟晓涛，辛阔　（中国南方电网电力调度控制中心，广州５１０６２３）　

摘要：电网综合防御系统作为调度控制中心的重要技术支撑手段，其技术难度大，且涉及专业众多，国内外对该领域的　研究尚处于起步阶段。总结了３年来在南方电网综合防御系统工程建设过程中遇到的多专业技术融合问题及其对策。首　先以状态估计与直接法稳定分析的连通问题为例，说明综合防御系统融合多专业技术的必要性；其次对于综合防御系统　的系统建设问题，从三道防线的角度提出运行方式专业和自动化专业需要在技术上进行融合，并给出了ＥＭＳ与安全稳　定分析融合的过程。最后，对于综合防御系统的架构问题，提出应从多专业技术融合的角度、并基于我国的国情选取分　离式的架构。　关键词：综合防御系统；能量管理系统（ＥＭＳ）；三道防线；状态估计；直接法　

Ｔｈｅ　Ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｆｏｒ　Ｃ　ＳＧ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｍｅｒｇｉｎｇ　Ｍｕｌｔｉ－Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ＦＥＮＧ　Ｙｏｎｇｑｉｎｇ，ＺＨＥＮＧ　Ｙａｏｄｏｎｇ，ＨＥ　Ｓｈｉｚｈｉ，ＺＨＯＮＧ　Ｘｉａｏｔａｏ，ＸＩＮ　Ｋｕｏ　（ＣＳＧ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５　１　０６２３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ，ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｕｐｐｏｒｔｓ　ｉｎ　ｍｏｄｅｍ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｅｎｔｅｒ，　ｉｓ　ｉｎ　ａ　ｉｎｃｈｏａｔｉｖｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｔａｇｅ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ｈｉｇｈ—ｔｅｃｈ　ｒｅｑｕｉｒｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｉｎｖｏｌｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍａｎｙ　ｓｐｅｃｉａｌｉｚｅｄ　ｆｉｅｌｄｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｉｓｓｕｅｓ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｅｄ　ＣＯｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ—ｓｐｅｃｉａｌｔｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｍｅｒｇｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｒｅｅ　ｙｅａｒｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＣＳＧ　（Ｃｈｉｎａ　Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ）ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔａｔｅ　ｅｓｔｉｍａｔｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｄｉｒｅｃｔ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｉｓ　ｆｉｒｓｔｌｙ　ｔａｋｅｎ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｔｏ　ｓｈｏｗ　ｔｈｅ　ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ—ｓｐｅｃｉａｌｔｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｍｅｒｇｉｎｇ．　Ｔｈｅｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ　ｏｆ　ｍｅｒｇｉｎｇ　ｔｗｏ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｆｉｅｌｄｓ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｄｅｆｅｎｃｅ　ｌｉｎｅｓ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅｒｇｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ＥＭＳ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ｆｉｎａａｌｌｙ，ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓｓｕｅ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｓｅｐａｒａｔｅｄ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｔａｋｅ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ—ｓｐｅｃｉａｌｔｙ　ｔｅｃｈｎｏｏｇｉｅｓ　ｍｅｒｇｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｔｙ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ；ｅｎｅｒｇｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ；ｔｈｒｅｅ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｌｉｎｅｓ；ｓｔａｔｅ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；ｄｉｒｅｃｔ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

研究和建设综合防御系统已经成为各国调度中　心共同的发展思路＿１　Ｊ。对于南方电网而言，交直流　混联大电网的调度问题更加复杂，综合防御系统已　经成为必要的技术需求。　南网总调自２００８年开始进行综合防御系统工　程的研究和开发工作。由于综合防御系统在国际上　亦属尖端领域，所以在工程建设过程中会遇到不少　技术难题。本文侧重研究工程建设过程中的专业融　合问题　１　综合防御系统多专业技术问题示例　综合防御系统工程建设过程中存在着多专业技　术问题，本文以调度自动化专业的状态估计与运行　方式专业的直接法稳定分析的结合问题作为例子，　对多专业问题加以说明。　综合防御系统的核心是在线动态安全评估系统　（ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ＤＳＡ），而ＤＳＡ最重　要的环节则是要打通状态估计与直接法稳定分析之　间的道路，这是综合防御系统建设过程中的重点和　难点问题。　状态估计是ＤＳＡ底层的唯一数据源，它实质上　是平衡了参数、厂站、通信、前置、ＳＣＡＤＡ等各　类信息集成过程中的各类误差，其迭代式为：　

Ｉ［　２　Ｔ巧　Ｂａ￣ＡＯ＝一　［Ｚａ—ｈａ（　）］，ｒ　、　【ｊ　ｙｏｎ；ｎｒ　Ｂｒ　ｌＡＶ一　群　ｌ　Ｚｒ—ｈｒ（　）ｌ。　南方电网技术　第６卷　式中：０是电压相角，　是电压幅值，　是系统参　考节点电压；　是支路电抗负倒数矩阵，　是支路　导纳虚部矩阵；Ｒ　和风分别是量测误差的方差的对　角矩阵的有功函数和无功函数；ｚａ和　分别是有功　量测矢量和无功量测矢量。　由式（１）可见，在计算０和　的迭代过程中，　就已经包含了各类参数、遥测、遥信、通信等误差，　在计算出来的０和　中表现为残差。而将这里所得　的状态估计０和Ｖ提供给直接法稳定分析时，残差　会进一步传递。　在从　”多刚体空间映射到　两刚体空间时，　有　＝　ｃｏｓ　＋Ｅｉ∑　ｃ０ｓ（　一　一　）十　ＥｉＥＥ　ｃｏｓ（Ｓｓ－ａｏ＋＊，一专ｉ一９　、）　ＶｉｅＳ，　＝　ｃ０ｓ　＋　∑　ｃｏｓ（　一　ＥｉＥＥ　ｃｏｓ　ｓ一６０＋专ｉ一芎ｊ＋８　、）　ＶｊｅＡ。　式中：尸ｅ为电磁制动功率；Ｓ和　分别为一对互补　子集中的领前子集和余下子集；Ｅ为电势；Ｙ为导　纳；　为同群内发电机与对应群惯量中心的偏差角；　为功角；　，为支路ｆ／的阻抗角。　进一步从　两刚体空间映射到　单刚体空间　时，有　＝Ｐｍ一【　＋Ｐｍ　ｓｉｎ（８一　）ｌ，　（３）　式中：Ｍ为等值系统的广义惯量；Ｐｍ　为正弦电功　率的幅值；１，为正弦电功率沿垂直方向的偏移量。　由上可见，状态估计残差经过　一　一　空　间的复杂变换，给稳定性的直接法定量评估造成很　大困难。　上述问题的解决之道，在于对电力系统中的各　类不确定性进行完整建模，建立起涵盖测度论、概　率论、模糊论、动态系统、状态估计、直接法稳定　分析等电力系统不确定性分析的庞大理论体系［４－５］。　但是，国际上均公认此方向的理论和工程难度极大，　需要大量数学家和电力工作者的长期合作攻关，在　近期取得飞跃式突破的可能性较小。　在综合防御系统的建设过程中，我们逐渐摸索　出一种工程化的解决对策：将南方电网分布式建模　形成新的大模型，从ＣＩＭ模型转换为ＦＡＳＴＥＳＴ格　式，然后利用ＦＡＳＴＥＳＴ进行稳定分析，检查是否　能用直接法进行正确计算，最后再将新的模型发布　更新给综合防御系统使用。　

２综合防御系统是一个系统工程　作为调度技术支撑系统的新兴领域，综合防御　系统是ＥＭＳ（能量管理系统）和电网安全稳定分析　的综合创新，需要研究如何对各种技术进行融合，　这也是为什么在综合防御系统的工程开发中会遇到　很多技术难题的根本原因。　本文提出，应基于钱学森先生所倡导的系统工　程理念［刚，从“三道防线”［７－９］的角度，而非传统的　单一ＩＴ系统技术角度，对综合防御系统进行整体思　考，从而认识到综合防御系统面临着很多技术困难，　诸如：　１）传统的ＥＭＳ主要面向调度员，满足调度员　监控电网的需求，强调的是系统的简洁性和强壮性。　ＥＭＳ主要承担的是第一道防线之前的预防性控制任　务，并不需要过多地考虑三道防线的问题。一个明显　的例子是ＥＭＳ根本不考虑对稳控系统进行建模。　２）传统的电网安全稳定分析主要面向方式人　员，满足方式人员计算分析电网的需求，强调的是　考虑问题的周全，并不需要过多地考虑如何利用　ＥＭＳ等工具来建立在线支撑系统。这也是为什么现　在方式人员仍然主要用ＢＰＡ或ＰＳＡＳＰ等离线软件　进行工作。而电网安全稳定分析却需要综合考虑三　道防线，特别是第二道和第三道防线。　３）ＥＭＳ与电网稳定分析长期分离，使得在综　合防御系统建设过程中，原有的技术、人才、管理　等方面的融合工作面临巨大挑战，根据我们对法国　ＲＴＥ、美国ＰＪＭ等发达国家的调度中心调研，此类　问题也同样存在。　４）综合防御系统还面临控制方面的重大难　题，因为ＥＭＳ等预防控制大都采用连续控制，而紧　急控制和校正控制则采用离散控制。如何协调连续　控制和离散控制存在着巨大困难。　

３综合防御系统融合ＥＭＳ和安全稳定分析　从上节可以看出，综合防御系统作为一个系统　工程，不仅涉及传统ＥＭＳ或安全稳定分析的范畴，　而且涉及到网、省、地调度中心方式专业和自动化　专业的众多设备、技术、管理等业务环节，需要全　网技术力量的良好配合方可成功。其涵盖的范围可