自愈电网—三峡大学.

三峡大学电气信息学院2009.5.7自愈电网——构筑更加坚固的电力高速公路林湘宁广域电力系统的安全面临严重威胁——大面积停电电能的生产、传输、分配和使用必须同时进行，并时刻保持供需平衡。一旦发电、输电和用电之间的平衡遭到大范围破坏，就有可能在很短的时间内造成大面积停电的灾害性事故，并引起能源、交通、通信和金融等多个重要领域的连锁反应，危及社会稳定与国家安全。保护误动或拒动；连锁故障；甚至误操作或错误调度；。。。近年来，全球极端自然灾害事件明显增多，电力系统由于分布广域，其安全性受到严重威胁。气象或地质等重大自然灾害、以及人为恐怖攻击等突发事件等，都可能引发电力系统大面积停电灾难性事故。自然灾害恐怖袭击战争病毒破坏。。。广域电力系统的安全面临严重威胁——极端运行条件2003年：美国、加拿大、英国、意大利、俄罗斯等国就相继发生了大面积停电事故；8.14停电：波及2.4万平方公里、受影响的人口达5千万，仅纽约地区停电29小时，直接经济损失达120亿美元，美国白宫将“8.14”大停电事故与“911”事件相提并论；2006.7：河南电网因继电保护装置误动作引发4条500kV线路和5条220kV线路相继跳闸，致使26台机组退出运行，损失装机容量634万千瓦，华中电网被迫与华北电网和西北电网解列，258万千瓦的负荷被迫断电；2005.9：受台风影响，我国海南电网的电力设施遭到了严重破坏，并引发了部分电厂的连续跳机解列，系统最终全部瓦解，出现了罕见的全省范围大面积停电；2008年初：我国南方的罕见冰灾先后造成了超过3.6万条10kV及以上电力线路、2千多座35kV及以上变电站的群发性停运，造成了难以估计的重大损失；。。。。。。广域电力系统的安全面临严重威胁——事故频出广域电力系统的安全面临严重威胁——事故频出自愈电网研究符合我国电力行业的重大发展需求我国的电力建设还处在高速发展期，由于资源分布严重不均衡，大规模的“西电东送”以及全国电网互联是我国电力工业发展的必然选择。国家电网公司规划到2020年前后，将建成以华北、华中、华东为核心，覆盖各大电源基地和主要负荷中心的特高压骨干网架，这个以1000kV交流输电线路和±800kV直流输电线路为骨干的特高压电网将是世界上第一个特高压电网，如何保障其安全稳定运行面临巨大挑战。大电源基地特高压自愈电网研究符合我国电力行业的重大发展需求全国联网西电东输为保持社会和经济可持续发展，我国正大力发展可再生能源，如国家能源局规划到2020年，建设6个千万千瓦级大型风电基地——风电三峡，风电装机达到8000万～1亿千瓦，如此大规模的接入将使电网经常处于不平衡状态；另外，TCSC\FACTS等新型输配电技术将开始大量应用，所有这些如果没有有效的控制，极易引发大停电事故。现有大电网安全防御体系难以保障广域电力系统安全大停电事故使整个社会更深地体会到电力系统的安全性对国民经济和社会稳定的重要性，也凸显出目前的电力系统安全防御体系的不完善性。现有的大电网安全防御体系已落后于电力系统自身的发展，控制中心对系统全局信息和关键信息的获取与挖掘不够，并缺乏与之相应的安全评估方法和控制策略。大面积停电事故发生后如何尽快实现自动恢复供电，现有的防御体系也并未涵盖。分层分区的控制方式调度控制中心分析电网当前运行点和稳定运行域，估算该运行点距稳定边界的距离，若发现不安全则采用调整出力等预防控制措施将系统拉回稳定。一旦故障发生，则通过传统三道防线实施保护控制。特点与缺陷离线决策，在线匹配：匹配失效！三道防线孤立设置：无序动作导致崩溃！局部信息，局部控制：各区不能协调优化！没有考虑系统解列或崩溃后的自动恢复供电问题。现有大电网安全防御体系结构及缺陷现象：偶然故障——相继开断——振荡失稳——系统崩溃阶段：故障发生、故障蔓延、高度危险、系统瓦解、系统恢复对策：全局信息+状态评估（预防控制）故障识别+动态协调（紧急控制）多目标、多阶段、多约束优化（恢复控制）大停电发生机理（美加大停电）1999年：美国政府投资3000万美元，资助由美国国防部和美国电力科学研究院共同提出的CIN/SI计划；2001年：欧盟赤巨资资助了两个大型电力系统基础研究项目，即OMASES和EXaMINE；2003年：美国提出综合能源及通信系统体系结构重大研究计划，开展电力基础设施战略防御（SPID）研究；2003年：美国能源部提出“Grid2030”的远景设想，当年10月，能源部成立输配电办公室统筹规划未来电网设想的实施。2009年：美国新一届政府更是提出了通过大规模地建设“智能电网”来发展ET技术，从而再造美国的战略新思维，对大电网全面安全防御体系提出了更高的要求。美国《技术评论》杂志将“大电网控制”与“基因组学”等一同列为21世纪九个开拓性新兴科技领域；对大电网安全防御的研究是各国电工行业热点自愈电网的基本理念自愈电网理念强调的是电力与信息的融合，依靠强大的信息系统为电力系统的安全运行提供支持。自愈电网具有两个显著特征：强调预防控制，发现和及时消除事故隐患；故障情况下能维持系统继续工作，不造成系统的运行损失，并且自治地从故障中恢复。自愈控制是自愈电网建设的关键所在。自愈控制也包括两方面的内容：在系统运行过程中自治地避免安全事件的发生；一旦安全事件发生，自治地避免安全事件的运行危害。自愈电网系统框架基于综合信息系统对电网进行动态感知并进行脆弱性评估采取降低电网脆弱度，在线修改参数该快速识别出故障位置和特点高度危险期间的紧急控制尽快为失电负荷恢复供电研究特点：更加强调电力、信息和控制三者的融合，用信息流控制能量流，使电网具有自愈的能力，代表了大电网安全防御研究的新方向。综合信息网络状态感知与故障识别脆弱性评估预防控制紧急控制恢复控制大电网自愈控制系统主要需研究问题（1）综合信息系统的构建、信息建模与融合以及综合信息系统对广域电力系统的影响机理分析；（2）自愈电网的状态感知和脆弱性评估的理论与方法；（3）自愈电网的预防控制、紧急控制和自恢复控制的理论与方法。国内外历次大停电事故表明，信息系统的异常或故障，往往会成为电力系统的事故隐患，并在电力系统的灾难性事故中起到推波助澜的作用。现有的大电网控制研究往往忽略了这一现实，虽然重视信息系统的作用，但总是假定信息系统处于正常工作状态，造成这一问题的重要原因之一是缺乏电力综合信息系统的理论分析体系和数字仿真平台。综合信息系统的构建、信息建模与融合以及综合信息系统对广域电力系统的影响机理分析要实施防御大停电事故的自愈控制，必须实施动态的脆弱性评估以及故障识别，这对信息提出了很高的要求，需SCADA/EMS系统、WAMS系统、发电厂自动化系统、变电站自动化系统、继电保护信息系统、故障录波信息系统、主设备状态监测系统、MIS系统等信息系统、分析系统和控制系统的高度协调工作。但是，不可能也没有必要再重新建一个自愈控制系统平台，可以通过对上述系统进行纵向互联与通信、横向集成与融合构成基于综合信息网络的实时综合信息系统，挖掘出自愈控制系统所需的信息构成实时综合信息平台，并通过对综合信息网络的有效调度保证信息流的畅通运行和控制。综合信息平台构建思路研究面向自愈电网广域综合信息和信息流建模理论和技术；自愈电网的信息网络构架；自愈电网的信息分类及分类方法；吸收国际上通用的一些信息模型标准方法，借鉴国际标准IEC61850/61970/61968的建模思想，研究自愈电网广域综合信息顶层模型和基于多信息源的大电网广域设备全景模型。综合信息系统建模利用网络仿真方法，分析电网不同运行状态下的信息传输特性和信息运动规律。重点研究电力网络突变性与综合信息系统随机性的内在联系，研究各种紧急情况下系统瓶颈导致运行状态数据不准确、丢失、延时和误码等问题，对综合信息系统体系结构和传输方案的可行性与合理性进行评估，为优化电力信息系统性能提供科学依据。信息运动规律研究在分析综合信息系统特性、信息运动规律的基础上，量化评估信息系统不确定性（延迟、丢包和误码等）或异常（通信中断、信息不可到达）对广域电力系统的影响；量化评估继电保护、稳控装置不正确动作对广域电力系统的影响；研究综合信息系统对广域电力系统影响的分析方法；综合信息系统通信元件的重要度评估方法；信息重要度和时效性的动态评估方法；关键二次设备的重要度评估方法；研究综合信息系统导致广域电力系统脆弱或失稳的关键判据；综合信息系统设计原则和紧急情况下的流量控制方法。综合信息系统对广域电力系统影响的研究研究应对数据风暴和海量报警的数据挖掘方法；研究各种类型数据（包括历史和实时数据、气象数据）的数据挖掘和多数据源融合方法，研究可能引发大停电的其它类型（如气象）信息系统的特性和接入可行性，为脆弱性评估、预防控制、紧急控制和恢复控制提供可用性强和可靠性高的智能信息综合信息系统多数据源融合与海量数据挖掘研究研究自愈电网广域综合信息智能融合新技术新算法及新理论，以及自愈电网多级信息融合模型；研究基于协调型Multi-AgentSystem（MAS）的自愈电网广域综合信息融合方法，以进行复杂的自愈电网广域信息融合和复杂的综合分析；研究应用于电力系统快速动态评估的数据仓库和数据挖掘技术。综合信息系统性能监控方法和故障识别技术、自愈电网信息的安全和防护机制（攻击、病毒、隔离和备份）；研究支持国际标准的信息总线技术和可视化技术，构建高效智能化的自愈电网纵向互联通信和横向集成融合的综合信息系统，形成综合信息平台，为自愈控制系统提供强大信息支撑。综合信息系统多数据源融合与海量数据挖掘研究以综合信息系统实时信息为支撑，综合运用信息融合、数据挖掘、人工智能等理论，研究充分利用WAMS量测信息、提高状态估计可用率及估计精度等性能的有效策略，提出基于SCADA及WAMS混合量测的广域实时状态估计新方法；研究综合利用多个采集周期的SCADA及WAMS混合量测信息，实现参数错误辨识、多断面联合参数估计、开关/刀闸状态错误辨识的整体解决方案，提出电网参数错误辨识与参数估计及拓扑错误辨识的新方法；自愈电网运行状态的自我感知方法研究研究实现电力系统机电暂态过程的广域动态状态估计的原理与方法，为自愈电网紧急控制所需的动态安全预测提供坚实的理论支撑；在综合信息系统提供的信息重要程度的基础上，研究关键信息设备和信息通道的判别准则，构建相应的判别指标体系和判别方法，实现综合信息系统关键设备和通道的在线识别和监视。自愈电网运行状态的自我感知方法研究以综合信息系统的实时信息为支撑，综合运用灵敏度轨迹分析和数据挖掘等理论，研究广域电力系统关键节点（机组）的在线识别与群类划分方法，构建相应的状态特征选择和评价指标体系；研究关键节点群的综合等效特性，构建完整的广义综合负荷模型类和节点群降阶等值模型类，建立模型适应性评价与选择准则；自愈电网的整体建模方法研究研究模型参数的在线辨识策略，以多节点群为辨识对象、以广域电力系统关键节点（或节点群）的状态特征为拟合目标，形成较完整、实用的广域电力系统整体建模及模型参数在线辨识与校正方法；研究关键信息的识别、选择、评价及其相互作用机理、影响规律和描述方法，形成信息模型的选择准则及模型参数的在线辨识方法。自愈电网的整体建模方法研究研究自愈电网关键设备的故障特征、关联规律及其描述方法，形成不同类型设备故障特征的选择准则和提取方法，构建设备故障辨识的模型体系，实现故障位置、故障类型的精确识别；研究不同类型设备故障的影响因素、相互作用机理及其关联规律，实现对故障设备的故障原因及其形成与发展过程的全面分析与准确描述，以及实现对未故障设备的健康水平和可能故障隐患的正确诊断；自愈电网的故障识别方法研究研究设备故障和健康水平的感知与诊断结果准确性的评价方法，建立相应的评价指标体系；研究广域电力系统故障感知与诊断对综合信息及信息网络的完整性要求，建立综合信息网络及其信息完整性的描述指标和诊断模型。自愈电网的故障识别方法研究自愈电网的故障识别是广域