电力系统运行安全的态势感知及优化控制

电力系统运行安全的态势感知及优化控制

刘华兵

北京中电汇智科技有限公司 北京 100000

摘要：基于我国跨区电网建设愈发深入的背景下，电力系统运行面临更为严格的安全要求。电力系统运行状态受到系统复杂化的限制，再加上长时间持续运行的影响，使得电力系统安全事故发生概率逐渐增高，对电力系统作用的发挥造成较大限制。而得益于安全态势感知的应用，能够做到对系统运行规律、安全水平进行科学感知与评价，结合对相关优化控制的实施，实现在提高系统安全运行能力的基础上，降低系统停电故障的发生概率。

关键词：态势感知；电力系统；运行安全；优化控制

我国用电需求受到社会建设、居民生活水平持续提升的影响而逐渐增长，促使电力系统在低碳转型的要求下迎来大规模建设的局面。而随着电网互联进程的持续推进，电力系统的构建呈现出市场化、规模化、复杂化的态势，再加上远距离输电、大机组等技术的应用使得电力系统运行安全风险增多，倘若未做到对系统安全风险进行有效感知与控制，势必会影响到电力系统运行的稳定性。正因此，加深对电力系统运行安全态势感知与优化控制的研究，对于保障电力系统的运行可靠性、安全性有着至关重要的影响。

1. 电力系统运行安全态势感知分析

1. 概念阐述

安全态势感知是以系统安全运行裕度的表征为主要问题，以往主要采用逐点法进行系统安全分析，即对潮流方程进行数值计算，并以安全约束为参照进行所得结果的参照。上述方法的应用只局限于对二元信息的获取，难以做到在整体性角度进行系统安全裕度的科学评估与感知^[1]。并且其计算过程需要依据电力系统的变化而发生变化^[2]。而基于安全域的系统态势感知，能够将功率空间注入到节点中，通过对全局性、系统性运行信息的获取实现对系统安全性的有效感知与评估。在实际系统运行过程中，系统运行点会随着环境的改变发生位置变化，系统运行安全也会因位置变化而出现转变，在此期间要想实现对系统安全裕度充足到安全临街再到不安全的连续刻画，可以借助对安全距离指标的有效应用。

（二）安全态势感知模型构建

相较于以往逐点法的应用，电网安全态势能够通过安全域进行全面反应，确保其安全态势感知满足电力系统安全运行需求^[3]。以安全域为界限进行运行点移动轨迹的分析，在此基础上进行系统安全距离态势变化的准确辨识，能够做到对系统安全运行水平的科学预测与评估。对安全态势感知要素进行分析，确定其要素包括系统运行点的移动速率、移动方向、距离安全域边界的距离。对于移动方向而言，可以以安全距离的增减进行确定，若运行点距离安全边界的距离减少，意味着系统发生安全风险的可能性增大，若运行点距离安全边界的距离增大，电力系统发生安全风险的可能性相对较低；对于移动速率而言，则是需以安全距离指标在短期内的变化速率进行体现。

以安全态势感知三要素为依据，借助对趋势分析技术的应用，构建基于安全距离测度的安全态势感知架构（如图1）。其中第一层主要功能体现其为系统当前态运行信息的采集，具体包括开关状态、发电数据、电机出力数据等，另外负责对未来态信息的采集，具体囊括负荷预测、调动计划等；第二层主要是基于对相关信息的采集，精准求取当前态实际安全距离；第三层则是以前两层为基础，进行系统未来态趋势特征的分析以及安全距离的辨识。在实际系统运行期间进行该感知架构的应用，能够获取全面且准确的早期电网预警信息，进而为后续系统运行优化、预防控制的实施提供保障^[4]。

图
1安全态势感知架构

2. 电力系统运行安全优化控制

1. 安全域视角下静态安全校正控制

为避免电力系统在运行期间出现负荷超限、电压超限等问题，需要借助对安全控制措施的有效应用来实现系统运行安全性的提升，如依据对系统运行情况的分析，实施变压器分接头调节、节点注入功率调整等措施。而以往灵敏度方法的应用尽管在计算速度、模型控制等方面优势显著，但是仅能做到对过载线路的控制与调整，无法做到对其它线路潮流进行全面兼顾。在进行系统优化控制后，易出现线路过载频繁出现的问题^[5]。而基于安全域理论的电网控制，能够实现对电力系统利用安全域方法进行整体评判，即以是否出于安全域为界定，进行系统运行点安全性的识别与判断，或者是基于对安全域边界的确定，进行系统各方向安全裕度的获取，为后续控制决策的制定提供科学决策。鉴于此，在实际电力系统优化控制过程中，调度人员可以在实施安全距离评估指标的前提下，结合实际情况对系统运行点采用更为直观的校正控制措施，将运行点控制在安全域内来提升系统安全性。在确定灵敏度指标的基础上进行发电机组出力安全距离灵敏度的测定，对系统机组结合实际安全需求进行反向配对。最后通过对安全校正模型的构建进行参与调整机组对的带入，依托于模型进行机组求解，实现在保证线路传输符合日常需求的前提下进行多线路限制问题的有效处理，避免因反复调节而影响到系统安全运行。

2. 风电不确定性的安全校正控制

我国电网建设对风、光等清洁能源的应用愈发重视，传统化石能源也逐渐被新型清洁能源取代与替代，在满足其社会发展用电需求的基础上，降低化石能源消耗所产生的环境污染。但是在电网运行过程中，因清洁能源出力存在波动性、随机性的特点，使得电网安全控制亟需针对其风电不确定进行优化控制^[6]。结合实际运行情况进行风电不确定分析，主要以不确定性集合、随机变量两种形式呈现，其中随机变量指的是对风电出力误差的统计，具体包括误差协方差、期望以及方差等，而因其概率统计信息的准确性难以控制，再加上模型复杂、计算难度大等因素的影响，使得在实际系统运行期间此种表述方式的应用无法获取较大成效；不确定性集合的应用则是进行所属区间范围的表征，借助对鲁棒优化方法的应用实现对校正控制问题的有效解决。

本文对于风电出力不确定性采用全新描述方法，即不确定集合与概率统计相结合的方法，以风电预测出力区间的获取为前提，目标确定为经济成本的最小控制，构建基于静态安全校正控制的模型。以分布鲁棒优化方法的应用实现模型优化，转化为鲁棒对等模型实现安全约束条件最优解的获取，并达到经济成本合理控制的目的。进而实现在系统运行期间对于不同风电波动进行最优校正控制，确保系统在各种恶劣情况条件下能够始终保持稳定运行的状态。同时，风电波动范围可以通过模型变化约束变量的调节来达到风电范围波动的控制，使得系统调度灵活性因控制策略的鲁棒性、经济性合理转化而得以提升。

结束语：

综上所述，我国电力系统在大规模、互联化的建设背景下，多因素的影响使得系统运行易出现故障问题，进而影响到电网系统作用及其效益的发挥。对此，需借助对运行安全态势感知架构的应用来实现系统运行安全性的分析与辨识，结合对科学控制方法的应用来显著提升电力系统运行安全性、可靠性。

参考文献：

[1] 姜涛, 李晓辉, 李雪,等. 电力系统安全域边界通用搜索模型与近似方法[J]. 中国电机工程学报, 2020(14):4411-4429.

[2] 刘权莹, 李俊娥, 倪明,等. 电网信息物理系统态势感知:现状与研究构想[J]. 电力系统自动化, 2019, v.43;No.665(19):15-29+70.

[3] 孙强强, 连耿雄. 电力信息管理系统安全态势感知架构与智能化防护[J]. 数字通信世界, 2020, 000(004):254-255.

[4] 李刚, 唐正鑫, 李纪锋,等. 智能电网安全态势感知与组合预测[J]. 电力信息与通信技术, 2016, 014(011):1-7.

[5] 吴争荣, 俞小勇, 董旭柱,等. 基于状态估计的配电网实时态势感知与评估[J]. 电力系统及其自动化学报, 2018, 030(003):140-145.

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