山东省调在线安全稳定分析实用化提升研究

苗伟威，赵选宗，刘世超，乔立同，马强

（国网山东省电力公司，山东济南250001）

山东省调在线安全稳定分析实用化提升研究

苗伟威，赵选宗，刘世超，乔立同，马强

（国网山东省电力公司，山东济南250001）

为应对山东电网日益复杂的运行形势，山东省调着力提升在线安全稳定分析在调控运行全过程的技术支撑作用。基于D5000系统开发了图形化操作和事故触发计算模块，进一步完善在线系统功能，减轻运行分析人员的工作量；同时不断研究将在线分析融入调控运行各业务流程，将系统分析、计划安排和调控运行由传统粗放模式向准实时、精细化方向推进，全方位提升专业水平。最后，通过两个实用化案例证明了在线分析实用化提升研究的有效性。

在线安全稳定分析；图形化操作；事故触发；实用化提升

0 引言

山东电网的结构和运行特性将随着特高压的建设发生重大变化，目前首个1 000 kV特高压交流工程已落点泉城，上海庙—临沂、扎鲁特—青州2条±800 kV特高压直流工程正在建设。预计在2018年底，山东电网将形成具有3条直流落点、特高压交直流互联的复杂受端电网。从电网调控运行工作角度来看，电网操作、调整和故障处置因为特高压交直流耦合的关系难度大幅增加，形势十分严峻，提高电网调度运行人员的分析研究水平迫在眉睫。

国内外专家总结的大电网防御体系［1-4］，是通过构建三道防线防止电网崩溃，借助预防控制、紧急控制和校正控制来保证电力系统稳定，而其中进行风险控制的基础则是对风险和决策的有效量化［5-6］。具有在线评估与决策能力的在线安全稳定分析及辅助决策系统（以下简称“在线分析”）自研发推广之日起，就成为电网运行必不可少的重要支撑［7-10］。

在线分析及辅助决策系统所应用的核心理论与方法和离线计算是一致的，但区别于离线计算采用的典型或极端电网方式，在线分析基于状态估计数据和电网在线模型，能够真实反映电网状态，相较于离线计算，调控运行人员能够全方位、全周期监视电网运行情况，在实现电网多级协调的安全防御、精细优化的调度计划和规范高效的调度管理中优势突出［11-12］。

主要介绍山东省调在提升在线分析应用方面的研究：首先从技术方面不断完善提升，结合具体需求开发图形化操作和事故触发功能，加强在线分析对调控运行全过程的技术支撑；另一方面从管理入手，不断将在线分析融入各相关专业业务流程，全方位提升调控水平，实现精细化和精益化调度，对于深化在线分析应用具有借鉴意义。

1 山东省调在线实用化现状

实时态计算与电网运行联系紧密，能够准确反映电网风险，成为辅助调控人员运行工作不可或缺的工具［13］，但在基础功能模块和实用化水平方面仍需进一步提升。

1.1 基础功能模块

通过在线分析应用，多次发现电网运行中存在的不安全因素，为调度员及时消除系统隐患提供了重要的技术支撑。在实用化过程中，基础数据质量不断提高，维护机制逐步健全，在线、离线计算工具的基础数据差异基本消除，大量实际案例的检验证明了在线计算结果的真实可信。但在长期应用过程中也发现当前系统存在一些问题不能满足精细化计算的要求，首先体现在数据模型上，由于建设初期依赖于D5000的状态估计模型，在计算细节中存在不足。

1）模型不全。例如：动态无功补偿设备（如可控串补、SVC等）未标识；在线机组动态模型不对应；无设备零序参数等。

2）数据不规范。包括：无法导出开关信息；等值元件和被等值元件并存；直流数据不完整；串联电容电抗器潮流值缺失等。

3）计算结果有误差。例如状态估计中无功分布不合理等。

上述问题的存在造成利用国调下发数据进行在线独立（或联合）计算时出现信息不全、映射错误等一系列影响计算结果的因素，降低了实用化水平。

除此之外，在实用化过程中，当前系统还存在调整操作不直观、操作步骤繁琐等问题。在进行单一故障仿真时，仍需按照既定流程进行计算，不利于快速获取关键信息；在电网发生事故时，仍需要人工启动，逐步执行计算流程，不利于事故快速处理。应用过程中的诸多问题影响了实用化进程，其功能模块还需进一步完善和提升。

1.2 在线分析应用水平

除了功能尚需完善以外，在线分析应用需要进一步提高实用化水平。

首先，在线系统的建设迫切需要各专业协同配合，有利于改善原有工作模式。比如在原有工作模式下，调控运行、调度计划、系统运行和继电保护各专业在进行操作调整、计划安排、方式计算和保护整定的过程中各自维护基础数据、各用一套计算工具，一方面重复浪费劳动力，另一方面在长时间的封闭管理下，已很难保证数据和模型一致，造成计算结果无法互相比较和印证。

而且，将调控业务各流程纳入在线分析有利于挖掘系统潜力，将系统分析、计划校核和调控运行模式向准实时、精细化方向推进。在这方面，在线系统具有先天的优势，比如能够实现基于实时运行断面的计算、能够实现真正意义上的与运行控制有机衔接的计划校核，能够为事故处理提供科学决策。实现在线系统实用化，能够实现各专业协同协作，将在线计算应用贯穿调控业务全过程。

2 在线实用化提升研究

2.1 图形化操作和事故触发功能的开发

为提升在线分析系统的实用化水平，山东省调利用图形化操作和事故触发两个课题的研究对系统进行了改造与升级，两个课题与原系统之间的关系如图1所示。图形化操作如图1中蓝色部分所示，事故触发如图1中红色部分所示。

图1 在线安全稳定分析系统架构

2.1.1 图形化操作开发

图形化操作属于在线分析研究，立足于调度员的实际使用需求，通过对核心计算程序的重新开发，图形化操作能够脱离于D5000系统的PAS模块，独立完成潮流计算和调度控制辅助决策，进一步提高了系统的稳定性。

图形化操作基于基础平台提供的厂站图、潮流图，以及后台实时库功能，支持多数据源（实时和历史）运行方式的灵活修改，实现了在线预警应用研究态模块中运行方式的可视化调整，包括开关刀闸变位、元件状态改变、机组或负荷的有功（无功）调整等，此外还可以进行批量调整发电（负荷）等PAS无法实现的复杂操作，提供了方便直观的数据检查、状态监视等辅助手段。

新功能的开发为使用人员的模拟操作、分析研究和技术培训等提供坚实的技术支持手段。

2.1.2 事故触发功能开发

事故触发功能是指在电网发生较严重故障、引起电网结构发生改变等情况下，基于综合智能告警应用推送的事故信号，自动启动事故后分析，对电网故障后的状态进行评估，及时给出预警信息。该功能对原系统的改造如图1中红色部分所示。

当综合智能告警应用监测到系统中发生满足触发条件的事件后，以文件形式记录故障形态，然后通过服务总线转发给网络分析应用。网络分析应用接收到综合智能告警发来的触发信号后立即启动新的状态估计，对事故后电网潮流进行计算。计算结果若不收敛需反馈给综合智能告警；若收敛，则把潮流断面文件与事件信息一起发给在线分析应用，继续进行安全稳定分析，对电网故障后的状态进行评估，及时给出预警信息。事故触发功能可以接收本调度机构综合智能告警消息和状态估计数据并能够匹配上级下发的实时外网数据，能够及时、准确地开展事故后安全稳定分析计算。

2.2 优化在线实用化工作流程

为保障在线实用化工作的有效开展，省调根据近几年在线分析工作的开展情况并结合实际需求，建章立制，重新修编现有工作规范，如《在线安全稳定分析工作规范》、《在线安全稳定分析培训规范》、《电网故障及异常仿真分析管理规定》等，从而进一步规范在线各项工作，夯实在线工作基础。通过推广在线分析应用，建立适用于调控运行的全业务流程。

1）优化参数修改流程。从源头把关，建立了在线计算的基础参数管控流程，开发标准工作流程，参数的异动由检修申请发起，经自动化处、系统处和保护处审核通过，由调控处最终汇总。从而确保同一设备参数在各专业保持一致，保证在线计算结论的准确性。

2）优化调度操作流程。安全分析工程师实时利用在线安全稳定分析系统对电网进行风险分析，查找系统的薄弱环节以及危险点；将在线分析系统与智能操作票相关联，提升操作安全性。在重要输变电设备停电前，调用在线安全分析系统校核设备开断后的电网安全稳定情况，确保操作安全。

3）优化计划检修流程。在检修申请预告环节，增设了在线分析校核节点，即当有重要主设备计划停运时，由安全分析工程师利用在线分析研究批复的方式调整和控制限额的校核，进一步校核措施的合理性和完整性，如果措施不足则立即将计算结果和改进措施的建议反馈至计划处，不遗漏任何电网风险。

4）优化事故分析流程。利用在线分析系统开展事故分析，完善电网事故分析机制。针对电网运行中发生的重大设备故障，利用在线系统进行复现，同时结合电网故障录波、PMU历史曲线等，增强对事故机理、安自动作、机组响应等行为的后评估。

通过对现有工作流程进行梳理和优化，深化在线分析系统在各专业实际工作中的应用，有利于及时发现电网重大风险，确保电网安全稳定运行。

3 实用化案例分析

3.1 翟钢线和翟花线同时跳闸事故

案例描述。2016年8月某日晚，莱芜—泰安东地区出现雷雨天气，220 kV翟钢线、翟花线因雷击同时发生三相跳闸，根据调度规程中对于三相故障不应强送的要求，调度员未立即组织对线路强送。

事故后方式如图2所示，220 kV翟钢线、翟花线同时跳闸后，众泰电厂、翟镇站、南流泉站、浚河站、果都站仅通过220 kV双泉线（双龙至南流泉）与主网联系，双泉线潮流重，事故后电网存在较大风险。由于事故后电网方式薄弱，安全分析工程师在综合智能告警界面确认进行事故触发计算。

事故触发计算结论。图3给出了事故后电网的安全稳定分析计算结果，可以看出，在翟钢线、翟花线同时停运后的电网方式下，6大类计算结果显示没有过流、短路电流超标和稳定问题。因此，目前电网存在的问题仅为多站单电源并网，可靠性降低。在处理上，应首先降低电网风险等级，将具备转移条件的负荷立即调出，例如其中的浚河站负荷，通过图形化操作计算合环电流允许后调枣庄电网供电。

图2 莱芜—泰安东电网接线图（局部）

图3 当前系统运行方式下电网分析结果

进一步处理。本案例中由于是三相故障，不符合调度规程的强送条件，但此时由于电网急需，结合雷雨气象条件下雷击可能性较大，出于尽快恢复电网运行方式的原则，考虑对线路强送一次。而在强送之前，需要明确在故障后电网方式下能否再承受一次三相短路冲击，针对该疑问，安全分析工程师查看了事故后电网在考虑预想故障时的计算结果，如图4所示。图4表明此时若再面临一次短路，电网仍然具备足够的稳定裕度（最低暂态功角裕度84.3%）。根据该结论调度员下令对线路强送，线路一次强送成功，电网方式得以尽快恢复，风险消除。

图4 当前预想故障方式下电网分析结果

3.2 润泽电厂暂态稳定水平计算

案例描述。2016年9月某日中午，受天气炎热、机组检修、降出力以及机组跳闸影响，电网旋转备用严重不足；受华北电网热稳定限制，华北与山东联络线已达到最大输送功率，视负荷变化趋势可能需要采取有序用电。但此时，运行机组中润泽电厂两台机尚未达到其最高技术出力645 MW，实际出力仅为500 MW，窝出力原因为济宁—菏泽电网220 kV缗党线、缗鱼线同时停电，如图5所示（根据运行方式规定，在缗党线停电期间，为避免500 kV皇郓双线同时掉闸，润泽电厂暂态失稳，控制润泽电厂两台机出力不超过1 000 MW）。

鉴于离线计算是基于极端方式，与实际电网运行方式有所不同，计算结果相对比较保守。在备用严重不足可能导致电网限电的情况下，假如能够利用在线工具确定电厂窝出力的实时限额，则有可能适当抬高电厂出力、缓解电网备用紧张，避免对用户限电。根据这一想法，安全分析工程师对润泽电厂两台机组的稳定水平进行了在线计算，计算结果如图6～8所示。

图5 济宁—菏泽电网接线图（局部）

通过图6的仿真结果可以看出，润泽电厂两台机分别在500 MW和645 MW两种出力工况时，若电网发生皇郓双线任一回三相故障，另一回无故障断开，0.1s切除故障不重合，润泽机组（图6以2号机为代表）均可以保持稳定，从图6结果可以看出，当机组出力更高时（645 MW），功角波动范围更大，意味着稳定水平更低。

图6 不同初始出力工况下机组暂态功角仿真曲线（0.1 s故障切除）

图7 不同故障切除时间下机组暂态功角仿真曲线（出力500 MW）

图8 不同故障切除时间下机组暂态功角仿真曲线（出力645 MW）

而通过临界切除时间可以进行定量比较，图7和图8分别给出了润泽电厂两台机在500 MW和645 MW两种出力工况下的临界切除时间：蓝色代表按照0.1 s切除故障时的仿真曲线，红色代表按照临界切除时间切除故障时的仿真曲线，可以看出当出力为500 MW时，故障的临界切除时间为0.213 s；而当出力为645 MW时，故障的临界切除时间为0.149 s，尽管较500 MW出力时降低约30%，但仍保留有一定的裕度，在经计算允许的条件下可适当减少电厂的窝出力数额。

通过算例表明：在线方式下的仿真计算，由于采用当前电网实时运行状态和数据，分析结果符合当前电网实际，可有效避免离线方式造成的结果过于保守，这是相较于离线计算的优势，在线系统的实用化对提升调控运行水平方面有重要意义。

4 结语

“外电入鲁”规模的不断增大进一步增加了山东交直流混联电网的运行难度，结合实际需求，山东省调从功能开发和专业管理两个方面坚持研究探索、深化在线分析计算应用，提高实用化水平，一方面加强系统使用的稳定性和便利性，使运行人员从繁重的计算工作中解脱出来，另一方面加强系统使用的深度，明确实时运行、计划操作、故障之后的电网安全风险和薄弱点，从而在调度操作和事故处置中占据主动地位。

以此为基础，后期工作将继续提高在线系统计算能力，并进一步研究与离线计算的模型转换和融合，以保证在线计算能够更快、更真实、更准确地反应电网运行情况。

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Research on Practical Promotion of Dynamic Security Assessment for Shandong Power Dispatching and Control Center

MIAO Weiwei，ZHAO Xuanzong，LIU Shichao，QIAO Litong，MA Qiang
（State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

In response to the increasing complexity of Shandong power grid，Shandong power dispatching and control center insists on improving the application level of dynamic security assessment（DSA）in the whole process of regulation and operation.Graphical operation and fault-triggered computation are developed based on D5000 system to enhance the DSA system functions and reduce the workload of operators.Meantime，DSA has been continuously adopted to various aspect of dispatching process，such as system analysis，scheduling and operating，helping the evolution from traditional off-line mode to the quasi-real time and more meticulous mode.Finally，two practical cases show the necessity and significance of DSA application.

dynamic security assessment；graphical operation；fault-triggered；application promotion

TM73

A

1007－9904（2017）05－0005－05

2016-12-10

苗伟威（1985），男，工程师，从事电力系统运行和分析工作。