一种确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法
【专利摘要】本发明涉及一种确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法，根据在国内外的理论研究、试验、应用程度将广域测量与控制技术的分为不同的成熟度等级；使用时可根据广域测量与控制技术的成熟度等级来确定智能电网建设过程中技术研发、试验、推广、运行等各项资源配置的投入，这样明确各过程的工作重点，优化资源配置，促进智能电网的高效建设。
【专利说明】一种确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法。
【背景技术】
[0002]广域测量与控制技术是将先进的全球同步定位授时技术，传感测量技术、高速通 信技术、微处理器技术、数据融合处理技术和智能分析决策技术等相结合，并与电网一次设 备智能化发展相互促进而形成的新型现代化电网分析决策与控制技术。广域测量与控制技 术是智能电网技术的关键组成部分，为电网智能调度提供了更详实可靠的数据来源和更智 能的分析控制手段，有利于一次设备性能的充分发挥，有利于系统更经济、更安全的运行。 [000 3]随着世界电网向智能电网方向发展，我国已经提出了建设坚强智能电网的战略目 标。在一次设备智能化的基础上，如何更好的发挥智能化设备的性能，真正实现电网装备水 平与控制水平的共同提高，广域测量与控制技术为我们提供了更广阔的发展空间，但由于 基于广域测量信息的各种技术发展水平不同，因此，在智能电网建设背景下引入广域测量 与控制技术的成熟度分级对于明确发展目标，提高建设水平，优化资源配置，具有较高的理 论意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法，以提高智 能电网建设水平、优化资源配置。
[0005]为实现上述目的，本发明的一种确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法技术 方案如下：根据在国内外的理论研究、试验、应用程度将广域测量与控制技术的分为不同的 成熟度等级。
[0006] 进一步的，成熟度等级值越高对应技术越成熟。
[0007]进一步的，成熟度等级分为9级，从第1级到第9级的成熟度依次增高。
[0008]本发明的一种确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法，根据在国内外的理论 研究、试验、应用程度将广域测量与控制技术的分为不同的成熟度等级；根据广域测量与控 制技术的成熟度等级来确定智能电网建设过程中技术研发、试验、推广、运行等各项资源配 置的投入，这样明确各过程的工作重点，优化资源配置，促进智能电网的高效建设。
【具体实施方式】
[0009]确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法根据在国内外的理论研究、试验、应 用程度将广域测量与控制技术的分为不同的成熟度等级，将成熟度等级分为9级，且从第 级到第9级的成熟度依次增高，第 9级的成熟度最高。
[0010] 1.同步相量测量单元（PMU)
[0011] WAMS外部基本单兀为基于全球定位系统（GlobalPositioningSystems, GPS)的 PMU和连接各PMU的实时通信网络，其核心是一个数据处理中心及基于数据处理结果的高 级扩展应用功能。基于全球定位系统技术的同步相量测量单元（PMU )能够实现对电网运行 数据的实时同步采集，然后借助高速通信网络将分散的相量数据集中起来，以得到时空坐 标下的电网全局动态信息。
[0012] PMU的研究起步于20世纪80年代的美国，1982年至1986年处于概念阶段，1986年 至198S处于试验装置阶段，1988年至1"1年处于系统中试运行阶段。1992年以后工业化产 品问世，美国西部WECC系统安装了近 5〇台PMU，主要用于动态记录、模型修正、分析和建模。
[0013] 我国有关工作起步于1995年。目前，中国电力科学研究院、北京四方、南瑞等单位 都已有成熟的产品应用于系统，我国PMU装置的架构、性能均处于世界先进水平。我国各省 网，大区网都已通过在关键节点安装PMJ构筑了较完备的WAMS ;河南电网在2004年开始在 所辖电厂和500kV变电站安装PMU,在国内首次构建系统级WAMS的电网。
[0014] 当前，关于PMU的研究主要集中在高精度的同步采样技术，定点采样下的频率跟 踪技术，基于标准时钟信号的同步相量测量技术，失去标准时钟信号后的同步守时技术以 及PMU的优化布点研究等方面。
[0015] 由上可知PMU在我国的技术成熟度最高，评定为TRL9级。
[0016] 2.电网动态过程记录与事故分析
[0017] 记录全网动态过程是WAMS的基本功能，WAMS中分布于互联大电力系统各个地点 的PMU可以在同一参考时间框架下获取各种扰动下全网的动态过渡过程信息，在这个意义 上WAMS相当于一个大的故障录波器。各PMU得到的本地动态过渡过程信息可以实时上传 至控制中心用于实时监视，也可在事故后传至控制中心用于事故分析。WAMS记录的实际扰 动过程信息给系统动态性能分析、事故起因分析、调度员培训等提供了宝贵的资料。
[0018] 现有的WAMS都具有电网动态过程记录与分析的功能，该技术在我国的技术成熟 度最高，评定为TRL9级。
[0019] 3.系统状态估计与稳态分析
[0020] PMU可以直接测量所装节点的电压幅值和相角，避免了一般潮流计算或状态估计 的迭代过程，并且其测量精度较高，可以和现有的SCADA系统相结合提高系统状态估计的 精度。
[0021] 如果在电力系统的所有节点均安装PMU，则系统各节点电压相量(幅值和相角）将 能直接测得，原来系统状态估计的模型为高阶非线性模型，可简化为线性状态估计。在系统 大部分节点电压相量和电流相量可测的条件下·推导出了整个电网电压相量的线性状态 估计表达式，并对测量随机误差对状态估计的影响进行了分析。
[0022]线性状态估计的优点在于其计算过程没有迭代，计算速度快，状态量可以直接计 算得到。当电网中PMU的配置的数目还不足以满足线性状态估计的要求时，这些信息可以 和SCADA系统原有测量值构成混合量测系统共同用于状态估计。河北南部电网、南方电网 等多各个区域电网的WAMS都已具备该功能并用于生产管理，该技术在我国的技术成熟度 较高，评定为TRL8级。
[0023] 4.广域动态稳定分析与抑制
[0024]广域动态稳定主要研究基于广域信息的低频振荡阻尼控制。
[0025]在大规模的互联电力系统中，区间低频振荡是危及电力系统稳定的关键因素之 一，成为限制传输能力的瓶颈。
[0026] 目前，电力系统抑制低频振荡的措施主要有：1)发电机组励磁附加控制，即电力系 统稳定器（PSS) ;2)柔性交流输电（FACTS)装置阻尼控制；3)高压直流输电（HVDC)附加控 制；4)发电机组调速阻尼控制。近年来，随着广域测量技术的进步，基于广域信号开展的动 态稳定控制研究为区域间振荡模式的实时监测分析与控制提供了新的契机，目前，主要有 以下几种广域控制方法：远方反馈控制，多回路PSS以及使用全局信号的FACTS控制器。
[0027] 中国南方电网基于WAMS研发的广域多直流协调阻尼控制系统，2009年10月正式 投入运行，投运后多次大幅动作输出，动作行为基本符合其设计原理，直流功率调制输出对 抑制区域间功率振荡有较好的效果。在该项目的研发过程中，先后解决了广域反馈信号的 选择，广域信号时延的影响，系统数学模型的处理，控制系统的构架及控制策略的选择等核 心问题。该工程是世界上第一个正式运行的广域连续阻尼控制工程，研究、试验和实际运行 展示了广域控制良好的工程应用前景。
[0028] 2〇〇7年，山东电网开展了动态广域阻尼控制（Widearea damping control，WADC) 系统的研究，探讨如何基于已有WAMS平台构建广域动态稳定控制系统，主动提高山东电网 的动态稳定性和主要输电截面的传输能力，提出一套实际可行的控制系统方案，主要包括 系统辨识、最佳反馈信号和最佳控制点的选择、工程需要的不同约束条件、模式性能指标的 目标函数、反馈控制规律的设计、仿真的验证结果等。
[0029] 针对山东电网2006年夏季大方式，针对西电东送断面的关键通道进行仿真计算 分析，并得到结论，合适的WADC参数能够改善系统的阻尼。
[0030] 综上所述，基于广域测量信息的广域动态稳定分析与抑制技术成熟度可分级为 TRL7 级。
[0031] 5.电压稳定分析与控制
[0032]电压稳定问题的本质是一个动态问题，它与发电机及其调节系统、负荷、无功补偿 系统、有载变压器抽头的调节、直流输电等元件的动态特性有很大的关系，所以目前很多电 压稳定的研究是基于各种元件的电压稳定机理和建模的探索。电压失稳的判据为母线电压 下降，平均值持续低于限定值，采用暂态稳定和动态稳定分析程序可以计算出暂态和动态 电压稳定性。
[0033] 广域测量系统的出现为电压稳定控制提供了很大的便利条件。利用广域测量系统 同步监测各个负荷节点的电压相量和相关支路的电流相量，利用这些测量可以对每个负荷 节点进行在线实时等值，通过对每个负荷节点制定相应的局部电压稳定指标，对无功补偿 设备制定更合理的运行策略，确保系统的电压稳定。
[0034] 国外在该领域有己有许多研究成果，不过大部分成果仅仅局限于理论探讨，少数 进入工程试验阶段。
[0035] 美国的BPA开发的广域稳定和电压控制系统，实现了一种基于WAMS的反馈控制， 用于发电机、电容投切，变压器分接头调节，负荷切除控制，其动作依据电力系统的实时响 应持续进行，已完成实验室测试，证明了采用广域信息的优势。
[0036] 挪威NIP工程，基于ABB开发的WAMS主站系统PsGuard,实现基于广域信息的多个 SVC间协调二次电压控制，保持关键节点电压，2004年系统投运。
[0037]基于一次设备优化调节的广域电压稳定控制属于基于广域信息的系统非连续闭 环控制，国内在该领域的研究还仅局限于理论方面，缺乏实践工程的应用。针对电压稳定性 分析的理论研究经历了从静态模型分析到动态模型分析的过程，对其控制策略也从事故后 控制发展到事故前的预防性控制，理论基础已相当完备。
[0038]综上所述，基于广域测量信息的电压稳定分析与控制技术成熟度可分级为TRL6级。 [0039] 6.广域后备保护与控制
[0040] 传统的继电保护主要集中于元件保护，以切除被保护元件内部故障为己任，各电 力设备的主保护相互独立，不顾及故障元件被切除后，剩余电力系统中的潮流转移引起的 后果；同时，随着系统的扩大，后备保护整定困难，为了实现保护间的配合，动作延时被扩 大，不利于系统稳定。而广域保护利用广域测量系统的相量测量信息，借助后备保护动作的 短暂延时，它可以根据广域信息对故障进行准确定位，克服主保护拒动、断路器失灵等情况 下后备保护动作时间过长、停电范围扩大的问题；对保护动作或经受大扰动的系统进行在 线实时安全分析，防止故障后相邻线路过负荷导致后备保护误动作，避免事故范围扩大。
[0041] 对广域后备保护算法的研究，已经提出的有：利用现代通信技术对电流和开关位 置信息的采集分析，判断故障区域和开关动作情况，利用实时网络拓扑和跳闸函数实现最 优后备保护跳闸的保护方案；将差动保护范围从独立的电气元件扩展到与该元件相邻区域 的广域电流差动后备保护算法；通过对系统建立广域节点阻抗矩阵，在系统发生潮流转移 时，依靠广域网中的节点阻抗矩阵来对电流过载系数进行估算和判断，以确定过载保护跳 开后是否会引起连锁跳闸；通过引入潮流转移因子的概念建立潮流转移矩阵，判断某元件 主保护动作后相邻线路是否过载来控制后备保护动作等方法。
[0042] 200S年，河南电网就广域后备保护进行了工程应用研究，将传统的动作可靠性较 高的方向保护的原理拓展应用到广域系统，用保护方向元件动作信息构成故障判别矩阵， 实现广域后备保护，并研究系统结构，各部分实现功能以及软硬件的实现，而后针对洛阳某 区域200kV电网进行仿真计算，证明了该方法的可行性。
[0043]综上所述，基于广域测量信息的计及动作后备的广域后备保护技术成熟度可分级 为TRL6级。
[0044] 现有的基于广域测量信息的监测与控制技术的成熟度分级可总结如下表1所示。
[0045] 表1广域测量与控制技术成熟度分级表
[0046]
【权利要求】
1. 一种确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法，其特征在于：根据在国内外的理 论研究、试验、应用程度将广域测量与控制技术的分为不同的成熟度等级。
2. 根据权利要求1所述的一种确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法，其特征在 于：成熟度等级值越高对应技术越成熟。
3. 根据权利要求1或2所述的一种确定广域测量与控制技术成熟度分级的方法，其特 征在于：成熟度等级分为9级，从第1级到第9级的成熟度依次增高。
【文档编号】H02J3/00GK104300529SQ201410101326
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】王璟, 刘巍, 许长清, 王利利, 郭建宇 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司经济技术研究院