现代互联电网的稳定分析与控制技术

现代互联电网的稳定分析与控制技术

0大停机防御框架电力安全不仅取决于电气系统的运行、分析和控制技术，还受信息系统的有效性和可靠性，这与规划设计、市场运营、游戏、监督管理、科技投资和人才培训密切相关。物理及经济的偶发事件都不可能完全避免,但绝对不应该导致电力大灾难。虽然单个事件不易击垮一个现代化的电网或电力市场,但在系统被削弱的情况下,信息的不充分、自动化系统的故障、人为的决策失误都可能诱发新的扰动。在一系列相继打击下,再强壮的系统也会趋于脆弱,甚至演化为电力灾难。随着负荷的增长、送电距离的增加、大量高压直流输电(HVDC)和灵活交流输电系统(FACTS)的投运,现代电力系统的动态特性,包括同调性、失稳模式和关键断面都越来越复杂。电力市场的开放突出了对优化和协调的要求,增加了稳定分析与控制的难度。相继开断可能发生在不同的交流通道之间、直流通道之间、交直流通道之间、送受端电网之间。继电保护装置的潜在故障、多馈入直流系统与交流电网的相互影响、机组非计划停运、受端无功支撑能力、低频振荡、功角稳定和电压稳定等因素更增加了相继故障演化为大停电的风险。美国的电力技术发达,电网间的互联相当强壮,市场经济的经验丰富。但最大的一些电业灾难,包括物理上的大范围长时间停电和经济上的电力市场崩溃却偏偏发生在这里。北美“8·14”大停电再次演绎了电力安全的全局概念以及综合防御框架的重要性。事实上,在这些灾变的各个演化阶段中,都存在着终止多米诺骨牌倾覆的机会,只是未能及时把握住它们。只有掌握了由偶然故障演变为灾难的规律和机理,才能针对各个演化阶段的特点,优化并统筹各阶段的对策,有效地防御大停电。防御框架的设计问题引起了电力界的广泛关注[7,8,9,10,11,12,13,14]。文献提出用分布式自治实时系统来改进监控功能,使电力系统具有自愈(selfhealing)能力;指出在快速的多代理局部控制与慢速的全局控制决策之间,需要在线动态分析功能的支持,目标是故障后不失去负荷。但是这些文献并没有研究稳定控制体系的功能设计和组织,也没有涉及协调的模型与算法;另一个缺陷是没有将自愈电力系统的理念与大停电的演化规律相关联。本系列论文在分析大停电演化规律的基础上,指出现代电力系统防御框架的特征应该包括:将监控和数据采集(SCADA)系统及能量管理系统(EMS)扩展到动态范畴的DSCADA/DEMS;实现在线的稳定量化分析和预决策;基于风险概念,实现预防控制、继电保护、紧急控制、校正控制和恢复控制的自适应优化及协调。文中介绍的广域监视分析保护控制(WARMAP——wideareamonitoringanalysisprotection-control)就是这样一个时空综合的防御框架。该框架的三大要素为:广域的静态和动态测量、安全稳定性的量化分析、时空多道防线的优化协调。其中所采用的部分关键技术,例如在线预决策的预防控制技术和自适应优化的紧急控制技术,已经在实际工程应用中积累了宝贵的运行经验。本文为系列论文的首篇,根据大停电的演化规律,评述互联电网稳定分析和控制技术的现状和面临的挑战,设计由DSCADA/DEMS构成的大停电防御框架;第2篇讨论防御框架中的数据平台、安全稳定性的量化分析、各道防线内部的自适应优化,亦即控制措施在空间中的协调问题;第3篇则从控制时间的观点出发,讨论不同防线之间的协调。3年来,由电网公司、研究院、设计部门和施工部门组成的工作组先后完成了在华东电网和江苏电网中实施该框架的可行性研究和初步设计,目前已在华东电网中完成了首期工程的出厂验收测试。1关于三大奇迹的解释1.1线中预防措施的落实三道防线是我国老一辈电力工作者对电力技术的重大贡献。图1解析了其概念,其中的虚线框内表示参数空间,实线矩形框表示与故障集对应的稳定域。如果电力系统的原工作点处在稳定域外,就需要通过以下控制手段来防御停电:①在下一个潜在故障发生前,通过第一道防线中的预防性措施将工作点移向稳定域,包括加强电网的远期预防措施和调整发电分配的运行预防措施。②故障发生后,有选择地快速切除故障支路。只有在没能直接切除故障设备时,才通过切除相邻有源非故障支路来隔离故障设备。现有规程中将此归入第一道防线。③识别出故障地点和故障类型后,根据实际工况选择广域的紧急控制措施来改变稳定域,增加系统的稳定性。此即第二道防线。④一旦检测到系统失步,或母线长期低频或低压等违反安全规程的动态行为,则通过第三道防线的失步解列、低频减载(UFLS)和低压减载(UVLS)措施来阻止停电范围的扩大;⑤通过恢复控制,尽快恢复对被停负荷的供电。正是由于重视了三道防线,特别是应用紧急控制和校正控制,在必要时用牺牲局部来保全整体,相当薄弱的我国电网却没有发生过北美“8·14”那样的大停电。但也往往会付出过度控制的代价。1.2紧急控制实时决策,实时控制。在故障前后,第一道防线的任务是在不损失电源和负荷的前提下,保证系统在不严重故障下的稳定性。为此,只能采用预防性控制措施,例如在规划、建设期间加强电网结构,或在正常运行期间启停发电机组,调整发电功率,采用电力系统稳定器(PSS)、并联和串联电容补偿控制、直流输电功率调制、动态无功补偿装置(SVC)和静态无功补偿器(STATCOM)等技术。一旦发生故障,继电保护装置以最小的停电范围将故障(或越限)设备从电网中快速隔离,以扩大稳定域。如果第一道防线已经将系统的运行点引导到预想故障所对应的稳定域内,则一旦该故障发生,不必采用其他措施就可以保持系统稳定。显然,解列、切机和切负荷等措施与预防性控制的概念相违背,不可能被第一道防线采用。第二道防线的任务是减少系统在严重故障下失稳的风险。如果预防控制会使系统运行经济性太差或远方电源严重窝电,或者不同的故障对预防控制提出相互矛盾的要求时,依靠第一道防线来保证系统的稳定性并不可行。此时只能在检测到故障后实施以切除部分电源和负荷为代价的紧急控制,如连锁解列、切机、切负荷、强励、强补、快关汽门、动态制动。紧急控制只有在故障已经发生并可能导致失稳时才被执行,故虽然每次动作的代价较大,但平时并不需要付出控制代价。“实时决策,实时控制”的方案是指:在故障发生后根据短时段内的实际受扰轨迹,预测未来轨迹的稳定性,并进行控制决策。这样的方法不但难以满足对决策时间的要求,并且由于只能通过对数学模型的仿真才能预测控制的效果,故无法实现“不受模型、参数与故障信息等误差的影响”的初衷。目前,只能采用“故障前预先确定决策表,实时匹配”的方案。紧急控制措施在故障后实施得越早,效果越好。一旦判明故障的有关特征,就应该根据实际工况立即实施决策表中的相应措施。为了在保证系统稳定的前提下尽量减少控制代价,必须提高对控制效果的预测精度。由于后者强烈依赖于故障前的工况,因此紧急控制的决策表的事先制作和实时匹配都必须基于广域信息。第三道防线的任务是弥补前2道防线的欠控制或拒动造成的风险,避免系统在极其严重的故障下发生大停电。由于紧急控制的决策表要根据事先指定的典型工况和故障来索引,而故障表又不可能涵盖所有潜在的故障,因此如果实际工况(或故障场景)的匹配误差太大,甚至完全失配,则第二道防线可能严重欠控制。此时,只能依靠第三道防线来制止停电范围的扩大。显然,第三道防线不再能按工况和故障的组合来选择控制措施,而必须由系统变量的实际动态行为来触发。例如在检测到失步后立即启动振荡解列,以及检测到过长时间的低频现象后分轮次切负荷等。由于是在不安全现象出现后才采用的措施,故称之为校正控制。1.3无故障对于预防控制的一般规定是开环控制,只是针对特定特定故障图2比较了各类稳定控制的性质和特点。预防控制是在系统无故障或故障引起的动态过程已基本平息的情况下,以安全供电为目的的运行调度。对于原先不稳定的预想故障,如果要保证系统不失去任何电源和负荷,就必须通过调整运行工况使该故障变为稳定。调整后的工况也往往有利于减小故障概率。预防控制的决策过程一般限于连续空间,对应于连续规划问题。由于预防措施在无故障时已经实施,故在故障发生瞬间就影响到系统的受扰动态。其控制效果可以得到充分发挥,有效减小故障对系统的冲击。但是,预防控制增加了正常运行的费用,且控制代价与维持该措施的时间成正比,因此工况调节的力度不能很大。由于预防控制往往以降低输电功率为代价,故不能应用于发电充裕度不够或动态阻塞严重的场合。此外,预防措施一旦实施,就会影响到未来发生的任何故障:它在改善某些故障的稳定度的同时,必定会减小另外一些故障的稳定度。如果故障集内的不同故障对预防措施提出的要求有矛盾,则仅仅依靠预防控制来解决冲突就非常困难,甚至不可能。由于是防患于未然,预防控制进行决策的时间比较充分。又由于实际故障的不确定性,预防控制的决策具有博弈的性质,决策的优化密切依赖于对风险的偏好程度。因此,预防控制都采用开环控制方式:计算机进行决策分析后,向调度员提供建议,由后者进行博弈决策。紧急控制则针对刚刚发生的,且会使系统失稳的那个特定故障,通过投切非故障设备来保证电力系统的稳定性。其决策过程往往限于离散空间,对应于离散规划问题。为了使措施在短暂的暂态过程中充分发挥效果,应该在故障被识别出来后的第一时刻实施足量的紧急措施。因此,只能采用针对具体工况和故障的前馈控制律,按预先算出的决策表实施。其控制效果取决于预测的精度。由于不了解预先计算时所用模型和参数的误差以及工况匹配的误差对系统实际动态行为有多大的影响,目前普遍的做法是选用相当保守的措施。紧急控制允许故障前的系统运行在稳定域之外,从而提高可用输电容量;紧急控制措施在无故障时是不会启动的,故并不增加系统正常运行的费用。系统在故障发生后的失稳过程可能短至200ms,故紧急控制只能采用闭环方式。措施实施的时刻越滞后,则控制效果越差,需要的控制量越大,代价也越高。由于紧急控制措施是面向特定故障的,不同的故障对应着不同的紧急控制措施,因此不存在控制措施的冲突问题。校正控制是在检测到各种不安全现象后才采取的就地措施,因此可采用反馈控制律来提高控制精度。校正措施一般由时间响应曲线的特征启动,采用分层分散的控制模式,通过就地对象的控制使就地变量的动态行为满足对系统安全的要求。由于要求很强的控制作用,故都采用离散控制措施,诸如多轮次的UFLS和UVLS,而各轮次的控制量则要依靠关于系统动态响应灵敏度的先验知识。显然,校正控制的概念不同于紧急控制,不宜统一称为紧急控制。防御框架还必须包括继电保护和恢复控制。继电保护在识别出故障元件后将故障隔离,其目的主要是保护设备的安全。保护装置与控制对象之间有确定的逻辑关系,不需要在庞大的决策空间中进行搜索。恢复控制是在大停电后执行的一系列恢复用户供电的操作,其目标是最大限度地减小停电损失,降低恢复过程中的失稳风险。它采用的是动态优化控制律,其中同时包含了预测控制与反馈控制、连续规划与离散规划、开环控制与闭环控制、就地控制与全局控制。2稳定分析与技术手段的现状2.1以动态仿真和回归规则为导向的的暂态研究并不全面电力安全问题的复杂性不但来自其高维、强时变、强非线性特性,以及微分-差分-逻辑-代数混合系统,还反映在多领域(物理、经济、信息)、多类稳定性(静态、动态、暂态、周期、结构)、多时间尺度(电磁暂态、机电暂态、中期、长期)、多物理量(电流、电压、频率、功角)和多空间尺度(局部模式、全局模式)等方面。它们的组合构成了极其多彩而永恒的研究领域,许多方面目前几乎仍是空白。仅从机电暂态来看,功角、幅值和频率作为交流电压(或电流、功率等)量的3个要素,通过潮流方程和转子运动方程互相耦合。目前基本上是孤立地研究它们,并且很少考虑电压和频率的暂态安全稳定。目前的分析方法局限于用确定性(或概率)的观点研究孤立的扰动,用离线仿真求取受扰轨迹后凭经验进行定性判断。事实上,电力系统在重负荷下的复杂动态行为引起的相继开断并不是由高斯扰动驱动的线性过程,不能仅仅孤立地分析各个扰动和开断。2.2在线预决策:技术关键由于暂态稳定性依赖于整个受扰过程,不可能用少数可观且可控的变量来反映系统的稳定程度,故难以采用反馈控制律。不论是预防控制还是紧急控制,都离不开前馈控制律中的预测环节。前馈控制所需要的先验知识必须提前录入控制器的决策表。目前的稳定控制技术采用离线预决策方式。由于运行工况与相继故障形态的组合爆炸,传统的离线预决策方式越来越成为瓶颈。特别在需要考虑相继开断过程时,离线预决策所依据的典型工况不再有实际意义,必须采用在线预决策方式。在线预决策不能像离线预决策那样依靠经验或穷举法来选择控制措施,而必须依靠对量化指标的灵敏度分析技术来优化控制措施。在1988年,文献就明确指出:将相对功角值大于某固定门限值(例如180°)作为现代电网失稳的判据是十分危险的。另一个误解是认为快速仿真就可以实现在线预决策。事实上,如果不能自动识别稳定模式,或者不能给出严格的量化指标,就不可能实现控制决策的优化。因此,仅仅从快速积分和并行处理着手还远远不够,更重要的是必须在稳定性理论、量化算法、自动寻优和控制框架等方面取得突破。此外,目前的稳定控制技术还缺乏风险的概念,缺乏自适应能力,并且孤立地对待预防控制、紧急控制和校正控制,缺乏协调的概念。2.3基于wams的统一动态数据目前的稳定控制系统一般都自行采集数据,有较高的信息安全性,但充裕性很差。为了提高工况的可观察性,应该与已有的调度自动化系统共享数据。目前调度中心在线数据的来源主要是由远方终端设备(RTU)及SCADA系统获取的静态数据。在系统工况变化较快时,各RTU采样的不同时性可能引入过大的断面误差。通过继电保护管理系统和故障录波器得到的动态数据,可以用于故障的事后分析,但不能直接用于稳定控制的决策。国内外电网已经先后建成了一些广域测量系统(WAMS)。WAMS由基于全球定位系统(GPS)的相量测量单元(PMU)和高速通信系统组成,不但使异地信息具有统一时标,还使采集的信息从静态扩展到动态。但目前WAMS的功能仅限于广域的同步采样、实时传输和显示,而没有解决动态安全分析和决策支持功能,故尚未发挥原先设想的作用,也反过来阻碍了PMU/WAMS的应用。2.4动态行为的分析与预测目前的EMS仅涉及静态分析问题,既不支持对实际已发生的动态行为的分析,也不支持对潜在动态行为的预测和决策,因此至今与三道防线基本没有联系。3大中断发展规律的阐明3.1特高压电网系统可靠性面临着更大范围互联、电力市场化、大量分布电源、特高压电网、HVDC和FACTS、海量的广域信息等特点,在增加系统输电能力和运行灵活性的同时,也增加了系统的复杂性和相继开断的风险。现代电力系统的可靠性面临着新的挑战:故障波及的范围扩大,大量多时间尺度的动态行为交织,弱阻尼的超低频振荡,某些情况下的稳定水平可能降低,失稳模式和振荡模式的复杂变化,稳定域的破碎,混沌动态,信息的不可靠和数据挖掘的维数灾。特高压电网大大缩短了电气距离,但也增加了广域信息的关联程度,不再能简单采用原先的外部等值模型。当特高压骨干网架还不够坚强时,新形成的电磁环网会制约电网的安全稳定性,对电网的分析、监视和控制技术产生很大的影响。3.2快速恶化阶段各国实例表明,系统范围的大停电往往与一系列相继开断联系在一起。由偶然故障引发相继开断,并演化为电力灾难的过程,可以划分为缓慢的相继开断、快速的相继开断、短暂的振荡、雪崩和漫长的恢复等5个阶段。“8·14”大停电就是一个典型的案例,如图3所示。在首发事件以后62min内,有5条线路相继开断,系统的强壮性被缓慢削弱。期间分别有22min,9min,5min和29min可供调度员在决策支持系统的帮助下实施预防性控制,以避免下一个开断。由于离线制定的调度规程不可能考虑完整的N-2准则,更不用说N-5准则了。除了快速可靠的继电保护以外,还可以依靠在线稳定分析实现预防控制,阻止后续的开断。此后的相继开断过程越来越频繁,当来不及对下一次可能发生的相继开断做出预防性决策时,就进入了快速的恶化阶段。快速恶化阶段的判断准则依赖于计算机的能力和预防性控制决策的速度,在该阶段内需要依靠紧急控制来避免系统振荡。大量支路的开断大大降低了传输功率的稳定极限值,从第65min开始,在加拿大电网与美国东部电网之间发生了2min的振荡。第67min后,进入10s的雪崩阶段,从而形成有史以来最大规模的停电灾难。在此期间只能依靠校正控制来避免系统振荡,减小停电范围并减轻恢复控制的困难。虽然在有些大停电的演化过程中,不一定能清晰地区分缓慢恶化与快速恶化阶段,也可能并没有明显的振荡阶段,但都不妨碍将它们作为特例纳入上述规律。3.3时间概念上的控制措施针对已经发生的故障所施加的紧急措施,对于尚未发生的后继故障来说,在时间概念上相当于其“预防控制”。既然该控制措施是按提高前一故障的稳定性而选择的,就有可能不利于后继故障的稳定性。因此,相继故障风险的在线预估、稳定控制的自适应、全局优化和协同的观点对于防御大停电非常重要。3.4系统稳定性及恢复控制薄弱在“8·14”案例的每个演化阶段中,都由于缺乏有效的分析和控制技术,而错过了防御时机。在缓慢的恶化阶段中,由于缺乏自适应的预防控制技术,故未能阻止第2,3,4,5个相继开断。在快速的恶化阶段中,由于缺乏自适应的紧急控制技术,故无法制止系统稳定性的进一步恶化和振荡。在振荡和雪崩阶段,由于没有适当的有序解列、UFLS和UVLS等校正措施来平息振荡,终止雪崩,故大量线路无序地开断,扩大了停电范围。在恢复阶段,由于缺乏自适应的黑启动预案和自痊愈的恢复控制,导致灾难后的电力系统恢复过程非常缓慢。各个演化阶段中的控制手段虽然不同,却是紧密相关。如果在系统规划时按风险意识优化电网建设;在运行中在线地优化预防控制;在故障演化过程中应用自适应优化的紧急控制和校正控制,包括优化的解列、UFLS和UVLS装置,就不会无所作为地听任由偶然故障演化为如此大范围、长时间的停电灾难。将原本彼此孤立的SCADA/EMS和三道防线有机结合,实现大停电的时空协调,构成综合的防御框架,是新一代调度自动化系统的重要发展方向之一。4综合防御结构4.1基于数据分析的大停机防御的对策建议美国能源部对“8·14”的调查报告指出:“由于电力公司和电网监测中心未及时做出准确的分析和判断,没有在事故间隙内及时采取有效措施,因此系统在多重相继开断下变得脆弱,最后发展为大停电。”其中涉及到信息监测、在线分析和控制决策3个要素:信息是分析和决策的基础;机理和量化分析则通过数据挖掘来深刻掌握电网的行为特性;正确的决策是为了以最小的风险代价来满足电力需求。随着经济发展、全国联网和电力市场化,我国电网的运行条件变得更苛刻,更难预测,由局部故障引发电力灾难的风险大大增加。为了有效防御大停电,必须重视对广域信息平台、安全性的在线量化分析、自适应的优化控制决策3个方面的建设,构建综合的防御框架。该框架应该实现多方位的技术提升,包括从静态到动态,从定性到定量,从离线到在线,从定制到自适应,从保守到优化,从确定性到风险性,从表面到本质,从局部到全局,从孤立到协同。4.2统一的广域信息平台,挖掘和存储无侧眼点的动态特性,并将其作为一种趋势,其主要表现为第一信息的可靠性包括数据的充裕性和安全性。应该充分利用各种数据采集途径,并与外部电网有效交换信息,获取足够的时空信息,包括静态信息和动态信息。RTU和各种厂站综合自动化装置可以在线提供大量静态信息;故障录波和保护装置可以在事后提供大量暂态信息;PMU在GPS提供的全网统一时标下,可以实时提供快速采样的同步相量信息。为了在线掌握系统的动态行为,需要从PMU采集的动态信息中提取系统行为的模式、模态、阻尼、振荡界面等特征。这些数据采集源的互补可以改善电网的可测性和可控性,并将静态的广域测量扩展到动态的范畴。现有的各种广域数据采集监控系统相互孤立,不但数据不共享,而且分析和控制功能受到很大制约。目前的SCADA系统没有实时反映动态行为的信息源,其信道和数据库也不支持电网动态信息的实时传输和存储,因此只能监视电网的静态特征,而不能监视动态行为,不能及时发现低频振荡、混沌等异常动态。目前的WAMS不但难以解决电网的可观性要求,并且不能很好地支持对采集到的时间响应曲线的量化评估和对电力系统的风险评估。为了全面地在线评估暂态安全稳定性,给出稳定极限,支持控制决策,在线刷新控制决策表,提高控制的性能代价比,需要集成上述各种数据采集渠道,建立统一、开放的广域信息平台,将SCADA系统提升为DSCADA系统,从简单的动态显示扩展到分析—决策—保护—控制功能。此外,还应该掌握DSCADA系统在信息量不足、内部故障或受到外来攻击时的行为,及其对防御框架功能的影响。重要的研究工作包括:广域测量的统一信息理论及方法,信息的价值化,信息源和传输的可靠性,信息系统的稳定性,信息安全技术,信息量不足时的分析技术,由于缺少某信息而增加的风险,量化由于信息质量不高而增加的代价,重视数字挖掘技术,识别物理参数与经济参数,支持在线决策和可视化。4.3稳定性评估与仿真虽然RTU采集的静态信息可以直接反映已发生的潮流,以代替基于潮流模型的仿真计算,但是不可能代替预想的静态开断仿真。同理,PMU采集的动态信息可以直接反映已发生的动态行为,但不可能提供任何假想场景下的信息。因此,若要判断系统在一个预想故障下的稳定性,或评估某预想措施的控制效果,则因为系统中并不会产生实际的动态,而只能依靠基于模型的动态仿真。若想要通过动态仿真曲线与PMU采集曲线的比较来评估控制效果,则由于两种曲线之间的差别不但与实际的控制效果有关,而且与数学模型有关。此时,PMU信息与数学模型的误差无关的优点不再发挥作用,而基于模型的动态分析在防御框架中不可或缺。调度员希望了解系统离开稳定极限的距离,并比较不同控制措施的影响。但是,离线准备的运行规程和控制决策表对复杂故障和相继开断不再有实际的指导意义,必须采用在线跟踪实际工况的分析方式,即根据在线采集到的实际工况来更新运行指导和决策支持。安全稳定性的量化分析是防御大停电的另一个关键技术,需要在算法和并行处理等多方面取得突破。由于目前的EMS不能分析电力系统的动态行为,故需要将其提升为DEMS。4.4自适应优化的存除功角稳定性外,其他状态变量和代数变量的安全稳定问题也正在受到越来越大的关注,包括感应电动机负荷的稳定性、暂态电压跌落可接受性、暂态频率偏移可接受性和低频振荡。稳定分析与控制技术的发展趋势包括从纯技术的观点到风险的观点,从宏观的观点到微观的观点,从孤立的观点到统一的观点,实现定量分析、在线预决策和自适应优化。不论是预防控制、继电保护、紧急控制、校正控制,还是恢复控制,都需要引入自适应优化的概念。这里的优化是指在保持系统稳定的前提下,使控制代价最小;自适应优化是指不断跟踪电网拓扑和工况的变化,及时更新最优决策。稳定控制优化问题的要素除了系统方程、目标函数、约束条件、控制变量等以外,还有稳定裕度的评估、灵敏度分析和寻优策略,以及利用领域知识来避免局部最优解。其中,最为核心的技术是稳定裕度的评估,它应该能严格识别稳定的充要条件,并能反映实际系统与稳定域边界之间的距离。“在线预算,实时匹配”的决策方式则是自适应优化的发展方向,包括对决策时机和控制时机的自适应。目前的EMS并不能为稳定控制提供决策支持,与稳定控制装置之间也鲜有信息联系。预防控制、继电保护、紧急控制、校正控制和恢复控制之间缺乏协调;各道防线孤立地配置及整定,并在非常有限的在线信息环境下运行。综合防御框架必须妥善地解决这些困难,才能将各道防线中的稳定控制提高到自适应优化和协调的高度。4.5基于统一的动态仿真及优化设计为了能按照大停电各演化阶段的特点来统筹防御对策,提出时空综合防御框架的概念,它包含信息、分析和控制3个子系统。信息子系统充分利用广域信息采集和信息处理领域的新进展,构建统一的广域信息平台。它负责整合各种信息源提供的数据,包括SCADA系统采集的静态数据,PMU/WAMS采集的实时动态数据,故障录波器批量提供的动态数据,以及对假想场景进行仿真所提供的伪量测数据。整合后的功能应该显著大于各单独信息源的功能之和。分析子系统充分利用整合后的广域信息,实现以下不同层次的功能。1)直接基于SCADA静态信息和PMU动态信息的分析功能,包括:电网静态运行和动态行为的形态监视;受扰轨迹的稳定裕度;故障演化过程的分析;辅助服务质量的监视;低频振荡的在线监视;对模型和参数的校核。2)利用PMU动态相量数据改进状态估计的速度、精度、收敛性和坏数据处理,并在此基础上间接改进EMS原有的在线静态安全经济分析功能。3)与数字仿真结合,完成:低频振荡的分析、预防和抑制;动态响应曲线相似度评估;动态模型和参数的校核与修正;功角、电压和频率暂态稳定性的量化分析、行为模式分析和机理分析;稳定域的计算;预想故障的稳定裕度排序和风险排序。控制子系统利用分析子系统的各种功能,支持各种稳定控制的自适应优化决策,在线准实时地完成:预防控制措施的优化、每个预想故障对应的紧急控制措施的优化、校正控制措施的优化和校核。在此基础上,综合防御框架还应该实现多道防线的时空协调,通过协同各道防线和各种控制手段,最大程度地减少大停电的风险。4.6基于pmu的稳态-动态仿真WARMAP是国电自动化研究院按上述思路研制的一个电力灾变防御系统。它为电网运行工程师提供了在线沙盘推演和计算机决策支持,如同在防御大停电中的“作战地