停电防御框架向自然灾害预警的拓展

近年来频发的极端自然灾害充分反映了将停电防御框架向自然灾害预警延伸的必要性。归纳各类自然灾害对电力系统运行可靠性的影响;分析其引发电力系统设备故障的途径;建立各有关环节的数学模型;提炼灾害预警所需要的环境信息。将停电防御系统的信息采集范围拓广到宏观与微观的气象信息与地质信息;根据外部背景信息、实时的运行工况与环境信息,在线估算各类自然灾害对电力设备故障率影响的时空分布;用在线修正的时空概率模型代替离线固定的年均概率模型;在线调整稳定性和充裕性分析中的预想故障表,使风险越大的潜在故障得到越高的关注度;根据灾变演化机理,动态评估电力系统可靠性的风险,实现早期预警;进而使决策支持功能具有对自然灾害的自适应能力。

极端外部灾害中的停电防御系统构思(二)任务与展望

2008年的罕见冰灾暴露了电力系统规划方面的缺陷,也透视了目前停电防御系统在广域信息、仿真分析、决策支持这3个核心功能上的不足。为了有效应对极端外部环境引发的巨型停电灾难,提出停电防御系统至少应增加的功能,包括:将气象和地质等非电气信息引入防御系统,分析相应的风险并及时预警;将在线预评估功能从针对固定的故障集,提升到跟踪外部环境,动态识别高风险的潜在相继故障,进行风险评估及风险管理;支持恢复控制的自适应优化决策,代替离线制定的少量预案。从而使预防控制、紧急控制、校正控制和恢复控制能更有效地协调处置极端外部灾害引发的复杂故障场景和停电模式。

计及通信信息安全预警与决策支持的停电防御系统

随着以特高压互联为骨干网的坚强智能电网的发展,以及能源互联网的兴起,传统的电力系统和通信信息系统融合已成为一种必然。通信信息系统的异常(包括自然故障和恶意攻击)给电网安全稳定运行带来的影响也已显现,而且会越来越大。因而在进行电网的停电防御时,必须计及通信信息安全的影响。文中提出了通信信息三道防线的概念,并实现了能对通信信息风险进行预警、对通信信息故障进行决策支持的通信信息安全防御系统;提出了电力和通信信息融合的电力系统停电防御架构,以及计及通信信息安全预警与决策支持的停电防御系统的实现方法。算例表明,计及通信信息及其风险后,将会提高电网停电防御系统的控制措施的有效性、可靠性及经济性。

人工紧急调控与自动紧急控制协同防御

人工紧急调控是指根据对电网实时状况的分析,由调度员下达控制命令的紧急控制,可为及时消除电网紧急状态发挥关键作用,需要基于不安全现象检测的紧急控制理念,采用基于广域测量系统和能量管理系统信息的紧急调控实时辅助决策技术。探讨了人工紧急调控与自动紧急控制协同防御的技术路线,包括识别人工紧急调控的可行条件及适用条件、基于实测与仿真结合的辅助决策和保持全局性实时状态觉知能力。结合低频振荡、电压稳定和连锁故障,给出了综合实测信息与仿真计算辅助决策技术的设计思路。

关于自然灾害下电力系统安全稳定防御方法的评述

输电线路的远距离送电使其频繁受到自然灾害的影响,极端自然灾害会造成电力系统大面积群发故障,严重影响电力系统的安全稳定运行,需要对自然灾害的防御方法进行研究。自然灾害的防御主要有提高一次系统设计标准以避免故障和通过安全稳定控制措施以减小停电损失两种方式。提高设计系统的标准需要较大的经济代价,且无法完全避免大面积输电线路故障。现有研究主要针对自然灾害的安全稳定控制方法进行研究,包括自然灾害防御所需的信息采集、自然灾害下电力系统风险评估以及应对自然灾害的电力系统安全稳定控制方法。为此,对现有自然灾害的安全稳定防御方法进行综述,并指出进一步研究方向,为后续的自然灾害的安全稳定防御方法研究提供参考。

南方电网综合防御框架的构思

针对南方电网复杂的交直流混合输电的特点,构思时空协调的停电防御框架。在广域信息平台、在线量化稳定分析和自适应控制决策等环节上,提升防御灾变的功能,即从静态到动态范畴,从离线到在线,从定性到定量,从固定设置到自适应优化;其中特别强调相继故障的风险预警和多方面的协调。其创新点和工程应用还包括:在没有数学模型的支持下,评估实测时间响应曲线的轨迹稳定裕度;非自治非线性系统的特征根分析技术;高维受扰轨迹之间的相似度指标,及以其为基础的模型识别技术;将气象和雷电等非电力信息整合到停电防御框架中,对相继故障的风险进行仿真和预警;基于风险管理概念的协调控制。

台风及暴雨对电网故障率的时空影响

分析了台风及暴雨影响电力设备故障率的途径;指出停电防御系统为此应拓展采集的数据,包括宏观的天气预报信息及就地的气象数据;提出上述自然灾害中的电网故障率时空预警框架。根据气象信息,结合环境信息及地形地貌信息,预测台风及暴雨的时空演变趋势,并按地理特征修正,在线预报恶劣气象直接或通过山洪、滑坡和泥石流等次生灾害造成输电线断线、倒塔、闪络等故障率的改变。通过自然灾害与电力系统稳定分析模块的接口,将在线安全分析由针对不变的预想故障集改进为跟踪灾害动态修正的预想故障集,使停电防御系统对台风及暴雨灾害具备一定的预警及决策支持能力。

电网雷击故障概率的时空在线预警

分析雷电的实时演化过程对电力设备故障概率的影响途径,理清需要采集的信息,提出电网的雷击故障概率时空变化的预警算法。先根据当前时段的雷电信息,划分雷电分区;再与上一时段的分区相关联,并据此预报未来时段雷电概率在地域上的演变趋势。实现与电力系统安全稳定分析功能的一体化,用时空分布的预报概率代替传统使用的年平均雷击故障率,在线修改安全稳定性分析软件模块中的预想故障表,使概率大的潜在故障得到及时的详细分析。在停电防御系统的实际工程应用中加入了对雷暴灾害的自适应能力,提高了预警水平。

智能电网运行充裕性的研究框架 (一)要素与模型

为大规模可再生能源发电接入电网后的运行充裕性设计了研究框架。讨论了充裕性与稳定性的关系,发电运行充裕性与装机容量充裕性的关系;回顾了发电运行充裕性的研究现状,提炼问题的要素及形式化描述,拓展其研究范畴及思路。强调电力充裕性还需要有一次能源、输电、市场竞争和环境等相关环节充裕性的保障。

智能电网运行充裕性的研究框架 (二)问题与思路

剖析了智能电网的发电—用电充裕性评估及控制任务。从需求、扰动、控制对象和控制时滞等方面梳理问题的复杂性;讨论充裕控制的决策过程,包括对信息的要求、待调控出力的预报、充裕性事件的设定、充裕度量化指标的定义、系统功率平衡与备用功率的动态行为、充裕度的在线评估、备用资源的调度与控制。提出基于风险观点的动态优化及解耦协调的求解思路,将整个问题解耦为不同子问题后分别优化,再通过协调获得全局准优化的效果。

灾害磁暴影响电网安全运行的途径及其综合防御方案探讨

我国电网将迈入世界上电压等级最高、规模最大的交直流混联电网运行阶段,需要加强灾害磁暴的影响分析及对策研究。分析了磁暴影响电网安全运行的途径及故障类型,依据我国颁布实施的第一部气象灾害防御综合法规《气象灾害防御条例》,提出将灾害磁暴下的电网及设备的响应特性和致灾机理同空间天气信息相关联,拓展极端外部自然灾害停电防御系统应对空间天气气象灾害的方案,探索解决综合防御灾害磁暴对特大规模电网安全稳定运行的影响。