電力能源系統(tǒng)緊急控制培訓(xùn)講義

電力系統(tǒng)緊急控制

第一部分：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和系統(tǒng)框架0引言

電力工業(yè)的目標(biāo)是滿足用電需求，并盡可能降低價(jià)格和保證電能質(zhì)量。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，系統(tǒng)需要一定的備用容量。備用容量的多少取決于各個(gè)系統(tǒng)的主要特性和事故假設(shè)所決定的優(yōu)化程度。在水、火電各占一半的系統(tǒng)中，備用容量應(yīng)為裝機(jī)容量的25～30%。因此，現(xiàn)代電力工業(yè)的主要特征是發(fā)展大型互聯(lián)電力系統(tǒng)。它可以減少備用容量，相互進(jìn)行功率支援，以最有效的方式利用經(jīng)濟(jì)的能源，從而提高系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性[1]。然而，互聯(lián)電網(wǎng)的缺點(diǎn)是，由于對(duì)事故連鎖反應(yīng)，可能出現(xiàn)大面積停電[2，3]。

1996年7月2日和8月10日美國(guó)西部大停電事故的關(guān)鍵特征是，解列一條線路后，其余線路被迫承擔(dān)被解列線路的負(fù)荷，而已失去一條線路的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步過(guò)載，從而引起連鎖反映和導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。經(jīng)驗(yàn)表明，大多數(shù)這樣的災(zāi)難性事故是因?yàn)閷?duì)緊急控制缺乏應(yīng)有的重視。估計(jì)發(fā)生這種事故的幾率還將增加。隨著電力市場(chǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的重構(gòu)和解除管制，在主網(wǎng)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)在區(qū)域之間傳輸?shù)墓β蕦⑷找嬖黾印＿@種需求進(jìn)一步增加了電力傳輸系統(tǒng)的壓力。最明顯的解決方法是新建輸電線。但是新建線路投資高、除峰荷外利用率低，從環(huán)境保護(hù)的角度也對(duì)線路走廊提出了限制，因此新建線路的方案是缺乏吸引力的。在這種情況下，互聯(lián)電網(wǎng)的可靠性只有借助于發(fā)展緊急控制系統(tǒng)來(lái)予以保證[4，5]。

與現(xiàn)代電力系統(tǒng)可靠性有關(guān)的問(wèn)題很多而且非常復(fù)雜。這就必須弄清有哪些重要問(wèn)題和需要什么新的控制功能來(lái)保證當(dāng)前系統(tǒng)的可靠性。本文將較系統(tǒng)地綜述與電力系統(tǒng)緊急控制有關(guān)的問(wèn)題：緊急控制的定義及其主要目標(biāo)、已有的緊急控制措施、集中緊急控制系統(tǒng)的框架和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。而在相關(guān)的另一篇文章中進(jìn)一步闡述有關(guān)緊急控制的理論研究和未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)[6]。

2電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件一般可用三組方程式來(lái)描述：一組微分方程式用來(lái)描述電力系統(tǒng)元件及其控制設(shè)備的動(dòng)態(tài)行為；另兩組代數(shù)方程式則分別構(gòu)成電力系統(tǒng)運(yùn)行的等式和不等式約束條件。等式約束表示系統(tǒng)總的發(fā)電量和總負(fù)荷量的平衡；不等式約束表示某些系統(tǒng)變量，如電壓和電流，不得超過(guò)物理設(shè)備的最大極限。根據(jù)這些約束條件是否滿足，系統(tǒng)的運(yùn)行分為5個(gè)狀態(tài)，如圖1所示[7，13，14]。

在正常運(yùn)行狀態(tài)下，所有等式和不等式約束條件都滿足，表明發(fā)電和負(fù)荷平衡，沒(méi)有設(shè)備過(guò)載，有足夠的備用儲(chǔ)備使系統(tǒng)能承受一定的干擾而保持在適當(dāng)?shù)陌踩健?/p>

當(dāng)擾動(dòng)概率增加，使系統(tǒng)安全水平逐步降低而進(jìn)入警戒狀態(tài)。此時(shí)，雖然所有約束條件仍然滿足，但是備用儲(chǔ)備減少，某些干擾可能導(dǎo)致不等式約束破壞（如設(shè)備過(guò)載），使系統(tǒng)安全受到威脅。在這種狀態(tài)下，應(yīng)采取預(yù)防控制使系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

在采取預(yù)防控制之前，如果發(fā)生足夠嚴(yán)重的干擾，系統(tǒng)就進(jìn)入緊急狀態(tài)。此時(shí)，不等式約束被破壞，系統(tǒng)安全水平為零。但是，系統(tǒng)仍然完整，應(yīng)啟動(dòng)緊急控制使系統(tǒng)至少恢復(fù)到警戒狀態(tài)。如果緊急控制措施未及時(shí)采取或失效，系統(tǒng)將解列和進(jìn)入極端緊急狀態(tài)。在極端緊急狀態(tài)中，等式和不等式約束都被破壞，系統(tǒng)不再完整，系統(tǒng)大部分負(fù)荷喪失。緊急控制作用應(yīng)盡可能多地挽救解列后的子系統(tǒng)，以避免整個(gè)系統(tǒng)的完全崩潰。一旦崩潰停止，如果仍有設(shè)備運(yùn)行在額定容量之內(nèi)，或某些設(shè)備緊跟崩潰而重新啟動(dòng)，則系統(tǒng)可能進(jìn)入恢復(fù)狀態(tài)。采取恢復(fù)控制措施，重新帶上所有失去的負(fù)荷和連接系統(tǒng)，系統(tǒng)可能過(guò)渡到警戒狀態(tài)或正常狀態(tài)則視情況而定。

為了保證系統(tǒng)的可靠性，首先要對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性，即受到擾動(dòng)后回到正?；蚪咏＿\(yùn)行條件，進(jìn)行詳細(xì)的研究。通常按擾動(dòng)性質(zhì)將穩(wěn)定性進(jìn)行分類[8]：(1)靜態(tài)穩(wěn)定或小干擾穩(wěn)定性：由于負(fù)荷和發(fā)電的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，電力系統(tǒng)中任何一個(gè)地方相對(duì)小的擾動(dòng)所引起的轉(zhuǎn)子搖擺能夠恢復(fù)。為了維持靜態(tài)穩(wěn)定性，必須嚴(yán)格約束運(yùn)行參數(shù)——主要是電壓水平和潮流。(2)暫態(tài)穩(wěn)定性：系統(tǒng)遭受嚴(yán)重的暫態(tài)擾動(dòng)，如輸電線故障、切除發(fā)電機(jī)或大的負(fù)荷，引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角、母線電壓和其它系統(tǒng)變量大幅度波動(dòng)，而能夠維持同步運(yùn)行的能力。如果系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性比較脆弱，就要考慮附加的調(diào)節(jié)手段：多個(gè)發(fā)電機(jī)的作用，或附加運(yùn)行約束。

對(duì)電力系統(tǒng)緊急控制而言，雖然在各種特定條件下產(chǎn)生緊急條件的擾動(dòng)性質(zhì)可能有極大的不同，但主要原因如下：l

電力系統(tǒng)元件（線路、變壓器、母線、發(fā)電機(jī)）短路；l

將故障元件與主網(wǎng)隔離；由于運(yùn)行員的錯(cuò)誤，或由于繼電保護(hù)或其自動(dòng)化設(shè)備的誤動(dòng)，將無(wú)故障元件解列；互聯(lián)電網(wǎng)的各區(qū)域中的有功平衡破壞；系統(tǒng)解列后形成有功或無(wú)功缺乏或過(guò)剩的孤島。

值得指出的是，從上述緊急狀態(tài)的定義及其產(chǎn)生的原因可以看出，緊急控制雖然與暫態(tài)穩(wěn)定密切相關(guān)，但不僅僅只是考慮暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題，而應(yīng)該從整個(gè)系統(tǒng)的要求出發(fā)。對(duì)于系統(tǒng)緊急狀態(tài)來(lái)說(shuō)，個(gè)別電機(jī)的不穩(wěn)定性既不是必要條件，也不是充分條件。系統(tǒng)演變到緊急狀態(tài)，可能不會(huì)直接威脅個(gè)別電機(jī)的連續(xù)同步運(yùn)行；危及個(gè)別電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的擾動(dòng)可能（但不需要）出現(xiàn)在系統(tǒng)緊急狀態(tài)出現(xiàn)之前或演變過(guò)程中。防止某臺(tái)發(fā)電機(jī)失步或防止某個(gè)元件損壞的當(dāng)?shù)乜刂谱饔蒙踔量赡軔夯麄€(gè)系統(tǒng)的性能。

例如，1996年7月2日和8月10日美國(guó)西部大停電事故中，系統(tǒng)進(jìn)入緊急狀態(tài)都沒(méi)有經(jīng)歷暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題。換言之，這種當(dāng)?shù)鼐o急控制作用的后果是，使主要聯(lián)絡(luò)線或干線以故障前最小靜態(tài)穩(wěn)定裕度運(yùn)行，大多數(shù)情況下會(huì)進(jìn)一步加載，從而超過(guò)故障后功角特性的最大幅值。按照CIGRE和IEEE提出的術(shù)語(yǔ)，這種情況稱之為“條件穩(wěn)定性”[4]。

此外，電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)的出現(xiàn)不僅表現(xiàn)在發(fā)電和輸電設(shè)備的極限的破壞上，而且表現(xiàn)在基本變量頻率和電壓的極限破壞上。在電源開斷或負(fù)荷突然增大時(shí)，由于電源和負(fù)荷間功率的嚴(yán)重不平衡，會(huì)引起系統(tǒng)頻率突然大幅度下降。如果系統(tǒng)備用容量不足和不及時(shí)采取措施，將使頻率進(jìn)一步下降，而產(chǎn)生頻率崩潰，導(dǎo)致全系統(tǒng)的瓦解。由于無(wú)功電源不足或無(wú)功電源突然切除時(shí)，當(dāng)負(fù)荷（特別是無(wú)功負(fù)荷）逐漸增加到一定程度時(shí)，有可能使電壓大幅度下降，以致發(fā)生電壓崩潰現(xiàn)象[7]。

因此，按照文獻(xiàn)[8]所述，緊急控制的定義是，當(dāng)系統(tǒng)遭受一個(gè)事件的擾動(dòng)后，部分或整個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)有容量暫時(shí)不再能充分滿足負(fù)荷需求時(shí)，使系統(tǒng)能夠維持和恢復(fù)到可行的運(yùn)行狀態(tài)、而且不會(huì)出現(xiàn)不可忍受的過(guò)載或不正常的頻率或電壓所采取的措施和過(guò)程。

2緊急控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和框架

經(jīng)典地和廣泛地采用的“緊急控制”都是當(dāng)?shù)乜刂?，主要是防止單臺(tái)發(fā)電機(jī)（個(gè)別情況是對(duì)發(fā)電機(jī)群）失去暫態(tài)穩(wěn)定性。IEEE工作組的報(bào)告[10]對(duì)已有的穩(wěn)定控制方法作了較全面的綜述：

l

繼電保護(hù)（單相或三相、重合閘或無(wú)重合閘）；l

電阻制動(dòng)；l

快關(guān)汽門（短暫減功率和持續(xù)減功率）；l

勵(lì)磁控制；l

串聯(lián)和并聯(lián)補(bǔ)償裝置的投切；l

發(fā)電機(jī)解列；l

直流聯(lián)絡(luò)線調(diào)節(jié)；l低周減載。

目前，北美、歐洲和日本的預(yù)防控制大多是針對(duì)單條線路過(guò)載或單個(gè)事件作出反應(yīng)。經(jīng)驗(yàn)證明，在大多數(shù)情況下，僅僅采用一種控制措施對(duì)于大型互聯(lián)電網(wǎng)是不可接受的。96年美國(guó)西部大停電事故表明，必須從整體考慮系統(tǒng)的可靠性，而不能僅從當(dāng)?shù)乜刂苹騿蝹€(gè)控制措施分別來(lái)考慮。互聯(lián)電網(wǎng)緊急控制的主要目的是將緊急狀態(tài)局部化和避免故障擴(kuò)展到相鄰區(qū)域。這就需要綜合和協(xié)調(diào)各種控制措施，形成一個(gè)集中和分層協(xié)調(diào)的緊急控制系統(tǒng)[2]。

在這方面，俄羅斯取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和成功。前蘇聯(lián)在發(fā)展電力系統(tǒng)過(guò)程中的關(guān)鍵策略是節(jié)約投資，因此系統(tǒng)的輸電容量非常緊張。為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，前蘇聯(lián)工程師開發(fā)了先進(jìn)的集中的緊急預(yù)防自動(dòng)控制（CEPAC）系統(tǒng)，并一直不斷改進(jìn)和完善。CEPAC系統(tǒng)的框架如圖2所示，該系統(tǒng)共分四層：

第一層：緊急控制區(qū)域內(nèi)的當(dāng)?shù)乜刂圃O(shè)備；在緊急狀態(tài)期間，這些設(shè)備直接動(dòng)作；第二層：一個(gè)緊急控制區(qū)域內(nèi)的集中控制；這一層確定了第一層設(shè)備在故障前條件下的調(diào)節(jié)；第三層：對(duì)第二層控制進(jìn)行協(xié)調(diào)；當(dāng)區(qū)域間發(fā)生緊急狀態(tài)時(shí)，如有必要，則通過(guò)第二層對(duì)第一層的當(dāng)?shù)鼐o急控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)；第四層：（俄羅斯聯(lián)合電力系統(tǒng)層）：對(duì)第三層進(jìn)行協(xié)調(diào)。當(dāng)發(fā)生區(qū)域間故障時(shí)，如有必要，則通過(guò)第二層和第三層對(duì)第一層的當(dāng)?shù)鼐o急控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2集中的緊急預(yù)防自動(dòng)控制（CEPAC）系統(tǒng)的框架

CEPAC系統(tǒng)選擇控制作用是基于它們對(duì)電力系統(tǒng)的綜合效果，其目的是利用當(dāng)前系統(tǒng)中所有緊急預(yù)防控制手段來(lái)保證整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在CEPAC系統(tǒng)中，緊急預(yù)防控制的基礎(chǔ)是：l

在線計(jì)算靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定；l

保證可靠運(yùn)行所需要的控制作用；l如果機(jī)組或線路的切除導(dǎo)致線路過(guò)載（超過(guò)靜穩(wěn)、暫穩(wěn)或熱極限），控制系統(tǒng)就啟動(dòng)所設(shè)計(jì)的控制動(dòng)作來(lái)防止系統(tǒng)崩潰。

CEPAC系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)包括計(jì)算機(jī)、通信和控制通道、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由專門的控制器和當(dāng)?shù)刈詣?dòng)控制系統(tǒng)一設(shè)置控制作用。如圖3所示。CEPAC系統(tǒng)包括了多種自動(dòng)化方案：

自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（預(yù)防控制）；自動(dòng)潮流限制（預(yù)防控制）；

繼電保護(hù)（保護(hù)控制），第一道防線；

穩(wěn)定控制方案（校正控制），第二道防線；

失步保護(hù)（保護(hù)控制），第三道防線；

低周減載（保護(hù)控制），第四道防線；發(fā)電機(jī)啟動(dòng)和加載（校正控制），第四道防線。

圖3集中緊急預(yù)防自動(dòng)控制系統(tǒng)（CEPAC）

最后當(dāng)切機(jī)和甩負(fù)荷之后，還不能恢復(fù)穩(wěn)定性，則將系統(tǒng)分片解列。按照主電網(wǎng)和超級(jí)電網(wǎng)的安全要求：這些電網(wǎng)由于故障引起的年停電時(shí)間不得超過(guò)5—6系統(tǒng)分鐘，而且多年不會(huì)發(fā)生系統(tǒng)崩潰。俄羅斯的CEPAC系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的集中緊急預(yù)防自動(dòng)控制系統(tǒng)，多年來(lái)都能相對(duì)可靠地運(yùn)行，莫斯科最后一次大面積停電事故發(fā)生在1948年12月18日。在1997年，俄羅斯全國(guó)停電總量?jī)H為總發(fā)電量的0.014%

此外加拿大魁北克水電管理局（Hydro-Que'bec）為了提高輸電系統(tǒng)的可靠性，主要是提高系統(tǒng)承受極端的偶然事故（通常由多重事件或輸電線相繼跳閘引起）的能力，于1990年啟動(dòng)了一個(gè)對(duì)付極端偶然事故的防衛(wèi)計(jì)劃。該計(jì)劃的總費(fèi)用為13億美元，占總輸電系統(tǒng)資產(chǎn)的1%少一點(diǎn)，已于1998年投運(yùn)[11]。新的輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則反映了東北電力協(xié)調(diào)委員會(huì)（NPCC）的更高的可靠性要求[12]，考慮了魁北克水電系統(tǒng)的特征，從而包含了魁北克水電系統(tǒng)的附加要求。滿足新的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的解決方案中最吸引人之處是加上了串聯(lián)補(bǔ)償、并聯(lián)電抗器和專門的保護(hù)系統(tǒng)。新的設(shè)計(jì)遵循兩個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)不會(huì)中斷服務(wù)或不必借助于專門的保護(hù)系統(tǒng)就能對(duì)付通常的偶然事故（指多半最可能出現(xiàn)的事故）；(2)在極端的偶然事故條件下，系統(tǒng)必須有措施來(lái)避免出現(xiàn)系統(tǒng)范圍的瓦解因此，魁北克防衛(wèi)系統(tǒng)的目標(biāo)是，使用簡(jiǎn)單、可靠和安全的自動(dòng)化措施來(lái)保持電力系統(tǒng)的完整性，并在最大可能的范圍和和程度上來(lái)御防一切可能的極端偶然事故。為了能在極端的偶然事故后保持系統(tǒng)的完整性要求所施加的控制作用既快而且是集群的。為此，魁北克采用了專門的保護(hù)系統(tǒng)和確定了大量的設(shè)計(jì)原則。

基中，最重要的設(shè)計(jì)原則如下：

1.專門保護(hù)系統(tǒng)的非期望動(dòng)作不影響系統(tǒng)的安全。在任何情況下，控制作用的容量不超過(guò)魁北克系統(tǒng)中最大發(fā)電站的容量（或5300MW）；

2.盡可能限制采用直接影響系統(tǒng)連續(xù)服務(wù)的措施。但是允許系統(tǒng)行為惡化最好是切掉負(fù)荷的一部分，而不是切掉負(fù)荷的全部。遙切負(fù)荷必須最小化和獲得高的安全水平；3.由于存在大量可能的極端偶然事故，最好是檢測(cè)事故對(duì)系統(tǒng)造成的后果，而不是檢查事故本身。在制定反措施時(shí)，必須最大可能地利用當(dāng)?shù)刈兞康臏y(cè)量和完成當(dāng)?shù)乜刂谱饔茫?/p>

4.整個(gè)防衛(wèi)計(jì)劃必須簡(jiǎn)單。為此，在一個(gè)變電站內(nèi)可能出現(xiàn)的各種極端偶然事故應(yīng)當(dāng)分為數(shù)量有限的類別。對(duì)某類事故的校正措施的選擇按該類中最嚴(yán)重事故的函數(shù)來(lái)進(jìn)行。換言之，在選擇和確定待執(zhí)行的作用容量時(shí)，簡(jiǎn)單性是非常奏效的。在文獻(xiàn)[11]的表1中列舉了魁北克系統(tǒng)中幾乎所有可能的極端事故，它們也可能出現(xiàn)在其它電力系統(tǒng)中。這些事故可以粗略地分為兩類：

(1)主要影響系統(tǒng)輸送容量的極端事故（例如，失去一條重載的735kV線路），一般表現(xiàn)為暫態(tài)或動(dòng)態(tài)穩(wěn)定現(xiàn)象或快速的電壓穩(wěn)定現(xiàn)象；(2)主要影響發(fā)電/負(fù)荷平衡的極端事故（例如，失去一個(gè)負(fù)荷變電站），一般表現(xiàn)為高周波、低周波、長(zhǎng)期電壓或穩(wěn)定現(xiàn)象。因此魁北克防衛(wèi)系統(tǒng)采用了處理極端事故條件下所有這些系統(tǒng)行為方式的自動(dòng)化措施。

在開發(fā)魁北克、防衛(wèi)系統(tǒng)過(guò)程中，遇到的主要問(wèn)題之一就是如何保證所采用的各種控制措施的協(xié)調(diào)。在可能出現(xiàn)的各種情況和系統(tǒng)行為給定后，必須清楚地確定每種控制措施所要完成的任務(wù)。從而在出現(xiàn)復(fù)雜的極端事故期間，涉及到大量的控制措施而不需要進(jìn)行外部協(xié)調(diào)。每個(gè)控制系統(tǒng)必須能夠按照自己需要御防的事故的函數(shù)進(jìn)行動(dòng)作，而且這些動(dòng)作的結(jié)合能夠保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和行為進(jìn)行全面徹底的研究之后，就有可能使所有的控制措施克服它的局限性，而具有足夠的靈活性。

在魁北克防衛(wèi)系統(tǒng)中采用了如下的自動(dòng)控制措施：(1)低周減載（UFLS）系統(tǒng)，分布在約150個(gè)配電變電站；(2)735kV并聯(lián)電抗器自動(dòng)投切（MAIS）系統(tǒng)安裝在22個(gè)735kV變電站；(3)低壓切負(fù)荷（UVLS）系統(tǒng)；(4)發(fā)電減載和遙切負(fù)荷系統(tǒng)（RPTC），覆蓋了15個(gè)735kV變電站中的極端事故的處理。該防衛(wèi)系統(tǒng)增加了自動(dòng)化干預(yù)，共分為三層：l

第一層是發(fā)電減載（限制到1400MW）并與735kV并聯(lián)電抗器跳閘相結(jié)合，使系統(tǒng)可能保持穩(wěn)定性，并不影響連續(xù)服務(wù)；l

第二層檢測(cè)極端事故對(duì)系統(tǒng)的影響。在非常大范圍（至少一半的735kV變電站）出現(xiàn)極端事故時(shí)，用自動(dòng)投切735kV并聯(lián)電抗器、低壓減載和低周減載來(lái)保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在這一層的干預(yù)下，不可避免地失去某些負(fù)荷，但損失是有限的；l

第三層需要直接檢測(cè)極端事故。在檢測(cè)到事故后，必須迅速和集群地進(jìn)行發(fā)電減載和遙切負(fù)荷。這時(shí)，負(fù)荷損失將很大，但是它是避免整個(gè)系統(tǒng)瓦解的唯一途徑。在表1中列出了在各種極端事故條件下每種控制措施可能的操作及其所起的作用。

極端事故MALSUVLSVFLSRPTC合閘跳閘有限的GRGR和RLSRTS第一層有限動(dòng)作

失去兩條串聯(lián)或并聯(lián)的735kV線路

*

*

*AC-DC事件：失去一條直流雙極線路和一條735kV線路

**

*

*第二層采用補(bǔ)救型專門保護(hù)系統(tǒng)失去一個(gè)發(fā)電站或一臺(tái)機(jī)組*

*

主要負(fù)荷中心突然失去負(fù)荷*

專門保護(hù)系統(tǒng)的非期望動(dòng)作*

*

第三層采用集群作用專門保護(hù)系統(tǒng)在同一線路走廊中失去一條或兩條線路，并且余下的所有串聯(lián)電容器旁路

***

**在一條線路走廊中失去所有的735kV線路*

*

*

失去從一個(gè)變電站輻射出的所有735kV線路*

*

*

表1在各種極端事故條件下可能的自動(dòng)化控制動(dòng)作

3結(jié)論

本文闡述了電力系統(tǒng)緊急控制的定義及其主要目標(biāo)。特別強(qiáng)調(diào)的是，緊急控制不僅是處理暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題。還應(yīng)當(dāng)考慮頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和線路傳輸極限破壞等問(wèn)題，緊急控制系統(tǒng)必須包括中央和局部控制以及兩者之間的協(xié)調(diào)。因此，它應(yīng)當(dāng)從考慮綜合效果的角度出發(fā)，應(yīng)用具備的一切控制手段，以協(xié)調(diào)的方式去影響發(fā)電、輸電和負(fù)荷。俄羅斯的集中緊急預(yù)防自動(dòng)控制（CEPAC）系統(tǒng)代表了當(dāng)前世界上的最高水平。它的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)是值得借鑒和學(xué)習(xí)的。而加拿大魁北克系統(tǒng)的防止極端偶然事故的防衛(wèi)計(jì)劃又給我們提供了一個(gè)典型的范例。在開放的電力市場(chǎng)下進(jìn)一步增加了電力傳輸系統(tǒng)的壓力，應(yīng)當(dāng)借助緊急控制系統(tǒng)來(lái)保證電力系統(tǒng)的可靠性。

電力系統(tǒng)緊急控制

第二部分理論和方法

0引言

實(shí)現(xiàn)集中緊急預(yù)防控制系統(tǒng)預(yù)先需要兩個(gè)條件:：提供控制系統(tǒng)所需要的基本數(shù)據(jù)；開發(fā)靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定的計(jì)算方法；緊急事故發(fā)生后的控制策略。

許多現(xiàn)代電力系統(tǒng)已在正常運(yùn)行條件下達(dá)到高度的自動(dòng)化水平，具備數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)估計(jì)和信號(hào)處理功能。給集中緊急預(yù)防控制系統(tǒng)提供基礎(chǔ)在線控制數(shù)據(jù)的能力已經(jīng)具備。然而，關(guān)于緊急預(yù)防控制的方法和算法雖然取得了較大的進(jìn)展，但是還不十分完善。

進(jìn)行任何穩(wěn)定性控制的前提是對(duì)系統(tǒng)（包括在控制作用下）進(jìn)行穩(wěn)定性的定量分析。長(zhǎng)期以來(lái)，緊急控制策略的制定只能基于定性的大量離線仿真計(jì)算結(jié)果，這就是傳統(tǒng)的“離線預(yù)想計(jì)算，實(shí)時(shí)匹配”的方案[2]。這種方案的缺點(diǎn)是離線計(jì)算工作量很大，適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行方式變化的能力較差，且由于離線制定控制策略時(shí)是按最嚴(yán)重情況考慮的，具體實(shí)施時(shí)容易過(guò)量，并可能發(fā)生失配[3]。因此，在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)（DSA）成為極具挑戰(zhàn)性的課題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這方面進(jìn)行了不懈的努力，已經(jīng)取得了大量的成果[4-37]。

在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估所得到的結(jié)果（暫態(tài)穩(wěn)定裕度、穩(wěn)定極限和最大傳輸容量等）可以用于緊急事故發(fā)生前的預(yù)防控制，也可以用“在線預(yù)想計(jì)算，實(shí)時(shí)匹配”方式來(lái)進(jìn)行緊急事故發(fā)生后的緊急控制[16，18，20，26，27]。然而，電力系統(tǒng)是復(fù)雜的非線性大系統(tǒng)，經(jīng)驗(yàn)表明應(yīng)當(dāng)采用集中和分層協(xié)調(diào)的緊急預(yù)防控制系統(tǒng)[1]。在設(shè)計(jì)這種緊急預(yù)防控制系統(tǒng)時(shí)，除了確定整個(gè)控制系統(tǒng)的框架或結(jié)構(gòu)，還應(yīng)當(dāng)應(yīng)用大系統(tǒng)控制理論解決一些關(guān)鍵問(wèn)題：如何在集中和分層控制的基礎(chǔ)上確定控制目標(biāo)、有關(guān)的數(shù)學(xué)模型和適當(dāng)?shù)默F(xiàn)有控制手段。顯然，控制目標(biāo)的確定是最基本的。各層的控制目標(biāo)確定之后，也就提供了有關(guān)模型結(jié)構(gòu)和適當(dāng)?shù)目刂剖侄闻渲玫幕A(chǔ)。

一般來(lái)說(shuō)，局部控制處理對(duì)局部有直接影響的、較經(jīng)常出現(xiàn)的事故；集中或中央控制處理對(duì)系統(tǒng)范圍有影響的、具有更持久性質(zhì)的事故。在明確給定局部和中央的控制目標(biāo)之后，就可以根據(jù)這些目標(biāo)計(jì)算現(xiàn)有的控制手段的策略和配置到相應(yīng)的控制層上。自然地，這就需要提供每層控制系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，即提供一種輸入-輸出映射：根據(jù)給定的系統(tǒng)狀態(tài)信息，指明滿足性能目標(biāo)的適當(dāng)?shù)目刂谱饔?。關(guān)于一般的穩(wěn)定控制策略的研究在文獻(xiàn)[38，39]中已進(jìn)行了較全面的綜述，因此在本文中不再贅述，而著重介紹更具有緊急控制針對(duì)性的分析方法和控制策略的理論研究成果和最新的發(fā)展趨勢(shì)。1在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)（DSA）

隨著偶然事故的發(fā)生，電力系統(tǒng)能否經(jīng)受住隨后發(fā)生的暫態(tài)和過(guò)渡到一種新的穩(wěn)態(tài)條件，以及在這種新的穩(wěn)態(tài)條件下所有電力系統(tǒng)元件是否運(yùn)行在規(guī)定的極限參數(shù)內(nèi)，是電力系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容。用暫態(tài)分析方法去評(píng)價(jià)系統(tǒng)能否經(jīng)受住這種過(guò)渡過(guò)程屬于動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)（DSA）的范疇。對(duì)于檢驗(yàn)新的穩(wěn)態(tài)條件是否可以接受屬于靜態(tài)安全評(píng)價(jià)（SSA）的范疇.當(dāng)評(píng)價(jià)表明某些偶然事故的出現(xiàn)導(dǎo)致電力系統(tǒng)進(jìn)入緊急狀態(tài)，則必須采取緊急預(yù)防和控制措施。靜態(tài)安全評(píng)價(jià)是對(duì)穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)基于快速潮流計(jì)算的結(jié)果，而動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容是進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性分析。緊急控制對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，因此以下著重介紹在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)所取得的進(jìn)展。

在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)方法主要分為三大類：人工智能法、暫態(tài)能量函數(shù)法和擴(kuò)展等面積法。

基于人工智能的在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)方法包括模式識(shí)別[4]、專家系統(tǒng)[5]、誘導(dǎo)推理[6]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[1-9]或模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[10]等?；谌斯ぶ悄艿姆椒ㄊ紫葘?duì)預(yù)想事故進(jìn)行大量的離線仿真計(jì)算，從中獲得系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為中重要的穩(wěn)定性特征，然后構(gòu)造一個(gè)分類器用來(lái)在線地對(duì)新的、未可預(yù)見(jiàn)的偶然事故進(jìn)行正確的分類。

有關(guān)暫態(tài)能量函數(shù)法的研究已有多年歷史，并有大量成果面世[11-15]。暫態(tài)能量函數(shù)是通過(guò)在故障切除時(shí)刻的系統(tǒng)暫態(tài)能量與臨界能量相比較，直接評(píng)價(jià)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。兩者之差稱為能量裕度或穩(wěn)定裕度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：（a）能夠提供系統(tǒng)穩(wěn)定程度的定量信息；（b）能夠提供系統(tǒng)穩(wěn)定裕度對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)或運(yùn)行條件變化的靈敏度分析；（c）對(duì)極限參數(shù)計(jì)算速度快，可快速掃描系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程；（d）利用穩(wěn)定裕度可以確定緊急控制作用。為了確定系統(tǒng)的臨界能量或穩(wěn)定域，有所謂的最接近不穩(wěn)定平衡點(diǎn)（UEP）法、相關(guān)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)（UEP）法、勢(shì)能界面（PEBS）法和基于相關(guān)UEP的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析（BCU）法。

在文獻(xiàn)[16]中，提出了一種在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括：狀態(tài)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)預(yù)想事故掃描、詳細(xì)的時(shí)域穩(wěn)定性分析、緊急預(yù)防和校正控制。狀態(tài)監(jiān)控的目標(biāo)是通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)。動(dòng)態(tài)預(yù)想事故掃描的基礎(chǔ)是BCU分類器，從大量的預(yù)想事故中選出的少量緊急事故。然后利用快速和可靠的暫態(tài)穩(wěn)定（時(shí)域）仿真程序?qū)﹀噙x出的少量緊急事故進(jìn)行詳細(xì)的仿真。最后利用計(jì)算的結(jié)果可以確定應(yīng)該采取的緊急預(yù)防和控制措施。文獻(xiàn)[19]中也是利用暫態(tài)能量函數(shù)法進(jìn)行偶然事故掃描，但它采用了三個(gè)濾波步驟：用逸出點(diǎn)（EP）計(jì)算的穩(wěn)定性指標(biāo)快速給出粗略的、保守的偶然事故排序，從中排除最穩(wěn)定的情況；然后用最小梯度點(diǎn)（MGP）進(jìn)一步濾出少量的緊急事故；最后用相關(guān)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)（UEP）計(jì)算出這些少量緊急事故下系統(tǒng)的準(zhǔn)確的能量裕度。

文獻(xiàn)[18]進(jìn)一步提出了基于暫態(tài)能量函數(shù)的改進(jìn)算法，稱為“第二次反沖”方法。它不僅給出不穩(wěn)定性情況下暫態(tài)能量裕度，而且還能給出穩(wěn)定情況下暫態(tài)能量裕度，而且無(wú)須知道UEP?！暗诙畏礇_”是指在仿真中進(jìn)一步考慮實(shí)際故障切除后的一個(gè)較長(zhǎng)的固定時(shí)間段。這種方法結(jié)合了時(shí)域仿真和暫態(tài)能量函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，能給出系統(tǒng)的穩(wěn)定程度而不受模型的限制。在文獻(xiàn)[19]中，進(jìn)一步介紹了暫態(tài)能量函數(shù)法新近的主要進(jìn)展。

擴(kuò)展等面積法建立在對(duì)可能失步分離為兩群的多機(jī)電力系統(tǒng)的辨識(shí)上，先將兩群電機(jī)等值，再進(jìn)一步等值為單機(jī)無(wú)窮大母線（OMIB）系統(tǒng)，然后應(yīng)用適當(dāng)?shù)牡让娣e法則（EAC）判定暫態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度。OMIB可以看成將多維多機(jī)動(dòng)態(tài)方程組映射為一個(gè)動(dòng)態(tài)方程的一種變換。OMIB有不同的形式，取決于所采用的電力系統(tǒng)模型和對(duì)每群電機(jī)行為的假設(shè)?？梢詫MIB分為三類：時(shí)不變、時(shí)變和一般化[20]。時(shí)不變OMIB是在下列假設(shè)條件得到的：（a）采用簡(jiǎn)化電力系統(tǒng)模型；（b）每組內(nèi)的電機(jī)同調(diào)。因此得到的OMIB的動(dòng)態(tài)方程為：。其中，M、Pm、Pmax和θ為常數(shù)（在故障期間和故障切除后），所以稱之為“時(shí)不變”O(jiān)MIB。

其中，M、Pm、Pmax和θ為常數(shù)（在故障期間和故障切除后），所以稱之為“時(shí)不變”O(jiān)MIB。其特性為典型的正弦曲線，可以應(yīng)用眾所周知的傳統(tǒng)的EAC法則。在這方面的先驅(qū)工作有薜禹勝的擴(kuò)展等面積法（EEAC）[21]以及Rahimi和schaffer的“最壞情況”法[22]。時(shí)變和一般化OMIB去除了同調(diào)的假設(shè)，而仍采用簡(jiǎn)化電力系統(tǒng)模型。所得到的“時(shí)變”動(dòng)態(tài)方程中，Pm、Pmax和θ不再是常數(shù)，Pa–δ特性為分段正弦。這種時(shí)變OMIB被用于所謂的動(dòng)態(tài)等面積法（DEAC）中。

“一般化”O(jiān)MIB的動(dòng)態(tài)方程為：其Pa-δ特性不再是正弦曲線，參數(shù)δ、、Pm和Pe是用時(shí)域仿真程序來(lái)求得，在每一時(shí)間步長(zhǎng)將多機(jī)系統(tǒng)參數(shù)“凝聚”成OMIB參數(shù)。這樣就綜合了OMIB、時(shí)域仿真程序（可以采用任意復(fù)雜的電力系統(tǒng)模型和對(duì)穩(wěn)定性的考慮以及對(duì)精度的要求）和EAC的優(yōu)點(diǎn)。一般化OMIB不能得到時(shí)不變OMIB的封閉表達(dá)式和極快的暫態(tài)穩(wěn)定性的信息，但是遠(yuǎn)比時(shí)域仿真法快得多，更重要的是，可以得到大量的有關(guān)暫態(tài)穩(wěn)定性的信息。

近年來(lái)，在這方面取得了很大的進(jìn)展，提出了各種各樣的方法，如“混合”的擴(kuò)展等面積法（MEEAC）、混雜的擴(kuò)展等面積法（HEEAC）、集成的擴(kuò)展等面積法（IEEAC）、FASTEST、SIME等[23-25]。這些方法在許多方面有所差別，如電機(jī)分離方式的辨識(shí)、OMIB參數(shù)的刷新、穩(wěn)定和不穩(wěn)定裕度的計(jì)算、穩(wěn)定極限的評(píng)價(jià)、偶然事故的濾波等，但是都建立在一般化OMIB這個(gè)概念的基礎(chǔ)之上。文獻(xiàn)[26]首次提出了基于EEAC的“在線預(yù)想計(jì)算、實(shí)時(shí)匹配”的在線緊急控制框架，而在文獻(xiàn)[27]中進(jìn)一步提出了在線暫態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。

除了以上三類主要的在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)方法之外，近年來(lái)在基于系統(tǒng)暫態(tài)軌跡分析的動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)方法的研究上也取得了新的進(jìn)展。文獻(xiàn)[28，29]提出一種利用系統(tǒng)暫態(tài)軌跡的幾何性質(zhì)來(lái)在線決定穩(wěn)定的新方法。這種方法通過(guò)檢測(cè)發(fā)電機(jī)角度、角速度和角加速度，辨識(shí)系統(tǒng)故障后軌跡所在曲面的凹、凸性，從而迅速、可靠地判斷穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[30]基于同調(diào)概念，以同調(diào)機(jī)機(jī)群中每臺(tái)電機(jī)相對(duì)慣性中心（COI）的轉(zhuǎn)子角作為偶然事故掃描的暫態(tài)條件嚴(yán)重程度的性能指標(biāo)。文獻(xiàn)[31]進(jìn)一步提出以故障切除后功率失配向量與電機(jī)角速度的點(diǎn)積、功率失配向量與電機(jī)轉(zhuǎn)子角的點(diǎn)積、電機(jī)轉(zhuǎn)子角與角加速度的點(diǎn)積作為性能指標(biāo)。文獻(xiàn)[32-35]采用暫態(tài)軌跡的靈敏度分析進(jìn)行動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)，并可分析各種參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)大干擾行為的影響。此外，暫態(tài)穩(wěn)定響應(yīng)的信號(hào)能量分析是另一種在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)方法[36]。它不僅用來(lái)快速確定暫態(tài)穩(wěn)定極限，還可以同時(shí)估計(jì)暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定極限[37]。

2緊急預(yù)防和控制策略的理論研究

如前所述，在設(shè)計(jì)集中和分層協(xié)調(diào)的緊急預(yù)防控制時(shí)，在確定了整個(gè)控制系統(tǒng)的框架和各層的控制目標(biāo)之后，就需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和確定適當(dāng)控制設(shè)施的控制策略。由于電力系統(tǒng)是地域分布很廣的復(fù)雜非線性大系統(tǒng)，而且緊急控制的實(shí)時(shí)性要求很高，這就要求盡可能采用簡(jiǎn)化模型和避免采集遠(yuǎn)方信息，并且采用非線性控制理論作為控制策略的設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)于一般的穩(wěn)定控制策略（包括不依賴于數(shù)學(xué)模型的人工智能控制方法）在文獻(xiàn)[38，39]中已有較全面的綜述，在本文不再贅述。以下著重介紹有關(guān)緊急控制的建模和非線性控制問(wèn)題。

2.1緊急控制的數(shù)學(xué)模型

電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有各式各樣的形式，取決于所要研究的現(xiàn)象和解決的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)最關(guān)心的現(xiàn)象和元件進(jìn)行詳細(xì)描述，而對(duì)其余元件作某種程度的近似。這樣有利于減少計(jì)算的復(fù)雜性和計(jì)算的負(fù)擔(dān)，更好地理解所關(guān)心的問(wèn)題和設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的、容易實(shí)現(xiàn)的控制器[40]。下面將分別論述：大規(guī)模動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的降階模型、觀測(cè)解耦狀態(tài)空間模型和基于辨識(shí)方法的低階模型。

2.1.1大規(guī)模動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的降階模型

大規(guī)模動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的分層或分散控制結(jié)構(gòu)建立在將復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)模型分解為一組低階模型的基礎(chǔ)上，與此同時(shí)，在一定程度上將局部現(xiàn)象和非局部現(xiàn)象分離[41]。有如下的降階方法：(a)集結(jié)法：用一個(gè)保留了系統(tǒng)關(guān)鍵特性的低階系統(tǒng)模型代替原來(lái)復(fù)雜的高階系統(tǒng)模型。這些關(guān)鍵特征可以是對(duì)給定的一類輸入有最小的輸出誤差、有等價(jià)的階躍響應(yīng)或保留有同樣的主振蕩模態(tài)（特征值）[42-43]。

(b)將強(qiáng)耦合系統(tǒng)解耦的奇異擾動(dòng)法：這種方法主要用于具有兩組快、慢時(shí)標(biāo)的系統(tǒng)進(jìn)行解耦，而在不同的時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)兩個(gè)子系統(tǒng)分別優(yōu)化，從而構(gòu)成了分層控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)[44]。電力系統(tǒng)中有許多現(xiàn)象都表現(xiàn)出多時(shí)標(biāo)現(xiàn)象，如故障后暫態(tài)響應(yīng)中遠(yuǎn)離故障點(diǎn)的機(jī)組的“同調(diào)”性質(zhì)。這種“同調(diào)”概念被廣泛用于暫態(tài)能量函數(shù)法和擴(kuò)展等面積法中。(c)將弱耦合系統(tǒng)解耦的非奇異擾動(dòng)性：這種方法允許將特征值差別較大的子系統(tǒng)進(jìn)行解耦，從而可以進(jìn)行完全的分散控制[45，46]。

2.1.2觀測(cè)解耦狀態(tài)空間模型

Zaborszky等根據(jù)緊急控制的特點(diǎn)定義了一個(gè)新的狀態(tài)空間：“觀測(cè)解耦狀態(tài)空間”或“局部平衡狀態(tài)空間”[47]。局部平衡狀態(tài)空間是傳統(tǒng)狀態(tài)空間的獨(dú)特的非線性變換。它具有以下性質(zhì)：

(a)通過(guò)局部測(cè)量和少量計(jì)算就可以計(jì)算或估計(jì)觀測(cè)解耦狀態(tài)向量；

(b)新狀態(tài)空間的原點(diǎn)就是平衡點(diǎn)，因此驅(qū)動(dòng)每個(gè)局部母線變量到新狀態(tài)空間的原點(diǎn)就可達(dá)到系統(tǒng)的平衡；

(c)觀測(cè)解耦狀態(tài)是緊急狀態(tài)是否存在及其嚴(yán)重程度的瞬時(shí)指示器；

(d)在控制中心，通過(guò)觀測(cè)解耦狀態(tài)可以辨識(shí)動(dòng)態(tài)事件及其在系統(tǒng)中的蔓延。根據(jù)觀測(cè)解耦狀態(tài)空間模型，Zaborszky等進(jìn)一步提出了用局部控制器來(lái)穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的控制策略。如“范數(shù)減小控制”，即單調(diào)地減小觀測(cè)解耦狀態(tài)的每個(gè)分量的范數(shù)?；蛘咄ㄟ^(guò)計(jì)算故障期間的過(guò)剩動(dòng)能來(lái)確定制動(dòng)電阻等的控制量[48，49]。此外，Meisel等也采用了局部平衡狀態(tài)空間的修正方式，如“改進(jìn)的戴維南平衡框架”、“改進(jìn)的局部平衡框架”等。并在此基礎(chǔ)上，采用能量函數(shù)法或最優(yōu)目標(biāo)控制策略也可以通過(guò)局部測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)到達(dá)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定平衡點(diǎn)[50，51]。

2.1.3基于辨識(shí)方法的低階模型

研究小干擾穩(wěn)定或低頻振蕩問(wèn)題，通常采用線性化分析技術(shù)[52]。首先需要建立線性化狀態(tài)空間模型，然后進(jìn)行特征值分析和控制器的設(shè)計(jì)。然而典型的電力系統(tǒng)的狀態(tài)方程的維數(shù)很高，需要專門的仿真工具計(jì)算和不斷地更新模型。因此近年來(lái)應(yīng)用辨識(shí)方法導(dǎo)出線性化模型的研究受到重視，并取得一系列的成果[53-62]。這種方法是利用非線性時(shí)域仿真或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)直接導(dǎo)出簡(jiǎn)單的、精確的低階線性化模型。所采用的辨識(shí)方法有：Steiglitz-McBride算法[53]、特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法（ERA）[54]和Prony算法[55]。

Steiglitz-McBride算法是對(duì)傳遞函數(shù)系數(shù)的調(diào)整的迭化計(jì)算。ERA算法是通過(guò)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)，對(duì)Hankel矩陣進(jìn)行奇異值分解。Prong算法則是用指數(shù)項(xiàng)的加權(quán)和來(lái)擬合一個(gè)信號(hào)。在文獻(xiàn)[56-58]中對(duì)這些算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了較詳細(xì)的闡述。文獻(xiàn)[59]進(jìn)一步對(duì)三種辨識(shí)方法的性能作了比較，認(rèn)為Prong和ERA算法辨識(shí)的線性系統(tǒng)具有相似的特性，并在辨識(shí)的機(jī)電振蕩鄰域內(nèi)逼近實(shí)際的系統(tǒng)；在較復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)中，Steiglitz-MCBride算法的性能不如其它兩種算法。這些辨識(shí)模型的實(shí)際價(jià)值已在PSS、FACTS等阻尼控制器設(shè)計(jì)中得到體現(xiàn)[60-62]。此外，文獻(xiàn)[63]也提出一種用多步遞歸最小二乘法辨識(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)單等值模型的方法，并用于采用勵(lì)磁和快關(guān)汽門的緊急控制[64]。

2.2緊急控制策略

2.2.1最優(yōu)目標(biāo)策略（OAS）

Barnard基于系統(tǒng)軌跡的概念提出的非線性系統(tǒng)的最優(yōu)目標(biāo)控制策略[65，66]是將狀態(tài)向量X（t）驅(qū)動(dòng)到一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)X0（t）。該目標(biāo)狀態(tài)可以是系統(tǒng)的平衡狀態(tài)或其它適當(dāng)選擇的目標(biāo)?？刂撇呗允峭ㄟ^(guò)代數(shù)優(yōu)化方法，使導(dǎo)數(shù)狀態(tài)向量（t）和參考向量X（t）-X0（t）

之間的夾角最小，從而將當(dāng)前的狀態(tài)X（t）驅(qū)動(dòng)到目標(biāo)狀態(tài)X0（t）。另一種目標(biāo)策略是使范數(shù)最小。這種控制策略還容許考慮控制極限的物理約束。OAS的優(yōu)點(diǎn)是能得到封閉形式的最優(yōu)解，形成閉環(huán)自適應(yīng)反饋控制，可以應(yīng)用于一般的非線性系統(tǒng)。

文獻(xiàn)[50，51，67-69]在觀測(cè)解耦狀態(tài)空間模型或改進(jìn)的局部平衡框架的基礎(chǔ)上，應(yīng)用OAS進(jìn)行多機(jī)系統(tǒng)的緊急控制，而只需要局部測(cè)量數(shù)據(jù)?？刂剖侄慰梢圆捎脛?lì)磁、快關(guān)汽門、制動(dòng)電阻和串聯(lián)電容器等。文獻(xiàn)[51]還提出了多機(jī)系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)乜刂破鞑捎肙AS，而區(qū)域協(xié)調(diào)控制器接收來(lái)自各個(gè)當(dāng)?shù)乜刂破鞯男畔?，確定希望的控制功率，并根據(jù)某種優(yōu)化策略對(duì)現(xiàn)有控制手段進(jìn)行配置并實(shí)現(xiàn)控制。文獻(xiàn)[68，69]根據(jù)第一搖擺穩(wěn)定性和多擺穩(wěn)定性的不同特點(diǎn)，制訂不同的控制目標(biāo)，而將OAS擴(kuò)展最優(yōu)變化目標(biāo)策略（OVAS），用來(lái)解決多機(jī)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和再同步控制問(wèn)題。

2.2.2微分幾何控制

傳統(tǒng)的將非線性系統(tǒng)線性化方法都是采用在運(yùn)行點(diǎn)附近的局部線性化方法，不適合于大干擾情況。使所設(shè)計(jì)的控制器對(duì)各種工況不具備魯棒性，而大范圍精確線性化的微分幾何控制則克服了這一缺點(diǎn)。從實(shí)用觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，微分幾何控制的核心是反饋精確線性化，它通過(guò)局部微分同胚變換，對(duì)仿射型非線性系統(tǒng)在滿足可控性、矢量場(chǎng)生成、對(duì)合性和凸性四個(gè)條件下，將非線性系統(tǒng)化為線性控制問(wèn)題[70]。

盧強(qiáng)等首次將微分幾何控制用于電力系統(tǒng)中[71]。隨后，許多學(xué)者對(duì)電力系統(tǒng)微分幾何控制進(jìn)行了大量的研究，并取得了許多有意義的成果，已將這種控制方法用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、快關(guān)汽門、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、交直流聯(lián)合輸電系統(tǒng)、靜止無(wú)功發(fā)生器、可控串補(bǔ)、移相器、統(tǒng)一潮流控制器等靈活交流輸電系統(tǒng)裝置的控制[72-76]。文獻(xiàn)[77]較全面地總結(jié)了電力系統(tǒng)微分幾何控制的基本方法及其在電力系統(tǒng)中多方面的應(yīng)用與控制器的設(shè)計(jì)方法。

特別指出的是，微分幾何控制與解耦控制有著極為重要的聯(lián)系。文獻(xiàn)[75，76]基于微分幾何控制理論或直接反饋線性化設(shè)計(jì)了多機(jī)系統(tǒng)的分散最優(yōu)勵(lì)磁控制器，只需要當(dāng)?shù)匦畔⒕湍軐?shí)現(xiàn)，其控制規(guī)律與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)無(wú)關(guān)，且適用于大范圍運(yùn)行和大干擾情況。

文獻(xiàn)[78，79]基于直接反饋線性方法用便于測(cè)量的狀態(tài)向量[Vt，，Pe]代替?zhèn)鹘y(tǒng)的狀態(tài)向量[δ，，Pe]，不僅是提高了系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，還兼顧了系統(tǒng)的電壓控制

2.2.3魯棒控制和結(jié)構(gòu)奇異值分析（分析）

經(jīng)典控制理論并不要求被控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，主要設(shè)計(jì)方法是基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的被控制對(duì)象的頻率特性曲線來(lái)設(shè)定串并聯(lián)補(bǔ)償器的參數(shù)，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)調(diào)試使系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。而以LQG最優(yōu)控制理論為代表的現(xiàn)代控制理論，則完全依賴于描述被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型。魯棒控制在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了數(shù)學(xué)模型所具有的不確定誤差，假設(shè)模型頻率特性與實(shí)際被控對(duì)象的頻率特性，或者模型參數(shù)與實(shí)際對(duì)象的參數(shù)具有一定范圍內(nèi)的偏差，然后用解析的手段設(shè)計(jì)控制器使得系統(tǒng)對(duì)這一誤差范圍內(nèi)的所有被控對(duì)象均能滿足理想的性能要求。

電力系統(tǒng)是非線性的和時(shí)變的系統(tǒng)，因此自八十年代以來(lái)，許多學(xué)者將魯棒控制應(yīng)用于電力系統(tǒng)的控制中，文獻(xiàn)[80-82]在設(shè)計(jì)PSS、FACTS阻尼控制器時(shí)考慮了不確定性擾動(dòng)。文獻(xiàn)[83，84]則同時(shí)考慮了參數(shù)不確性和結(jié)構(gòu)不確性。

但是，在結(jié)構(gòu)不確定的情況下，H魯棒控制器的性能是保守的。結(jié)構(gòu)奇異值分析（分析）考慮了模型的不確定性[85]。文獻(xiàn)[86]利用分析對(duì)電力系統(tǒng)在給定范圍的運(yùn)行條件下的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能進(jìn)行了分析，并且給出了魯棒控制器的設(shè)計(jì)框架。文獻(xiàn)[87]進(jìn)一步利用當(dāng)?shù)販y(cè)量的軸速度信號(hào)作為當(dāng)?shù)胤€(wěn)定控制信號(hào)，采用結(jié)構(gòu)奇異值的綜合方法來(lái)設(shè)計(jì)分散控制器。此外，通常計(jì)算控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性，需要進(jìn)行大量的數(shù)字仿真，而且不能給出與不穩(wěn)定性的距離或風(fēng)險(xiǎn)程度的明確指示。文獻(xiàn)[88]利用分析提出了一種魯棒穩(wěn)定性的計(jì)算方法。這種方法可以計(jì)算任何控制系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性的邊界函數(shù)，從而可以確定一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)在給定條件下是否穩(wěn)定

3結(jié)論和討論

為了保證現(xiàn)代電力系統(tǒng)的整體可靠性，其安全穩(wěn)定控制應(yīng)包括：中央和分層協(xié)調(diào)的自動(dòng)緊急預(yù)防控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，在線穩(wěn)定性分析和緊急事故后控制的新方法。實(shí)現(xiàn)中央緊急控制系統(tǒng)預(yù)先需要兩個(gè)條件：提供控制設(shè)備所需數(shù)據(jù)；開發(fā)控制方法和算法。這要求電力系統(tǒng)達(dá)到高度自動(dòng)化水平，具有能量管理系統(tǒng)的主要功能，如數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)估計(jì)和信號(hào)處理。因此自然地可以將緊急預(yù)防自動(dòng)控制系統(tǒng)作為EMS系統(tǒng)的一部分，而且是重要的一部分。

關(guān)于預(yù)防緊急控制方法和算法并不完善。雖然已開發(fā)了若干種方法，然而自適應(yīng)在線穩(wěn)定分析仍然是個(gè)問(wèn)題。電力系統(tǒng)是非線性時(shí)變大系統(tǒng)，基于線性化模型的傳統(tǒng)或經(jīng)典的控制器設(shè)計(jì)方法顯然滿足不了緊急控制的要求。此外中央緊急控制系統(tǒng)覆蓋若干個(gè)電網(wǎng)，控制設(shè)施多種多樣，如何進(jìn)行分層控制或分散協(xié)調(diào)控制，還有許多課題值得研究。此外，計(jì)算機(jī)技術(shù)、FACTS設(shè)備、基于GPS的相量測(cè)量的新通信技術(shù)的迅速發(fā)展[89]都給緊急控制提供了更加迅速、有效的手段，形成新一代的中央緊急控制系統(tǒng)是完全可能的。

《化妝品術(shù)語(yǔ)》起草情況匯報(bào)中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)和下達(dá)時(shí)間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標(biāo)委會(huì)都要建立自己的術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)。1ONE二、標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)研制經(jīng)費(fèi)：3.8萬(wàn)三、標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)意義術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標(biāo)準(zhǔn)一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標(biāo)準(zhǔn)體系中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)在各個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系中均起著重要的作用。隨著我國(guó)化妝品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)逐步加快，所涉及的術(shù)語(yǔ)和定義的數(shù)量也在迅速增長(zhǎng)，在此情形下，化妝品術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)的制定就顯得尤為重要。四、標(biāo)準(zhǔn)的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實(shí)施細(xì)則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語(yǔ)和定義相協(xié)調(diào)。3.科學(xué)性對(duì)于沒(méi)有國(guó)標(biāo)或定義不統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)，在定義時(shí)體現(xiàn)科學(xué)性的原則。4.實(shí)用性