陈娟++陈庆涛

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.010

摘 要：随着电网互联工作的开展，电力系统的系统动态特性也越来越复杂。电网在规模不断增大，复杂性不断增强的同时，传统的单一依靠自动化系统进行调度的方式已经不适用于现代电力系统的运行需要。行业的发展需要新的技术手段来实现对电力系统正常运营的监控。该文就电力系统运行及安全监控仿真系统的研究与开发做简要阐述。

关键词：电力系统运行 安全监控仿真系统 研究与开发

中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0010-02

随着电力系统规模扩大及复杂性的增加，人们对系统内部机理的认识没有保持同步发展，尤其是在系统稳定性与安全方面，对电力系统认识受限主要是缘于安全监控的理论及方法。电力系统的监测手段主要是设备监控，监控的手段还比较薄弱，与电力系统的发展需求不能有效适应。

1 系统结构

电力系统运行及安全监控据仿真系统包括了电力系统仿真与安全监控仿真两个部分。前者又包括了多个子系统。如电力系统安全数字实时仿真子系统，该系统的作用在于实时模拟大规模电力系统的运行，并提供仿真数据为其它的子系统所用。电力市场仿真子系统，对各种交易规则及类型，市场模式进行仿真，作用在于交易市场的仿真与培训。PMU/WAMS子系统，作用在于对电力系统进行动态实时的监测并分析。SCADA/EMS子系统，对仿真电力系统监控并分析。故障信息管理子系统，对故障信息进行管理与应用。电力仿真系统由以上几个子系统构建，通过高效数据网络，各子系统实现数据交换并从中获取需要的数据，挂靠的结果也通过数据网传送到数据总线。整个电力系统的运行数据在总线上都可以获得，为电力系统安全监控应用仿真打下基础。电力系统安全监控仿真则包括了电力系统动态安全評估与预警。电网运行数据的获取可以来自于SCADA/EMS子系统，也可以通过获取市场仿真系统发电计划，对未来计划运行进行安全考核。

2 系统涉及到的技术

2.1 大规模电网实时仿真

广站拓朴结构的复杂交流电网并行仿真与直流电网机电态—电磁暂态混合并行仿真。

交流电网仿真实时与超时仿真计算主要是通过网络分割与并行计算。其不足之处在于开关、刀闸等网络接线方式无法考虑，变电站内刀闸与开关模拟工作开展时不是特别的方便，会受到一定影响。将广站拓朴结构引入到并行仿真系统中，结合拓朴变化分析，电网设备在运行过程中投运、切除、参数变化、刀闸相继动作、开关等方面都可以被考虑进去。母线分裂与合并等结构变化情况也可以被考虑。安全自动装置与继电装置进行模拟可以通过对系统干扰进行模拟来实现。如继电保护的误动，拒动，正确动作，线路开断，系统解列，同并列操作，从而提升模拟工作的真实性，营造一个真实良好的系统运行环境为各种实验开展提供一定的基础。

在某些故障存在的情况下，如交流电网发生的不对称故障，换相失败等，则可以采用机电暂态—电磁暂态混合并行仿真。为了避免单纯的机电暂态仿真所带来的误差，更加准确的对电网运行情况进行模拟，电磁暂态仿真可以用于直流输电系统，机电暂态仿真用于交流电网[1]。

在实际应用中，通过该项技术实现了对国家电网骨干购网架的实时仿真，实时仿真系统通过1∶1时间仿真，不间断的运行，对实际电力系统的运行方式，网络结构变化进行真实的模拟。

2.2 系统评估与安全预警

该项技术又包括了多项技术于其中，如在/离线数据整合，任务调度，稳定极限并行计算，辅助决策并行计算，基于PMU低频振荡安全分析与预警。

大规模的电网互联涉及到的数据范围广，数据量也较大，对应关系也比较复杂，传统方法主要是人工维护，在现阶段已经不适合。在/离线数据整合，主要是通过变压器进行拼接。拼接采用的是跨区拼接的方式，并且是跨电压等级的，支持等值电网、设备的在/离线动态智能映射技术。可以依据三级调度在线EMS与离线方式数据，生成可进行暂态仿真的计算数据，同时也能够适应电网的拓朴变化。

为了确保任务在有限的时间内完成，就需要多台设备进行协同作业。通常情况采用的是分布式计算平台，应用的技术手段有数据广播，计算流程时序控制，任务预分项等。稳定极限并行计算可以在潮流调控中对多个断面功率进行同步控制。可以同时考虑到断面暂态、电压、热稳定。在考虑缩短计算时间的情况下，可以在稳定校核时采用此技术。辅助决策的作用在于找出满足稳定性静态运行点，使系统对故障的应对能力得以提升。动态调度问题的求解通常是转化为静态约束非线性优化问题。

3 电力市场仿真的关键技术

该技术包括了仿真建模，仿真平台，智能代理技术。仿真系统开发是基于计算经济学，实验经济学，系统控制理论，智能代理技术，电力市场等。并将SOA，网络地理信息系统等技术应用于其中，通过对市场动作、系统运行、参与行为模拟仿真为市场仿真实验提供了技术平台（见图1）。

4 电力仿真系统的功能

仿真系统可以依据子系统所形成的运行方式数据，进行暂仿真计算，对故障情况下系统的稳定性进行分析，从而实现市场环境下系统仿真研究。

仿真系统可以对一系列的监控技术与新系统进行研究测试。这些技术包括了，安全分析与评估，动态调节与控制，系统故障诊断，系统恢复控制等。

为了保证电网的安全稳定运行，对其运行方式进行分析与稳评估。主要包括了两种方式：一方面是将电网运行方式数据提供给安全评估与预警子系统；另一方式则是将数据提供仿真子系统，通过暂态仿真计算，并结合案例评估与预警子系统，以实现对安全稳定性的分析与评估。

事故原因排查及相应的措施研究。安全仿真系统可以将在线实时数据导入，进行暂态仿真计算，通过对事故在状态下动作、运作、自动调控过程，并结全相关子系统对事故进行分析，并在采取措施后对效果进行观察。

对自动化设备及控制系统功能进行测试。测试的内容包含了母线电压、线路电流、有功功率、系统稳定器等。

发电计划校核测试与试验。市场仿真子系统进行市场交易仿真，并将计划发送给安全评估与预警系统，系统基于计划与负荷数据进行潮流整合，给出符合计划的潮流并对计划运行方式进行安全校核。将结果反馈于仿真子系统，若未通过则对计划进行调整并重复上述步骤。

5 结语

电力系统运行及安全监控仿真系统融合了多项技术，能够对大规模电网运行实施模拟，并对新技术与监控手段进行效果测试。其应用的范围较广，涉及到了科研、生产、教育等多个方面。作为系统运行，调度与控制的重要手段，其应用的市场前景广阔。仿真系统为电网运行提供了技术支撑。

参考文献

[1] 田芳，董春晖，李亚楼，等.电力系统运行及安全监控仿真系统的研究与开发[J].中国电机工程学报，2011（28）：80-86.

[2] 王丹.电网和变电站联合仿真培训系统设计[D].华北电力大学，2015.