第二帝 修 规划 运行 控制 缃量测 首息智能处到 智能电网基础技术 图2-8基于WAMS的智能电网控制示意图 间y轴、测量值z轴)，这样人们能够将电力系统作为一个物理对象进行观测分 析。图2-9表示发电机转速的三维示意图。 1.004 1.002 0.998 4 发电机（编号） 40 35 时间() 25 图29发电机转速的三维示意图 大型电力系统的摇摆频率∫在0.1~2.5Hz之间，根据信号采样定理，采样信 号的频率∫>2f；为了更精细地观测，工程上一般采用f=(3一5)f。因此观 测机电暂态过程，信号的采样频率应该在7.5~12.5Hz的范围。WMS的采样频 率一般为25~100H五，测量频率满足观测机电暂态过程的分辨率要求。目前，电 网稳定性可视化工具包括： (1)全网稳定状态监视。结合地理信息系统，基于离线分析的预定判据，实 时分析电网的稳定状态，以警告灯的方式显示电网稳定状态和重要厂站的状态量 29
《功角、频率、电压等)。 (2)电网动态扰动过程监视。通过趋势图、棒图等方式，显示电网动态扰动 智能电网技术 的曲线，使调度人员直观地分析电网稳定状况，并进行相应的决策控制，如图2-10 所示。 图2-10电网动态扰动曲线 2.大电网动态监测及决策支持 电力系统的不同过程需要采用相应的测量技术来进行观测，如对电力系统短 路故障等电磁暂态过程以及次同步谐振过程等，可采用AD转换器采集的采样点 进行分析，数据采样频率一般大于400Hz:对于处于稳态的电网，可以采用RT 来测量、计算电网潮流，全网数据采集周期一般大于1s。WAMS实现了功率摇 摆等机电暂态过程的可观性，填补了以上量测范围的空档，基于WAMS量测的 电网动态监测及决策支持功能包括： (1)电网安全报警。在线监测电网的运行状态，在系统电压、相角、频率出 现异常时进行越限（静态、动态）报警。 (2)电网功角稳定性分析。使用同步相量数据计算出电网中相互振荡机群之 间的功角差，当不同机群之间的功角差进入临界区域时进行报警。 (3)电网电压稳定性分析。结合电压稳定性指标，使用长时间窗口的PMU 0
第二章 数据，对电压失稳进行预报。 (4)电网扰动识别。对系统的异常运行状态、特征信号和故障类型进行观 测、辨识和分析，包括在线扰动信息、联络线功率的阶跃或摇摆、母线电压/频率 的较大变化或突变等，识别电网扰动的类型，为调度人员分析服务。 (S)风电场运行监视。PMU对风电场电压、无功等状态进行实时监测、记 录，为风电运行、接入提供历史数据。 电网基础技术 (6)电网运行支持。通过实时显示电网的动态扰动，辅助调度人员进行发电 机及线路投切、联网调试等。 3.大电网低频振荡分析与控制 我国区域电网互联后动态稳定问题尤为突出，具体表现为低频振荡问题。基 于WMS,对电网低频振荡进行在线分析，能够得到电网的振荡模式、阻尼等信 息，辅助调度人员进行决策控制。这提高了调度运行的决策能力和反应速度，提 高了电网运行的可靠性。 (1)实时分析联络线功率、电压相量等物理量的频谱特性，得到系统的主要 振荡模式（包括振荡频率、阻尼特性、参与机组及其参与因子），辨识系统的低 频振荡类型。 (2)根据分析结果实时监视弱阻尼的低频振荡，并根据设置值触发全网联动 记录。 (3)应用模式识别、Proy分析、抽取振荡模参数、振荡频率以及某振荡模 的衰减系数、同调分析以及基于知识库的特征信号识别等技术对区域间振荡模参 数进行连续评估。 该功能对低频振荡等的动态监测发挥了重要作用。例如：2001年11月福建 电网与华东电网正式实现联网运行，华东电网WMS在双龙侧监测到福双线出 现了多次功率振荡，专家分析出该功率振荡在性质上属于随机功率振荡，是由周 期性负荷扰动及机组机械功率扰动引起的，并提出了相应的改进措施，改善了系 统的动态稳定性。 4.电力系统数学模型辨识和校核 电力系统数学模型是电力系统计算分析、运行方式制定、保护控制研究的基 础。它通过比较分析动态实测量与数字仿真结果，可以对电力系统数学模型和参 数进行辨识和校核，提供更准确的数学模型和参数，包括用于稳定分析的元件模 型、用于各种稳定控制设计的降阶动态模型等。另外，能离线校验电力系统分析 31
的结果，提高跨区电网计算分析的准确性。 目前，WAMS能够对以下电网模型进行校核： 智能 (1)电网静态模型的校核，主要包括电网潮流计算结果的校核。 网技术 (2)动态模型的校核，主要包括直流、FCTS等设备的模型、动态响应的校 核。 (3)发电机模型的校核，主要包括发电机模型参数的校核、控制器控制参数 的校核等。 (4)电网动态特性的校核，主要包括电网振荡机群分析、电网阻尼分析等。 2007年，西北电网公司在陕甘断面西电东送、东电西送方式下进行了有/无 故障跳线、单相瞬时故障共12项扰动试验，广域测量系统记录了试验过程中系 统主要厂站的动态过程。在这些数据的基础上，系统分析专家验证了用于稳定计 算的励磁系统实测模型及参数的正确性和合理性，准确草握了西北电网东西断面 的输电能力；验证了电力系统稳定器增加系统阻尼、抑制电网低频振荡的效果： 校验了负荷模型对稳定计算的影响，如图2-11所示 0 ure(实测曲线) -sim(仿真曲线】 时间（创10 图2-11西北电网扰动试验 一数学模型的校核 1一仿真功率振荡曲线首波幅度：2一实测功率振荡首波幅度： 3一仿真功率振荡第二波幅度：4一实测功率报荡第二波幅度 5.混合状态估计 状态估计为调度运行人员提供了系统运行的实时状态，其准确性在很大程度上
第二章 决定了电网调度的可靠性。传统的状态估计是在RTU采集量上进行计算，由于PMU 在数据测量的同步性及精度上的优点，基于SCADA和WAMS的混合状态估计 智 性能得到了进一步提高。目前混合状态估计主要包括以下两种方法： 能 由 (1)以SCADA数据为主的状态估计。状态估计取电压幅值和相角的观测方 程分别为Um=U.和6。=6，其中Um和6n分别为电压相量的幅值测量值和相角 测量值：U,和8.分别为电压相量的幅值估计值和相角估计值 技 这种模型与传统状态估计模型中母线电压幅值测量值的用法完全相同，当在 某条母线配置PMU时，量测方程中增加了上述的电压幅值和相角观测方程，量 测雅可比矩阵只增加2行，且每行只有1个取值为1的非零元素。这种模型只引 入了PMU测量值的最少信息，对状态估计有一定的改善。 (2)以WAMS为主的状态估计。将电力网络划分为若干个子区域，由PMU 进行监测，各个PMU所在的子区域的状态估计是相互独立的，由此，用线性状 态估计计算PMU所在母线的状态，用传统状态估计方法来估计不可观测母线的 状态，进而得到整个系统的状态估计。这种方法为解决大规模电网的状态估计提 供了可行性。 (五)发展方向 广域测量技术的发展逐步实现了智能电网的同步、动态可观测性，人们对大 电网物理特性有了更为全面的掌握：在广域测量技术基础上的大电网分析及控制 的研究及应用也将加强智能电网的可靠性。 近一个世纪以来，世界上发生多起电力系统稳定破坏事故，给人类社会造 成了巨大损失。IEEE、国际大电网会议(CIGRE)、北美电力可靠性委员会 (NERC)等国际组织成立了专门工作小组对大电网稳定控制问题进行研究。196S 年北美大停电后，开始了稳定控制装置的开发及应用。这类控制系统被称为特 殊保护系统(Special Protection System,SPS)、补救控制系统(Remedial Action Scheme,RAS)或稳控系统。遗憾的是，1996年、2003年发生的北美大停电还 是由电网稳定引起的，这其中既包括继电保护的问题，也包括稳定控制系统的 问题。 智能电网对大电网安全可靠性提出更高要求。受测量范围的限制，目前常规 继电保护、稳定控制系统在电网大面积停电过程中作用有限，急需新型稳定控制 系统解决大电网连锁反应问题。基于广域测量系统的广域保护(Wide Area Protection,WAP)正是解决该问题的前沿科技