隨著電力系統(tǒng)總?cè)萘康牟粩嘣黾印?a href="http://www.1cnz.cn/v/tag/1722/" target="_blank">網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不斷擴(kuò)大、超高壓長距離輸電線路的增多以及用戶對電能質(zhì)量要求的逐漸提高，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提出了更高的要求。建立可靠的電力系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視、分析和控制系統(tǒng)，以保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，已成為十分重要的問題。由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置（主要包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等）轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到各負(fù)荷中心，通過各種設(shè)備再轉(zhuǎn)換成動力、熱、光等不同形式的能量，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)和人民生活服務(wù)。由于電源點(diǎn)與負(fù)荷中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無法大量儲存，故其生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)都在同一時間內(nèi)完成，并在同一地域內(nèi)有機(jī)地組成一個整體，電能生產(chǎn)必須時刻保持與消費(fèi)平衡。因此，電能的集中開發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應(yīng)與負(fù)荷的隨機(jī)變化，就制約了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。據(jù)此，電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其功能，就需在各個環(huán)節(jié)和不同層次設(shè)置相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，以便對電能的生產(chǎn)和輸運(yùn)過程進(jìn)行測量、調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)、通信和調(diào)度，確保用戶獲得安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能。

建立結(jié)構(gòu)合理的大型電力系統(tǒng)不僅便于電能生產(chǎn)與消費(fèi)的集中管理、統(tǒng)一調(diào)度和分配，減少總裝機(jī)容量，節(jié)省動力設(shè)施投資，且有利于地區(qū)能源資源的合理開發(fā)利用，更大限度地滿足地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)日益增長的用電需要。電力系統(tǒng)建設(shè)往往是國家及地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使高效、無污染、使用方便、易于調(diào)控的電能得到廣泛應(yīng)用，推動了社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域的變化，開創(chuàng)了電力時代，發(fā)生了第二次技術(shù)革命。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準(zhǔn)已成為一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。

1安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定控制面臨著較多的問題：互聯(lián)系統(tǒng)的低頻振蕩問題及緊急控制等問題。如我國華中系統(tǒng)的低頻振蕩衰減時間較長，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，華中系統(tǒng)的較長的動態(tài)過程勢必會通過聯(lián)絡(luò)線影響到華東系統(tǒng)。傳統(tǒng)的基于事件的就地控制不能夠充分觀察系統(tǒng)的動態(tài)過程，因而不能夠較好觀察系統(tǒng)的各種狀態(tài)，互聯(lián)系統(tǒng)將由直流電力發(fā)電裝置產(chǎn)生的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力并連接到系統(tǒng)。并且，具有：消耗直流電力發(fā)電裝置的發(fā)電電力的負(fù)載、檢測直流電力發(fā)電裝置的發(fā)電電力量的發(fā)電電力量檢測裝置、檢測從直流電力發(fā)電裝置向所述系統(tǒng)提供的售電電力量的售電電力量檢測裝置、檢測從系統(tǒng)向所述負(fù)載提供的購電電力量的購電電力量檢測裝置、以及調(diào)整負(fù)載的電力消耗量的調(diào)整裝置，當(dāng)售電電力量減小時，該調(diào)整裝置向負(fù)載輸出指示，使得電力消耗量減小。

目前的穩(wěn)定控制系統(tǒng)，發(fā)展到廣域控制都應(yīng)該是基于廣域電力系統(tǒng)的信息：原來使用就地信息不能夠滿足控制對電力系統(tǒng)充分觀察的要求。廣域測量系統(tǒng)提高了電力系統(tǒng)的可觀察性，通過各種分析手段，進(jìn)行系統(tǒng)動態(tài)過程的分析。

1.1暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測及控制

當(dāng)今投入實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的穩(wěn)定控制系統(tǒng)可分為兩種模式，即“離線計(jì)算、實(shí)時匹配”和“在線預(yù)決策、實(shí)時匹配”。但分析表明，大停電往往由“不可預(yù)見”的連鎖故障引起，在這種情況下以上兩種穩(wěn)定控制系統(tǒng)很可能無法響應(yīng)。理論上最為完美的穩(wěn)定控制系統(tǒng)模式是“超實(shí)時計(jì)算、實(shí)時匹配”。這種模式假設(shè)在故障發(fā)生后進(jìn)行快速的暫態(tài)分析以確定系統(tǒng)是否會失穩(wěn)，若判斷系統(tǒng)失穩(wěn)則給出相應(yīng)的控制措施以保證系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

電網(wǎng)廣域監(jiān)測系統(tǒng)采用同步相角測量技術(shù)，通過逐步布局全網(wǎng)關(guān)鍵測點(diǎn)的同步相角測量單元（PMU），實(shí)現(xiàn)對全網(wǎng)同步相角及電網(wǎng)主要數(shù)據(jù)的實(shí)時高速率采集。采集數(shù)據(jù)通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時傳送到廣域監(jiān)測主站系統(tǒng)，從而提供對電網(wǎng)正常運(yùn)行與事故擾動情況下的實(shí)時監(jiān)測與分析計(jì)算，并及時獲得并掌握電網(wǎng)運(yùn)行的動態(tài)過程。WAMS作為電網(wǎng)動態(tài)測量系統(tǒng)，兼顧了SCADA系統(tǒng)和故障錄波系統(tǒng)的功能。其前置單元相量測量裝置PMU能夠以數(shù)百Hz的速率采集電流、電壓信息，通過計(jì)算獲得測點(diǎn)的功率、相位、功角等信息，并以每秒幾十幀的頻率向主站發(fā)送。PMU通過全球定位系統(tǒng)（GPS）對時，能夠保證全網(wǎng)數(shù)據(jù)的同步性，時標(biāo)信息與數(shù)據(jù)同時存儲并發(fā)送到主站。因此，WAMS能夠使調(diào)度人員實(shí)時監(jiān)視到電網(wǎng)的動態(tài)過程。

WAMS在以下幾方面的應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)上述自適應(yīng)實(shí)時控制系統(tǒng)：

（1）對于WAMS提供的系統(tǒng)動態(tài)過程的時間序列響應(yīng)，直接應(yīng)用某種時間序列預(yù)測方法或人工智能方法預(yù)測系統(tǒng)未來的受擾軌跡，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但由于電力系統(tǒng)在動力學(xué)上的復(fù)雜性，這種直接外推方法的可靠性值得懷疑。

（2）以WAMS提供的系統(tǒng)故障后的狀態(tài)為初始值，在巨型機(jī)或PC機(jī)群上進(jìn)行電力系統(tǒng)超實(shí)時暫態(tài)時域仿真，得到系統(tǒng)未來的受擾軌跡，從而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。僅就算法而言，這種方法是可靠的，但在連鎖故障的情況下，控制中心未必知道該方法需要的電力系統(tǒng)動態(tài)模型；再者，該方法要求的時域仿真的超實(shí)時度較高，目前對大規(guī)模系統(tǒng)而言可能還存在困難。

（3）基于WAMS提供的系統(tǒng)動態(tài)過程的時間序列響應(yīng)，首先利用某種辨識方法得到一個簡化的系統(tǒng)動態(tài)模型，然后對該模型進(jìn)行超實(shí)時仿真，得到系統(tǒng)未來的受擾軌跡，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

除了判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性外，另一個重要問題是若干預(yù)測結(jié)果為系統(tǒng)失穩(wěn)，那么該如何給出適當(dāng)?shù)目刂屏恳员苊庀到y(tǒng)失穩(wěn)，這方面的研究相對于暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測的研究還較薄弱。它涉及電力系統(tǒng)穩(wěn)定量化分析和穩(wěn)定量化指標(biāo)對控制變量的靈敏度分析，即使在離線環(huán)境下這也是一個難點(diǎn)，實(shí)時環(huán)境下要求快速給出適當(dāng)?shù)目刂屏繉⒏永щy。有些研究以WAMS得到的故障后一小段時間內(nèi)的實(shí)測量為輸入向量，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接將這些實(shí)測量映射到控制向量（如切機(jī)、切負(fù)荷量等）空間，這種方法相當(dāng)于將暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測和求解控制量都隱含在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中。

1.2電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（pss）就是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵磁控制技術(shù)。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩作用。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號，如發(fā)電機(jī)有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號加到勵磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。

傳統(tǒng)的分散配置的分散控制器實(shí)際上是在簡化模型下設(shè)計(jì)的“孤立”控制器，只考慮本機(jī)可測信號，不考慮多機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)作用及系統(tǒng)中其它控制器的存在和交互作用影響，其結(jié)果是這種控制器只對改善本機(jī)控制特性有一定好處，但對系統(tǒng)其它相鄰機(jī)組的動態(tài)行為不可能有確定的改善，相反存在著各控制器間動作無法協(xié)調(diào)，而使各自的控制特性惡化的可能性。

廣域測量系統(tǒng)提供了廣域系統(tǒng)的同步狀態(tài)量，為進(jìn)一步開發(fā)相互協(xié)調(diào)動作的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器打下基礎(chǔ)。基于廣域測量系統(tǒng)，PSS可以觀察動作以后系統(tǒng)各點(diǎn)的響應(yīng)情況，并根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，確定進(jìn)一步的動作。

2電壓、頻率穩(wěn)定控制

2.1慢速電壓穩(wěn)定控制

基于廣域測量系統(tǒng)，人們可以開發(fā)較為慢速的廣域控制，比如電壓穩(wěn)定控制。美國BPA公司正在開發(fā)"先進(jìn)電壓穩(wěn)定控制"項(xiàng)目。該項(xiàng)目基于廣域測量系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)提供的系統(tǒng)電壓、電流相量、有功、無功及頻率等綜合信息開發(fā)以下控制：基于響應(yīng)的快速控制，該控制措施包括發(fā)電機(jī)跳閘及無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)。該控制主要需要提供電壓相量、頻率、有功及無功的測量；利用無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行電壓控制，基于廣域測量系統(tǒng)提供的電壓幅值及功角，無功補(bǔ)償設(shè)備使用模糊邏輯控制來調(diào)節(jié)電壓幅度；變壓器自動調(diào)壓避免變電站之間并聯(lián)變壓器的環(huán)流現(xiàn)象，提高電壓穩(wěn)定性；發(fā)電廠的電壓調(diào)度在電壓緊急的狀態(tài)下，有較多無功儲備的電廠可以提高電壓，從而減少系統(tǒng)的無功損耗，并提高電容器組的無功輸出。

2.2靜態(tài)電壓穩(wěn)定控制

相對于暫態(tài)穩(wěn)定問題，靜態(tài)電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定屬于慢動態(tài)的范疇，更易于利用WAMS信息實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定監(jiān)視和控制。如利用WAMS得到的各節(jié)點(diǎn)電壓相量測量值將系統(tǒng)等值成兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，能快速給出電壓穩(wěn)定裕度；以各節(jié)點(diǎn)電壓相量測量值作為輸入變量，以潮流雅克比矩陣的最小奇異值作為電壓穩(wěn)定指標(biāo)，用大量樣本訓(xùn)練得到一個模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為電壓

穩(wěn)定分類器，輸出變量為很安全、安全、警戒、危險、很危險等5種電壓安全水平；以WAMS提供的節(jié)點(diǎn)電壓相角差和發(fā)電機(jī)無功出力為輸入變量，應(yīng)用決策樹快速評價系統(tǒng)的電壓安全水平。

3動態(tài)過程安全分析

3.1低頻振蕩分析及抑制

隨著大電網(wǎng)的互聯(lián)，區(qū)域間的低頻振蕩對互聯(lián)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了威脅。WAMS可望在分析和抑制低頻振蕩方面發(fā)揮作用。直接將系統(tǒng)線性化狀態(tài)空間方程離散化，利用WAMS提供的各離散時間點(diǎn)的測量值，通過最小二乘法計(jì)算線性化狀態(tài)空間方程的系數(shù)矩陣，進(jìn)而計(jì)算該矩陣的特征根；基于WAMS提供的各離散時間點(diǎn)的測量值采用卡爾曼濾波方法計(jì)算系統(tǒng)的機(jī)電振蕩模式；應(yīng)用快速傅立葉變換和小波分析對WAMS提供的節(jié)點(diǎn)間的電壓相角差振蕩時間曲線進(jìn)行分析，提取低頻振蕩模式。

通常僅基于本地信息的阻尼控制器（如PSS）不能很好地抑制區(qū)域間的低頻振蕩，因?yàn)楸镜匦畔⒉⒉荒芎芎梅从硡^(qū)域間的振蕩模式，本地信號對于區(qū)域間的振蕩模式的可觀測性不好。WAMS的出現(xiàn)為抑制區(qū)域間的低頻振蕩提供了強(qiáng)有力的工具，可通過WAMS獲取區(qū)域間的發(fā)電機(jī)相對轉(zhuǎn)子角和轉(zhuǎn)子角速度信號等全局信息作為阻尼控制器的反饋信號構(gòu)成閉環(huán)控制。將采用WAMS信號的區(qū)間阻尼控制器附加到發(fā)電機(jī)勵磁控制器中，達(dá)到抑制區(qū)域間振蕩的目的；采用WAMS信號作為裝設(shè)于聯(lián)絡(luò)線上的TCSC裝置的控制輸入。

3.2全局反饋控制

以往乃至目前的電力系統(tǒng)控制研究領(lǐng)域一直強(qiáng)調(diào)分散性/就地性，即對電力系統(tǒng)中的某一動態(tài)元件僅采用本地量測量構(gòu)成反饋控制，從便于控制實(shí)現(xiàn)的角度追求控制的分散性/就地性毫無疑問是可以理解的，但通常電力系統(tǒng)的動態(tài)問題本質(zhì)上具有全局性（如暫態(tài)穩(wěn)定問題），而分散/就地控制只是通過本地量測量間接地包含一些全局信息，因此在提高全系統(tǒng)穩(wěn)定性上有一定局限性。隨著WAMS的出現(xiàn)和發(fā)展，研究和實(shí)現(xiàn)基于WAMS信號的全局信息反饋與控制成為可能。

基于WAMS提供的全局實(shí)時信號，將通過聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)的兩個區(qū)域等值成一個兩機(jī)系統(tǒng)，然后采用直接線性化技術(shù)設(shè)計(jì)了聯(lián)絡(luò)線上的TCSC控制器，數(shù)值仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的基于WAMS信號的全局TCSC控制器有效提高了互聯(lián)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。在全局反饋控制的研究中，同樣存在遠(yuǎn)方反饋信號的時滯問題，有必要采用時滯系統(tǒng)控制理論加以分析研究，以探明時滯對全局反饋控制的影響。

通過分析可見，建立廣域測量系統(tǒng)成為我國電力系統(tǒng)發(fā)展的必然，必須從工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等角度對其開發(fā)、應(yīng)用進(jìn)行整體規(guī)劃。未來重點(diǎn)要編制現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范，并提出技術(shù)改進(jìn)的各種方法。根據(jù)我國電力系統(tǒng)運(yùn)行、規(guī)劃、分析、控制、保護(hù)及EMS等系統(tǒng)的未來實(shí)際要求，確定與廣域測量系統(tǒng)接口、數(shù)據(jù)管理、分析和交換等各種相關(guān)課題。