电力系统实时动态安全评估与辅助决策技术研究

引言

电力系统是国家能源重要基础设施，电力系统安全稳定运行是经济社会发展和人民生活的重要保障。随着新能源并网规模的扩大、负荷的波动、大容量机组、大型风电和光伏发电系统的接入以及系统间互联规模的加大，导致电力系统运行动态特性的增强，系统安全运行面临新的运行风险和技术难题。传统的以静态潮流为主的系统安全评估技术无法及时得到系统实时运行状态变化，不能对突发性扰动及其引起的连锁反应提前进行有效的预测与应对，在这方面无法满足保证电力系统安全运行的要求。为此，亟需提高系统安全预警能力，并在此基础上开展相关研究工作，力求在运行中实时准确地把握系统的安全状态。因此，开展实时动态安全评估辅助决策系统研究具有重要的现实意义，也为完善现有电力安全防御体系提供了理论依据和技术支持。

一、电力系统实时动态安全评估的内涵与特征

1.1 实时动态安全评估的概念界定

实时动态安全评估是指在电力系统运行过程中，基于实时监测数据与在线动态仿真技术，快速评估系统在当前运行状态下对各类扰动的动态响应能力，判断系统安全裕度与薄弱环节，提前识别潜在风险并为调度决策提供实时支撑。该技术融合了实时监控、在线仿真、动态安全判据与辅助决策功能，具备连续性、快速性与前瞻性等特点，能够在短时尺度内动态反映系统安全边界变化。

1.2 相较静态安全评估的技术优势

静态安全评估主要基于潮流计算与静态安全约束判定，适用于中长期规划与一般性安全校核。动态安全评估则更关注在短暂扰动后的系统动态响应过程，包括暂态稳定、频率稳定、电压稳定等动态特性评估。实时动态安全评估可实时捕捉扰动演化过程，识别次同步振荡、连锁故障、短时频率异常等动态风险，提升系统安全预警的时效性与准确性，为快速应急调控提供科学支撑。

1.3 适配现代电力系统运行特性的必要性

由于新能源大规模并网、分布式电源发展迅猛和负荷侧的响应速度不断加快，使得电力系统的运行呈现出高度动态、多元和强耦合的特点，系统运行状态在短时间内发生剧烈变化，大量潮流逆流出现，给系统运行安全带来极大的挑战，增加了调频难度，对系统的安全评估提出了更高要求。开展实时动态安全评估技术能够实现系统运行边界的动态跟踪，并将评估结果用于指导系统的动态控制，提高系统的自适应防御能力和自主调节能力，最终保证电力系统的运行安全稳定可控制。

二、电力系统实时动态安全评估关键技术体系

2.1 实时在线数据采集及监测的技术

基于精准化、大范围、连续性的实时信息来进行实时动态的安全评价，需要依靠同步相量测量(Synchronized Phasor Measurement Unit: PMU)装置来完成高精度、远距离、高频率的信号采集并实时向后台传送相关信息，以此为基础组成的大范围同步监测系统来得到整个网络的工作状态变化情况。此外由于大量应用智能变电站、边缘智能终端以及现场在线监测装置，使得系统数据的采集更加全面、精确和及时。

2.2 动态仿真建模及快速计算方法

针对动态安全评估需高效能仿真计算平台支撑的特点，建立全系统发电、输电、受电及控制系统的动态数学模型，并基于快速数值算法进行实时动态仿真计算求解；在保证计算精度的前提下，采用模型降阶、并行计算、分布式仿拋及大数据驱动仿真加速算法等提高仿真计算速度及实时性。动态仿真系统要具有扰动模拟、连锁故障分析、暂态稳定判据判断和动态裕度评估等四项基本功能，并构成一套完整的动态评估仿真平台。

2.3 动态安全裕度判据和智能风险识别算法

在开展动态安全裕度评估时，要根据实际情况建立符合实际工况的动态安全边界判据，对于暂态稳定可以用 CTC、TSM 等指标判断，对于频率稳定用 DFR 和 RoCoF 来判断，对于电压稳定可以用动态电压裕度和暂态电压保持能力综合判定。智能风险识别算法是基于大数据训练，利用人工智能方法进行优化处理后得出的结果，可实现基于大数据训练，运用深度学习、模式识别、预测分析等模型进行扰动模式识别、薄弱环节识别和风险等级自动分级，为辅助决策系统提供动态预警及智能建议。

三、实时动态安全评估辅助决策系统应用路径

3.1 实时风险态势感知和预警机制

利用实时动态安全评估系统，可动态展示出电力系统整体安全态势图，实现实时监测各区安全裕度情况，形成动态安全热力分布。该系统能根据预先设置好的动态安全阈值来判断，如果某项运行指标到达或者超过设置的安全边界线的话，系统就主动触发预警提示，并分析此次发生的风险源及影响路径。借助于多维可视化页面查看安全态势发展趋势，便于调度人员及时快速定位关键关注点和可能存在问题的关键部位，对可能存在的隐患点提前进行预防预警。

3.2 智能化调度辅助决策支持功能

融合了实时动态安全评估系统的智能调度系统能为调度人员提供动态调节和安全优化的建议；当系统安全裕度下降后，可以实现机组发电出力优化、联络线潮流调整、需求侧响应启动、备用资源调用等多项控制措施的可行性分析；结合不同的控制方式对各种控制策略开展智能的推演和对比分析工作，为调度中心提供最优的应急预案供其迅速做出相应判断，同时能够指导调控人员制定最为合理的调控方案以实现操作过程的智慧化发展。

3.3 故障链条推演与连锁失稳预防分析

动态安全评估系统能够实现故障刚一出现就立刻模拟故障扩展链路，推演多级连动导致的大面积失稳事故发生的过程，并提前发现是否存在区域性失稳或者电压、频率大面积失稳的风险。结合自适应安全边界，对保护配置和故障隔离策略进行动态调整，提高薄弱通道的迅速断联能力，斩断失稳扩展链路，提高整个系统的韧性。通过构建各种故障组合模型，实现对不同故障组造成的多扰动并发情形下的安全可控水平评估，为其做相关的工作做好技术上的准备。

结束语

电力系统的实时动态安全评估技术作为系统智能化的安全防御的重要保障，在实时监测、动态仿真实现、风险识别及辅助决策等诸多方面实现了从无到有、从弱变强的转变。因此，对于现代电力系统而言，具备灵敏的风险判别能力和高效的调度决策性能十分重要，而二者结合就是需要构建动态安全评估与辅助决策一体化平台，进而提高系统风险识别和应急响应的时效性与科学性以及调度决策的准确性和快速性，最终实现系统的安全稳定运行。

参考文献

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