(西北工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710000)

0 引言

傳統(tǒng)的人工為主的電力系統(tǒng)管理模式，面對(duì)目前大面積供電體系管理已無(wú)法有效適應(yīng)，所以為了有效提高通信管理質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)通信管理技術(shù)在供電體系管理中的應(yīng)用，使供電體系中的各環(huán)節(jié)運(yùn)行質(zhì)量得到有效保證。同時(shí)通信系統(tǒng)的可靠性也應(yīng)在現(xiàn)代供電體系的管理中，以及相關(guān)管理人員中加強(qiáng)重視。

1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制概述

1.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性(Power System Stability)，即電力系統(tǒng)在某種運(yùn)行情況中，在受到某種外部擾動(dòng)后能夠再次恢復(fù)原有的平衡狀態(tài)，保持運(yùn)行，則這種重新回到運(yùn)行平衡狀態(tài)的能力成為電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。在電力系統(tǒng)中，多個(gè)變量可維持在一定的范圍，從而可以使整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)定地運(yùn)行。

根據(jù)電力系統(tǒng)性質(zhì)的不一樣，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分為3類：功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定。而分析功角穩(wěn)定又可進(jìn)一步分為3類：靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。第1類屬于微小的干擾狀態(tài)下，電力系統(tǒng)可以自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)而不發(fā)生非周期性的失步的能力。第2類屬于受到較大的干擾后，電力系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)能夠保持同步運(yùn)行并過(guò)渡或恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的一種能力。第3類屬于受到干擾后，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)在較強(qiáng)的穩(wěn)定性，不會(huì)受振幅增大的影響而產(chǎn)生失步的現(xiàn)象。

1.2 穩(wěn)定性控制分析

穩(wěn)定控制軟件、穩(wěn)定控制硬件、穩(wěn)定控制的決策模式、系統(tǒng)的架構(gòu)等構(gòu)成了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性技術(shù)。軟件質(zhì)量主要決定了系統(tǒng)決策的準(zhǔn)確性，控制系統(tǒng)硬件是由實(shí)際控制與執(zhí)行的基礎(chǔ)決定的。從電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的決策模式進(jìn)行分析，其包括離線及在線控制兩種方式。

離線控制方式目前在實(shí)際工作中得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于離線控制模式，需要結(jié)合不同的初始工況和預(yù)定的事故，逐個(gè)試探從而獲得相應(yīng)的對(duì)策。這種模式需要考慮系統(tǒng)運(yùn)行的方式、結(jié)構(gòu)、故障類型等各個(gè)方面的因素。由于不同的因素組合在一起，所以需要考慮的工況情況會(huì)受到限制，另外由于前期設(shè)定以及系統(tǒng)在線運(yùn)行方面也會(huì)出現(xiàn)較大的差異性，也會(huì)導(dǎo)致無(wú)法有效匹配離線策略的情況。

在線控制方案具體操作是在故障檢測(cè)、確認(rèn)后進(jìn)行決策分析。這種方案需要對(duì)故障類型、電網(wǎng)工況情況等都十分明了，通過(guò)對(duì)工況實(shí)時(shí)信息的分析從而獲得在線控制策略。

在系統(tǒng)硬件方面，首先需要考慮到的就是CPU處理能力。通常采用的處理器主要包括：數(shù)字信號(hào)處理器、通用單片機(jī)、網(wǎng)絡(luò)功能CPU和FPGA相結(jié)合等。外、內(nèi)部通信為穩(wěn)定控制裝置的通信模式。外部通信的通信能力表現(xiàn)在通信通道數(shù)量、站間通道速度上，且站間通道速度采用的是總線方式。系統(tǒng)軟件部分包括：數(shù)據(jù)的采樣與計(jì)算、故障的判定、控制策略。故障判定的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集及計(jì)算，而這一環(huán)節(jié)又是策略生成的基礎(chǔ)。總之，確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠全面、進(jìn)而對(duì)其從不同維度進(jìn)行分析，才能確保整體工作質(zhì)量達(dá)到預(yù)期的效果。

2 電力系統(tǒng)對(duì)通信系統(tǒng)的要求

目前，現(xiàn)代電網(wǎng)的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)設(shè)施就是電力通信，電力通信是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)重要手段。電力系統(tǒng)對(duì)通信系統(tǒng)的高度依賴，使電力通信網(wǎng)的可靠性研究成為目前一項(xiàng)迫切解決的問(wèn)題。電力系統(tǒng)通信要在以安全和可靠為前提的情況下才能去追求通信的速度、效率和技術(shù)進(jìn)步性。

通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要充分保證電力通信網(wǎng)絡(luò)所承載的各項(xiàng)業(yè)務(wù)的順利運(yùn)行，如安全穩(wěn)定性控制、繼電保護(hù)等，因此需要注意以下滿足可靠性要求的要點(diǎn)：①通常在通信網(wǎng)絡(luò)中，在任意2個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，需要有獨(dú)立的物理路由連通，且必須確保至少2條。②網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接必須符合和滿足N-1的原則，對(duì)N-2的原則盡可能地滿足。在運(yùn)行過(guò)程中，如出現(xiàn)任意網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)失效斷開(kāi)的情況，電力業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行仍能得到有效保證，并且不會(huì)造成其他節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)通道阻塞或通信質(zhì)量下降的情況，在任意2個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，需要最大限度地確保不會(huì)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的正常通信造成影響。

對(duì)于通道誤碼和延時(shí)的問(wèn)題，相關(guān)的控制自動(dòng)裝置規(guī)范作出了明確規(guī)定，主要內(nèi)容包括：①光纖通道應(yīng)作為裝置的首要選擇，同時(shí)應(yīng)對(duì)復(fù)用光纖通道誤碼率進(jìn)行有效控制，確保其小于10-8。②控制命令通過(guò)控制主站發(fā)出，再通過(guò)多級(jí)通道進(jìn)行傳輸，最后的總傳輸延時(shí)應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，針對(duì)光纖通道，應(yīng)保持在20 ms以內(nèi)，若是載波通道，則應(yīng)保持在40 ms以內(nèi)。③在兩套雙重化配置的穩(wěn)控系統(tǒng)中，應(yīng)保持兩者的相關(guān)接入設(shè)備、通信通道等互相獨(dú)立，不同路由的通道之間，任一環(huán)節(jié)所出現(xiàn)的延時(shí)差應(yīng)保持在10 ms之內(nèi)。

根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的基本性質(zhì)分析可以得出，靜態(tài)穩(wěn)定性與儲(chǔ)備有著密切的關(guān)聯(lián)，兩者之間呈正相關(guān)的關(guān)系，因此要想使靜態(tài)穩(wěn)定性提高，其根本措施需要從電氣距離方面入手，主要有以下幾種：①對(duì)系統(tǒng)的各元件電抗進(jìn)行減少，比如變壓器、發(fā)電機(jī)以及線路的電抗降低。②串聯(lián)電容器補(bǔ)償。③系統(tǒng)電壓水平提高。④電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改善。⑤直流輸電。⑥自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。

為了有效保證電力系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)母線電壓進(jìn)行維持和控制是調(diào)度部門(mén)主要的任務(wù)和職責(zé)。對(duì)發(fā)電廠、變電站的高壓母線電壓進(jìn)行控制、維持，并確保其電壓恒定，使電系統(tǒng)呈現(xiàn)出若干段等值分割的態(tài)勢(shì)，使每段的電氣距離縮短，使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到有效提高和保證。

3 通信系統(tǒng)延時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制的影響

電力系統(tǒng)中普遍存在著在網(wǎng)絡(luò)中傳輸、交換與處理中，各種測(cè)量信號(hào)、電力測(cè)量設(shè)備呈現(xiàn)出明顯時(shí)滯的情況。電力系統(tǒng)控制器因受通信時(shí)滯后的影響，一定程度對(duì)其性能發(fā)揮帶來(lái)不利。在實(shí)際工作中，對(duì)于微小時(shí)滯通常采用忽視的方式，并視這種時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)為普通動(dòng)力系統(tǒng)。通過(guò)相應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)的存在，其動(dòng)態(tài)性能對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成很大的影響。電網(wǎng)互聯(lián)程度的深入促進(jìn)了穩(wěn)定控制區(qū)域的不斷擴(kuò)大，在依據(jù)本地信息的基礎(chǔ)上，部分廣域信號(hào)會(huì)引入穩(wěn)控系統(tǒng)進(jìn)行輔助決策，同時(shí)也會(huì)將導(dǎo)致新問(wèn)題的產(chǎn)生。

單時(shí)滯是主要影響穩(wěn)定控制的時(shí)滯，通常采用單一的類型控制作為系統(tǒng)建模方法，如AGC或PSS控制。針對(duì)多時(shí)滯，非線性、高維、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究時(shí)，其關(guān)鍵主要是如何對(duì)多時(shí)滯因素進(jìn)行分析和考量，從而對(duì)包含多時(shí)滯通用的的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行有效構(gòu)建。根據(jù)電力業(yè)務(wù)情況以及電力通信系統(tǒng)的整個(gè)傳輸過(guò)程進(jìn)行分析可以看出，無(wú)論是電力系統(tǒng)運(yùn)行工況、故障等信息通過(guò)電力監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上送，并傳送至電力控制中心的整個(gè)過(guò)程，還是電力系統(tǒng)動(dòng)作指令通過(guò)電力控制中心下發(fā)至對(duì)應(yīng)的電力受控節(jié)點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程，所傳輸?shù)乃行畔⒍紩?huì)經(jīng)過(guò)上行接入、通信網(wǎng)絡(luò)以及下行接口3個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行相關(guān)信息的傳遞。而這3個(gè)環(huán)節(jié)也會(huì)因通信時(shí)滯的影響，從而對(duì)整個(gè)電力業(yè)務(wù)的傳輸產(chǎn)生不利影響，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為對(duì)電力系統(tǒng)決策與控制造成影響的各故障，最后以顯性或者非顯性的形式對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生造成影響。

電力系統(tǒng)受通信系統(tǒng)延時(shí)的影響，可以通過(guò)圖1所示的通信與電力聯(lián)合仿真框架結(jié)構(gòu)表進(jìn)行呈現(xiàn)。圖1中右側(cè)為電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真軟件FASTESTF(Fast Analysis of Stability using the Extended equal area criterion and Simulation Technologies)；左側(cè)為OPNET(Optimized Performance Network Engineering Tool)通信仿真軟件，中間是MATLAB仿真軟件。

圖1 通信與電力聯(lián)合仿真框架結(jié)構(gòu)

位于中間的仿真軟件的主要功能是通過(guò)相關(guān)的判斷和計(jì)算，協(xié)調(diào)控制通信與電力的聯(lián)臺(tái)仿真。聯(lián)合仿真首先需要將通信組網(wǎng)方案和電力系統(tǒng)的模型對(duì)左、右兩側(cè)軟件進(jìn)行初始化。其中具體步驟主要為：①利用MATLAB對(duì)電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的組合故障進(jìn)行讀取。②通信故障利用MATBAL發(fā)送至OPNET仿真軟件。③基于通信故障計(jì)算WARMAP，OPNET仿真軟件對(duì)通道的上行和下行延時(shí)進(jìn)行控制。④通道的上行和下行延時(shí)通過(guò)OPNET仿真軟件返回至MATLAB。⑤根據(jù)WARMAP的通信組網(wǎng)方案、電力故障和通道的上行、下行延時(shí)，MATLAB對(duì)穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制策略的整組通信延時(shí)進(jìn)行計(jì)算。⑥控制策略的整體通信延時(shí)通過(guò)MATLAB將發(fā)送到FASTEST仿真軟件。⑦基于電網(wǎng)和通信網(wǎng)的組合故障及候控制策略的整體通信延時(shí)，F(xiàn)ASTEST仿真軟件進(jìn)行時(shí)域仿真，對(duì)靈敏度進(jìn)行計(jì)算，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的最優(yōu)控制策略進(jìn)行摸索。

仿真系統(tǒng)采用某特高壓聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和其附屬的專用通信系統(tǒng)，該特高壓聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定控制系統(tǒng)所圖2所示，其所包括的共主站、子站以及執(zhí)行站均在相應(yīng)的變電站內(nèi)進(jìn)行安裝。

圖2 特高壓電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語(yǔ)

在電力系統(tǒng)中，電力通信系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分之一，電力通信系統(tǒng)的可靠性與整個(gè)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行有著直接的影響。另外諸多影響因素都會(huì)對(duì)電力通信系統(tǒng)造成影響，使電力通信系統(tǒng)可靠性管理難度大幅度提高。為了更好地適應(yīng)目前的發(fā)展需求，電力通信系統(tǒng)應(yīng)不斷強(qiáng)化自身優(yōu)勢(shì)，對(duì)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行有效規(guī)劃。