现代交直流混合电网安全稳定智能协调控制系统框架探讨-第2页-北极星输配电网

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但从系统全局控制的角度来看，直流输电也是可以充分利用的优质控制资源，可参与到系统级的智能协调控制中，具体如下：

(1) 直流输电的紧急功率调制、频率调制、附加阻尼控制、附加次同步振荡阻尼控制等控制功能可用来充分提高系统的暂态稳定性、动态稳定性和频率稳定性等性能。

(2) 直流输电的紧急功率调制功能可以在一定程度上替代切负荷等安控措施。对于非交直流并列系统，在交流系统内速降外送直流的输送功率，即等效于在此交流系统内采取切负荷措施，既可以达到切负荷措施的效果，又可以避免真正的负荷损失，是高效有力的有功控制资源。对于交直流并列系统，速升直流系统的输送功率，即相当于减轻并列交流通道的潮流压力，有利于提高交直流并联系统的暂态稳定性，一定程度上可以达到送端切机、受端切负荷的控制效果。

与直流系统类似，现代电网中其他设备或元件的控制系统在完成自身控制功能的同时，也可为系统全局特性提供控制资源。因此，有必要研究构建现代交直流混合电网的安全稳定智能协调控制体系框架，以充分协调整合系统内的各种控制资源，为全系统安全稳定服务。

2 现代电网安全稳定智能协调控制系统的理论基础与构建原则

2.1 技术需求

现代交直流混合电网是一个典型的复杂巨系统，仅针对局部功能需求而完成的各分散控制子系统并不能满足系统全局优化控制的要求，而需要将现代系统理论的方法和观点应用到现代电网的系统控制领域中，加强顶层设计，构建现代电网的智能协调控制系统。

2.2 理论基础

按照系统科学的观点，任何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的性质。研究系统的目的在于调整系统结构，协调各要素关系，使系统达到优化目标。

根据协同论的观点，在每个等级上，系统都是其下层组成部分的整体，同时又是上层系统的参加者。大系统中的许多小系统既相互作用，又相互制约，它们的平衡结构，以及由旧的结构转变为新的结构，具有一定的规律。

协同论还指出，有序结构的出现不一定非要远离系统平衡态(此处的平衡态指无序结构状态、对应沙堆模型的坍塌态)，系统内部要素之间的协同动作也能够导致系统演化至另一个新结构。

通过以上理论可以得出：

(1)系统由若干层级和子系统构成，且各层级和子系统之间都具备相对独立性，相对独立是进行相互协调的前提，各要素相互协调可使系统优化。

(2)系统在其内部各要素之间的协同作用下，由一个有序结构演化至另一个新的有序结构，且这一协同作用具有规律可循。

这将成为构建现代电网智能协调控制系统框架的理论基础。

2.3 构建原则

根据以上理论基础，结合各控制系统现状，提出现代电网智能协调控制系统的构建原则如下：

(1)应当充分利用现有各种控制资源，构建分散—集中型智能协调控制系统。

1)高度集中的智能控制系统很脆弱，分散—集中型的智能控制系统与之相比可靠性更高，抗打击能力也更强，包括抵御外界信息攻击和物理冲击的能力。

2)分散—集中型的智能协调控制系统并不破坏下层控制系统的原有功能和结构，只是通过引入协调(约束)变量的方式来从更高一层实现原有多个控制系统之间的协调控制。

3)分散—集中型的智能协调控制系统是建立在原有的下层控制系统基础之上的，而且通过电网物理系统实现大闭环，因此分散—集中型的智能控制系统更易获取全局可行解。

(2)应注意保持各层子系统的智能化和相对独立性，构建上层控制系统时，不应将下层控制系统简单退化为执行单元。

(3)电力系统中的各当地电气量也一定程度上蕴含了系统的全局信息，应注意充分利用电力系统的自然时空分布特性实现多层级控制之间的自然解耦与协调。多层级控制之间需要引入协调(约束)变量时，应注意简化、高效的优化原则。

(4)协调控制层定位于提供增值服务和全局优化，通过“协调”实现“协同”。

(5)在一些基本功能上，下层控制系统一定程度上具有上层控制系统的就地后备作用。

上述原则在一些电力系统工程实现与研究的案例中已有不同程度的体现和应用，详见第3节所述，分别体现了跨不同层级之间的协调控制。

3 体现电力系统跨层级协调控制原则的案例分析

3.1 区域级与全系统级之间的协调控制

3.1.1 交直流协调控制

图2 交直流协调控制示意图

Fig. 2 The scheme of AC-DC coordinated control

如图2所示的区域互联电网，若发生直流C-B双极闭锁故障，区域A-B之间的交流联络线上会涌过大量潮流来补足区域B的功率缺额，为保持区域A对B的暂态稳定，需要切除区域B负荷5800 MW，而速降区域B送D直流功率5500 MW也可保持暂态稳定，可替代切负荷措施，减小了控制代价。该案例体现了上述原则(1)和(3)，即充分利用直流控制资源和电力系统的时空分布特性，将暂态稳定问题转化为更大范围内的功率缺额问题。

3.1.2 广域自适应解列控制

图3 广域自适应解列示意图

Fig. 3 The scheme of wide-area adaptive islanding control

如图3所示的区域互联电网，区域B和C之间若发生三个双回线联络通道同时跳闸，则区域C与外部电网的剩余4个双回线联络通道将于2.5 s内陆续振荡解列(顺序如图3中所示)，解列后区域C内还需切除大量负荷才能恢复区域内系统稳定。但如果采用基于系统全局功角信息的广域自适应解列控制，则可根据发电机功角的全局动态特征，尽早判别系统失稳，并结合机组分群失稳模式，在1.5 s时就将区域B与区域A、C之间的剩余四个通道同时解列，解列后区域C内的低频减载量显著减少，区域内系统更快恢复稳定。该案例体现了上述原则(1)～(5)，上层的集中式广域自适应解列控制利用全局功角信息作为协调变量，致力于提供控制速度更快和控制效果更优的全局优化增值控制，下层已有的分散式传统解列装置作为就地后备，充分利用当地电气量信息作为协调变量来推测系统全局状态，并充分利用系统的自然时空分布特性实现被动的就地触发式序贯控制，当上层的集中广域控制失效时仍可分散就地独立动作。

原标题：现代交直流混合电网安全稳定智能协调控制系统框架探讨

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