智能电网中自愈技术的应用

2012年02月第04期科技视界

0引言

“未来的智能电网将是什么模样？”面对这样的问题，华东电网专家做了一个简单概括，未来的智能电网首先具有智能安全控制功能，即能在尽量少的人工干预下，快速隔离故障自我恢复，避免大面积停电的发生，提升电网运行的可靠性。“很明显的特点，就是这个电网具有‘自愈’的功能。”

作为倡导智能电网建设的美国电力科学研究院(EPRI)，对智能电网的定义是用自愈、安全、集成、协同、预测、优化、交互加以描述(见)。这个定义主要体现了美国对电网建设的三个重要要求：可靠性要求(自愈、安全、预测)、经济与效益要求(优化、协同、交互)、技术支撑要求(集成)。而且这个定义是以自愈为基础逐步发展形成的，自愈电网是美国电网建设的重点。欧盟委员会对智能电网的定义内容是:支持分布式和可再生能源的接入、更可靠安全电力供应、面向服务的架构、灵活的电网应用、高级自动化和分布式智能、负荷和电源的本地交互、以客户为中心。从这个定义可以看出，欧盟国家主要反映了电网建设在对市场、能源和环境方面的要求，分布式电网则是欧盟电网建设的重点。中国作为发展中国家,在智能电网建设中密切结合中国电网建设的国情，提出了建设具有中国特色的智能电网，其内涵为：坚强可靠、经济高效、清洁环保、灵活互动、友好开放。2大电网实现自愈的理论支持

2.1复杂系统理论支持

复杂系统理论在电网大停电分析中有很大的应用。复杂系统有很多特性，如非线性、混沌、自组织等。复杂网络研究的内容也非常丰富，主要包括网络的几何性质、网络的形成机制、网络演化的统计规律、网络的结构稳定性和网络的演化动力学机制等。上述复杂系统的特性在电力系统中得到了呈现和验证。尤其是在探讨复杂系统故障传播机理和电力系统大停电的规律方面已进行了重点的研究。基于小世界网络的复杂系统故障传播模型为制止级联事件避免系统大停电提供了理论和方法。电力系统大停电的自组织临界现象研究结果表明：大停电发生的时间和规模具有可预测性，这使得电力系统发生大停电的安全预警成为可能。然而，现有的复杂系统理论对电力系统的研究还只是从理论和模型上进行了一些初步的探讨，要将理论和模型转化为实用的安全预警高级分析软件还需要有很长的路要走。

复杂系统理论在大电网网架研究中也有很大的应用。电网规划是一个复杂的综合性问题。它涵盖了负荷预测、网架

智能电网中自愈技术的应用

齐蓬勃

(固原供电局宁夏固原756000)

【摘要】自愈是智能电网的一个突出特征，自愈技术是实现电网自愈的重要保证，也是大电网实现安全运行最有力的支撑。本文在研究国内外自愈控制技术的基础上，结合国内外对智能化电网的定义，分析了电网自愈的必须的理论基础和技术要求。而且就自愈技术的关键：自愈技术的控制过程、关键设备状态监测、分布式能源、网络优化重构、自愈技术的控制方式，这几个方面进行了简要的论述。

【关键词】电力系统；智能电网；自愈电网；安全稳定

The Application of Self-healing Technology in Intelligrid

QI Peng-bo

(Guyuan Power Supply Bureau,Guyuan Ningxia,756000,China)

【Abstract】Sself-healing is a prominent characteristic of intelligrid,self-healing technique is the important guarantee to implement the self-healing,also is the support of achieve the secure operation.Through searching many domestic and foreign self-healing control technique,combining the definition of intelligrid,research analyzed the basic theory and technique.In addition,the key techniques:the control process of self-healing,the status supervisory of key equipment,distributed energy resource,the network optimized reconstruction,the control pattern of self-healing,are researched.

【Key words】P ower system；I ntelligrid；S elf-healing grid；S ecurity&stability

作者简介：齐蓬勃(1984—)，男，从事电网运行、调度计划工作。

能源科技

2012年02月第04期科技视界

规划、无功规划、稳定分析等内容。中国电网正在成为世界上规模最大、网架组成成分最复杂的电网。国家电网公司提出智能电网建设的首要目标是“统一坚强智能电网”。“坚强”电网需要有合理、优化的网架作为支撑，即电网自身强壮是自愈的坚实基础。具有规模效应的跨大区电网的互联规模有无极限，尤其是同步电网规模的极限规律，特高压电网作为骨干网架其拓扑结构和规模如何合理；已形成的超高压电网的网架与待建的特高压电网如何协调；随着特高压电网和超高压电网的强壮，220kV电网逐步向次输电网转变，220kV电网网架应如何重构，它遵循何种规律。以上问题不是优化理论所能解决的，只有借助于复杂系统理论进行研究。大电网运行遵循分层、分区的原则是中国电力系统成功的运行经验。以特高压输电网为骨干网架，形成特高压、超高压和高压多层次的分层电网如何分区，分区的网络拓扑结构有无内在规律，这些都是需要应用复杂系统理论进一步研究的问题。网架结构是保证电网安全运行最坚实的基础，如网架结构不合理则会造成电网的先天不足，给日后的运行带来隐患和造成难以解决的问题。所以大电网的网架研究是必须大力研究的关键问题。

2.2电力系统稳定性理论的支持

电网安全预警是实现自愈的重要前提，电网稳定性分析则是实现安全预警的关键。电网稳定性问题(功角、电压、频率稳定)是电力系统运行的核心问题，它长期得到学者的重视和关注，是国内外电力界学者多年来致力研究的重点和难点问题。电力系统是一个高维时变的非线性系统。尽管非线性系统的研究近代取得了不少的进展，如混沌、分岔理论等。然而，动力系统与非线性科学涉及面宽，存在大量需解决的理论和应用问题。电力系统功角、电压、频率稳定这三大稳定问题表现了极其复杂的特性。充分揭示这些稳定性问题的机理、科学地应用非线性系统理论的成果并建立电力系统稳定性的相关理论，对于实现大电网的安全与自愈有着实际的工程价值。

基于轨迹研究动态电力系统的稳定性是必须遵循的规律。电力系统的运动轨迹反映了该系统稳定性的物理过程和特性，稳定性理论是认知的最高成果，它是用抽象概念构建起来的具有普遍性的观念体系，物理过程和稳定性理论两者之间有着双向交织的关系，因此充分结合和利用电力系统在动态过程中的物理特性，可能会使电力系统稳定性研究找到一条更有效的途径并更有实际工程意义。另一方面，相量测量单元(PMU)技术的应用也为基于轨迹研究电力系统稳定性提供了技术支持。PMU为电力系统提供了同时在时间和空间的二维坐标下实时研究和观察动态行为的条件。

3自愈系统的技术支持

电网的自愈可划分为两个层面：一是元件层，二是系统层。元件层即电力网络的一、二次元件，如一次元件有断路器、变压器、FACTS装置等；二次元件有各类保护和自动装置等。元件层的自愈主要是针对某个局部设备的修复或替换。系统层则是针对系统中的故障进行自行隔离并自动完成不中断输电和供电的功能，它基于全系统的信息，以全系统能最大限度保证正常运行为目标并涉及对多个元件的处理。3.1故障诊断是实现自愈的基础

电力系统故障诊断是研究了多年的课题，但它只能作为自愈功能的基础工作。在故障诊断研究中，同样分为元件的故障诊断和系统的故障诊断。对元件层的故障诊断是自愈研究组成的基本单元，对系统层的故障诊断是自愈功能的第一步，它只完成了自愈对系统故障进行自行隔离的功能，而下一步自动恢复和不中断输电与供电的功能则需进一步研究。现有对元件层和系统层的故障诊断研究成果为自愈系统的研究提供了技术基础。对电网故障诊断的方法研究得非常充分，包括专家系统、人工神经网络、Petri网络、多代理系统等方法。然而电网故障诊断还只是处于理论和模型的探索阶段，基于故障时序分析的电网故障诊断理论还有待研究，尤其是电网故障诊断的实用化进程还需努力推进。

3.2自愈系统构架的研究

电力系统故障诊断只是自愈功能的基础，要实现电网自愈还必须从整体上构建一个自愈系统的构架。大电网自愈最关键的功能是必须制止级联事件演变成大停电。该功能是自愈系统构架的重要组成部分。自愈系统构架研究主要包括电网自愈策略研究和电网自愈恢复搜索方法研究。电网自愈策略研究的核心内容是研究预防控制、紧急控制、校正控制、恢复控制的自适应性与相互协调性。电网自愈恢复搜索方法研究重点要解决为制止级联事件造成大停电的电网主动解列与灵活分区问题。建立基于广域同步信息的网络保护和各类控制一体化系统为自愈系统提供了强大支撑，而自愈系统的构架即自愈策略和自愈恢复搜索方法是实现自愈功能的核心。整个自愈系统框架如图1所示。

图1自愈控制与自愈系统

Figure1Self-healing control and self-healing system 4

电网自愈控制的关键问题

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