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1 大电网紧急控制系统实验验证评估体系杨丽李先允万芳茹 (. 南京工程学院, 南京 20000; 2. 国电南瑞电网安全稳定控制技术分公司, 南京 20000) 2 摘要为推进大电网紧急控制系统的体系建设, 提高紧急控制系统的可靠性, 建立了大电网紧急控制实验验证评估体系该体系结合大电网紧急控制系统的架构组成及实际应用功能来构建, 包含系统建设模块功能数据完整性可靠性和实时性 5 个方面的一级到三级的递阶层次结构指标体系指标体系采用德尔菲法 - 熵权法组合赋权法进行指标权重设置, 参考国家或行业标准并利用德尔菲法设定评估指标的评价判据通过算例分析表明, 大电网紧急控制系统实验验证评估体系具有较强的实用性, 能清晰反映紧急控制系统的整体情况, 有利于找出其薄弱环节并对其进行改进并加强其系统建设关键词 : 紧急控制系统 ; 实验验证 ; 评估体系 ; 权重设置 Assessent Syste of Testing the Eergency Control Syste of Grid Yang Li Li Xianyun Wan Fangru 2 (. Nanjing Institute of Technology, Nanjing 20000; 2. NARI Technology Power Syste Stability Control Branch Copany, Nanjing 20000) Abstract In order to proote the construction and reliability of eergency control syste, the article set up the assessent syste of testing the eergency control syste of large grid. Cobining with the architecture and the practical application function of the eergency control syste, the proposed assessent index syste is constructed. The assessent index syste consist of the indices fro the first grade to the third grade, which cover five aspects, naely construction of syste, odule function, data integrity, reliability and real-tie perforance. The index weights are set by cobination of Delphi and entropy and the index evaluation criteria is set by Delphi. Results of coputing exaples show that the proposed assessent syste is practical and can reflect overall situation of eergency control syste clearly, which benefits finding out and iprove the wea lin, therefore construction of the eergency control syste will be strengthened. Keywords:eergency control syste; test; assessent syste; weight 随着远距离高压输电技术的发展, 我国电网已经逐渐发展成为大型互联电力系统但互联电力系统在遇到各种事故时易发生连锁反应, 从而导致大面积停电作为保障电网安全性稳定性的第二三道防线和提高电网输送能力的重要手段, 电网紧急控制系统在提高电网输电能力保障系统稳定及防止事故扩大化等方面发挥了重要作用, 取得了良好的经济效益和社会效益 [] 目前我国大型紧急控制系统得到了广泛应用, 如 : 西北 - 新疆 750V 联网安全稳定控制工程 ± 660V 宁东直流安全稳定控制工程德宝直流安全稳定控制工程复奉特高压直流安全稳定控制工程等目前紧急系统存在如下特点 : 规模庞大, 布点广泛 ; 装置种类较多, 型号复杂 ; 标准不统一等在这些问题下对紧急控制系统全面的进行测试, 是保证安全稳定控制系统可靠运行的一项必不可少的工作 [2-6] 然而, 目前尚无统一的紧急控制系统实验验证评价标准随着紧急控制系统建设工作的推进, 建立全面的大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系, 对紧急控制系统进行整体的评估, 对推进大年第 6 期

来构建, 包含系统建设模块功能数据完整性可靠性和实时性 5 个方面的一级到三级的递阶层次结构指标体系指标体系采用德尔菲法 - 熵权法组合赋权法进行指标权重设置, 参考国家或行业标准并利用德尔菲法设定评估指标的评价判

2 电网紧急控制系统的体系建设, 提高紧急控制系统的可靠性具有重要意义紧急控制系统实验验证评估体系构建. 指标体系构建思路结合大电网紧急控制系统的架构组成及实际应用功能, 以保证指标的全面性和指标间的相互独立性为原则, 本文选取层次分析法建立完整统一的大电网紧急控制实验验证评估指标体系, 即先确定核心评价指标, 然后通过分析对核心指标的组成部分和影响因素, 对核心指标进行分级分类, 进一步细化指标, 构建递阶层次结构指标体系对电网紧急控制系统进行实验验证, 其目的是检查系统的建设情况, 系统功能, 稳控装置间命令传递和数据传递的完整性及正确性, 确保紧急控制系统能可靠实时运行根据评价要求, 大电网紧急控制系统实验验证评估体系从系统建设模块功能数据完整性可靠性和实时性 5 个方面来建立, 即这 5 项指标为核心评价指标.2 评估指标体系利用递阶层次分析法构建的具体大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系如图所示 ) 系统建设完整性系统建设完整性指标主要包括系统整体构架系统通道建设情况系统冗余配置情况等系统整体构架反映紧急控制系统的结构体系, 一般应是由控制主站子站执行站等构成的多级协调控制架构, 这种集中优化协调, 分层分区控制的架构符合大电网稳定控制特性和区域电网控制要求通道建设情况反映系统装置间的通信方式, 由系统是否具备 2M 专线通道和调度数据网通道来评价系统的冗余配置情况是指系统部分主站子站及执行站是否具备主 / 辅双套装置, 以保证系统的可靠性 2) 模块功能完整性模块功能完整性指标主要包括紧急控制功能和通道功能紧急控制功能反映紧急控制系统所具有主要运行模式, 评价指标为系统是否具有离线模式在线追加模式纯在线模式及在线策略下发模式等功能通道功能是指系统装置间的通道是否能进行实时数据采集控制策略或命令上行控制策略或命令下发等图紧急控制系统实验验证评估体系 3) 数据完整性数据完整性指标包括上送数据完整性和下发数据完整性上送数据完整指标是指紧急控制系统的下级装置向上级装置上送的数据应有定值和定值修改告警模拟量开入量动作命令告警信息等下发数据完整性指标是指紧急控制系统的上级 206 年第 6 期 57

通过分析对核心指标的组成部分和影响因素, 对核心指标进行分级分类, 进一步细化指标, 构建递阶层次结构指标体系对电网紧急控制系统进行实验验证, 其目的是检查系统的建设情况, 系统功能, 稳控装置间命令传递和数据传递的完

3 装置向下级装置下发的数据, 应有远程修改定值命令调度命令控制命令等 4) 系统可靠性系统可靠性指标包括装置间通信可靠性冗余配置可靠切换及控制可靠性装置间的通信可靠性指标指紧急控制系统装置经 2M 专线或调度数据网连接均能能正常通信冗余配置可靠切换指标主要指各冗余配置的可靠切换率控制可靠性指标指方式判别可靠性在线模式和离线模式可靠切换相继故障可靠判别上下级协调控制一致性控制准确性控制精确性等 5) 系统实时性实时性指标包括实时通信指标和实时控制指标实时通信指标反映信号传输速度, 指 2Mbps 专网通信方式下信号传输时间及调度数据网连接时信号传输时间是否满足国家标准或行业标准实时控制指标反应系统判别故障及动作快速性, 指故障状态下突变量起动时间线路故障跳闸判出时间查找与确定控制策略时间本地装置整组动作时间紧急控制系统整组动作时间等是否满足系统的技术指标要求 2 紧急控制系统实验验证评估体系指标权重设置指标权重的设置是对建立评估指标体系的的重要环节, 指标权重的设置既要保证不随评价对象的改变而改变, 也要尽量保证客观性, 本文选取德尔菲法 - 熵权法组合赋权法即根据德尔菲法确定各指标主观权重集合, 根据熵权法确定各指标的客观权重集合, 综合两者的结果确定最终的评估体系指标权重德尔菲法又称专家打分法, 是充分综合领域专家知识经验和信息的方法其大致流程是 : 在对所要预测的问题征得专家的意见之后, 进行整理归纳统计, 再匿名反馈给各专家, 再次征求意见, 再集中, 再反馈, 直至得到一致的意见熵权法是一种客观赋权方法熵是系统无序程度的一个度量, 系统可能处于多种不同的状态, 每种状态出现的概率为 p i (i=,2,,), 则该系统熵的定义为 e= pi ln pi () j= 式中,0 p i 且 pi = j= 利用熵权法确定指标权重的步骤如下 : 设评价问题有个评价对象, 个评价指标, 指标值为 x ij (i=,2,,;j=,2,,), 则可得评价矩阵 X=(x ij ) 对于某个指标 x j 有信息熵 e = ln p ln p (2) j ij ij j = 式中, p = x x 根据信息熵进一步确定各指 ij ij ij i= 标的客观权重 w j, 如式 (3) 所示 e j wj = θ j (3) 综上可得, 根据德尔菲法确定的各指标主观权 w = j, 根据熵权法, 确定各重集合为 s { w sj } 指标的客观权重集合 wo { w oj j } = 各指标的主客观权重相对重要程度不同, 结合矩阵理论的基本思想, 计算各指标的主观权重重要系数 a j 和客观权重重要系数 b j, 如式 (4) 所示 aj = wsj /( wsj + woj ) bj = woj /( wsj + woj ) j (4) 根据主客观权重集合及主客观权重的重要系数, 即可得最终的综合权重 w j aw j sj + bw j oj wj = (5) aw + bw i= ( j sj j oj ) 综合近 5 位专家的意见, 最终利用德尔菲法 - 熵权法组合赋权法确定各项指标权重总体评价体系中系统建设模块功能数据完整性可靠性和实时性 5 项核心指标的权重分别为 , 由篇幅所限, 仅给出紧急控制系统可靠性指标的各级指标权重, 见表 3 评估指标计算方法与评分标准大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系的最后一级为单项指标层, 即被评价方案结合目前紧急控制系统的实际发展情况及具体条件, 参考国年第 6 期

指标包括实时通信指标和实时控制指标实时通信指标反映信号传输速度, 指 2Mbps 专网通信方式下信号传输时间及调度数据网连接时信号传输时间是否满足国家标准或行业标准实时控制指标反应系统判别故障及动作快速性, 指故障

4 家或行业的相关标准及专家意见与指导, 并选取德尔菲法确定各单项指标标准及评价判据一级指标系统实时性权重 0.20 表二级指标实时通信 0.5 实时控制 0.5 紧急控制系统实时性指标权重三级指标权重 2Mbps 通信信号传输时间 0.5 调度数据网信号传输时间 0.5 故障状态下突变量起动时间 0.3 线路故障跳闸判出时间 0.5 线路无故障跳闸判出时间 0.5 查找与确定控制策略时间 0.7 本地装置整组动作时间 0.4 紧急控制系统整组动作时间评估指标计算方法分析所建立的大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系被评价方案, 评价指标可分为信息统计类指标及定量分析类指标其中系统建设模块功能数据完整性指标多为信息统计类指标, 通过对系统的简单测试即可获得其指标信息 ; 可靠性和实时性指标多为定量分析类指标, 其被评价方案的指标值根据其定义通过简单计算即获得, 根据专家意见对各指标进行定量分析, 指标值计算方法如下 ) 冗余配置情况系统冗余配置率 n L = 00% (6) N 式中,N 为系统主站和子站的总数 ;n 为有冗余配置的主站和子站的个数 2) 装置间通信通道可靠性系统装置间的通道可分为调度数据网 2M 专线主站间通道 2M 专线子站间通道三类系统通信通道异常率为 P = 00% (7) M 式中,M 为系统的某类通道总数 ; 为该类通道正常通信的通道数 3) 冗余配置可靠切换冗余配置可靠切换率为 a J = 00% (8) n 式中,a 为具有冗余配置的场站中通道能可靠切换的场站数 4) 控制可靠性控制可靠性指标由方式判别正确率 R 在线策略模式和离线策略模式可靠切换率 R 2 相继故障判别正确率 R 3 上下级协调控制一致率 R 4 稳控装置正确动作率 R 5 系统控制量误差率 R 6 组成, 指标值计算方法如式 (9) 式 (0) 所示 ni Ri = 00% i 5 (9) N i 式中,N i 为对某项指标测试的总次数 ;n i 为该指标测试通过的次数 R 6 6 N Pci Poi N 6 P i = ci = (0) 式中,P ci 为实际控制量 ;P oi 为预设控制量 ;N 为控制策略的测试总次数 5) 实时性实时性指标值为多次测试结果的平均值, 如式 () 所示 N Ti N i = 2 T = () 式中,N 为某一项时间指标测试的有效样本数 ;T i 为第 i 次测试所得值 3.2 评估指标评价判据大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系的评分方式采取满分制, 根据评价判据计算其对于信息统计类指标, 如系统整体架构通道建设模块功能等, 紧急控制系统被测试的指标项具备评价标准所述要求评分即为满分, 否则评分为零定量分析类指标又分为线性指标和离散型指标线性指标如系统冗余配置率的评分函数为正比例函数, 即评分为测试所得指标值与理想分值的乘积对于离散型指标如系统控制量误差率实时性指标, 本文参考专家意见, 采用德菲尔法确定评分标准系统控制量误差率的评价判据采用分段制, 即根据误差的范围确定, 具体评分标准见表 2 实时性指标为负指标, 即随其时间值的减小其分值应增高随其时间的减少分段设置其评分标准, 具体评分判据见表年第 6 期 59

评估指标计算方法分析所建立的大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系被评价方案, 评价指标可分为信息统计类指标及定量分析类指标其中系统建设模块功能数据完整性指标多为信息统计类指标, 通过对系统的简单测试即可获

5 表 2 系统控制量误差率评分标准误差率 0~5% 5%~0% 0%~20% 20%~50% 50%~80% 80%~00% 表 3 实时性指标评分标准平均值 T 2t 0.6t 0 ~2t 0.2t 0 ~.6t 0 t 0 ~.2t 0 0.8t 0 ~t 0 06t 0 ~0.8t 0 0.4t 0 ~0.6t 0 0.2t 0 ~0.4t 0 0~0.2t 递阶层次法向上计算即得电网紧急控制系统的整体评价 : n ( + ) ( + ) j j j= S = S W (2) 式中, S 为层次结构中第层某一指标 A 的评分 ; j 为 A 指标的 + 层指标的序号 ; S ( + ) j 为 A 指标的 + 层第 j 个指标的评分 ; W ( + ) j 为第 j 个指标的权重 4 算例分析选取国网某省调紧急控制系统 A 和南网某中调紧急控制系统 B 作为测试对象, 利用所建立的大电网紧急控制实验验证评估系统对紧急控制系统架构功能和运行效果进行评估分析, 以验证该评估体系的实用性 A 系统为风光集群控制系统, 包括个调度中心站 5 个协调控制主站 4 个控制子站和 74 个执行场站,0 条调度数据网通道,230 条 2M 专网通道 B 系统为多类型新能源接入的安全稳定控制系统, 包括个协调控制主站,4 个区域控制主站, 个信息站,25 个控制子站,8 个执行站, 4 条调度数据网通道,86 条 2M 专网通道通过对系统进行基础数据采集和简单计算求出个指标项的具体指标值, 按照指标评分判据得到指标评分表 4 和表 5 中统计了紧急控制系统 A B 的可靠性和实时性方面的三级指标的测试所得值, 并根据评价判据计算各项指标利用式 (2) 对各指标对应权重与相乘再求和, 逐级向上即可求得紧急控制系统 A B 的可靠性指标评分值分别为 , 实时性指标评分值分别为同理, 利用此方法获得两紧急控制系统的整体评估结果, 见表 6 表 6 清晰的反映了两紧急控制系统的整体情况 A 紧急控制系统其在数据完整性和可靠性方面的评分较 B 南网中调的紧急控制系统偏低, 导致其表 4 系统可靠性第三级指标数据系统 A 系统 B 三级指标 /% /% 2M 专线通信异常率调度数据网通信异常率主站 - 子站主辅通道切换率子站 - 执行站主辅通道切换率方式判别正确率在线 - 离线模式可靠切换率相继故障判别正确率上下级协调控制一致率稳控装置误动拒动率系统控制量误差率表 5 系统实时性第三级指标数据系统 A 系统 B 三级指标 /s /s 2Mbps 通信信号传输时间 5s 调度数据网信号传输时间 5s 故障状态下突变量起动时间 5~0s 线路故障跳闸判出时间 0s 线路无故障跳闸判出时间 20s 查找与确定控制策略时间 0s 本地装置整组动作时间 30s 紧急控制系统整组动作时间 00s 表 6 紧急控制系统评估结果系统一级指标权重及评分系统系统建设模块功能数据可靠性实时性总体完整性完整性完整性 (0.30) (0.20) 评分 (0.5) (0.20) (0.5) A B 年第 6 期

2t 0 0 0 20 40 60 70 80 85 90 95 00 递阶层次法向上计算即得电网紧急控制系统的整体评价 : n ( + ) ( + ) j j j= S = S W (2) 式中, S 为层次结构中第层某一指标 A 的评分 ; j 为 A 指标的 + 层指标的序号 ; S ( + ) j 为

6 总体评分低于 B 系统经分析可知,A 紧急控制系统规模较大, 且接入站点中风电站较多, 系统较为复杂, 所以其评估结果稍低于 B 紧急控制系统为将指标的评估结果进行量化分析, 可根据评分结果判定系统是否通过测试经对多个紧急控制系统进行评估, 并参考领域专家的意见, 确定 90 分为测试通过线, 系统评分高于 90 即通过测试由表 4 可知, 系统 A 测试不合格, 在数据完整性及可靠性方面对其进行改进后, 再次对其进行系统的评估, 测试通过 5 结论根据本文所建立的大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系, 能对大电网紧急控制系统进行全局性和整体性测试及评价, 并根据评价结果改进其体系建设, 确保其投入使用后能可靠稳定运行随着紧急控制系统的深入研究及发展, 可在本评估系统的基础上进行扩展并细化, 进一步改进评价指标标准, 并对紧急控制系统进行年度全面可靠的测试评估, 这对推进大电网紧急控制系统的体系建设, 提高紧急控制系统的可靠性, 保障电网的安全稳定性具有重要意义参考文献 [] 宋锦海, 李雪明, 姬长安, 等. 安全稳定控制装置的发展现状及展望 [J]. 电力系统自动化, 2005, 29(23): [2] 姚光华, 赵武智, 刘启胜, 等. 暂态稳定控制装置的测试与仿真浅析 [J]. 继电器, 2002, 30(2): 38-4, 44. [3] 吴勇, 周良松, 张力晨, 等. 安全稳定控制装置测试技术的研究 [J]. 继电器, 2005, 33(0): 49-52, 56. [4] 王亮, 王新宝, 高亮, 等. 基于故障场景的区域电网安全稳定控制系统测试方法 [J]. 电力系统自动化, 2007, 3(8): 39-42, 95. [5] 郭琦, 韩伟强, 曾勇刚, 等. 电网安全稳定控制技术实时仿真试验研究平台 ( 一 ) 架构与特征 [J]. 电力系统自动化, 202, 36(20): -5. [6] 李兴建, 夏彦辉, 陈松林, 等. 分布式稳定控制仿真测试系统的研制及应用 [J]. 电力自动化设备, 204, 34(5): [7] 张健, 蒲天骄, 王伟, 等. 智能电网示范工程综合评价指标体系 [J]. 电网技术, 20, 35(6): 5-9. [8] 张心洁, 葛少云, 刘洪, 等. 智能配电网综合评估体系与方法 [J]. 电网技术, 204, 38(): [9] 韩震焘, 黄志伟, 葛少云, 等. 城市配电网综合评价体系 [J]. 电网技术, 202, 36(8): [0] 张海瑞, 韩冬, 刘玉娇, 等. 基于反熵权法的智能电网评价 [J]. 电力系统保护与控制, 202, 40(): [] 王彬, 何光宇, 梅生伟, 等. 智能电网评估指标体系的构建方法 [J]. 电力系统自动化, 20, 35(23): -5. [2] 杜栋, 庞庆华, 吴炎, 等. 现代综合评价方法与案例精选 [M]. 2 版. 北京 : 清华大学出版社, 作者简介杨丽 (990-), 女, 硕士研究生, 主要从事电力系统安全稳定与控制方面的研究 ( 上接第 55 页 ) [6] Solian MH, Solian H, Soori PK. Analysis of the dynaic behavior and LVRT capability of a DFIG using SDBR during grid disturbances[c]//ieee GCC Conference and exhibition. Doha, Qatar, 203: [7] OKEDY K E, MUYEEN S M, TAKAGASGU R, TAMURA J. Application of SDBR with DFIG to augent wind far fault ride through. in proc. 24th. Conf. Electrical Machines and systes (IEEE-ICEMS), Beijing, China, Aug, 20, vol [8] 薛安成, 陈进美, 毕天姝, 等. 基于电流补偿策略的 DFIG 系统低电压穿越研究 [J]. 电力系统保护与控制, 202, 40(20): 3-9. [9] 郭家虎, 张鲁华, 蔡旭. 双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护 [J]. 电力系统保护与控制, 200, 38(6): 40-44, 48. [0] Causebroo A, Atinson D J, Jac A G. Fault ridethrough of large wind fars using series dynaic braing resistors (March 2007)[J]. IEEE Transactions on Power Systes, 2007, 22(3): [] 汤凡, 刘天琪, 李兴源. 通过串联制动电阻改善恒速异步发电机风电场的暂态稳定性 [J]. 电网技术, 200, 34(4): [2] 李辉, 付博, 杨超, 等. 双馈风电机组低电压穿越的无功电流分配及控制策略改进 [J]. 中国电机工程学报, 202, 32(22): 24-3, 22. 作者简介张梅 (990-), 女, 硕士研究生, 研究方向为为风力发电相关技术研究 206 年第 6 期 6