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user: 5. 电力紧急控制与通信三道防线的协调与优化 5.1. 电力紧急控制与通信系统的协调算法 电力紧急控制与通信系统三道防线的协调流程如图2所示。上部是电力紧急控制策略的计算框图，中间部分是电力紧急控制和通信预防控制、紧急控制及校正恢复之间的数据交互，下部为通信预防控制、紧急控制和校正控制。通信紧急控制部分需要针对通信的实际状态进行校核通信紧急控制策略是否满足电网提出的控制要求。 电网紧急控制部分有6种控制策略，包括通信基态下的电网离线策略A1、考虑通信紧急控制措施或失效的离线策略A2、基于A1的在线策略A3、基于A2的在线追加策略A4、考虑通信紧急控制失效电网次优在线策略A5和考虑通信校正恢复控制的在线策略A6。其中A5由于不采用通信紧急控制措施有可能需要改变控制对象，从而增加控制成本；而A6采用通信校正控制可能增加通信延时或增加通信设备导致控制成本增加，因此在线策略A5和在线策略A6之间由于控制成本有差异，需要进行协调优化控制。 A4是针对电力和通信组合故障的控制策略，其假设条件是针对通信故障的通信紧急控制措施能够成功实施。若通信紧急控制措施失效，那么A4的电网紧急控制措施就可能无法实现，或无法达到预期的控制目标。此时有两种选择：一是不采取通信的校正控制，而采用电网的次优控制措施作为新的控制措施(称为A5)；二是通信系统采用校正控制来恢复相关通道，并基于通道的新的状态(延时、联通等状态)决定新的控制措施(称为A6)。 制定策略A5时，由于通信失效，某些最优控制对象可能无法进行控制，所以会选择一些次优的控制对象来代替，从而会增加相应的控制成本。而考虑通信校正恢复控制的在线策略A6，由于通信系统进入到校正控制阶段，将会大大增加通信延时，因而会改变控制对象的控制效果，可能需要增加控制量，获改变控制对象，并且还有通信校正控制的成本，从而也会导致控制成本的增加。 考虑通信紧急控制失效电网次优的在线策略A5，和考虑通信校正恢复控制的在线策略A6的目标函数都是控制代价最小，在线策略A5和在线策略A6的目标函数分别如式(1)和式(2)所示： (1) (2) 其约束条件如式(3)所示： (3) 目标函数和约束条件中的公式说明如下： A5只包含电力控制代价，而A6除了电力控制代价，还包含通信校正控制措施的控制代价。 为控制对象的功率变化量，M为控制措施的总数量，K为与通信校正控制措施相关的通道数量， 为第j种电力控制措施的控制代价，而 为第l个采用通信校正控制措施的通道控制代价。 为采用通信校正控制通道的延时， 为通道的最大延时门槛值。 为控制后的暂态功角裕度， 为暂态功角裕度约束条件，其中 为暂态功角裕度门槛值。当计算A5时，由于通信状态不变，所以此式中不包括后面的时延部分。 =0为电网潮流方程约束。 在线策略A5和在线策略A6的计算思路与在线追加策略A4计算思路相类似，其工程计算流程分别如图3以及图4所示。 通过比较由上式得到的A5和A6的总的控制代价，可以选择代价小的控制措施，作为通信紧急控制措施失效情况下，针对电网和通信网组合故障的电网紧急控制策略。 5.2. 协调控制场景 本文采用的算例是含特高压的某省级电网，包括28个1000 kV节点，856个500 kV节点，6952个220 kV节点，和52个直流换流站。该省的电网停电防御系统，包括1个主站，5个子站和11个执行站。考虑的电力系统故障是某双回线路L在0 s发生三相短路故障，在100 ms保护动作，线路断开。 由原停电防御系统得到的控制策略如表1所示。其中A电厂有8台机组，#1至#3机组为250 MW， 图3. 考虑通信紧急控制失效的电网次优在线策略A5工程计算流程 图4. 考虑通信校正恢复控制的在线策略A6工程计算流程 Table 1 Combined fault of power and communicatio 组合故障序号 电力故障 通信信息故障 1 双回线L断开 链路K中断 2 双回线L断开 链路J中断 表1. 电力和通信信息组合故障 #4至#6机组为350 MW，#7机组和#8机组容量为600 MW；B电厂有6台机组，#5机组和#6机组容量为1000 MW，其余4台容量为300 MW；C电厂有2台机组，容量均为330 MW。 由于该电力故障的离线策略中需切除A、B、C电厂的机组，因而对从子站到上述三个执行站的通信信息通道由通信信息安全防御系统根据各通道中链路和SDH设备的可靠性，确定通信信息预想故障及对应的紧急控制措施，并筛选出需制定应对的紧急控制策略的电力/通信信息组合故障，如表1所示。 SDH通信网拓扑如图5所示，当链路K中断后，通信信息安全防御系统的紧急控制措施是切换到另一条链路，但使得子站到执行站A和B的延时增加5 ms。链路J中断后，由于没有备用链路，使得子站到执行站C的通信中断，发电厂C无法切机。 由通信信息安全防御系统传过来的考虑通信信息紧急控制措施后的各通道的延时如表2所示。 链路K中断后，若通信信息安全防御系统的通信紧急控制措施有效，系统会采取A2和A4的控制措施。而如果通信紧急控制措施失效，则如节5.1所述，系统会计算A5和A6两套控制措施，并比较选优。其中A5是不采取通信的校正控制措施，直接选取其它次优的电网控制措施作为紧急控制策略。而A6则考虑同时采用通信的校正控制，并在此基础上选取电力的紧急控制策略。在本算例的A6中，可利用通信校正控制的自动重路由措施来恢复子站到执行站A和B的通信链路，可分为仅恢复子站到执行站A、仅恢复子站到执行站B和同时恢复子站到执行站A和B三种情况，假设通信重路由的恢复时间为200 ms。 5.3. 算例分析 A5及三种通信恢复控制场景下的A6，如表3所示。 在表3中，当采用的控制措施无法保证系统稳定时，则控制容量定义为无穷大。在本算例中，A电厂的机组对系统稳定至关重要，如果子站到A电厂的通道中断，则在本文的电力预想故障下，系统必暂 图5. SDH通信网拓扑图 Table 2 Time delay for tripping off generators after adopting emergency control for communication failure (ms 通信信息故障 A电厂 B电厂 C电厂 链路K中断 178.50 175.85 170.83 链路J中断 173.50 170.85 中断 表2. 通信信息故障采取紧急控制措施后控制对象切机延时(ms) Table 3 The power emergency control strategy for communication emergency control failur 紧急控制策略 A5 电力紧急控制措施 控制容量(MW) 控制后暂态功角稳定裕度 A5：仅切C电厂的所有机组 也无法使系统稳定 无穷大 失稳 紧急控制策略A6 通信校正控制 电力紧急控制措施 控制容量(MW) 控制后暂态功角稳定裕度 通信校正控制仅恢复A电厂通道 (重路由时间200 ms) A6：切除A电厂所有机组和C电厂2台机组 3860 16.65 通信校正控制仅恢复B电厂通道 (重路由时间200 ms) A6：仅切B电厂和C电厂的 所有机组也无法使系统稳定 无穷大 失稳 通信校正控制同时恢复A电厂 和B电厂通道 (重路由时间200 ms) A6：切A电厂#1，5，6，7，8机组 切B电厂#5机组 切C电厂#1机组 3480 60.81 表3. 通信紧急控制措施失效情况下的电力紧急控制策略 态失稳。因而A5达不到使系统保持稳定的目的。类似的，在A6中，如果通信的校正控制只是恢复B电厂的通信通道，电厂A无法控制，A6也达不到使系统保持稳定的目的。对比通信校正控制措施仅恢复A电厂和同时恢复A电厂和B电厂两种情况可知，通信校正控制措施恢复两个通道比仅恢复一个通道效果要好得多(3480 MW < 3860 MW， 60.81 > 16.65)。通信重路由的恢复控制代价主要为增加子站到执行站的通道，这些通道一般在电网规划阶段就已经设计好，假设本算例中增加一个通道的平均成本为10万元，则相对于切除380万的机组还是相当划算的(考虑通信校正控制措施仅发生一次控制失效的情况，如果多次发生则效果更明显)；而如果不采用通信校正控制措施恢复A电厂通道，则有可能导致系统失稳。综上所示，通信系统校正控制可在电力紧急控制中起重要的支撑作用。