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摘要：介绍了巴西3.21大停电的事故原因、后果和启示，分析了电力系统稳定控制技术现状，提出了稳定控制整体解决方案。最后，展望了稳定控制技术的发展趋势。
关键词：稳定控制;三道防线;在线实时;能量平衡
1 巴西3.21大停电的启示
2018年3月21日15：48，巴西发生大停电事故，损失负荷1976万kW，占全国负荷的25%。
事故原因为：定值误整定造成断路器过负荷跳闸，引起交流母线失压，进而造成美一直流双极停运，在交流母线失压情况下，稳控装置认为切机信号无效，美丽山水电站机组因自身保护而切除。
事故造成北部和东北部电网解列，南部、东南部以及中西部电网因低频策略动作而切负荷。最终损失负荷是事故前美一直流输送功率的5倍。
此次事故启示我们：（1）重视稳控系统、低频低压减载、高周切机、振荡解列方案的研究和三道防线的建设;（2）研究在线实时稳定控制系统，解决稳控策略失配问题。
2 稳定控制技术的现状
电力系统稳定控制是指为防止电力系统由于扰动而发生稳定破坏、运行参数严重超出规定范围，以及事故进一步扩大引起大范围停电而进行的紧急控制，构成了电力系统的第二道防线和第三道防线。
电力系统稳定控制的类型包括暂态稳定控制、动态稳定控制、电压稳定控制、频率稳定控制和过负荷控制。
根据策略实现方式采取技术路线的不同，稳定控制系统分为如下三类：
（1）技术人员采用离线仿真软件工具（如BPA、PSASP等）开展大量的仿真计算，通过分析、归纳、总结，形成包含运行方式、故障元件、故障类型、稳定控制措施、定值等关键字段的策略表，交由稳控装置设备厂家开发人员编程（或配置）实现。实际运行时，通过判断运行方式、故障元件和类型，实时匹配离线策略表，找到相应的控制措施，并动作出口。
基于离线策略表的稳定控制系统已得到了大量应用，技术最成熟，是目前的主流实现方式。但这类稳定控制系统存在离线工作量大，控制措施的过量或欠量受策略制定技术人员的经验和性格影响，在实际运行中存在策略失配的问题。
（2）基于在线预决策的稳定控制系统：在线预决策系统定周期（典型时间取5分钟）地从数据采集与监控系统（SCADA）获得电网运行状态数据，基于预想故障集，开展在当前运行方式下的稳定性评估，对于失稳的情形，搜索控制措施集，形成稳控策略表，刷新现场稳控装置中存储的策略表或定值。
基于在线预决策的稳定控制系统可以明显提升稳控策略的精度，降低策略失配的概率，减少人工计算工作量。目前，这类稳定控制系统多应用于对调度运行人员提示告警、辅助决策，也有个别工程项目实际刷新了现场稳控装置中存储的策略表。对于多重故障、连锁故障或其它电力系统运行状态持续快速变化的情形，仍存在策略失配的问题。
（3）基于在线实时决策的稳定控制系统：在线实时决策系统定周期（典型时间取5秒钟）地从现场稳控装置、SCADA获得电网运行状态生数据，开展状态估计，形成当前运行方式。现场稳控装置实时判断故障信息，立即上送在线实時决策系统，触发超实时仿真计算和稳定性综合评估，对于预测失稳的情形，制定控制措施，下发至现场稳控装置执行出口。
基于在线实时决策的稳定控制系统不依赖于策略表，理论上不存在失配问题，但对计算和通讯的实时性要求极高，目前技术条件下，实际应用于大电网存在一定的难度。
3 稳定控制整体解决方案
电力系统稳定控制整体解决方案如图1所示，具体包括如下五类产品和服务：
（1）控制装置
SSC 510U安全稳定控制装置通过通信互联组成安全稳定控制系统，防止电网在大扰动后失稳。
SSE 520U频率电压紧急控制装置，防止系统频率或电压崩溃。
SSD 540U失步解列装置在电力系统失去同步时，在预定的适当地点有计划地进行解列，防止事故扩大。
（2）稳控集中管理系统
SPMS-5000稳控集中管理系统为现场稳控装置的远程维护、管理和数据的共享、动作的分析等提供有效手段，实现调度中心对稳控系统的统一监视和集中管理。稳控集中管理系统在电网正常运行时，监视稳控装置的各种运行状态信息;在电网发生故障、稳控系统动作时，能够快速高效地采集稳控装置的动作报告、录波波形。稳控集中管理系统可应用于各种规模的电网稳控装置的信息管理，为运行人员对稳控装置的运行行为分析和现代化运行管理提供必要的支持，为电网调度人员安全、准确、迅速地处理电网事故提供信息支持和决策参考。
（3）在线实时稳定控制系统
SPORS-5100在线实时稳定控制系统利用稳控装置、RTU采集数据，获得电网的实时运行状态和故障信息，基于超实时仿真技术及优化算法在线进行电网稳定控制决策，完成电网安全稳定的综合评估和稳控策略的在线刷新，实现精确的闭环自适应稳定控制。
在线实时稳定控制系统的架构如图2所示，包括在线决策服务器、维护工作站、网络交换机、通信接口装置和稳控装置。稳控装置采集的电网运行状态信息通过电以太网以秒级时间周期上送，采集的故障信息通过光纤以毫秒级时间立即上送。
在线实时稳定控制系统突出优势包含以下五个方面：
① 实现了“实时决策、实时控制”，消除了稳控系统策略失配的问题。
② 可显著降低切机切负荷量，提高经济效益。
③ 由于相继故障、连锁故障的不可预测性，其相应稳控策略的制定一直是离线预决策系统和在线预决策系统无法解决的难题，在线实时决策系统可以很好的解决这一问题。
④ 通过离线预决策、在线预决策和在线实时决策三种决策方式的协调配合，可进一步提高稳控系统的可靠性。
⑤ 可根据稳控装置运行状态、通道状态，自适应调整控制措施。
（4）能量平衡控制系统
在一次设备方面选用调压阀组和电极锅炉（或相变储热锅炉），在二次系统方面采用镜像功率跟踪、调频功率补偿的核心算法，快速平抑冲击负荷或新能源出力波动对电力系统的不利影响。
基于相变储热的能量平衡控制系统架构如图3所示。
（5）电力系统分析咨询
对整个电力系统运行中可能出现的各种状态进行分析，为电力系统的方式安排和安全运行提供决策依据。规划设计合理的电网结构，提出优化的电源、负荷接入系统方案。解决制约电网发展的技术难题，支撑和服务电网的安全、稳定、经济运行。
4 结论与展望
在线实时稳定控制系统在独立局域电网、企业自备电网、微电网等小规模电网中的应用前景广阔。在线实时稳定控制系统的研制成果及其在小规模电网中的工程应用，为在大电网的推广应用奠定了基础，未来可在如下方面展开深入研究：
（1）采用动态等值技术，缩小电网计算规模。
（2）采用并行计算技术，同时进行多个故障的暂态稳定仿真（粗颗粒）、暂态稳定仿真空间并行算法（细颗粒）。
（3）采用基于数值积分法灵敏度的快速紧急控制决策算法，该算法已应用于大电网在线预决策系统，计算速度还需再提高。
（4）电力系统特性自学习，根据真实事故，修正数学模型;平时分析系统稳定特性，减少临时计算工作量。
未来需研究充分利用可控型设备丰富稳控措施，例如电力电子技术（电子负荷）、储能技术、V2G（车网互动）参与频率电压紧急响应等。
作者简介
宋世伟（1975- ），男，山东聊城人，工程师，主要从事电力系统运行、控制及管理工作。
关键词：稳定控制;三道防线;在线实时;能量平衡
1 巴西3.21大停电的启示
2018年3月21日15：48，巴西发生大停电事故，损失负荷1976万kW，占全国负荷的25%。
事故原因为：定值误整定造成断路器过负荷跳闸，引起交流母线失压，进而造成美一直流双极停运，在交流母线失压情况下，稳控装置认为切机信号无效，美丽山水电站机组因自身保护而切除。
事故造成北部和东北部电网解列，南部、东南部以及中西部电网因低频策略动作而切负荷。最终损失负荷是事故前美一直流输送功率的5倍。
此次事故启示我们：（1）重视稳控系统、低频低压减载、高周切机、振荡解列方案的研究和三道防线的建设;（2）研究在线实时稳定控制系统，解决稳控策略失配问题。
2 稳定控制技术的现状
电力系统稳定控制是指为防止电力系统由于扰动而发生稳定破坏、运行参数严重超出规定范围，以及事故进一步扩大引起大范围停电而进行的紧急控制，构成了电力系统的第二道防线和第三道防线。
电力系统稳定控制的类型包括暂态稳定控制、动态稳定控制、电压稳定控制、频率稳定控制和过负荷控制。
根据策略实现方式采取技术路线的不同，稳定控制系统分为如下三类：
（1）技术人员采用离线仿真软件工具（如BPA、PSASP等）开展大量的仿真计算，通过分析、归纳、总结，形成包含运行方式、故障元件、故障类型、稳定控制措施、定值等关键字段的策略表，交由稳控装置设备厂家开发人员编程（或配置）实现。实际运行时，通过判断运行方式、故障元件和类型，实时匹配离线策略表，找到相应的控制措施，并动作出口。
基于离线策略表的稳定控制系统已得到了大量应用，技术最成熟，是目前的主流实现方式。但这类稳定控制系统存在离线工作量大，控制措施的过量或欠量受策略制定技术人员的经验和性格影响，在实际运行中存在策略失配的问题。
（2）基于在线预决策的稳定控制系统：在线预决策系统定周期（典型时间取5分钟）地从数据采集与监控系统（SCADA）获得电网运行状态数据，基于预想故障集，开展在当前运行方式下的稳定性评估，对于失稳的情形，搜索控制措施集，形成稳控策略表，刷新现场稳控装置中存储的策略表或定值。
基于在线预决策的稳定控制系统可以明显提升稳控策略的精度，降低策略失配的概率，减少人工计算工作量。目前，这类稳定控制系统多应用于对调度运行人员提示告警、辅助决策，也有个别工程项目实际刷新了现场稳控装置中存储的策略表。对于多重故障、连锁故障或其它电力系统运行状态持续快速变化的情形，仍存在策略失配的问题。
（3）基于在线实时决策的稳定控制系统：在线实时决策系统定周期（典型时间取5秒钟）地从现场稳控装置、SCADA获得电网运行状态生数据，开展状态估计，形成当前运行方式。现场稳控装置实时判断故障信息，立即上送在线实時决策系统，触发超实时仿真计算和稳定性综合评估，对于预测失稳的情形，制定控制措施，下发至现场稳控装置执行出口。
基于在线实时决策的稳定控制系统不依赖于策略表，理论上不存在失配问题，但对计算和通讯的实时性要求极高，目前技术条件下，实际应用于大电网存在一定的难度。
3 稳定控制整体解决方案
电力系统稳定控制整体解决方案如图1所示，具体包括如下五类产品和服务：
（1）控制装置
SSC 510U安全稳定控制装置通过通信互联组成安全稳定控制系统，防止电网在大扰动后失稳。
SSE 520U频率电压紧急控制装置，防止系统频率或电压崩溃。
SSD 540U失步解列装置在电力系统失去同步时，在预定的适当地点有计划地进行解列，防止事故扩大。
（2）稳控集中管理系统
SPMS-5000稳控集中管理系统为现场稳控装置的远程维护、管理和数据的共享、动作的分析等提供有效手段，实现调度中心对稳控系统的统一监视和集中管理。稳控集中管理系统在电网正常运行时，监视稳控装置的各种运行状态信息;在电网发生故障、稳控系统动作时，能够快速高效地采集稳控装置的动作报告、录波波形。稳控集中管理系统可应用于各种规模的电网稳控装置的信息管理，为运行人员对稳控装置的运行行为分析和现代化运行管理提供必要的支持，为电网调度人员安全、准确、迅速地处理电网事故提供信息支持和决策参考。
（3）在线实时稳定控制系统
SPORS-5100在线实时稳定控制系统利用稳控装置、RTU采集数据，获得电网的实时运行状态和故障信息，基于超实时仿真技术及优化算法在线进行电网稳定控制决策，完成电网安全稳定的综合评估和稳控策略的在线刷新，实现精确的闭环自适应稳定控制。
在线实时稳定控制系统的架构如图2所示，包括在线决策服务器、维护工作站、网络交换机、通信接口装置和稳控装置。稳控装置采集的电网运行状态信息通过电以太网以秒级时间周期上送，采集的故障信息通过光纤以毫秒级时间立即上送。
在线实时稳定控制系统突出优势包含以下五个方面：
① 实现了“实时决策、实时控制”，消除了稳控系统策略失配的问题。
② 可显著降低切机切负荷量，提高经济效益。
③ 由于相继故障、连锁故障的不可预测性，其相应稳控策略的制定一直是离线预决策系统和在线预决策系统无法解决的难题，在线实时决策系统可以很好的解决这一问题。
④ 通过离线预决策、在线预决策和在线实时决策三种决策方式的协调配合，可进一步提高稳控系统的可靠性。
⑤ 可根据稳控装置运行状态、通道状态，自适应调整控制措施。
（4）能量平衡控制系统
在一次设备方面选用调压阀组和电极锅炉（或相变储热锅炉），在二次系统方面采用镜像功率跟踪、调频功率补偿的核心算法，快速平抑冲击负荷或新能源出力波动对电力系统的不利影响。
基于相变储热的能量平衡控制系统架构如图3所示。
（5）电力系统分析咨询
对整个电力系统运行中可能出现的各种状态进行分析，为电力系统的方式安排和安全运行提供决策依据。规划设计合理的电网结构，提出优化的电源、负荷接入系统方案。解决制约电网发展的技术难题，支撑和服务电网的安全、稳定、经济运行。
4 结论与展望
在线实时稳定控制系统在独立局域电网、企业自备电网、微电网等小规模电网中的应用前景广阔。在线实时稳定控制系统的研制成果及其在小规模电网中的工程应用，为在大电网的推广应用奠定了基础，未来可在如下方面展开深入研究：
（1）采用动态等值技术，缩小电网计算规模。
（2）采用并行计算技术，同时进行多个故障的暂态稳定仿真（粗颗粒）、暂态稳定仿真空间并行算法（细颗粒）。
（3）采用基于数值积分法灵敏度的快速紧急控制决策算法，该算法已应用于大电网在线预决策系统，计算速度还需再提高。
（4）电力系统特性自学习，根据真实事故，修正数学模型;平时分析系统稳定特性，减少临时计算工作量。
未来需研究充分利用可控型设备丰富稳控措施，例如电力电子技术（电子负荷）、储能技术、V2G（车网互动）参与频率电压紧急响应等。
作者简介
宋世伟（1975- ），男，山东聊城人，工程师，主要从事电力系统运行、控制及管理工作。