摘 要】 以区域性电网为研究对象，计算表明，对该区域电网实施暂态稳定控制是十分必要的。根据电网结构的特殊性提出了分散与集中相结合的控制方案。利用故障时功率突变量ΔP作为动作判据，原理简单，容易实施。
1 引言
本文所研究的区域性电网电源装机容量较大，由于外送功率较多，因而系统稳定性比较差。计算表明在多数潮流方式下，电网发生三相短路均会破坏系统稳定，因而配置系统安全稳定控制装置是十分必要的。由于结构特殊，该电网具有明显的区域性特征。此处所谓区域性特征是指该局部电力系统由多个电源节点构成，当系统发生故障时，这些电源节点相互影响，具有较强的相关性。该区域电力系统的稳定状况，往往由这些电源的集合行为决定。对于这样的系统，其安全稳定控制，需综合考虑这些电源的运行状态，因而往往需要大量的远方信息传递。这样就使得区域性电力系统的安全稳定控制，尤其是如何保证全套装置动作的可靠性相当复杂。
为研究区域性电力系统的稳定控制模式，提高稳定控制系统的可靠性，我们对控制系统进行了详细的分析，确定控制系统所需"站"的设置，以及这些"站"与"站"之间、"站"与其控制对象的关系。经过多方案比较，推荐分散与集中相结合的稳定控制方案。该方案各站点控制策略相对简单，远传信息量少，从而提高了整个控制系统的安全性和可靠性。并且，本方案还可以通过定值的调整变为简单分散式的控制模式。
2 系统简述
该电网以500kV和220kV电压等级为主，图1绘出了500kV系统的接线，其中A、B为发电厂，C、D为变电所。变电所C是该区域电网的重要枢纽，受地理条件限制，电厂A、B的500kV送出线路都在此集中后再转送出去，正是这样的电网结构决定了该区域电网的特殊性。
3 功角稳定及其控制原理
3.1 计算结论及其分析
稳定计算结果概括如下：
(1)220kV线路故障不会破坏系统稳定。
(2)电厂A、B出线发生三相短路、变电所C出线发生三相短路都会导致系统失去稳定，在不利的情况下，变电所C出线发生两相短路也会导致系统失稳。
(3)该区域电网各电源的稳定性相互影响，具有较强的相关性。
(4)由于电网结构的特殊性，电厂出线远端故障要比近端故障严重，如变电所C附近的500kV线路故障对系统稳定的破坏要更严重一些。但在电厂处感受的故障严重程度却相反。故障严重程度可以故障时功率突变量ΔP来衡量，以线路2为例，当故障发生在电厂A出口时，ΔPA很大；当故障发生在变电所C附近时，虽然ΔPA减小，但由于对电厂B的影响明显增大，使破坏系统稳定性的综合作用增大，其稳定状况水平要更差一些。
(5)由于电厂A、B的总装机容量以及单机容量都很大，是该地区的主力发电厂，因而对该区域系统的稳定起主导作用。
3.2 "ΔP"判据原理从系统稳定分析的角度来看，系统故障的严重程度可以用故障过程中的加速能量来衡量。假设故障切除时间是固定的，那么故障瞬间的功率突变量ΔP值越大，其加速能量越大，那么系统也将会越容易失去稳定。因此我们利用故障瞬间的ΔP值(或∑ΔP)的大小来作为动作判据(简称ΔP判据)。"ΔP"判据原理简单，容易实现，特别是由于"ΔP"与系统稳定水平具有单调的数学关系［1］，因而准确可靠。对于上节提到的"ΔPA减小，但其稳定状况要更差一些"的现象，可以解释如下，ΔPA只是电厂A的功率突变量，由于该电网的稳定水平不仅与A厂有关，与B厂以及区域内的其他电源也有较强的关联，所以应考虑总体的ΔP，若从变电所C处测量，则ΔPC与区域系统的稳定水平仍然具有简单的数学关系。
目前常规的稳定控制策略，往往要判断"故障类型"，如单相故障或多相故障，但在许多系统中，仅靠"故障类型"是不能准确判断故障严重程度的。以图2所示的单机无穷大系统为例，线路出口K1处的两相接地故障可能比线路中点K2处的三相短路还严重。因此，在判断"故障类型"的同时，还必须确切地知道"故障地点"，这样一来将使策略表变得十分复杂。
如不考虑"故障地点"，则策略表显得过于粗略，若控制策略为"三相短路动作，两相接地不动作"，就会出现"该动不动，不该动而误动"的后果。
采用"ΔP"判据，就不会出现这种情况，由于ΔP与系统稳定水平具有简单的数学关系，只要ΔP值超过定值就动作，而不必区分系统故障发生在线路出口还是中间，也不必区分是三相短路还是其他故障。从而可以大大简化控制策略表。
4 控制模式研究
目前国内在区域性电网的稳定控制方面进行了许多有益的尝试，也积累了许多经验。区域性电力系统的安全稳定控制，往往需要考虑系统内多个电源的运行状态，因而需要大量的远方信息传递。这样就使得区域性电力系统的安全稳定控制，尤其是如何保证全套装置动作的可靠性相当复杂。为提高整个控制系统的可靠性，针对本电网的实际情况，在研究控制模式时，确定了"决策功能宜分散，且以本地信息为主，尽可能减少远方信息传递"的原则。
根据稳定计算分析，在电厂A、B以及变电所C、D配置相应的稳定控制装置是必要的，又因为电厂A、B对该区域系统的稳定起主导作用，所以上述配置也是能够满足需要的。根据各站控制装置的作用范围，以及各站之间的相互关系，我们拟定如下三种控制方案。
4.1 方案Ⅰ--集中式控制方案
这种控制方案中，变电所C为主站，其余为子站，主站与子站之间是完全的"主从"关系。
各站功能如下：
主站C 负责测量送出断面及各500kV线路的正常潮流、故障时送出断面的功率突变量ΔP、故障元件，接收各子站的稳态潮流信息及故障信息，可以根据预置的"策略表"或实时计算，快速预测系统的稳定情况，并决定相应控制措施，然后向电厂A、B子站发送控制命令。
子站A、B 故障前需将各自的运行状态(有功出力、无功出力)送到主站C，在故障瞬间需迅速判断各自出线是否故障，同时把故障信息(故障元件、故障时的ΔP)快速传递至主站，同时接收并执行主站的控制命令。
变电所D子站 只需把故障信息(故障元件、故障时的ΔP)快速传递至主站。
4.2 方案Ⅱ--分散式控制方案
这种控制方案中，以电厂A、B的控制装置为主，变电所C、D为子站，子站只向主站传送信息，主站仅做就地控制。各站功能如下：
A、B两站 正常运行时测量出线的潮流大小，同时接收C站的潮流信息，出线故障时，就地检测本电厂的ΔP，进行稳定预测及控制；远方线路故障时，根据C站送出线路潮流及故障线路信息，结合就地检测的ΔP，进行稳定预测及控制。
C站 检测正常时的断面送出潮流及故障时的故障元件，并将潮流及故障信息传送至A、B两站。
D站 只向A站传送故障元件信息。
4.3 方案Ⅲ--分散与集中相结合式控制方案
将以上两种方案结合起来，得到分散与集中相结合式的控制方案。各站功能如下：
C站 负责测量本变电所所有500kV出线的正常潮流、故障时故障元件、送出线路的功率突变量之和ΔP，不需要知道其他各站的信息，只需根据就地检测的信息(500kV线路潮流、断面功率突变量之和ΔP)进行决策，决定相应的控制措施，然后向电厂A、B发送相应的控制命令。
A、B站 当电厂出线故障时，根据就地信息进行决策发布控制命令；其他线路故障时，则执行变电所C站远传的命令进行控制。A站还接收D站传送的故障元件信息，结合就地信息判别是否需要进行控制。
D站 检测故障元件，并向电厂A传送故障元件信息。
4.4 方案比较
集中式方案中，主站确定控制策略时需要远方信息，控制命令也在远方执行，需要双向传递信息，因此对通道的依赖性很强。既需要传送稳态信息，也需要传送故障时的暂态信息。另外，由于决策均集中在主站，因而主站C的"决策表"将非常复杂。
分散式方案中，主站确定控制策略时也需要远方信息，但控制命令就地执行，只需要单向传送信息，但仍需要传送稳态信息和暂态信息。如前所述，由于电网结构的特殊性，在电厂出线末端故障时，稳定水平比线路出口故障低，但电厂感受的ΔP却要轻，因此为照顾这种情况，分散式方案就必须按较小的ΔP进行整定控制，从而在某些情况下会产生过控问题。
结合式方案中，各控制站确定控制策略时不需要远方信息，但C站的控制命令需远方执行。
该方案只需单向传送信息，并且只需要传送控制命令信息。由于各站进行决策时，只依靠当地的信息量，因而"决策表"将相对简单。
综合比较各类方案，分散与集中相结合控制方式，各站控制决策相互独立，远传信息最少，且仅为开关量信息。并且一旦变电所C出现异常情况退出后，电厂可以通过修改定值，变为简单的分散式控制模式。因此推荐采用结合式控制方案，装置配置详情见图3。
5 结束语
(1)本文根据加速能量的概念，提出了以故障瞬间有功功率突变量"ΔP"为稳定判据的原理。由于ΔP与系统稳定水平具有单调的数学关系，因而准确可靠。
(2)针对所研究的区域性是系统，本文提出了集中式、分散式、集中与分散相结合式三种安全稳定控制方案，经比较建议采用分散与集中相结合式的稳定控制方案。该方案中，各个"控制站"决策独立，功能相对简单，远传信息量最少。