【精彩论文】基于控制功效受损模式的大型稳控系统可靠性评估

戳蓝字“中国电力”关注我们哦！

李碧君，董希建，颜云松

南瑞集团有限公司

(国网电力科学研究院有限公司)

引文信息

李碧君, 董希建, 颜云松, 等. 基于控制功效受损模式的大型稳控系统可靠性评估[J]. 中国电力, 2020, 53(5): 32-38.

LI Bijun, DONG Xijian, YAN Yunsong, et al. Reliability assessment of large scale security and stability control system based on control efficacy reduction mode[J]. Electric Power, 2020, 53(5): 32-38.

研究背景

安全稳定紧急控制系统（简称稳控系统）是电网安全稳定综合防御体系中的重要构成部分之一，国际上类似系统称为SPS、RAS或SIPS。源网荷的广泛交互发展给电网特性带来了新的显著变化，对稳控系统的控制措施、时效性、可靠性及适应性等方面提出了新的更高要求。目前稳控系统的可靠性及其风险备受业界关注，但大型稳控系统具有广域分布、控制层级多、装置构成组件多和通信网络化等特点，常用的误动率、拒动率和失效率等可靠性评估指标过于笼统，难以深入细致地反映稳控系统可靠性水平。定义基于控制功效受损模式的可靠性指标，可用于大型稳控系统可靠性评估，能为提升稳控系统可靠性水平提供重要依据。

论文所解决的问题及意义

针对常用的误动率、拒动率等可靠性评估指标难以深入细致反映稳控系统可靠性的问题，文章定义基于控制功效受损模式的可靠性指标，可用于研究稳控系统的架构、配置、运行模式和核心功能等因素对可靠性的影响，主要优势有：

（1）基于稳控系统的构成，对局部异常形态和不同控制功效受损模式进行分类与评估，提出了基于控制功效受损模式的可靠性指标；

（2）通过建立预想局部异常集，分析局部异常导致的控制功效受损模式及其出现的概率，可进行稳控系统可靠性量化评估，指标清晰，计算简单，评估范围灵活；

（3）基于控制功效受损的可靠性评估方法，对不同受损模式进行分类与评估，提取局部异常对大型稳控系统影响的特征，提出主导因素，发现薄弱环节。

论文重点内容

稳控系统是由两个及以上厂站的安全稳定控制装置通过通信设备联络构成的系统，主要通过实时监测电网发生故障或扰动，搜索控制策略表，实现区域或更大范围的电力系统的稳定控制。其控制功能失效或控制性能降低（简称为控制功效受损）是稳控系统可靠性降低的表现形式，稳控系统局部异常是其主要原因。

本文基于稳控系统的构成，对局部异常的形态进行分类，局部异常的形态主要有厂站级稳控装置异常、站内单套稳控装置异常、装置内部模件或通信异常、两个装置间通道异常等。然后从工程应用的视角，对稳控系统控制功效受损模式进行分类，主要包括核心功能保全，辅助性功能受损、控制精准性降低、控制时效性降低、控制效果不可接受、拒动、误动等。并进一步提出基于控制功效受损模式的稳控系统可靠性指标，该指标不局限于失效率，能体现其在规定时间内按预期性能完成预期功能的整体情况，而且能反映局部异常导致某些功能受损和某些性能指标降低等各类情况的深层次详细信息，其核心是以稳控系统各类控制功效受损模式出现的概率作为可靠性量化指标。

基于控制功效受损模式进行稳控系统可靠性评估，首先要根据评估目的确定分析范围：包括①选取进行稳控系统可靠性评估的控制功效受损模式，②明确要分析稳控系统局部异常的形态与范围。然后通过生成预想局部异常集，分析局部异常导致的控制功效受损模式及其出现的概率，进行稳控系统可靠性评估。

对预想异常CA_j,k,l，其导致的控制功效受损模式i发生的概率PM_j,k,l，可示为PM_i,j,k,l=PCA_j,k,l*PMI_i，式中PCA_j,k,l为预想异常CA_j,k,l发生的概率；PMI_i为该控制功效受损模式对应的功能需要发挥作用的概率。在得到各个预想异常下各个控制功效受损模式的可靠性指标PM_i,j,k,l，根据应用需要进行可靠性指标的分析统计。

基于控制功效受损模式的稳控系统可靠性评估具有以下特点：（1）指标内容丰富，意义清晰、明了，既有稳控系统可靠性的整体信息，也有具体的各厂站、各种异常引起的各类控制功效受损模式出现概率情况的信息。（2）可靠性指标计算方法简单，仅需将预想异常发生概率与相应的控制功效受损模式对应的功能需要发挥作用的概率相乘，就可得到可靠性信息。（3）可靠性评估内容与范围可结合稳控设备异常概率、稳控系统功能、装置配置和运行模式等基础信息。

研究结论

基于控制功效受损模式的可靠性指标与评估方法，可进行大型复杂稳控系统可靠性量化评估，指标含义清晰，计算方法简单，评估内容与范围灵活。对不同受损模式进行分类与评估，可提取反映局部异常对大型稳控系统影响的特征，既能提供满足工程应用要求的整体可靠性信息，还蕴含有关控制功效受损模式及其影响的主导因素，为发现薄弱环节，继而提升稳控系统可靠性水平提供指引。

主要作者介绍

第一作者：李碧君(1966—)，男，通信作者，博士，研究员级高工，研究方向为电力系统安全稳定分析与控制。

E-mail: [e-mail]。

第二作者：董希建(1982—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向为电力系统安全稳定控制。

E-mail: [e-mail]。

团队介绍

南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司“电网安全运行风险量化分析与协调控制技术”攻关团队是目前国内乃至国际上专门从事电网安全稳定技术研究最具实力的技术队伍。该团队是一支由院士领衔200多人的电力系统安全稳定分析与控制领域专业团队，是唯一从事电网安全运行风险量化分析与协调控制技术研究的攻关团队，也是国网公司重点实验室“电力系统安全稳定分析与控制实验室”和国家重点实验室“智能电网保护和运行控制”安全稳定技术研究室的挂靠单位，被国家电网有限公司命名为“电网安全运行风险量化分析与协调控制技术科技攻关团队”。该团队在大规模水、火电、新能源并网，特高压交直流混联电网安全稳定量化分析、调度端在线综合防御、厂站端实时控制等方面积累了丰富的工程实践经验，并培养了与此相关的一大批研究人员。已形成“方案设计、技术研究、产品研发、实验验证、工程实施、运维服务”为一体化的完整业务链条，在实时控制技术方面拥有SCS-500、SSP-500系列安全稳定控制装置，可实现变电站、发电厂安全稳定控制、频率电压紧急控制、解列、备自投等功能，是专门服务于各类电网安全稳定控制系统装置研发、工程测试及现场投运最具实力队伍。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：许晓艳

声明

根据国家版权局最新规定，纸媒、网站、微博、微信公众号转载、摘编《中国电力》编辑部的作品，转载时要包含本微信号名称、二维码等关键信息，在文首注明《中国电力》原创。个人请按本微信原文转发、分享。欢迎大家转载分享。

关于我们

     联系电话:   [phone]（编辑）                      010-66603801（发行）                      010-66603587（传真）        邮    箱:  [e-mail]        网    址：www.chinapower.org

     官方微信号：ELECTRIC-POWER

        主办单位：国网能源研究院有限公司

                              中国电机工程学会

                     全球能源互联网研究院有限公司