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電力穩定控制系統與通信系統的協調防禦

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電力穩定控制系統與通信系統的協調防禦

發布日期:2017-12-18 作者: 點擊:

電力穩定控制系統與通信系統的協調防禦


. 引言


電力“三道防線”通過不同的控制手段盡量降低故障造成的損失,通信三道防線[1]則是盡可能采用多種通信手段減少對電力系統的損失。由于電力三道防線一般會損失部分負荷,其控制代價較大;通信三道防線主要利用通信系統中已有的資源對破壞的通道進行修複或重組,相對電力損失而言控制代價較小。但是當通信系統遭受極端自然災害或惡意攻擊[2] [3] [4]等突發事件導緻電力通信中斷或需要臨時快速通信時,則需要采用應急通信車或衛星通信等應急通信[5] [6] [7] [8]措施時,則必須計及應急通信的控制代價。


傳統電力系統三道防線的控制均假設通信是正常的,當通信出現延時或中斷時,控制效果會大打折扣甚至完全失效[9] [10],因此需要分析通信系統影響電力系統的機理,找出兩個系統之間的勾連關系,然後對電力系統和通信系統進行綜合分析,最終尋優得到通信失效後的電力替代控制措施。


另外,電力系統搜索考慮通信系統影響的控制措施時,必須獲取通信系統的實時狀态(如電網的離線策略需要對通信規劃提出鍊路的延時、誤碼和中斷對應的需求,而通信系統的預防控制通過業務路徑規劃與網絡拓撲的優化,提供與電力離線策略密切相關的鍊路參數),因此電力系統和通信系統之間必須進行協調控制。


2. 電力穩定控制系統對通信系統的要求


電力通信網由于承載了繼電保護、安全穩定控制等重要業務,必須滿足以下 3 方面的要求[11]:1) 滿足各種電力業務對可靠性的要求;2) 正常情況下通信網絡中的任意 2 個網絡節點須保持至少 2 條獨立的物理路由的連通;3) 必須滿足 N-1 原則,盡量滿足 N-2 原則,即任意網絡節點失效斷開,應能保持電力業務的穩定運行,且不緻使其它節點發生通信質量劣化和通道阻塞,盡量保證在任意兩個網絡節點斷開時,不會影響其它節點的正常通信。


同時,穩定控制裝置的站間通信的強實時性,不僅要求電力通信網必須具備快速的響應能力,同時還需要具備高度的可靠性,以保證數據傳輸的準确性。區域穩定控制系統采用 SDH 通信網絡進行正常數據和控制命令的傳遞時,系統的整組動作時間一般控制在 200 ms 左右(主要解決系統暫态功角穩定問題)。其中,裝置故障判斷時間最長為 40 ms 左右(主要考慮到無故障跳閘延時确認的時間較長),裝置繼電器動作時間一般在 10 ms 左右,斷路器跳開時間在 80~120 ms 左右,而留給通信系統的延時隻有 35 ms 左右,考慮無故障跳閘僅需在一個廠站進行判斷,因此兩站之間通信的時間最長也就僅 20 ms 左右。


3. 通信系統對電力系統穩定控制影響的研究趨勢


國内外已有不少電力系統和通信系統的交互影響的研究。如文獻[12]和[13]基于直流連鎖故障模型和電力系統與通信系統的節點對應關系,建立了電力系統和通信系統的交互作用模型,研究電力系統大停電連鎖故障的機理;文獻[14]用電力與通信同步仿真平台 EPOCH 研究站間秒級的通信延時對低頻切負荷的影響;基于李雅普諾夫理論,文[15]建立了考慮通信異常的廣域測量系統控制模型等。


然而,對通信系統與電力穩定控制系統的協調防禦的研究,目前還較少,已有研究也主要集中在通信單個延時或固定延時對電力緊急控制的影響,還未見考慮整個通信系統對電力緊急控制影響的報道。由于通信系統中的多個通道通過交互電力系統的狀态和控制信息影響電力系統,不但通道間的延時不同,不同通道間的交互影響對電力緊急控制的影響也不一樣,因此計及通信系統風險的電力系統緊急控制風險評估,比單純的考慮通信固定延時或單個延時要複雜得多,其計算出的風險值也更接近工程實際。


4. 電力穩定控制系統和通信安全防禦系統協調控制的信息交互


電力系統三道防線和通信系統系統三道防線之間的協調控制策略,可以被實際應用在電力穩定控制系統和通信安全防禦系統的協調控制中。而實現兩系統間的協調控制,首先需要的就是兩個系統之間相關控制、工況等信息的交互。


通信安全防禦系統與電力穩定控制系統交互的信息主要包括通信安全防禦系統将存在風險業務路徑信息、電路的時延信息等内容實時傳送給電力穩定控制系統,為電網控制系統進行最優決策提供參考依據,同時通信安全防禦系統也接收電力穩定控制系統提供的可能影響通信管理或設備運行的外部環境信息和電網故障信息,為通信網故障預警分析和決策控制提供基礎數據和技術手段,并接收電網需要傳輸具體業務的端到端建立業務路徑的命令,以及其他電網三道防線與通信三道防線之間的協調控制輔助信息。


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