“作战地图”再升级
—南瑞成功研发国际首套应对自然灾害的电网防御系统
记者 汪骏原
电力系统的“作战地图”（WARMAP）大家并不陌生，这套由中国工程院院士薛禹胜领衔研发的用于综合防御偶然故障演化为电力灾难的系统，大幅度提高了电网应对复杂故障、防止灾难性事故的预警能力和协调控制能力，已应用在我国大部分区域电网和省级电网。如今，“作战地图”应对极端外部灾害的能力又有了更大提升。经过两年多的合作，南瑞集团与江西电网共同构建了国际上首套能自适应外部环境的电网安全稳定智能防御系统，并于2011年3月投入运行。
系统运行一年多以来，江西省电力公司的调度员杨峰深有感触：“作战地图”采集的信息更广、分析预警和辅助决策的能力更强。
系统前所未有地将外部自然环境纳入监视范围，使电网的“千里眼”具备了更广的视野，最重要的是，“大脑”也变得更加智能：系统能够根据自然灾害的信息预测设备故障概率，将预警目标从单故障风险扩展到群发故障风险，并在极端恶劣的环境下为调度决策提供支持。
江西自然灾害多发，冰灾、雷电、台风等极端外部灾害给电网安全稳定运行带来越来越严峻的考验，显著增加了掌控电网运行的难度。2008年1月, 50年未遇的雨雪冰冻恶劣天气使江西电网受灾面积超过80%，遭遇有史以来最严重的破坏。因此，构建能应对极端外部灾害的自适应外部环境状况的电网安全稳定防御体系，成为江西电网安全稳定运行的当务之急。
早在2007年，南瑞已经提出了极端外部灾害中的停电防御系统构想，迫切希望加快WARMAP深化应用研发的步伐。双方一拍即合。2009年，自适应外部环境的电网安全稳定智能防御系统的合作研发展开。
采集信息：“知己”更“知彼”
战争中知己知彼才能百战不殆。“围绕电网灾害这个‘假想敌’，我们不仅需要监控来自电力系统内部的故障和风险，做到‘知己’，更要把外部自然环境的变化纳入信息采集范围，在“知彼”的基础上有针对性地分析“敌情”，并作出连锁的预判，为快速、正确分析和应对电网故障创造条件。”南瑞电网安全稳定控制技术分公司的项目负责人王昊昊说。
“以前遇到台风或雷电等恶劣天气，我们都很紧张。因为只能看到线路和设备的状态，不了解外部自然环境的变化。现在通过可视化界面，天气情况、落雷区域、台风路径都一眼就看到，心里更有底了。”江西电力公司的杨峰说。
王昊昊告诉我们，系统最大的特点之一，就在于采集与可视化的范围从电力系统内部扩大到自然环境。台风、雷电、覆冰、山火……这些自然环境的变化都纳入了监视范围。
他打开了系统的可视化界面：“这是今年3月3日16：11分的系统图，在这片密集的落雷区域中间，显示出雷电故障风险较高的设备和厂站，并清晰地标明了它们所在的经、纬度。”把雷电定位系统采集的实时落雷信息接入安全稳定系统，并采用了智能可视化展现技术，调度人员坐在电脑前就能够看到落雷状况、落雷区域的线路、杆塔情况。除了雷电定位系统之外，气象信息、覆冰监测信息、电力设备设计参数和地理信息也接入了调度支持系统，并实现了与电网模型和实时工况的有机关联。
分析预警：绘制“进攻路线图”
监视外部环境还只是第一步，第二步就是要自动识别电网运行状态与外部环境的关联性，对外部环境变化可能引发的故障概率进行在线评估，形成预想故障集，对概率大的故障进行分析预警。
“如果不考虑外部环境因素，我们通常假设电网中所有设备出现故障的概率都是相同，在出现其中某一故障的情况下，系统能够自动计算可能带来的安全稳定问题并给出控制建议。但第二个故障、第三个故障会在哪里发生？凭经验几乎不可能预判和计算。考虑外部环境后，处于恶劣自然环境中的设备具有更高的故障概率，就可以把概率较大的故障案例自动增加到预想故障集，进行安全稳定的评估，并进行多种故障状况情况的连锁分析，再通过系统的仿真计算，进行安全稳定辅助决策分析。”王昊昊说。
对于调度预案中没有考虑到的台风、雷电、山火和覆冰等恶劣自然环境可能引起的电网多重故障，进行安全稳定分析以及连锁故障风险评估，能够极大提升调度运行人员在灾害环境下确保电网安全稳定运行的能力。这实际上相当于在敌人进攻前，就提前获知了他们将可能从哪几个方向进攻，兵力状况，行进速度，分析出几种可能的进攻路线，从而帮助调度人员提前制定好最优化的“作战方案”，进一步前移电网风险防御的防线。
辅助决策：提前制定“作战方案”
根据安全稳定评估结果或连锁故障的演化路径、可能后果的仿真计算，系统将给出最优化的辅助决策建议。
江西电网部分线路经过山火多发地区，山火导致的故障对电网安全运行构成了较大威胁。“比如2011年的某一天，智能防御系统预警山火引起220kV嘉金线及燕金线故障概率为0.036，系统根据分析的山火引发故障概率情况，自动在预想故障集中增加嘉金线与燕金线同时故障的案例，并进行安全稳定性的评估。”王昊昊指着系统界面解说道。系统显示，即使出现嘉金线和燕金线同时故障的情况，安全稳定的裕度仍然可以保持 28.7%，不需要采取控制措施。“这相当于‘小分队’的袭击，不用太紧张。”王昊昊说。
“如果预计到多股兵力压境，发生较为严重的群发性故障的概率较高，系统的辅助决策功能就会进一步发挥作用。比如给出调整机组出力的方案，调整负荷的方案，以代价最小的方式来控制若干种可能的故障模式。在极端自然灾害的情况下，甚至可能建议采取非常规的控制措施。比如主动把电网解列为几个独立运行的孤网。万一打不过，还要最大限度地保存革命实力。”王昊昊笑着说。
即使在孤网状态下，系统仍然可以监视每个孤网中电站出力、负荷等运行状态，为调度决策提供支持。
除了有效避免电网安全事故外，系统还能为电网经济运行提供技术支撑。系统的可视化界面能直观地显示灾害造成的风险设备和安全稳定评估结果，便于调度人员及时、准确地把握电网运行状态、相关的自然环境情况和电网安全稳定水平，对输电功率极限进行动态调整。系统应用一年多以来，提高了高峰时段的输电能力约10%，创造直接经济效益5.89亿元。项目取得的科技创新知识产权成果也同样令人瞩目，目前已申请国际发明专利1项，国内发明专利5项。
