大电网紧急控制系统实验验证评估体系

杨 丽李先允万芳茹

（1. 南京工程学院，南京 210000；2. 国电南瑞电网安全稳定控制技术分公司，南京 210000）



大电网紧急控制系统实验验证评估体系

杨 丽1李先允1万芳茹2

（1. 南京工程学院，南京 210000；2. 国电南瑞电网安全稳定控制技术分公司，南京 210000）

为推进大电网紧急控制系统的体系建设，提高紧急控制系统的可靠性，建立了大电网紧急控制实验验证评估体系。该体系结合大电网紧急控制系统的架构组成及实际应用功能来构建，包含系统建设、模块功能、数据完整性、可靠性和实时性 5个方面的一级到三级的递阶层次结构指标体系。指标体系采用德尔菲法-熵权法组合赋权法进行指标权重设置，参考国家或行业标准并利用德尔菲法设定评估指标的评价判据。通过算例分析表明，大电网紧急控制系统实验验证评估体系具有较强的实用性，能清晰反映紧急控制系统的整体情况，有利于找出其薄弱环节并对其进行改进并加强其系统建设。

紧急控制系统；实验验证；评估体系；权重设置

随着远距离高压输电技术的发展，我国电网已经逐渐发展成为大型互联电力系统。但互联电力系统在遇到各种事故时易发生连锁反应，从而导致大面积停电。作为保障电网安全性、稳定性的第二三道防线和提高电网输送能力的重要手段，电网紧急控制系统在提高电网输电能力、保障系统稳定及防止事故扩大化等方面发挥了重要作用，取得了良好的经济效益和社会效益[1]。

目前我国大型紧急控制系统得到了广泛应用，如：西北-新疆 750kV联网安全稳定控制工程、±660kV宁东直流安全稳定控制工程、德宝直流安全稳定控制工程、复奉特高压直流安全稳定控制工程等。目前紧急系统存在如下特点：规模庞大，布点广泛；装置种类较多，型号复杂；标准不统一等。在这些问题下对紧急控制系统全面的进行测试，是保证安全稳定控制系统可靠运行的一项必不可少的工作[2-6]。然而，目前尚无统一的紧急控制系统实验验证评价标准。随着紧急控制系统建设工作的推进，建立全面的大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系，对紧急控制系统进行整体的评估，对推进大电网紧急控制系统的体系建设，提高紧急控制系统的可靠性具有重要意义。

1　紧急控制系统实验验证评估体系构建

1.1指标体系构建思路

结合大电网紧急控制系统的架构组成及实际应用功能，以保证指标的全面性和指标间的相互独立性为原则，本文选取层次分析法建立完整统一的大电网紧急控制实验验证评估指标体系，即先确定核心评价指标，然后通过分析对核心指标的组成部分和影响因素，对核心指标进行分级分类，进一步细化指标，构建递阶层次结构指标体系。

对电网紧急控制系统进行实验验证，其目的是检查系统的建设情况，系统功能，稳控装置间命令传递和数据传递的完整性及正确性，确保紧急控制系统能可靠、实时运行。根据评价要求，大电网紧急控制系统实验验证评估体系从系统建设、模块功能、数据完整性、可靠性和实时性5个方面来建立，即这5项指标为核心评价指标。

1.2评估指标体系

利用递阶层次分析法构建的具体大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系如图1所示。

1）系统建设完整性

系统建设完整性指标主要包括系统整体构架、系统通道建设情况、系统冗余配置情况等。

系统整体构架反映紧急控制系统的结构体系，一般应是由控制主站、子站、执行站等构成的多级协调控制架构，这种“集中优化协调，分层分区控制”的架构符合大电网稳定控制特性和区域电网控制要求。

通道建设情况反映系统装置间的通信方式，由系统是否具备2M专线通道和调度数据网通道来评价。

系统的冗余配置情况是指系统部分主站、子站及执行站是否具备主/辅双套装置，以保证系统的可靠性。

2）模块功能完整性

模块功能完整性指标主要包括紧急控制功能和通道功能。

紧急控制功能反映紧急控制系统所具有主要运行模式，评价指标为系统是否具有离线模式、在线追加模式、纯在线模式及在线策略下发模式等功能。

通道功能是指系统装置间的通道是否能进行实时数据采集、控制策略或命令上行、控制策略或命令下发等。

图1　紧急控制系统实验验证评估体系

3）数据完整性

数据完整性指标包括上送数据完整性和下发数据完整性。

上送数据完整指标是指紧急控制系统的下级装置向上级装置上送的数据应有定值和定值修改告警、模拟量、开入量、动作命令、告警信息等。

下发数据完整性指标是指紧急控制系统的上级装置向下级装置下发的数据，应有远程修改定值命令、调度命令、控制命令等。

4）系统可靠性

系统可靠性指标包括装置间通信可靠性、冗余配置可靠切换及控制可靠性。

装置间的通信可靠性指标指紧急控制系统装置经2M专线或调度数据网连接均能能正常通信。

冗余配置可靠切换指标主要指各冗余配置的可靠切换率。

控制可靠性指标指方式判别可靠性、在线模式和离线模式可靠切换、相继故障可靠判别、上下级协调控制一致性、控制准确性、控制精确性等。

5）系统实时性

实时性指标包括实时通信指标和实时控制指标。

实时通信指标反映信号传输速度，指2Mbps专网通信方式下信号传输时间及调度数据网连接时信号传输时间是否满足国家标准或行业标准。

实时控制指标反应系统判别故障及动作快速性，指故障状态下突变量起动时间、线路故障跳闸判出时间、查找与确定控制策略时间、本地装置整组动作时间、紧急控制系统整组动作时间等是否满足系统的技术指标要求。

2　紧急控制系统实验验证评估体系指标权重设置

指标权重的设置是对建立评估指标体系的的重要环节，指标权重的设置既要保证不随评价对象的改变而改变，也要尽量保证客观性，本文选取德尔菲法-熵权法组合赋权法。即根据德尔菲法确定各指标主观权重集合，根据熵权法确定各指标的客观权重集合，综合两者的结果确定最终的评估体系指标权重。

德尔菲法又称专家打分法，是充分综合领域专家知识、经验和信息的方法。其大致流程是：在对所要预测的问题征得专家的意见之后，进行整理、归纳、统计，再匿名反馈给各专家，再次征求意见，再集中，再反馈，直至得到一致的意见。

熵权法是一种客观赋权方法。熵是系统无序程度的一个度量，系统可能处于多种不同的状态，每种状态出现的概率为 pi(i=1,2,…,m)，则该系统熵的定义为

利用熵权法确定指标权重的步骤如下：设评价问题有m个评价对象，k个评价指标，指标值为xij（i=1,2,…,m；j=1,2,…,k），则可得评价矩阵X=(xij)mk。对于某个指标xj有信息熵

根据主客观权重集合及主客观权重的重要系数，即可得最终的综合权重wj。

综合近 15位专家的意见，最终利用德尔菲法-熵权法组合赋权法确定各项指标权重。总体评价体系中系统建设、模块功能、数据完整性、可靠性和实时性5项核心指标的权重分别为0.15、0.20、0.15、0.3、0.2，由篇幅所限，仅给出紧急控制系统可靠性指标的各级指标权重，见表1。

3　评估指标计算方法与评分标准

大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系的最后一级为单项指标层，即被评价方案。结合目前紧急控制系统的实际发展情况及具体条件，参考国家或行业的相关标准及专家意见与指导，并选取德尔菲法确定各单项指标标准及评价判据。

表1　紧急控制系统实时性指标

3.1评估指标计算方法

分析所建立的大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系被评价方案，评价指标可分为信息统计类指标及定量分析类指标。其中系统建设、模块功能、数据完整性指标多为信息统计类指标，通过对系统的简单测试即可获得其指标信息；可靠性和实时性指标多为定量分析类指标，其被评价方案的指标值根据其定义通过简单计算即获得，根据专家意见对各指标进行定量分析，指标值计算方法如下。

1）冗余配置情况

系统冗余配置率

式中，N为系统主站和子站的总数；n为有冗余配置的主站和子站的个数。

2）装置间通信通道可靠性

系统装置间的通道可分为调度数据网、2M专线主站间通道、2M专线子站间通道三类。

系统通信通道异常率为

式中，M为系统的某类通道总数；m为该类通道正常通信的通道数。

3）冗余配置可靠切换

冗余配置可靠切换率为

式中，a为具有冗余配置的场站中通道能可靠切换的场站数。

4）控制可靠性

控制可靠性指标由方式判别正确率R1、在线策略模式和离线策略模式可靠切换率R2、相继故障判别正确率R3、上下级协调控制一致率R4、稳控装置正确动作率R5、系统控制量误差率R6组成，指标值计算方法如式（9）、式（10）所示。

式中，Ni为对某项指标测试的总次数；ni为该指标测试通过的次数。

式中，Pci为实际控制量；Poi为预设控制量；N为控制策略的测试总次数。

5）实时性

实时性指标值为多次测试结果的平均值，如式（11）所示。

式中，N为某一项时间指标测试的有效样本数；Ti为第i次测试所得值。

3.2评估指标评价判据

大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系的评分方式采取满分制，根据评价判据计算其得分。对于信息统计类指标，如系统整体架构、通道建设、模块功能等，紧急控制系统被测试的指标项具备评价标准所述要求评分即为满分，否则评分为零。

定量分析类指标又分为线性指标和离散型指标。线性指标如系统冗余配置率的评分函数为正比例函数，即评分为测试所得指标值与理想分值的乘积。对于离散型指标如系统控制量误差率、实时性指标，本文参考专家意见，采用德菲尔法确定评分标准。

系统控制量误差率的评价判据采用分段制，即根据误差的范围确定得分，具体评分标准见表2。

实时性指标为负指标，即随其时间值的减小其分值应增高。随其时间的减少分段设置其评分标准，具体评分判据见表3。50%～80%80%～100% 200

表2　系统控制量误差率评分标准

表3　实时性指标评分标准

递阶层次法向上计算即得电网紧急控制系统的整体评价得分：

式中，Sk为层次结构中第k层某一指标Ak的评分；j为Ak指标的 k+1层指标的序号；为Ak指标的k+1层第j个指标的评分；为第j个指标的权重。

4　算例分析

选取国网某省调紧急控制系统A和南网某中调紧急控制系统B作为测试对象，利用所建立的大电网紧急控制实验验证评估系统对紧急控制系统架构功能和运行效果进行评估分析，以验证该评估体系的实用性。A系统为风光集群控制系统，包括1个调度中心站、5个协调控制主站、41个控制子站和74个执行场站，10条调度数据网通道，230条2M专网通道。B系统为多类型新能源接入的安全稳定控制系统，包括 1个协调控制主站，4个区域控制主站，1个信息站，25个控制子站，18个执行站，4条调度数据网通道，86条2M专网通道。通过对系统进行基础数据采集和简单计算求出个指标项的具体指标值，按照指标评分判据得到指标评分。

表4和表5中统计了紧急控制系统A、B的可靠性和实时性方面的三级指标的测试所得值，并根据评价判据计算各项指标得分。

利用式（12）对各指标对应权重与得分相乘再求和，逐级向上即可求得紧急控制系统A、B的可靠性指标评分值分别为 86.99、90.22，实时性指标评分值分别为 75.70、75.25。同理，利用此方法获得两紧急控制系统的整体评估结果，见表6。

表 6清晰的反映了两紧急控制系统的整体情况。A紧急控制系统其在数据完整性和可靠性方面的评分较B南网中调的紧急控制系统偏低，导致其总体评分低于B系统。经分析可知，A紧急控制系统规模较大，且接入站点中风电站较多，系统较为复杂，所以其评估结果稍低于B紧急控制系统。

表4　系统可靠性第三级指标数据

表5　系统实时性第三级指标数据

表6　紧急控制系统评估结果

为将指标的评估结果进行量化分析，可根据评分结果判定系统是否通过测试。经对多个紧急控制系统进行评估，并参考领域专家的意见，确定90分为测试通过线，系统评分高于90即通过测试。由表4可知，系统A测试不合格，在数据完整性及可靠性方面对其进行改进后，再次对其进行系统的评估，测试通过。

5　结论

根据本文所建立的大电网紧急控制系统实验验证评估指标体系，能对大电网紧急控制系统进行全局性和整体性测试及评价，并根据评价结果改进其体系建设，确保其投入使用后能可靠稳定运行。随着紧急控制系统的深入研究及发展，可在本评估系统的基础上进行扩展并细化，进一步改进评价指标标准，并对紧急控制系统进行年度全面可靠的测试评估，这对推进大电网紧急控制系统的体系建设，提高紧急控制系统的可靠性，保障电网的安全稳定性具有重要意义。

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Assessment System of Testing the Emergency Control System of Grid

Yang Li1Li Xianyun1Wan Fangru2
(1. Nanjing Institute of Technology, Nanjing 210000；2. NARI Technology Power System Stability Control Branch Company, Nanjing 210000)

In order to promote the construction and reliability of emergency control system, the article set up the assessment system of testing the emergency control system of large grid. Combining with the architecture and the practical application function of the emergency control system, the proposed assessment index system is constructed. The assessment index system consist of the indices from the first grade to the third grade, which cover five aspects, namely construction of system, module function, data integrity, reliability and real-time performance. The index weights are set by combination of Delphi and entropy and the index evaluation criteria is set by Delphi. Results of computing examples show that the proposed assessment system is practical and can reflect overall situation of emergency control system clearly, which benefits finding out and improve the weak link, therefore construction of the emergency control system will be strengthened.

emergency control system; test; assessment system; weight

杨 丽（1990-），女，硕士研究生，主要从事电力系统安全稳定与控制方面的研究。