北极星智能电网在线讯:摘要：本文从电力稳定控制系统和通信安全防御系统协调控制的信息交互需求出发，针对仅考虑通信紧急控制和考虑通信校正控制两种情况，提出了两种在线策略的计算方法，并给出了电力系统紧急控制和通信系统紧急控制与校正控制的协调控制算例，仿真结果表明采用通信系统和电力稳定控制系统的协调控制可明显减少电网的控制成本，并有效提高电网的稳定运行能力。
关键词
电力稳定控制，通信安全，电力紧急控制，通信校正控制，协调防御
1. 引言
电力“三道防线”通过不同的控制手段尽量降低故障造成的损失，通信三道防线[1]则是尽可能采用多种通信手段减少对电力系统的损失。由于电力三道防线一般会损失部分负荷，其控制代价较大;通信三道防线主要利用通信系统中已有的资源对破坏的通道进行修复或重组，相对电力损失而言控制代价较小。但是当通信系统遭受极端自然灾害或恶意攻击[2] [3] [4]等突发事件导致电力通信中断或需要临时快速通信时，则需要采用应急通信车或卫星通信等应急通信[5] [6] [7] [8]措施时，则必须计及应急通信的控制代价。
传统电力系统三道防线的控制均假设通信是正常的，当通信出现延时或中断时，控制效果会大打折扣甚至完全失效[9] [10]，因此需要分析通信系统影响电力系统的机理，找出两个系统之间的勾连关系，然后对电力系统和通信系统进行综合分析，最终寻优得到通信失效后的电力替代控制措施。
另外，电力系统搜索考虑通信系统影响的控制措施时，必须获取通信系统的实时状态(如电网的离线策略需要对通信规划提出链路的延时、误码和中断对应的需求，而通信系统的预防控制通过业务路径规划与网络拓扑的优化，提供与电力离线策略密切相关的链路参数)，因此电力系统和通信系统之间必须进行协调控制。
2. 电力稳定控制系统对通信系统的要求
电力通信网由于承载了继电保护、安全稳定控制等重要业务，必须满足以下 3 方面的要求[11]：1) 满足各种电力业务对可靠性的要求;2) 正常情况下通信网络中的任意 2 个网络节点须保持至少 2 条独立的物理路由的连通;3) 必须满足 N-1 原则，尽量满足 N-2 原则，即任意网络节点失效断开，应能保持电力业务的稳定运行，且不致使其它节点发生通信质量劣化和通道阻塞，尽量保证在任意两个网络节点断开时，不会影响其它节点的正常通信。
同时，稳定控制装置的站间通信的强实时性，不仅要求电力通信网必须具备快速的响应能力，同时还需要具备高度的可靠性，以保证数据传输的准确性。区域稳定控制系统采用 SDH 通信网络进行正常数据和控制命令的传递时，系统的整组动作时间一般控制在 200 ms 左右(主要解决系统暂态功角稳定问题)。其中，装置故障判断时间最长为 40 ms 左右(主要考虑到无故障跳闸延时确认的时间较长)，装置继电器动作时间一般在 10 ms 左右，断路器跳开时间在 80~120 ms 左右，而留给通信系统的延时只有 35 ms 左右，考虑无故障跳闸仅需在一个厂站进行判断，因此两站之间通信的时间最长也就仅 20 ms 左右。
3. 通信系统对电力系统稳定控制影响的研究趋势
国内外已有不少电力系统和通信系统的交互影响的研究。如文献[12]和[13]基于直流连锁故障模型和电力系统与通信系统的节点对应关系，建立了电力系统和通信系统的交互作用模型，研究电力系统大停电连锁故障的机理;文献[14]用电力与通信同步仿真平台 EPOCH 研究站间秒级的通信延时对低频切负荷的影响;基于李雅普诺夫理论，文[15]建立了考虑通信异常的广域测量系统控制模型等。
然而，对通信系统与电力稳定控制系统的协调防御的研究，目前还较少，已有研究也主要集中在通信单个延时或固定延时对电力紧急控制的影响，还未见考虑整个通信系统对电力紧急控制影响的报道。由于通信系统中的多个通道通过交互电力系统的状态和控制信息影响电力系统，不但通道间的延时不同，不同通道间的交互影响对电力紧急控制的影响也不一样，因此计及通信系统风险的电力系统紧急控制风险评估，比单纯的考虑通信固定延时或单个延时要复杂得多，其计算出的风险值也更接近工程实际。
4. 电力稳定控制系统和通信安全防御系统协调控制的信息交互
电力系统三道防线和通信系统系统三道防线之间的协调控制策略，可以被实际应用在电力稳定控制系统和通信安全防御系统的协调控制中。而实现两系统间的协调控制，首先需要的就是两个系统之间相关控制、工况等信息的交互。
通信安全防御系统与电力稳定控制系统交互的信息主要包括通信安全防御系统将存在风险业务路径信息、电路的时延信息等内容实时传送给电力稳定控制系统，为电网控制系统进行最优决策提供参考依据，同时通信安全防御系统也接收电力稳定控制系统提供的可能影响通信管理或设备运行的外部环境信息和电网故障信息，为通信网故障预警分析和决策控制提供基础数据和技术手段，并接收电网需要传输具体业务的端到端建立业务路径的命令，以及其他电网三道防线与通信三道防线之间的协调控制辅助信息。
通信安全防御系统与电力稳定控制系统接口的信息交互按照通信故障发生的不同阶段可以分为预防控制阶段的信息交互，通信故障发生时的紧急控制阶段的信息交互，以及通信故障发生后的校正与恢复控制阶段的信息交互，信息交互框架结构如图 1 所示。
图 1 中通信安全防御系统预防控制阶段的信息交互主要包括电力稳定控制系统的离线策略对通信规划提出链路需求，以及链路中断延时和误码门限值，通信安全防御系统向电力稳定控制系统发送基于通信网络提供关键链路参数。电网控制系统的在线策略对通信当前状态提出链路需求，通信安全防御系统向电网控制系统反馈通信预防控制策略的效果。通信安全防御系统将通信时延和误码的异常变化的信息反馈给电力稳定控制系统。
