韓禎祥，曹一家
（浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江省 杭州市 310027）
POWER SYSTEM SECURITY AND ITS PREVENTION
HAN Zhen-xiang，CAO Yi-jia
（College of Electrical Engineering，Zhejiang University，
Hangzhou 310027，Zhejiang Province，China）
ABSTRACT: Power system security and its recent development is introduced. Based on the analysis of various factors influencing power system security and current technological developments, some strategies are proposed to enhance power system security and to prevent the blackouts. Some views on the future research methodology and directions are also presented.
KEYWORDS：Power system；Security；Wide area；Multi-agent system
摘 要：作者介紹了電力系統(tǒng)安全性問題及其研究動態(tài)，從分析影響電力系統(tǒng)安全性的各種因素出發(fā)，結(jié)合目前的技術(shù)手段，就如何加強電力系統(tǒng)的安全性，防治大停電事故提出了一些措施，并對今后在該領(lǐng)域研究中應(yīng)采用的方法和研究方向提出了一些看法。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；安全性；廣域；多智能體
1 引言
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步及人民生活水平的不斷提高，人們對電力的需求和依賴性越來越大，對安全穩(wěn)定供電的要求越來越強。 然而, 由于受到電力系統(tǒng)自身原因和外部干擾的影響，電網(wǎng)事故時有發(fā)生, 這不但使電力經(jīng)營企業(yè)的經(jīng)濟效益受到損失, 而且對電力用戶和整個社會都將造成嚴重的影響。自20世紀(jì)60年代以來，世界各國均發(fā)生過因電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞而導(dǎo)致的大面積停電事故。1996年7~8月美國西部接連2次大停電事故，美國總統(tǒng)認為停電事故已“危及國家安全”。2003年下半年在北美和加拿大、英國倫敦、瑞典-丹麥、意大利都先后發(fā)生過大面積停電事故，震驚世界。特別是，2003年8月14日美加大停電波及5000萬人口的供電范圍，造成重大經(jīng)濟損失，是美國歷史上最嚴重的停電事故。
在我國，近20年來，各大電網(wǎng)發(fā)生的大停電事故有100余起。在西電東送，南北互聯(lián)的條件下，我國將形成全國聯(lián)網(wǎng)的巨型電力系統(tǒng)，如果出現(xiàn)電力系統(tǒng)重大事故，其規(guī)模和造成的損失有可能大幅度增加。因此，保證大規(guī)�；ヂ�(lián)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行是一個重大而迫切的問題，必須作為一個重大戰(zhàn)略問題來解決。
2 電力系統(tǒng)的安全性問題
2.1 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全性問題
電力系統(tǒng)的安全性是指系統(tǒng)在發(fā)生故障情況下, 系統(tǒng)能保持穩(wěn)定運行和正常供電的風(fēng)險程度[1]。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全性主要是在發(fā)生故障情況下，研究電力系統(tǒng)本身的動態(tài)特性，包括系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性、系統(tǒng)解列、熱過載等。 這類研究一般是針對單一故障的，而大面積停電事故則通常是連鎖事件的復(fù)雜序列。
隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，為了保障大電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行，各種信息系統(tǒng)， 如調(diào)度自動化（SCADA/EMS）、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)（DA）和變電站綜合自動化系統(tǒng)（SA），電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)等在電力系統(tǒng)領(lǐng)域里得到了廣泛應(yīng)用。圖1給出了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的整體構(gòu)架，電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)已經(jīng)融合成為高度集成的混雜系統(tǒng)，電力系統(tǒng)的監(jiān)測和控制越來越依賴于信息系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的可靠運行。信息系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng)是核心，計算機系統(tǒng)的維護不當(dāng)是8.14美加大停電的基本原因之一。一個關(guān)鍵通信系統(tǒng)發(fā)生故障會使整個系統(tǒng)陷于癱瘓，進而失去可控性和可觀測性。因此，必須把電力系統(tǒng)安全性的概念加以拓展。
最近一些研究人員提出了電力系統(tǒng)脆弱性（Vulnerability）的概念，作為電力系統(tǒng)動態(tài)安全評估的一種新的框架。脆弱性一詞經(jīng)常出現(xiàn)在環(huán)境、生態(tài)、計算機網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的有關(guān)文獻中, 用來描述相關(guān)系統(tǒng)及其組成要素易于受到影響和破壞, 并缺乏抗拒干擾、恢復(fù)初始狀態(tài)（自身結(jié)構(gòu)和功能）的能力。它們在不同的學(xué)科中有不同的含義。對于電力系統(tǒng)脆弱性，可定義為：電力系統(tǒng)因人為干預(yù)、信息、計算機（軟、硬件）、通信、電力系統(tǒng)元件和保護控制系統(tǒng)等因素，而潛伏著大面積停電的災(zāi)難性事故的危險狀態(tài)[2]。系統(tǒng)脆弱性與系統(tǒng)安全性的水平和在系統(tǒng)參數(shù)變化時系統(tǒng)安全性水平的變化趨勢這兩類信息密切相關(guān)[3]。在這個概念中, 人們對它們設(shè)定一個可被接受的基準(zhǔn)值, 當(dāng)系統(tǒng)安全現(xiàn)狀被評估后，系統(tǒng)安全性水平和它的變化趨勢也就被確定下來。系統(tǒng)是否脆弱取決于它們是否高于或低于設(shè)定的基準(zhǔn)值。
2.2 電力系統(tǒng)安全性問題的影響因素
影響電力系統(tǒng)安全性的因素很多，對于組成現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施而言, 可分為內(nèi)部因素和外部因素。
�。�1）內(nèi)部因素：
1）電力系統(tǒng)主要元件故障：發(fā)電機、變壓器、輸電線故障；
2）控制和保護系統(tǒng)故障：保護繼電器的隱性故障[4,5]、斷路器誤動作、控制故障或誤操作等；
3) 計算機軟、硬件系統(tǒng)故障；
4）信息、通信系統(tǒng)故障：與EMS系統(tǒng)失去通信、不能進行自動控制和保護、信息系統(tǒng)的故障（造成信息的缺損或者得到的信息不可靠）或擁塞、外部侵入信息/通信系統(tǒng)（如黑客的入侵）；
5）電力市場競爭環(huán)境的因素：電力市場中各參與者間的競爭與不協(xié)調(diào)、在更換舊的控制和保護系統(tǒng)或發(fā)電裝置上缺少主動性；
6）電力系統(tǒng)不穩(wěn)定：靜態(tài)/暫態(tài)/電壓/振蕩/頻率不穩(wěn)定等。
�。�2）外部因素：
1）自然災(zāi)害和氣候因素：地震、冰雹、雷雨、風(fēng)暴、洪水、熱浪、森林火災(zāi)等；
2）人為因素：操作人員誤操作，控制和保護系統(tǒng)設(shè)置錯誤、蓄意破壞（包括戰(zhàn)爭或恐怖活動）等。
3 電力系統(tǒng)安全性的防治措施
3.1 加強電網(wǎng)建設(shè)，降低事故概率
電力工業(yè)是需要長期和超前投資的工業(yè)，大的發(fā)電廠的建設(shè)要5~10年，壽命約為30年。所以，要求廠（發(fā)電廠）網(wǎng)（電網(wǎng)）協(xié)調(diào)、統(tǒng)一規(guī)劃、超前建設(shè)、合理結(jié)構(gòu)，以保證電力系統(tǒng)的安全運行。特別要加強電網(wǎng)建設(shè)（加強遠距離輸電網(wǎng)、受端電網(wǎng)和二次系統(tǒng)）以提高電網(wǎng)安全可靠性，降低事故概率，減少停電損失。
在2003年8月14日發(fā)生的美加大停電事故中美國官方提出電力供應(yīng)網(wǎng)的“古老和陳舊”，也就是設(shè)備的老化問題，是電力系統(tǒng)發(fā)生故障的嚴重隱患。據(jù)統(tǒng)計，在發(fā)達國家中，發(fā)電設(shè)備的壽命在30年以上的自1990年的12%增加到2000年的31%，預(yù)計到2010年將達到50%。同樣地，在輸電和配電領(lǐng)域，很大一部分的基礎(chǔ)設(shè)施的壽命已接近70年。另一方面，很多幾十年前設(shè)計的設(shè)備已不適應(yīng)先進的數(shù)字化技術(shù)。所以，電力設(shè)備老化問題是發(fā)達國家普遍存在的問題。更換老化了的設(shè)備需要新的大規(guī)模投資。但是，電力工業(yè)市場化后，市場參與者關(guān)心的是今天和明天的利益，而不是20年以至30年的利益。在過去的十年中，由于競爭的壓力、市場的不完備和管制的不確定性，在一些進行電力工業(yè)改革的國家中的投資已保持在一個較低的水平，以美國和瑞典為例，發(fā)電的高峰備用已由1990年的20%降到2000年的10%。所以，對于電力系統(tǒng)的建設(shè)要有全面規(guī)劃，要建立一定的監(jiān)管制度和投資激勵機制，使電力工業(yè)的發(fā)展能滿足電力系統(tǒng)運行安全性的要求。
3.2 加強電力系統(tǒng)監(jiān)控和管理
電力系統(tǒng)的互聯(lián)使得在廣闊的地域內(nèi)進行資源的優(yōu)化配置，互通有無，相互支援成為可能。但是，在緊密相連的互聯(lián)電力系統(tǒng)中，一個局部故障能迅速向全系統(tǒng)傳播，會導(dǎo)致大面積停電。所以，在事故處理上，要求反應(yīng)迅速，高效統(tǒng)一。以美國為例，從1996年美國西部兩次大停電和2003年8月14日大停電事故的情況來看，美國的電力系統(tǒng)監(jiān)控和管理方面有很多值得改進的地方。在美國有3000多家電力公司在廣袤的北美大地上各自經(jīng)營著總?cè)萘考s900 GW的電力工業(yè)，雖然3000多家電力公司的電網(wǎng)是互聯(lián)的，形成北美龐大的電力系統(tǒng)，但它們的調(diào)度和管理則是各自為政的，也沒有一個監(jiān)控全國或一個大區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)的組織和機構(gòu)來統(tǒng)一負責(zé)和協(xié)調(diào)全系統(tǒng)的安全運行和事故后的故障處理。在一個互聯(lián)電力系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)故障后，互聯(lián)的電力系統(tǒng)的其他部分在故障波及以前往往還不知道事故的發(fā)生。所以，在一個互聯(lián)的電力系統(tǒng)中，統(tǒng)一電網(wǎng)管理，統(tǒng)一電網(wǎng)調(diào)度，建立完善的安全運行制度是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要條件。要通過定期的培訓(xùn)來不斷提高調(diào)度和運行人員的素質(zhì)，特別是應(yīng)對突發(fā)事件的能力。美國Grid2030研究計劃的研發(fā)項目中，建議2010年建成國家電網(wǎng)控制中心，強調(diào)輸配電電網(wǎng)和通信信息網(wǎng)的結(jié)合。
為了改善電網(wǎng)的運行環(huán)境，減少外力和自然界對電力系統(tǒng)設(shè)備的破壞，要做好日常的維護工作，例如，及時修剪輸電走廊的樹枝，以免發(fā)生美國幾次大停電事故中因?qū)Ь�與樹枝間發(fā)生閃絡(luò)而誘發(fā)的大面積停電事故。
3.3 加強與電力系統(tǒng)安全緊密相關(guān)的基礎(chǔ)研究
由不同容量發(fā)電機、不同電壓等級和長度的輸配電線路以及不同容量和特性負荷組成的電力系統(tǒng)是一個典型的復(fù)雜大系統(tǒng)，呈現(xiàn)高維、非線性、時變、信息的不完全性、廣域（大范圍跨越時空）互聯(lián)性和微分代數(shù)的復(fù)雜特性。這個大系統(tǒng)的時空運行歷來就是一個非常困難的學(xué)術(shù)和工程問題[6-16]。目前急需建立新的理論和方法體系（建模、分析、模擬、仿真、預(yù)測、和控制方法），有效地解決復(fù)雜電力系統(tǒng)所面臨的關(guān)鍵問題，比如跨區(qū)域電力系統(tǒng)長期動態(tài)行為分析與仿真，系統(tǒng)連鎖故障防御與控制等等課題，以保證電力系統(tǒng)的安全、可靠的管理和運行。
要及早研究和開發(fā)廣域的、智能的、自適應(yīng)的電力系統(tǒng)的保護和控制系統(tǒng)，它集成了電力系統(tǒng)、廣域保護和控制以及通信基礎(chǔ)設(shè)施（包括GPS技術(shù)），能提供實時的關(guān)鍵和廣泛信息，預(yù)見可能出現(xiàn)的問題，迅速地評價系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，及時完成基于系統(tǒng)分析的自愈合和自適應(yīng)重構(gòu)動作等的防御措施，將形成全國復(fù)雜聯(lián)合電力系統(tǒng)的強大反事故能力，以避免發(fā)生災(zāi)難性的事故，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
世界各國非常重視電力系統(tǒng)安全性方面的研究。在美國，由美國國防部陸軍研究辦公室（Army Research Office）和EPRI聯(lián)合資助的復(fù)雜交互網(wǎng)絡(luò)/系統(tǒng)創(chuàng)新項目（Complex Interactive Networks/ Systems Initiative，CIN/SI），是政府和工業(yè)聯(lián)合資助為期5年的3000萬美元大型研究項目，共有28個大學(xué)和2個電力單位參加這個項目，這個項目從1999年春天開始，研究的目的旨在探索新的技術(shù)環(huán)境下電力系統(tǒng)安全運行的新理論與新方法。
在這方面，歐洲正在進行兩個大項目OMASES（Open Market Access and Security Assessment System）和EXaMINE（Power Security in the New Market Environment）。其中OMASES是由歐盟部分支持的工業(yè)研究項目，從2001年開始進行，參加人員包括工業(yè)界、研究單位、大學(xué)和系統(tǒng)運行人員。這項目的內(nèi)容有：暫態(tài)穩(wěn)定評估，EMS運行人員的培訓(xùn)仿真器，市場仿真器。準(zhǔn)備接入現(xiàn)有的EMS系統(tǒng)或在新的EMS中應(yīng)用。目前正在意大利和希臘進行現(xiàn)場測試和驗證。
2003年7月，美國能源部主持召開了“美國電力傳輸技術(shù)展望”專題研討會。會議提出了美國電網(wǎng)發(fā)展的Grid2030研究計劃，會議主要提出將建立國家電網(wǎng)作為Grid2030的目標(biāo)。研發(fā)項目中還建議2010年建成國家電網(wǎng)控制中心，達成了實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)的一致觀點。
在我國，由國家重大基礎(chǔ)研究計劃（973計劃）所資助的首批10個重大項目中，就有電力系統(tǒng)災(zāi)變防治與經(jīng)濟運行重大科學(xué)問題的研究項目[9,10]，并組織國內(nèi)諸多單位進行了研究，取得了許多成果，已于2003年通過驗收。目前，有關(guān)部門正在進一步組織電力系統(tǒng)安全性的重大研究項目。
與電力系統(tǒng)安全性緊密相關(guān)的基礎(chǔ)研究，需要長期的，持續(xù)的，高額的投入。建立（類似資助基礎(chǔ)研究的）國家的或電力企業(yè)的研究基金，是一種有效的辦法�；A(chǔ)研究將為平時和特殊條件（如戰(zhàn)爭）下的電力系統(tǒng)安全運行提供理論和實踐的成果；要列入國家中、長期科研發(fā)展規(guī)劃；要開展國際間的合作，從已發(fā)生的事故中吸取有益的教訓(xùn)。
3.4 研究自然災(zāi)害和人為破壞（包括戰(zhàn)爭和恐怖活動）對電力系統(tǒng)安全運行的影響
在現(xiàn)代化社會中，由于社會活動和人民生活與電力供應(yīng)密切相關(guān)，電力工業(yè)與災(zāi)害防御系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、軍事命令和控制系統(tǒng)、公共衛(wèi)生系統(tǒng)等一樣，應(yīng)列入有嚴重后果的國家基礎(chǔ)設(shè)施，這些系統(tǒng)的安全和可靠的運行是國家經(jīng)濟、安全和生活質(zhì)量的根本。所以，作為國家的主要（或關(guān)鍵）基礎(chǔ)設(shè)施之一，要研究自然災(zāi)害和人為破壞（包括戰(zhàn)爭）對電力系統(tǒng)安全運行的影響，科學(xué)地區(qū)分各種預(yù)警和緊急狀態(tài)，建立相應(yīng)的反應(yīng)靈敏、高效統(tǒng)一的應(yīng)對策略和應(yīng)急措施。
4 若干與電力系統(tǒng)安全性緊密相關(guān)的基礎(chǔ)研究方向
4.1 開展廣域電力系統(tǒng)的建模和綜合能源及通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（IECSA）的研究
多年來，大規(guī)模電力系統(tǒng)動態(tài)行為分析一直受到廣泛關(guān)注。但隨著電網(wǎng)的互聯(lián)、多饋入交直流混合輸電方式的出現(xiàn)、大功率電力電子設(shè)備的應(yīng)用，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的諸如超低頻振蕩等各種動態(tài)行為和特征嚴重影響大電網(wǎng)的安全運行，迫切需要進一步搞清機理，提出控制方法和措施。電力負荷模型的建立是這一研究領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題，包括電力負荷模型的復(fù)雜性和不確定性的辨識理論和方法，電力負荷模型的宏觀結(jié)構(gòu)識別等。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)已經(jīng)融合成集成的混雜系統(tǒng)。傳統(tǒng)的對電力系統(tǒng)的研究方法已經(jīng)難以處理這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，需要在建模、分析、仿真、預(yù)測和控制等方面建立新的理論和方法體系，有效地解決復(fù)雜電力系統(tǒng)所面臨的關(guān)鍵問題，以保證電力系統(tǒng)的安全運行。必須同時考慮和研究電力系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的交互和綜合，在建模上要考慮多個網(wǎng)絡(luò)的平行，多個物理過程的平行，以及多類元件的平行。要充分應(yīng)用實時的量測信息，發(fā)展分布式的實時計算。美國電網(wǎng)發(fā)展的Grid2030研究計劃提出建設(shè)“綜合能源及通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)”（Integrated Energy and Communication System Architecture，IECSA），并作為重大項目已經(jīng)組織研究。
長期以來，電力系統(tǒng)安全性評估的研究主要集中于電力系統(tǒng)本身建模和故障的計算，沒有考慮與之密切相關(guān)的信息系統(tǒng)和通信系統(tǒng)模型。這是因為信息系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的模型尚未建立，對信息系統(tǒng)與電力系統(tǒng)之間的交互影響更是缺乏系統(tǒng)深入的研究，這迫切需要應(yīng)用復(fù)雜交互系統(tǒng)與分布式人工智能的相關(guān)理論來應(yīng)對電力系統(tǒng)的不斷擴展所帶來的復(fù)雜性，發(fā)展新的電力系統(tǒng)安全性評估理論。
多智能體系統(tǒng)（multi-agent systems）可望能為以上問題的解決提供新的途徑[17,18]。對于電力系統(tǒng)，它主要是將網(wǎng)絡(luò)中各個成員視為一個能獨立完成某些任務(wù)的分布自治的智能體，然后通過多個智能體的交互與協(xié)作，達成各成員作用的相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制目標(biāo)。最典型的電力系統(tǒng)分級辦法就是將系統(tǒng)分為：發(fā)電、輸電、配電和用電等系統(tǒng)。在電力市場環(huán)境下的多智能體結(jié)構(gòu)，可以是獨立發(fā)電者、輸電服務(wù)提供者、輔助服務(wù)提供者等。表面上看起來這種分級方法是傳統(tǒng)分級控制技術(shù)的引申和擴展，但其間有明顯的差別，如控制策略的優(yōu)先權(quán)限和最終目標(biāo)的界定。對于通信系統(tǒng)與信息系統(tǒng)， 也有專門的建模方法和工具。 如通信系統(tǒng)對應(yīng)于communication agent, 信息系統(tǒng)對應(yīng)于Information agent。這種分級方法為多智能體分層結(jié)構(gòu)中準(zhǔn)確模擬各個層次間相互作用奠定了基礎(chǔ)。 多智能體系統(tǒng)所具有的資源共享、易于擴張、可靠性強、靈活性強、實時性好的特點非常適用于解決大規(guī)模電力系統(tǒng)這類復(fù)雜系統(tǒng)的建模、控制和分析評估任務(wù)，有望為實現(xiàn)廣域電力系統(tǒng)實時分析、全局協(xié)調(diào)控制提供新的途徑。
4.2 開展廣域電力系統(tǒng)的信息理論與應(yīng)用研究
廣域電力系統(tǒng)的信息分布廣、數(shù)量多，要有一個先進和可靠的分層、分區(qū)的信息系統(tǒng)，使及時和正確地傳送廣域信息能得到保證，并對信息進行有效的處理，以實現(xiàn)對全系統(tǒng)的實時監(jiān)控。為此，要有一個實時平行的故障診斷系統(tǒng)，在海量的實時信息（包括測量信息，設(shè)備“健康”狀態(tài)等）中及時診斷和預(yù)測未來可能出現(xiàn)的或潛在的故障。
隨著國家電力數(shù)據(jù)網(wǎng)（SPDnet）的建設(shè)，調(diào)度自動化（SCADA/EMS）（(SA)的發(fā)展和普及，各種信息管理系統(tǒng)（如生產(chǎn)管理系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)以及電網(wǎng)運行的其它信息系統(tǒng)等在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用，都表明信息技術(shù)已越來越融入到電力系統(tǒng)中。然而，目前電力系統(tǒng)在信息處理技術(shù)上還比較落后，主要表現(xiàn)在信息的加工還處于低層的數(shù)字信號處理階段，信息的采集重復(fù)性較大，未能實現(xiàn)信息的優(yōu)化，造成硬件建設(shè)的復(fù)雜與控制回路的復(fù)雜； 信息的應(yīng)用過于簡單。作為復(fù)雜大系統(tǒng)的信息處理技術(shù)，應(yīng)該具有多信息量、多層次、多綜合等優(yōu)點和特點，能適應(yīng)與應(yīng)用到運行方式變化大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電力系統(tǒng)中來[19]。改變目前電力系統(tǒng)信息處理模式將是電力系統(tǒng)領(lǐng)域研究的新課題。
電力信息系統(tǒng)是一個問題域十分復(fù)雜、龐大或不可預(yù)測的系統(tǒng)，唯一的解決方法是開發(fā)大量有特殊功能的模塊化成分（智能體），專門用于解決問題的某個特定方面。在出現(xiàn)相互關(guān)聯(lián)的問題時，系統(tǒng)中的各智能體相互協(xié)調(diào)，可以正確處理這種相關(guān)性。應(yīng)用智能體對信息融合算法的改進，增加系統(tǒng)的反饋算法，改變了原有的簡單的單向從低層到高層的環(huán)境信息和知識傳輸，使高層同樣可以向低層傳輸規(guī)劃和管理信息。這個信息融合系統(tǒng)就具有完整的觀測、融合、決策和協(xié)調(diào)功能。因此，基于多智能體系統(tǒng)的分布式信息處理技術(shù)是這一領(lǐng)域頗有應(yīng)用前景的研究方向。
同時, 信息技術(shù)的負面影響也波及電力系統(tǒng)。黑客的入侵使電力系統(tǒng)的安全增加了新的內(nèi)涵，其影響亦需進一步的研究。
4.3 開展廣域電力系統(tǒng)安全防治系統(tǒng)的研究
為了防治廣域復(fù)雜電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的大面積停電事故，要開發(fā)廣域的、智能的、自適應(yīng)的并與電力系統(tǒng)的分層和全局協(xié)調(diào)的保護和控制系統(tǒng)。它集成了由電力系統(tǒng)、廣域保護和控制以及通信基礎(chǔ)設(shè)施，能提供實時的關(guān)鍵和廣泛信息，預(yù)見可能出現(xiàn)的問題，迅速地評價系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，及時完成基于系統(tǒng)分析的自愈和自適應(yīng)重構(gòu)動作等的防治措施，以避免發(fā)生災(zāi)難性的事故。它與傳統(tǒng)所用的方法和技術(shù)的不同之處是，后者只基于局部量測信號的局部控制動作，只關(guān)心個別設(shè)備的狀態(tài)；而前者則基于廣域信息的安全性評估，在故障發(fā)生后將故障局部化，使故障不致發(fā)展為大面積停電的重要技術(shù)措施。繼電保護應(yīng)從傳統(tǒng)的元件保護擴展到系統(tǒng)保護，同時要研究繼電保護裝置隱性失效對連鎖故障的影響。緊急控制系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)在線決策，提高控制的速度和有效性。
實現(xiàn)廣域電力系統(tǒng)安全防治系統(tǒng)，必須基于廣域測量系統(tǒng)（WAMS）， 實現(xiàn)對電網(wǎng)的實時監(jiān)視、實時仿真和實時控制。廣域電力系統(tǒng)安全防治系統(tǒng)的主要目標(biāo)是：
�。�1）事故的超前發(fā)現(xiàn)或預(yù)測系統(tǒng)事故。根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，過負荷或輸電線路弧垂等情況，采用先進的算法進行預(yù)測。對電力設(shè)備“健康”狀態(tài)進行實時監(jiān)控和根據(jù)電力設(shè)備的狀態(tài)進行檢修管理，以避免因設(shè)備老化或故障（失效）而引起的系統(tǒng)事故。要在線監(jiān)視輸電線路的熱極限。若干大停電事故的起因都是靜態(tài)潮流問題，動態(tài)問題隨后加劇了系統(tǒng)崩潰。
�。�2）對系統(tǒng)故障的快速反應(yīng)。如故障的早期隔離、過負荷元件的超前解除過負荷狀態(tài)，以及其它避免事故擴大的措施。
（3）盡快使系統(tǒng)得以恢復(fù)，也就是盡可能快的使失去供電的負荷恢復(fù)供電，并使系統(tǒng)回到正常運行狀態(tài)。重視事故恢復(fù)計劃的準(zhǔn)備，盡可能在電網(wǎng)和電源建設(shè)階段就考慮事故恢復(fù)問題，如完備的“黑啟動”方案。恰當(dāng)?shù)氖鹿驶謴?fù)計劃可以減少事故停電損失。發(fā)展分散電源也為事故后的快速恢復(fù)創(chuàng)造條件。
（4）在系統(tǒng)正常運行時，校正系統(tǒng)的運行性能，使其保持安全性，即承受故障的能力更高。
最近研究人員提出了系統(tǒng)保護終端（System Protection Terminal，SPT）的思想[6]，如圖2所示，終端接于變電所的控制系統(tǒng)。為了應(yīng)用時標(biāo)，需要有GPS功能。SPT具有高速通信界面，在終端數(shù)據(jù)庫間進行電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)庫中有該變電所所有實時刷新的量測值和信號，以及為該變電所控制所需的其它SPT數(shù)據(jù)。
進一步發(fā)展綜合的多層結(jié)構(gòu)，將相位測量、保護和EMS組合在一起，形成廣域保護和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。如圖3所示，由幾個SPT組成地區(qū)保護中心（Local Protection Center，LPC），而系統(tǒng)保護中心（System Protection Center，SPC）則是LPC的協(xié)調(diào)機構(gòu)。這種三層結(jié)構(gòu)的設(shè)計可分階段實施，第一階段的目標(biāo)是開發(fā)監(jiān)控能力（如廣域測量系統(tǒng)WAMS），主要目的是改進事故后的分析運行員的信息和狀態(tài)估計，下一部再由WAMS發(fā)展為保護和控制系統(tǒng)。也可有另一種“平結(jié)構(gòu)” ，SPT用環(huán)形結(jié)構(gòu)與其他SPT直接通信。這樣的結(jié)構(gòu)很容易用多智能體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。
5 結(jié)束語
保證大規(guī)�；ヂ�(lián)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行是一個重大而迫切的問題。本文介紹了電力系統(tǒng)安全性問題及其研究動態(tài)，從分析影響電力系統(tǒng)安全性的各種因素出發(fā)，結(jié)合目前的技術(shù)手段，就如何加強電力系統(tǒng)的安全性，防治大停電事故提出了一些措施，并對今后在該領(lǐng)域研究中應(yīng)采用的方法和研究方向提出了一些看法。
參考文獻
[1] Definition and Classification of Power System Stability [S]．IEEE/CIGRE Joint Task Force，2003，June．
[2] Liu C C，Vittal V et al．The strategic power infrastructure defense system[J]．IEEE Control Systems Magazine，2000，13(8)：40-52．
[3] Fouad A A，Zhou Q，Vittal V．System vulnerability as a concept to assess power system dynamic security[J]．IEEE Trans. Power Systems，1994，9(2)：1009-1015．
[4] Elizondo D C，de La Ree J，Phadke A G et al．Hidden failures in protection systems and their impact on wide-area disturbances[A]．IEEE Proc. Power Engineering Society Winter Meeting[C]，2001．
[5] Phadke G，Thorp J S．Expose hidden failures to prevent cascading outages[J]．IEEE Computer Application in Power，1996，9(3)：20-23．
[6] Novosel D，Begovic M M，Madani V．Shedding lights on blackouts[J]．IEEE Power & Energy Magazine，2004，2(1)：32-43．
[7] Hauer J，Trudnowski D，Rogers G et al．Keeping an eye on power system dynamics[J]．IEEE Computer Applications in Power，1997，13(4)：50-54．
[8] Balu N，Bertram T，Bose A et al．On-line power system security analysis[J]．Proc. of IEEE，1992，80(2)：262-279．
[9] 盧強．‘我國電力系統(tǒng)災(zāi)變防治與經(jīng)濟運行的重大科學(xué)問題的研究’項目介紹[J]．電力系統(tǒng)自動化，2000，24(1)：1．
[10] 盧強，梅生偉．面向21世紀(jì)的電力系統(tǒng)重大基礎(chǔ)研究，自然科學(xué)進展[J] ．2000，10(10)：870-876．
[11] 楊衛(wèi)東，徐政，韓禎祥（Yang Weodong，Xu Zheng，Han Zhenxiang），電力系統(tǒng)災(zāi)變防治的現(xiàn)狀與目標(biāo)（Review and objective of research on power system collapse prevention），電力系統(tǒng)自動化（Automation of Electric Power Systems）， 2000，24(1)：7-12．
[12] 楊衛(wèi)東，徐政，韓禎祥（Yang Weodong，Xu Zheng，Han Zhenxiang）．電力系統(tǒng)災(zāi)變防治研究中的一些問題（Some problems in the research of power system collapse prevention）[J]．電力系統(tǒng)自動化，2000，24(6)：7-12．
[13] 薛禹勝（Xue Yusheng）．EEAC和FASTEST（EEAC and FASTEST）[J] ．電力系統(tǒng)自動化（Automation of Electric Power Systems），1998，22(9)：25-30．
[14] 何大愚（He Dayu）．柔性交流輸電技術(shù)的定義、機遇及局限性（The definition opportunities and limitations of FACTS）[J]．電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），1996，20(6)：18-24．
[15] 袁季修．電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制[M]．北京：中國電力出版社, 1996．
[16] Wide Area Protection and Emergency Control, Working Group C-6， System Protection Subcommittee[S]．IEEE PES System Relaying Committee，2003．
[17] Talukdar S，Ramesh V C，Quadrel R，et al．Multi-agent organizations for real-time operations[J]．Proc. of the IEEE，1992，80 (5)：765-778．
[18] Cao Y J，Ireson N et al．Evolving multi-agent systems and its applications[A]．Proc. of World Congress on Intelligent Systems and Automation[C]，University of Wollongong，Australia，December 2000．
[19] Buse D P，Sun P，Wu Q H et al．Agent-based substation automation [J]．IEEE Power & Energy Magazine，2003，1(2)：50-55．
