隨著電力系統(tǒng)總容量的不斷增加、網(wǎng)絡結構的不斷擴大、超高壓長距離輸電線路的增多以及用戶對電能質量要求的逐漸提高，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提出了更高的要求。建立可靠的電力系統(tǒng)運行監(jiān)視、分析和控制系統(tǒng)，以保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，已成為十分重要的問題。由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置（主要包括鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等）轉化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應到各負荷中心，通過各種設備再轉換成動力、熱、光等不同形式的能量，為地區(qū)經(jīng)濟和人民生活服務。由于電源點與負荷中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無法大量儲存，故其生產(chǎn)、輸送、分配和消費都在同一時間內完成，并在同一地域內有機地組成一個整體，電能生產(chǎn)必須時刻保持與消費平衡。因此，電能的集中開發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應與負荷的隨機變化，就制約了電力系統(tǒng)的結構和運行。據(jù)此，電力系統(tǒng)要實現(xiàn)其功能，就需在各個環(huán)節(jié)和不同層次設置相應的信息與控制系統(tǒng)，以便對電能的生產(chǎn)和輸運過程進行測量、調節(jié)、控制、保護、通信和調度，確保用戶獲得安全、經(jīng)濟、優(yōu)質的電能。

建立結構合理的大型電力系統(tǒng)不僅便于電能生產(chǎn)與消費的集中管理、統(tǒng)一調度和分配，減少總裝機容量，節(jié)省動力設施投資，且有利于地區(qū)能源資源的合理開發(fā)利用，更大限度地滿足地區(qū)國民經(jīng)濟日益增長的用電需要。電力系統(tǒng)建設往往是國家及地區(qū)國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使高效、無污染、使用方便、易于調控的電能得到廣泛應用，推動了社會生產(chǎn)各個領域的變化，開創(chuàng)了電力時代，發(fā)生了第二次技術革命。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術水準已成為一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的標志之一。

1安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定控制面臨著較多的問題：互聯(lián)系統(tǒng)的低頻振蕩問題及緊急控制等問題。如我國華中系統(tǒng)的低頻振蕩衰減時間較長，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，華中系統(tǒng)的較長的動態(tài)過程勢必會通過聯(lián)絡線影響到華東系統(tǒng)。傳統(tǒng)的基于事件的就地控制不能夠充分觀察系統(tǒng)的動態(tài)過程，因而不能夠較好觀察系統(tǒng)的各種狀態(tài)，互聯(lián)系統(tǒng)將由直流電力發(fā)電裝置產(chǎn)生的直流電力轉換為交流電力并連接到系統(tǒng)。并且，具有：消耗直流電力發(fā)電裝置的發(fā)電電力的負載、檢測直流電力發(fā)電裝置的發(fā)電電力量的發(fā)電電力量檢測裝置、檢測從直流電力發(fā)電裝置向所述系統(tǒng)提供的售電電力量的售電電力量檢測裝置、檢測從系統(tǒng)向所述負載提供的購電電力量的購電電力量檢測裝置、以及調整負載的電力消耗量的調整裝置，當售電電力量減小時，該調整裝置向負載輸出指示，使得電力消耗量減小。

目前的穩(wěn)定控制系統(tǒng)，發(fā)展到廣域控制都應該是基于廣域電力系統(tǒng)的信息：原來使用就地信息不能夠滿足控制對電力系統(tǒng)充分觀察的要求。廣域測量系統(tǒng)提高了電力系統(tǒng)的可觀察性，通過各種分析手段，進行系統(tǒng)動態(tài)過程的分析。

1.1暫態(tài)穩(wěn)定預測及控制

當今投入實際工業(yè)應用的穩(wěn)定控制系統(tǒng)可分為兩種模式，即“離線計算、實時匹配”和“在線預決策、實時匹配”。但分析表明，大停電往往由“不可預見”的連鎖故障引起，在這種情況下以上兩種穩(wěn)定控制系統(tǒng)很可能無法響應。理論上最為完美的穩(wěn)定控制系統(tǒng)模式是“超實時計算、實時匹配”。這種模式假設在故障發(fā)生后進行快速的暫態(tài)分析以確定系統(tǒng)是否會失穩(wěn)，若判斷系統(tǒng)失穩(wěn)則給出相應的控制措施以保證系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

電網(wǎng)廣域監(jiān)測系統(tǒng)采用同步相角測量技術，通過逐步布局全網(wǎng)關鍵測點的同步相角測量單元（PMU），實現(xiàn)對全網(wǎng)同步相角及電網(wǎng)主要數(shù)據(jù)的實時高速率采集。采集數(shù)據(jù)通過電力調度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡實時傳送到廣域監(jiān)測主站系統(tǒng)，從而提供對電網(wǎng)正常運行與事故擾動情況下的實時監(jiān)測與分析計算，并及時獲得并掌握電網(wǎng)運行的動態(tài)過程。WAMS作為電網(wǎng)動態(tài)測量系統(tǒng)，兼顧了SCADA系統(tǒng)和故障錄波系統(tǒng)的功能。其前置單元相量測量裝置PMU能夠以數(shù)百Hz的速率采集電流、電壓信息，通過計算獲得測點的功率、相位、功角等信息，并以每秒幾十幀的頻率向主站發(fā)送。PMU通過全球定位系統(tǒng)（GPS）對時，能夠保證全網(wǎng)數(shù)據(jù)的同步性，時標信息與數(shù)據(jù)同時存儲并發(fā)送到主站。因此，WAMS能夠使調度人員實時監(jiān)視到電網(wǎng)的動態(tài)過程。

WAMS在以下幾方面的應用有助于實現(xiàn)上述自適應實時控制系統(tǒng)：

（1）對于WAMS提供的系統(tǒng)動態(tài)過程的時間序列響應，直接應用某種時間序列預測方法或人工智能方法預測系統(tǒng)未來的受擾軌跡，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但由于電力系統(tǒng)在動力學上的復雜性，這種直接外推方法的可靠性值得懷疑。

（2）以WAMS提供的系統(tǒng)故障后的狀態(tài)為初始值，在巨型機或PC機群上進行電力系統(tǒng)超實時暫態(tài)時域仿真，得到系統(tǒng)未來的受擾軌跡，從而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。僅就算法而言，這種方法是可靠的，但在連鎖故障的情況下，控制中心未必知道該方法需要的電力系統(tǒng)動態(tài)模型；再者，該方法要求的時域仿真的超實時度較高，目前對大規(guī)模系統(tǒng)而言可能還存在困難。

（3）基于WAMS提供的系統(tǒng)動態(tài)過程的時間序列響應，首先利用某種辨識方法得到一個簡化的系統(tǒng)動態(tài)模型，然后對該模型進行超實時仿真，得到系統(tǒng)未來的受擾軌跡，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

除了判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性外，另一個重要問題是若干預測結果為系統(tǒng)失穩(wěn)，那么該如何給出適當?shù)目刂屏恳员苊庀到y(tǒng)失穩(wěn)，這方面的研究相對于暫態(tài)穩(wěn)定預測的研究還較薄弱。它涉及電力系統(tǒng)穩(wěn)定量化分析和穩(wěn)定量化指標對控制變量的靈敏度分析，即使在離線環(huán)境下這也是一個難點，實時環(huán)境下要求快速給出適當?shù)目刂屏繉⒏永щy。有些研究以WAMS得到的故障后一小段時間內的實測量為輸入向量，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡直接將這些實測量映射到控制向量（如切機、切負荷量等）空間，這種方法相當于將暫態(tài)穩(wěn)定預測和求解控制量都隱含在神經(jīng)網(wǎng)絡之中。

1.2電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（pss）就是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵磁控制技術。它在勵磁電壓調節(jié)器中，引入領先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉矩，去克服原勵磁電壓調節(jié)器中產(chǎn)生的負阻尼轉矩作用。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關的信號，如發(fā)電機有功功率、轉速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號加到勵磁調節(jié)器中，使發(fā)電機產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。

傳統(tǒng)的分散配置的分散控制器實際上是在簡化模型下設計的“孤立”控制器，只考慮本機可測信號，不考慮多機系統(tǒng)之間的關聯(lián)作用及系統(tǒng)中其它控制器的存在和交互作用影響，其結果是這種控制器只對改善本機控制特性有一定好處，但對系統(tǒng)其它相鄰機組的動態(tài)行為不可能有確定的改善，相反存在著各控制器間動作無法協(xié)調，而使各自的控制特性惡化的可能性。

廣域測量系統(tǒng)提供了廣域系統(tǒng)的同步狀態(tài)量，為進一步開發(fā)相互協(xié)調動作的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器打下基礎。基于廣域測量系統(tǒng)，PSS可以觀察動作以后系統(tǒng)各點的響應情況，并根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，確定進一步的動作。

2電壓、頻率穩(wěn)定控制

2.1慢速電壓穩(wěn)定控制

基于廣域測量系統(tǒng)，人們可以開發(fā)較為慢速的廣域控制，比如電壓穩(wěn)定控制。美國BPA公司正在開發(fā)"先進電壓穩(wěn)定控制"項目。該項目基于廣域測量系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)提供的系統(tǒng)電壓、電流相量、有功、無功及頻率等綜合信息開發(fā)以下控制：基于響應的快速控制，該控制措施包括發(fā)電機跳閘及無功補償調節(jié)。該控制主要需要提供電壓相量、頻率、有功及無功的測量；利用無功補償設備進行電壓控制，基于廣域測量系統(tǒng)提供的電壓幅值及功角，無功補償設備使用模糊邏輯控制來調節(jié)電壓幅度；變壓器自動調壓避免變電站之間并聯(lián)變壓器的環(huán)流現(xiàn)象，提高電壓穩(wěn)定性；發(fā)電廠的電壓調度在電壓緊急的狀態(tài)下，有較多無功儲備的電廠可以提高電壓，從而減少系統(tǒng)的無功損耗，并提高電容器組的無功輸出。

2.2靜態(tài)電壓穩(wěn)定控制

相對于暫態(tài)穩(wěn)定問題，靜態(tài)電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定屬于慢動態(tài)的范疇，更易于利用WAMS信息實現(xiàn)穩(wěn)定監(jiān)視和控制。如利用WAMS得到的各節(jié)點電壓相量測量值將系統(tǒng)等值成兩節(jié)點系統(tǒng)，能快速給出電壓穩(wěn)定裕度；以各節(jié)點電壓相量測量值作為輸入變量，以潮流雅克比矩陣的最小奇異值作為電壓穩(wěn)定指標，用大量樣本訓練得到一個模糊神經(jīng)網(wǎng)絡作為電壓

穩(wěn)定分類器，輸出變量為很安全、安全、警戒、危險、很危險等5種電壓安全水平；以WAMS提供的節(jié)點電壓相角差和發(fā)電機無功出力為輸入變量，應用決策樹快速評價系統(tǒng)的電壓安全水平。

3動態(tài)過程安全分析

3.1低頻振蕩分析及抑制

隨著大電網(wǎng)的互聯(lián)，區(qū)域間的低頻振蕩對互聯(lián)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構成了威脅。WAMS可望在分析和抑制低頻振蕩方面發(fā)揮作用。直接將系統(tǒng)線性化狀態(tài)空間方程離散化，利用WAMS提供的各離散時間點的測量值，通過最小二乘法計算線性化狀態(tài)空間方程的系數(shù)矩陣，進而計算該矩陣的特征根；基于WAMS提供的各離散時間點的測量值采用卡爾曼濾波方法計算系統(tǒng)的機電振蕩模式；應用快速傅立葉變換和小波分析對WAMS提供的節(jié)點間的電壓相角差振蕩時間曲線進行分析，提取低頻振蕩模式。

通常僅基于本地信息的阻尼控制器（如PSS）不能很好地抑制區(qū)域間的低頻振蕩，因為本地信息并不能很好反映區(qū)域間的振蕩模式，本地信號對于區(qū)域間的振蕩模式的可觀測性不好。WAMS的出現(xiàn)為抑制區(qū)域間的低頻振蕩提供了強有力的工具，可通過WAMS獲取區(qū)域間的發(fā)電機相對轉子角和轉子角速度信號等全局信息作為阻尼控制器的反饋信號構成閉環(huán)控制。將采用WAMS信號的區(qū)間阻尼控制器附加到發(fā)電機勵磁控制器中，達到抑制區(qū)域間振蕩的目的；采用WAMS信號作為裝設于聯(lián)絡線上的TCSC裝置的控制輸入。

3.2全局反饋控制

以往乃至目前的電力系統(tǒng)控制研究領域一直強調分散性/就地性，即對電力系統(tǒng)中的某一動態(tài)元件僅采用本地量測量構成反饋控制，從便于控制實現(xiàn)的角度追求控制的分散性/就地性毫無疑問是可以理解的，但通常電力系統(tǒng)的動態(tài)問題本質上具有全局性（如暫態(tài)穩(wěn)定問題），而分散/就地控制只是通過本地量測量間接地包含一些全局信息，因此在提高全系統(tǒng)穩(wěn)定性上有一定局限性。隨著WAMS的出現(xiàn)和發(fā)展，研究和實現(xiàn)基于WAMS信號的全局信息反饋與控制成為可能。

基于WAMS提供的全局實時信號，將通過聯(lián)絡線互聯(lián)的兩個區(qū)域等值成一個兩機系統(tǒng)，然后采用直接線性化技術設計了聯(lián)絡線上的TCSC控制器，數(shù)值仿真結果表明，所設計的基于WAMS信號的全局TCSC控制器有效提高了互聯(lián)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。在全局反饋控制的研究中，同樣存在遠方反饋信號的時滯問題，有必要采用時滯系統(tǒng)控制理論加以分析研究，以探明時滯對全局反饋控制的影響。

通過分析可見，建立廣域測量系統(tǒng)成為我國電力系統(tǒng)發(fā)展的必然，必須從工程技術、經(jīng)濟等角度對其開發(fā)、應用進行整體規(guī)劃。未來重點要編制現(xiàn)有技術應用的規(guī)范，并提出技術改進的各種方法。根據(jù)我國電力系統(tǒng)運行、規(guī)劃、分析、控制、保護及EMS等系統(tǒng)的未來實際要求，確定與廣域測量系統(tǒng)接口、數(shù)據(jù)管理、分析和交換等各種相關課題。