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(dòng)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(qiáng)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(duì)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(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)電力的需求和依賴性越來越大，對(duì)安全穩(wěn)定供電的要求越來越強(qiáng)。 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(shí)有發(fā)生, 這不但使電力經(jīng)營企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受到損失, 而且對(duì)電力用戶和整個(gè)社會(huì)都將造成嚴(yán)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(rèn)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(jì)損失，是美國歷史上最嚴(yán)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(jì)運(yùn)行是一個(gè)重大而迫切的問題，必須作為一個(gè)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(yùn)行和正常供電的風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)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(duì)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(jì)運(yùn)行，各種信息系統(tǒng)， 如調(diào)度自動(dòng)化（SCADA/EMS）、配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)（DA）和變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（SA），電力市場(chǎng)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(cè)和控制越來越依賴于信息系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。信息系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是核心，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的維護(hù)不當(dāng)是8.14美加大停電的基本原因之一。一個(gè)關(guān)鍵通信系統(tǒng)發(fā)生故障會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)陷于癱瘓，進(jìn)而失去可控性和可觀測(cè)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(dòng)態(tài)安全評(píng)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的有關(guān)文獻(xiàn)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?cè)诓煌膶W(xué)科中有不同的含義。對(duì)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(jì)算機(jī)（軟、硬件）、通信、電力系統(tǒng)元件和保護(hù)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(xiǎn)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(shí)系統(tǒng)安全性水平的變化趨勢(shì)這兩類信息密切相關(guān)[3]。在這個(gè)概念中, 人們對(duì)它們?cè)O(shè)定一個(gè)可被接受的基準(zhǔn)值, 當(dāng)系統(tǒng)安全現(xiàn)狀被評(píng)估后，系統(tǒng)安全性水平和它的變化趨勢(shì)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(duì)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(jī)、變壓器、輸電線故障；
2）控制和保護(hù)系統(tǒng)故障：保護(hù)繼電器的隱性故障[4,5]、斷路器誤動(dòng)作、控制故障或誤操作等；
3) 計(jì)算機(jī)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(jìn)行自動(dòng)控制和保護(hù)、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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的因素：電力市場(chǎng)中各參與者間的競(jìng)爭(zhēng)與不協(xié)調(diào)、在更換舊的控制和保護(hù)系統(tǒng)或發(fā)電裝置上缺少主動(dòng)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(hù)系統(tǒng)設(shè)置錯(cuò)誤、蓄意破壞（包括戰(zhàn)爭(zhēng)或恐怖活動(dòng)）等。
3 電力系統(tǒng)安全性的防治措施
3.1 加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，降低事故概率
電力工業(yè)是需要長(zhǎng)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(yùn)行。特別要加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)（加強(qiáng)遠(yuǎn)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(yán)重隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)達(dá)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(jì)到2010年將達(dá)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(jì)的設(shè)備已不適應(yīng)先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)。所以，電力設(shè)備老化問題是發(fā)達(dá)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(chǎng)化后，市場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)的壓力、市場(chǎng)的不完備和管制的不確定性，在一些進(jìn)行電力工業(yè)改革的國家中的投資已保持在一個(gè)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(duì)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(lì)機(jī)制，使電力工業(yè)的發(fā)展能滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性的要求。
3.2 加強(qiáng)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(jìn)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(gè)局部故障能迅速向全系統(tǒng)傳播，會(huì)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?jī)纱未笸ｋ姾?003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(jìn)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(gè)監(jiān)控全國或一個(gè)大區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)的組織和機(jī)構(gòu)來統(tǒng)一負(fù)責(zé)和協(xié)調(diào)全系統(tǒng)的安全運(yùn)行和事故后的故障處理。在一個(gè)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(gè)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(yùn)行制度是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)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(yùn)行人員的素質(zhì)，特別是應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。美國Grid2030研究計(jì)劃的研發(fā)項(xiàng)目中，建議2010年建成國家電網(wǎng)控制中心，強(qiáng)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(yùn)行環(huán)境，減少外力和自然界對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的破壞，要做好日常的維護(hù)工作，例如，及時(shí)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(qiáng)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(jī)、不同電壓等級(jí)和長(zhǎng)度的輸配電線路以及不同容量和特性負(fù)荷組成的電力系統(tǒng)是一個(gè)典型的復(fù)雜大系統(tǒng)，呈現(xiàn)高維、非線性、時(shí)變、信息的不完全性、廣域（大范圍跨越時(shí)空）互聯(lián)性和微分代數(shù)的復(fù)雜特性。這個(gè)大系統(tǒng)的時(shí)空運(yùn)行歷來就是一個(gè)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(cè)、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(zhǎng)期動(dòng)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(yùn)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(hù)和控制系統(tǒng)，它集成了電力系統(tǒng)、廣域保護(hù)和控制以及通信基礎(chǔ)設(shè)施（包括GPS技術(shù)），能提供實(shí)時(shí)的關(guān)鍵和廣泛信息，預(yù)見可能出現(xiàn)的問題，迅速地評(píng)價(jià)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)完成基于系統(tǒng)分析的自愈合和自適應(yīng)重構(gòu)動(dòng)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(qiáng)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(yùn)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(xiàng)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(xiàng)目，共有28個(gè)大學(xué)和2個(gè)電力單位參加這個(gè)項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)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(yùn)行的新理論與新方法。
在這方面，歐洲正在進(jìn)行兩個(gè)大項(xiàng)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(xiàng)目，從2001年開始進(jìn)行，參加人員包括工業(yè)界、研究單位、大學(xué)和系統(tǒng)運(yùn)行人員。這項(xiàng)目的內(nèi)容有：暫態(tài)穩(wěn)定評(píng)估，EMS運(yùn)行人員的培訓(xùn)仿真器，市場(chǎng)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和驗(yàn)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(huì)。會(huì)議提出了美國電網(wǎng)發(fā)展的Grid2030研究計(jì)劃，會(huì)議主要提出將建立國家電網(wǎng)作為Grid2030的目標(biāo)。研發(fā)項(xiàng)目中還建議2010年建成國家電網(wǎng)控制中心，達(dá)成了實(shí)現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)的一致觀點(diǎn)。
在我國，由國家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）所資助的首批10個(gè)重大項(xiàng)目中，就有電力系統(tǒng)災(zāi)變防治與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行重大科學(xué)問題的研究項(xiàng)目[9,10]，并組織國內(nèi)諸多單位進(jìn)行了研究，取得了許多成果，已于2003年通過驗(yàn)收。目前，有關(guān)部門正在進(jìn)一步組織電力系統(tǒng)安全性的重大研究項(xiàng)目。
與電力系統(tǒng)安全性緊密相關(guān)的基礎(chǔ)研究，需要長(zhǎng)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(shí)和特殊條件（如戰(zhàn)爭(zhēng)）下的電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供理論和實(shí)踐的成果；要列入國家中、長(zhǎng)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(zhēng)和恐怖活動(dòng)）對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響
在現(xiàn)代化社會(huì)中，由于社會(huì)活動(dòng)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(yán)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(yùn)行是國家經(jīng)濟(jì)、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(zhēng)）對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)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(duì)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(dòng)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(dòng)態(tài)行為和特征嚴(yán)重影響大電網(wǎng)的安全運(yùn)行，迫切需要進(jìn)一步搞清機(jī)理，提出控制方法和措施。電力負(fù)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(fù)荷模型的復(fù)雜性和不確定性的辨識(shí)理論和方法，電力負(fù)荷模型的宏觀結(jié)構(gòu)識(shí)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(duì)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(cè)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(yùn)行。必須同時(shí)考慮和研究電力系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的交互和綜合，在建模上要考慮多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平行，多個(gè)物理過程的平行，以及多類元件的平行。要充分應(yīng)用實(shí)時(shí)的量測(cè)信息，發(fā)展分布式的實(shí)時(shí)計(jì)算。美國電網(wǎng)發(fā)展的Grid2030研究計(jì)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(xiàng)目已經(jīng)組織研究。
長(zhǎng)期以來，電力系統(tǒng)安全性評(píng)估的研究主要集中于電力系統(tǒng)本身建模和故障的計(jì)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?yàn)樾畔⑾到y(tǒng)和通信系統(tǒng)的模型尚未建立，對(duì)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(duì)電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展所帶來的復(fù)雜性，發(fā)展新的電力系統(tǒng)安全性評(píng)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(duì)于電力系統(tǒng)，它主要是將網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)成員視為一個(gè)能獨(dú)立完成某些任務(wù)的分布自治的智能體，然后通過多個(gè)智能體的交互與協(xié)作，達(dá)成各成員作用的相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制目標(biāo)。最典型的電力系統(tǒng)分級(jí)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(chǎng)環(huán)境下的多智能體結(jié)構(gòu)，可以是獨(dú)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(jí)方法是傳統(tǒng)分級(jí)控制技術(shù)的引申和擴(kuò)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(duì)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(duì)應(yīng)于communication agent, 信息系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于Information agent。這種分級(jí)方法為多智能體分層結(jié)構(gòu)中準(zhǔn)確模擬各個(gè)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(kuò)張、可靠性強(qiáng)、靈活性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)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(píng)估任務(wù)，有望為實(shí)現(xiàn)廣域電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(gè)先進(jìn)和可靠的分層、分區(qū)的信息系統(tǒng)，使及時(shí)和正確地傳送廣域信息能得到保證，并對(duì)信息進(jìn)行有效的處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)全系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。為此，要有一個(gè)實(shí)時(shí)平行的故障診斷系統(tǒng)，在海量的實(shí)時(shí)信息（包括測(cè)量信息，設(shè)備“健康”狀態(tài)等）中及時(shí)診斷和預(yù)測(cè)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(dòng)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(chǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)以及電網(wǎng)運(yùn)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(hào)處理階段，信息的采集重復(fù)性較大，未能實(shí)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(jiǎn)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(diǎn)和特點(diǎn)，能適應(yīng)與應(yīng)用到運(yùn)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(gè)問題域十分復(fù)雜、龐大或不可預(yù)測(cè)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(gè)特定方面。在出現(xiàn)相互關(guān)聯(lián)的問題時(shí)，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(duì)信息融合算法的改進(jìn)，增加系統(tǒng)的反饋算法，改變了原有的簡(jiǎn)單的單向從低層到高層的環(huán)境信息和知識(shí)傳輸，使高層同樣可以向低層傳輸規(guī)劃和管理信息。這個(gè)信息融合系統(tǒng)就具有完整的觀測(cè)、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(shí), 信息技術(shù)的負(fù)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(jìn)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(hù)和控制系統(tǒng)。它集成了由電力系統(tǒng)、廣域保護(hù)和控制以及通信基礎(chǔ)設(shè)施，能提供實(shí)時(shí)的關(guān)鍵和廣泛信息，預(yù)見可能出現(xiàn)的問題，迅速地評(píng)價(jià)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)完成基于系統(tǒng)分析的自愈和自適應(yīng)重構(gòu)動(dòng)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(cè)信號(hào)的局部控制動(dòng)作，只關(guān)心個(gè)別設(shè)備的狀態(tài)；而前者則基于廣域信息的安全性評(píng)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(hù)應(yīng)從傳統(tǒng)的元件保護(hù)擴(kuò)展到系統(tǒng)保護(hù)，同時(shí)要研究繼電保護(hù)裝置隱性失效對(duì)連鎖故障的影響。緊急控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)在線決策，提高控制的速度和有效性。
實(shí)現(xiàn)廣域電力系統(tǒng)安全防治系統(tǒng)，必須基于廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS）， 實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、實(shí)時(shí)仿真和實(shí)時(shí)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(cè)系統(tǒng)事故。根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，過負(fù)荷或輸電線路弧垂等情況，采用先進(jìn)的算法進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)電力設(shè)備“健康”狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和根據(jù)電力設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)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(dòng)態(tài)問題隨后加劇了系統(tǒng)崩潰。
�。�2）對(duì)系統(tǒng)故障的快速反應(yīng)。如故障的早期隔離、過負(fù)荷元件的超前解除過負(fù)荷狀態(tài)，以及其它避免事故擴(kuò)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(fù)荷恢復(fù)供電，并使系統(tǒng)回到正常運(yùn)行狀態(tài)。重視事故恢復(fù)計(jì)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(dòng)”方案。恰當(dāng)?shù)氖鹿驶謴?fù)計(jì)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(yùn)行時(shí)，校正系統(tǒng)的運(yùn)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(hù)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(shí)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(jìn)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(shí)時(shí)刷新的量測(cè)值和信號(hào)，以及為該變電所控制所需的其它SPT數(shù)據(jù)。
進(jìn)一步發(fā)展綜合的多層結(jié)構(gòu)，將相位測(cè)量、保護(hù)和EMS組合在一起，形成廣域保護(hù)和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。如圖3所示，由幾個(gè)SPT組成地區(qū)保護(hù)中心（Local Protection Center，LPC），而系統(tǒng)保護(hù)中心（System Protection Center，SPC）則是LPC的協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)。這種三層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可分階段實(shí)施，第一階段的目標(biāo)是開發(fā)監(jiān)控能力（如廣域測(cè)量系統(tǒng)WAMS），主要目的是改進(jìn)事故后的分析運(yùn)行員的信息和狀態(tài)估計(jì)，下一部再由WAMS發(fā)展為保護(hù)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(shí)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(jì)運(yùn)行是一個(gè)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(dòng)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(qiáng)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(duì)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。
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