隨著電力系統總容量的不斷增加、網絡結構的不斷擴大、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，對電網的安全穩定提出了更高的要求。建立可靠的電力系統運行監視、分析和控制系統，以保證電網的安全經濟運行，已成為十分重要的問題。由發電、變電、輸電、配電和用電等環節組成的電能生產與消費系統。它的功能是將自然界的一次能源通過發電動力裝置（主要包括鍋爐、汽輪機、發電機及電廠輔助生產系統等）轉化成電能，再經輸、變電系統及配電系統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，為地區經濟和人民生活服務。由于電源點與負荷中心多數處于不同地區，也無法大量儲存，故其生產、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，電能生產必須時刻保持與消費平衡。因此，電能的集中開發與分散使用，以及電能的連續供應與負荷的隨機變化，就制約了電力系統的結構和運行。據此，電力系統要實現其功能，就需在各個環節和不同層次設置相應的信息與控制系統，以便對電能的生產和輸運過程進行測量、調節、控制、保護、通信和調度，確保用戶獲得安全、經濟、優質的電能。

建立結構合理的大型電力系統不僅便于電能生產與消費的集中管理、統一調度和分配，減少總裝機容量，節省動力設施投資，且有利于地區能源資源的合理開發利用，更大限度地滿足地區國民經濟日益增長的用電需要。電力系統建設往往是國家及地區國民經濟發展規劃的重要組成部分。電力系統的出現，使高效、無污染、使用方便、易于調控的電能得到廣泛應用，推動了社會生產各個領域的變化，開創了電力時代，發生了第二次技術革命。電力系統的規模和技術水準已成為一個國家經濟發展水平的標志之一。

1安全穩定控制系統

互聯網穩定控制面臨著較多的問題：互聯系統的低頻振蕩問題及緊急控制等問題。如我國華中系統的低頻振蕩衰減時間較長，當系統出現故障時，華中系統的較長的動態過程勢必會通過聯絡線影響到華東系統。傳統的基于事件的就地控制不能夠充分觀察系統的動態過程，因而不能夠較好觀察系統的各種狀態，互聯系統將由直流電力發電裝置產生的直流電力轉換為交流電力并連接到系統。并且，具有：消耗直流電力發電裝置的發電電力的負載、檢測直流電力發電裝置的發電電力量的發電電力量檢測裝置、檢測從直流電力發電裝置向所述系統提供的售電電力量的售電電力量檢測裝置、檢測從系統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。

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

1.1暫態穩定預測及控制

當今投入實際工業應用的穩定控制系統可分為兩種模式，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定控制系統很可能無法響應。理論上最為完美的穩定控制系統模式是“超實時計算、實時匹配”。這種模式假設在故障發生后進行快速的暫態分析以確定系統是否會失穩，若判斷系統失穩則給出相應的控制措施以保證系統的暫態穩定性。

電網廣域監測系統采用同步相角測量技術，通過逐步布局全網關鍵測點的同步相角測量單元（PMU），實現對全網同步相角及電網主要數據的實時高速率采集。采集數據通過電力調度數據網絡實時傳送到廣域監測主站系統，從而提供對電網正常運行與事故擾動情況下的實時監測與分析計算，并及時獲得并掌握電網運行的動態過程。WAMS作為電網動態測量系統，兼顧了SCADA系統和故障錄波系統的功能。其前置單元相量測量裝置PMU能夠以數百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送。PMU通過全球定位系統（GPS）對時，能夠保證全網數據的同步性，時標信息與數據同時存儲并發送到主站。因此，WAMS能夠使調度人員實時監視到電網的動態過程。

WAMS在以下幾方面的應用有助于實現上述自適應實時控制系統：

（1）對于WAMS提供的系統動態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未來的受擾軌跡，并判斷系統的穩定性。但由于電力系統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提供的系統故障后的狀態為初始值，在巨型機或PC機群上進行電力系統超實時暫態時域仿真，得到系統未來的受擾軌跡，從而判斷系統的穩定性。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動態模型；再者，該方法要求的時域仿真的超實時度較高，目前對大規模系統而言可能還存在困難。

（3）基于WAMS提供的系統動態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動態模型，然后對該模型進行超實時仿真，得到系統未來的受擾軌跡，并判斷系統的穩定性。

除了判斷系統穩定性外，另一個重要問題是若干預測結果為系統失穩，那么該如何給出適當的控制量以避免系統失穩，這方面的研究相對于暫態穩定預測的研究還較薄弱。它涉及電力系統穩定量化分析和穩定量化指標對控制變量的靈敏度分析，即使在離線環境下這也是一個難點，實時環境下要求快速給出適當的控制量將更加困難。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，通過人工神經網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穩定預測和求解控制量都隱含在神經網絡之中。

1.2電力系統穩定器（PSS）

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

傳統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，不考慮多機系統之間的關聯作用及系統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，但對系統其它相鄰機組的動態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調，而使各自的控制特性惡化的可能性。

廣域測量系統提供了廣域系統的同步狀態量，為進一步開發相互協調動作的電力系統穩定器打下基礎?；趶V域測量系統，PSS可以觀察動作以后系統各點的響應情況，并根據系統的狀態，確定進一步的動作。

2電壓、頻率穩定控制

2.1慢速電壓穩定控制

基于廣域測量系統，人們可以開發較為慢速的廣域控制，比如電壓穩定控制。美國BPA公司正在開發"先進電壓穩定控制"項目。該項目基于廣域測量系統和SCADA系統提供的系統電壓、電流相量、有功、無功及頻率等綜合信息開發以下控制：基于響應的快速控制，該控制措施包括發電機跳閘及無功補償調節。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電壓幅度；變壓器自動調壓避免變電站之間并聯變壓器的環流現象，提高電壓穩定性；發電廠的電壓調度在電壓緊急的狀態下，有較多無功儲備的電廠可以提高電壓，從而減少系統的無功損耗，并提高電容器組的無功輸出。

2.2靜態電壓穩定控制

相對于暫態穩定問題，靜態電壓穩定和頻率穩定屬于慢動態的范疇，更易于利用WAMS信息實現穩定監視和控制。如利用WAMS得到的各節點電壓相量測量值將系統等值成兩節點系統，能快速給出電壓穩定裕度；以各節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定指標，用大量樣本訓練得到一個模糊神經網絡作為電壓

穩定分類器，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提供的節點電壓相角差和發電機無功出力為輸入變量，應用決策樹快速評價系統的電壓安全水平。

3動態過程安全分析

3.1低頻振蕩分析及抑制

隨著大電網的互聯，區域間的低頻振蕩對互聯電力系統的安全穩定運行構成了威脅。WAMS可望在分析和抑制低頻振蕩方面發揮作用。直接將系統線性化狀態空間方程離散化，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空間方程的系數矩陣，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）不能很好地抑制區域間的低頻振蕩，因為本地信息并不能很好反映區域間的振蕩模式，本地信號對于區域間的振蕩模式的可觀測性不好。WAMS的出現為抑制區域間的低頻振蕩提供了強有力的工具，可通過WAMS獲取區域間的發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控制。將采用WAMS信號的區間阻尼控制器附加到發電機勵磁控制器中，達到抑制區域間振蕩的目的；采用WAMS信號作為裝設于聯絡線上的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控制研究領域一直強調分散性/就地性，即對電力系統中的某一動態元件僅采用本地量測量構成反饋控制，從便于控制實現的角度追求控制的分散性/就地性毫無疑問是可以理解的，但通常電力系統的動態問題本質上具有全局性（如暫態穩定問題），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，因此在提高全系統穩定性上有一定局限性。隨著WAMS的出現和發展，研究和實現基于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，將通過聯絡線互聯的兩個區域等值成一個兩機系統，然后采用直接線性化技術設計了聯絡線上的TCSC控制器，數值仿真結果表明，所設計的基于WAMS信號的全局TCSC控制器有效提高了互聯系統的暫態穩定性。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，建立廣域測量系統成為我國電力系統發展的必然，必須從工程技術、經濟等角度對其開發、應用進行整體規劃。未來重點要編制現有技術應用的規范，并提出技術改進的各種方法。根據我國電力系統運行、規劃、分析、控制、保護及EMS等系統的未來實際要求，確定與廣域測量系統接口、數據管理、分析和交換等各種相關課題。