电力系统现有的二级机房中，因为建设年限不一，设计规划没有考虑到信通规模的发展，多数机房建设标准较低，现有在运机房会存在比较多的问题。如防雷接地不够规范，有环状铜牌但设备接地不规范，使用的接地线线径不够等；缺少UPS或UPS主机蓄电池设备日常维护不够；综合布线不够规范，临时拉线过多；机房防火防小动物不够重视等。作为二级机房，如何在满足信通设备运行的条件下，尽可能节约、科学、合理地设计与施工，有许多技术细节值得探讨。
机房基础结构
机房不宜选择楼房的顶层或底层，但二级机房因其位置特殊性，不少是老的办公室改动而来，更适用因地制宜，根据现场条件，选择远离粉尘、油烟，方便设备搬运、布线施工的地点。因机房内运行的都是电气设备，需要尽量避开水源，与机房无关的给、排水管不能穿过机房。以每机房3个机柜为例，其中通信设备一个机柜、信息设备一个机柜、电源设备一个机柜，每机柜600*600*2000mm规格，按机房设计规范，机柜侧面检修时距墙1.2m，前后保持1.2m，建议整个机房面积不少于12.6m2，机柜安装在机房正中央。理想条件下，可以保持静电地板完整。
市电接入前端漏电保护装置
传统型UPS，基本以在线方式工作，UPS直接对输入交流市电进行整流，在无功率因数补偿的情况下，就会在传输线中造成严重的谐波干扰。漏保开关的动作原理是在一个铁芯上有两个组，一个输入电流绕组和一个输入电流绕组，当无漏电时，输入电流和输出电流相等，在铁芯上二磁通的矢量和为零，就不会在第三个绕组上感应出电势，否则第三绕组上就会感应电压形成，经放大去推动执行机构，使开关跳闸。如UPS前有漏保开关，由于高次谐波在铁芯中形成磁通矢量和铁芯的磁滞作用而不能为零，就出现了类似漏电的假象，漏保开关频繁调闸。
按UPS安装规范，超过5KVA的UPS主机前端不允许有漏保装置，小于5KVA的不建议有漏保。实际测试中，3KVA的UPS主机，将漏保装置整定电流调整至500mA后，进线空开仍然会跳闸，建议将UPS接入电源绕过漏保装置，或在漏保装置后加装隔离变压器。
防雷接地
在现有条件下，要将二级机房交流工作地与防雷接地两电气系统的接地，在电气上真正分开，一般较难办到。因为在地下要满足上述的距离难度较大，所以一般还是推荐采用共同接地（即统一接地）形式。这样不但经济上合算，在技术上也是合理的，因为采用统一接地后，各系统的参考电平将是相对稳定的，即使有外来干扰，其参考电平也会跟着浮动。二级机房交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置，接地电阻小于4Ω。 按《电力系统通信站防雷运行管理规程》规定：各类设备保护地线宜用多股铜导线，其截面应根据最大故障电流确定，一般为25-90mm2，建议二级机房信通机柜采用25mm2的铜线接入接地铜牌。
机房防雷采用市电输出端采用二级防雷，UPS输出端采用三级防雷设计，其中二级防雷安装40kA防浪涌保护器，三级防雷安装20kA防浪涌保护器。
综合布线走线方式选择
老机房在前期设计中没有预料到信通规模的迅速发展，部分设备布局不合理，而且施工中为了施工方便，没有严格按工序施工，导致机房扩容与布放跳线困难。当运行一定年限后，机房表面看上去整洁美观，但地板打开后会发现各类线路纵横交错，当遇到问题时无法及时处理，只能临时布放线路，形成恶性循环。
近几年新建机房在具备条件的情况下，一般建议上走线。下走线方式存在不防尘、不防鼠、不利于消防等缺点，但小走线敷设敷设简便、成本低，对施工要求较低。上走线在机房环境、防鼠、火灾预警、扩容方面都比下走线具备优势，但施工工艺要求较高。
动力环境监控系统配置
二级机房通常不会在运维人员工作地点附近，不具备每日巡视的条件，大多数二级机房也没有每日现场巡视的必要，因此有必要部署动力环境监控系统。动环系统应该要配置门禁、视频监控、温湿度、烟感、电源监控等模块，漏水检测、空调监测等模块可以视现场条件，以及机房的重要程度选配。
考虑到二级机房点多面广的特点，在现有技术下，选择带监控主机的动环系统相对比较合理。二级机房的建设时间会跨度较大，里面的空调、UPS、摄像头等设备品牌型号很难保持一致，相应的数据采集接口会比较多。安装监控主机的话可以比较容易的在上面配置相应的采集接口，布线简单，而且能减少网络地址的使用。
机房改造施工中的防尘处理
对于信通设备运行而言，灰尘是极大的威胁，如新建机房可以在施工中通过科学的设计，合理的工序安排，达到较好的防尘效果。而在运机房基本不可能停运，只能在工作中尽量合理的安排工序。机房进行标准化改造，通常会涉及到多个工序、多个工种，其中穿墙、埋线等容易有大量灰尘的工作无法避免。
时间安排。因为二级机房相对而言设备较少，非高温天的话在短时间内不会因发热量大影响设备运行。机房改造工作尽量避开高温天，无法避开高温天气的尽量将装修工作安排在设备停运后施工。
材料选用。机房内装修材料尽量选用不起尘的材质，如墙面采用防尘漆，吊顶选用不起尘的材质。
工序安排。隐蔽工程与墙面顶面处理集中时间开展。合理安排工人工作时间，施工人员如果在工地现场空耗的话，很容易不按业主方要求自行开工。因此安排好工序，一方面管理上更规范，另一方面施工人员工作更紧凑，效率更高。严格控制设计变更，避免因设计变动导致工序混乱。
无尘操作。具备条件的机房，尽可能在设备进场前进行机房基础施工，后续设备安装调试全过程无尘操作。
设备防尘处理。确有不能避免的起尘工作，施工前在机柜外加装防护罩，工作完毕后用大功率吸尘器进行处理后再撤除防护。
机房防火注意点
机房容易遇到火灾的有几个地方，强电电缆短路或超载运行，蓄电池运行一次，外部火与烟通过孔洞、门窗处进入机房。实际的案例中有小动物咬破电缆导致火灾的，也有火灾的浓烟通过电缆孔进入机房沾染设备的。机房建设或改造第一点需要做的就是拆除里面的易燃材料，如木头隔断，普通窗帘等。进出口处防小动物挡板，进线孔洞也需要用防火泥进行封堵，门窗也要进行相应的防火处理。
关键词：电力系统 灾变特点 灾变原因 防治策略
一．电力系统灾变概况
电力是国家的支柱能源和经济命脉。目前我国电网装机容量2.5亿千瓦，居世界第二位。随着三峡等大型电厂建成，必将出现超大规模的联合电力系统。我国计划在2010～2020年间建成安全可靠、满足电能传输和市场化运作的全国范围联合大电网。如何保证其安全、稳定和经济运行，是一个及其重大和迫切的研究课题。
而自60年代以来，在世界范围内已发生了多起灾变性的重大电力系统事故，造成了巨大的经济损失和社会影响。如美国1965.11的东北停电事故，停电2100千瓦，停电面积达20万平方公里；1977.7美国东北停电25h；1978.12法国停电75％，时间7h；1982.12加拿大魁北克州全停；1983.12瑞典停电67％，时间6～7h；1987.8东京大停电，时间6h；1996.9马来西亚全国大停电；1996.8美国西部大停电，损失3200万千瓦负荷，停电时间7h。这些事故的起因均为某一局部故障，但由于控制措施采取不当或不及时、电网结构的不合理、继电保护装置的误动或拒动，或者是上述多种因素的综合作用，最终导致了系统的连锁性故障以致于大面积停电，即所谓灾变的发生。大区电网的互联和电力市场机制的引进在给人们带来巨大利益的同时，也带来了潜在的威胁，电网的运行增加了更多的不可预知性，电网运行在稳定极限边缘的可能性也大为增加。这些事实告诉我们，只按现有的可靠性准则来保证电力系统的安全是不够的。应建立电力系统的第三道安全稳定防线，即必须对系统中可能出现的最坏情况做好准备。尽早开展电力系统灾变防治系统的研究，避免灾难的重演已成为目前电力系统研究的当务之急。
二．电力系统灾变的特点
现实的电力系统同复杂的甚至是不可预测的环境相联系，它随时都可能受到来自自然或人为因素的干扰，要完全防止事故的发生是不可能的。电力系统灾变是指电力系统主要由连锁性事故导致的电力系统稳定破坏而发生的大面积停电。电力系统事故可分为两大类：一是可逆性事故，即电力系统受干扰后，能从一种正常工作状态走向另一种或回到原来的工作状态。二是不可逆事故。即电力系统受干扰后，电力系统功角稳定破坏，或电压稳定破坏即电压崩溃，或频率稳定破坏即频率崩溃，或三者中的任意二者或全部破坏，电力系统瓦解，大量损失负荷。
下面例举了电力系统的一类灾变的发生发展过程。
图1为一个三机四母线的电力系统。
1．假设
l 事故前潮流如图1所示，且节点2、节点3联络开关通过功率很大；线路1～2，1～4接近稳定限制功率运行。
l 线路配置较完整的继电保护和重合闸，且线路1～2，1～4跳闸可联切电源1号机组和分别联切节点2、4部分负荷，但事故当时联切装置停运检修中。
l 变压器配有常规保护；发电厂配有常规保护和自动控制装置。
l 电源节点2与系统联络开关有振荡解列、低电压解列联系；节点3与系统联络开关有振荡解列、低频率解列联系。
2．灾变发生和发展过程
（1）线路1～4永久故障，两侧保护正确动作掉闸。1号电源因离故障点近，冲击较大。
（2）线路1～4负荷转移至线路1～2，1～3，线路4～3潮流反向。
（3）电源1，3间功角稳定破坏，系统振荡，1号电源侧频率大幅上升，3号电源侧频率大幅下降；电源1，3之间联络阻抗二分之一处（电源2附近）为振荡中心，电压稳定破坏。
（4）1号电源部分发电机过速解列停机。2号电源与系统联络开关振荡解列、低电压解列供电地区，但因事故前该地区受进功率很大，事故时电压很低，低频切负荷装置启动功率不足，大都未动，故解列以后，频率陡降，最终该地区所有发电厂被迫解列，部分停机，局部系统瓦解。3号电源与系统联络开关振荡解列、低频解列动作供电地区，但因事故前所在局部系统功率外送较大，加之在系统振荡过程中部分低频减载动作，解列后功率过剩，频率上升，部分发电机组被迫减出力或解列停机。负荷节点4，因在振荡过程中频率很低，低频减载动作，大部分负荷损失。
灾变最终结局是：2、3号电源解列，系统损失大量负荷，全网和局部系统2均瓦解，局部系统3解列后也几近瓦解。
由上述简单系统灾变的示例以及结合多次实际电力系统灾变事故经验，可将电力系统灾变的主要特点总结如下：
1.具有极强的综合性。电力系统灾变几乎涉及到电力系统中的所有重要问题，几乎每一起电力系统灾变事故均与系统失去稳定有关，灾变是系统失去稳定并导致大面积停电的结果。因此在研究中必然会遇到电力系统原有的众多难题，如系统的动态等值与简化、稳定判据的选择、负荷的动态模型难以获得、控制方法的适应性以及系统的强非线性和时变性等问题。
2.连锁性故障是导致电力系统灾变发生的主要原因，它表现为一系列线路和电源的连锁反应跳闸，并最终发展为系统的解列、频率或电压崩溃。连锁性故障往往由极其罕见的严重事故造成，具有偶然性和不可预测性。典型的严重事故包括同一走廊的输电线路全部同时断开、枢纽变电所全停或占系统容量较大的一个发电厂全停等。目前人们对连锁性故障发生的机理只有一些定性的认识，对连锁性故障发生机理的系统性研究仍不多见。
3.连锁性故障发生时的控制方式及策略与常规情形不同，要求在灾变研究中应考虑罕见严重故障发生时的控制方式和策略，这与以往的基于个别故障发生后采用的控制方式和策略明显不同，目前这方面的研究还很少见诸于文献。
三．电力系统灾变原因
仔细考察过去发生的多起重大电力系统灾变事故，可知导致事故扩大的原因大体可分为以下几种：
a)输电线路过负荷或故障跳闸，引起大量负荷转移，最终造成一系列线路和电源的连锁反应跳闸。1961年英国东北部、1965年美国东北部和1967年美国东部的大停电等事故均是由上述原因引起。
b)负荷增长过快，系统无功不足而导致电压崩溃。1978年法国和1987年日本大停电事故便是由这一原因造成的。
c)系统元件的保护或自动装置拒动或误动。
d)线路多重多次故障，导致一系列跳闸，最终发展成稳定破坏事故。
e)大机组跳闸，引起连锁反应，最终发展成稳定破坏事故。
f)不可抗拒的自然灾害或人为因素(如地震、战争等)。
灾变是系统稳定破坏的结果，根据系统失稳的特征不同，稳定问题包括功角稳定、电压稳定、频率稳定以及电力系统非管制后所呈现的电力市场稳定问题。
l 电力系统功角稳定
所谓电力系统功角稳定就是要求保持电力系统中所有同步发电机并列同步运行。交流电力系统的正常运行条件是各发电机按同一供电频率同步运行以保证为用户提供统一频率的电能。电力系统失去功角稳定的原因是在运行中不断受到内部和外界的干扰，使电气连接在一起的各同步发电机的机械输入转矩于电磁转矩失去平衡，出现各发电机转子不同程度的加速和减速，以及各发电机转子相对功率角的变化，如果这种变化随时间增大，则最后将使发电机失去同步运行。由于各发电机的频率不相同，电力系统中的电流和电压将发生很大幅度的振荡，用户得不到正常供电，保护装置动作，一般要断开受影响的发电机、线路等元件，有可能使系统解列为几个子系统并不得不切除负荷及发电机，从而导致全系统的崩溃。失去稳定的现象可能是发生一台发电机与其余发电机间，或者发生在几群发电机间，每群发电机内还是同步运行的。
l 电力系统电压稳定
电力系统的电压稳定性是电力系统维持负荷电压于某一规定的运行极限之内的能力，它与电力系统中的电源配置，网络结构及运行方式、负荷特性等因素有关。在电力需求不断增加，受端系统不断扩大，负荷容量不断集中，而电源又是远离负荷中心的情况下，以及输电系统带重负荷时，会出现电压不可控制连续下降的电压不稳定现象，即电压崩溃。它往往由于电力系统电压的扰动（如发生短路，大容量电动机的启动，冲击负荷等）、线路阻抗突然增大（断开线路或变压器）、无功功率减小（断开发电机或无功补偿装置）或节点负荷的增大而诱发，使大量用户断开和大面积停电。
l 电力系统频率稳定
在电力系统稳态运行情况下，全系统的发电机出力和负荷（包括线损）是平衡的，电力系统频率是一个全系统一致的运行参数。在实际运行时，当电力系统出现干扰使发电机的总出力和负荷的总功率出现不平衡时，相应地将导致各发电机转速和频率的变化。在频率变化的第一阶段调速器和调频系统还没有动作，系统的平均频率将下降或增大，各发电机间将产生振荡；第二阶段发电机的调频系统以及负荷的频率调节效应，导致发电机有功出力以及负荷的变化，随着电力系统容量的增大，频率的微小偏移均将发生很大的有功潮流波动和调整，如果电力系统频率进行的监视和调节不够，就会导致系统频率的进一步恶化，这又将导致系统电厂中锅炉出力的变化，以及电动机负荷的变化，使得电力系统的出力和频率进一步变化，最终使系统走向频率崩溃，一致全系统大面积停电。
l 电力市场稳定性
当前电力市场化浪潮席卷诸多国家，我国也在积极推行市场化改革。先进国家电力工业走向市场的经验表明：电力系统的市场化运作由于打破了垄断，引入了有序竞争机制一般将使发电成本降低30％，电价降低26％左右，这对降低产品成本，提高产品竞争力具有特别重要的意义。但是电力市场的发展在带来明显经济效益的同时，也对电力系统的安全稳定性提出了新的课题，即电力市场经济稳定性。从而电力系统的稳定性将由两部分组成，即前述的电力系统物理稳定性和电力市场经济稳定性，而且两种稳定性紧密交织在一起，灾变发生的可能性将大为增加。比如1996年发生的两次美国西部大停电以及马来西亚大停电就是市场化改革带来的惨痛教训。
电力市场稳定性指电力市场必须保证其经济活动的稳定性。政府部门和电力市场的各参与方都希望评估影响电力市场稳定性的各种因素，了解电力市场在受到预想扰动时的动态行为和稳定程度，并希望可靠的算法支持其决策，防止市场的崩溃。
影响电力市场稳定的因素有：
1） 市场经济下的系统运行工况将由市场需求来决定，系统间大量的电能交换和交易、不可预测的潮流和线损等因素都增加了运行调度的不确定因素，更容易遇到离线分析未考虑的工况。
2） 电力市场下，发电、输电、供电将各自成为独立的经济实体，电网公司将不再具有在传统垂直一体化电力结构下的调度能力，网络的安全问题将更为突出。
3） 在宏观经济方面，能源政策、环境法规和国民经济发展态势的调整
4） 在微观经济方面电力市场规则的修改，各参与者的博弈
5） 在技术方面，电力系统的物理特性、安全稳定导则、稳定传输极限引起的阻塞、分析技术和控制技术
电力市场稳定性的研究内容是：
1） 在市场均衡价格下，研究市场价格微小偏离市场均衡价格时的市场稳定性
2） 研究市场在大扰动情况下，系统是否能够保持足够多的发电公司、充裕的可发电容量及可输电容量，也即电力市场的大扰动稳定性问题。美国加州电力市场崩溃时发电成本上涨和发电容量不足，造成加州批发电力市场价格飞速上涨，而当时的用电端是按照冻结电价售电的，这样就失去了电价调节的杠杆作用，用户的用电弹性作用完全丧失，市场价格失衡
3） 研究电力市场的动态品质问题，如电价的渐进性、对振荡的阻尼等。
四．电力系统灾变防治策略
电力系统灾变防治研究是一项复杂的综合性工作，涉及到电力系统的方方面面，尤其是在连锁性故障的机理及其发生时的控制方式和策略、电力系统隐患的探测和预防、决策准确性与快速性的兼顾以及完善预警系统的建立等方面存在的诸多问题。
电力系统灾变防治系统（Power System Collapse Prevention System，缩写为PSCPS）研究的目标
1)准确地进行判断并给出正确的控制措施是对PSCPS的基本要求。电力系统扰动发生后，要求PSCPS能在尽可能短的时间内完成对系统的有效控制。在紧急情况下，只有准确的决策和快速的执行才能有助于电力系统状态或性能的改善，否则会加剧系统的崩溃。然而，目前研究中采用的算法和方法多数仍难以满足PSCPS的实时性要求。快速性和准确性要求一直是电力系统研究中的一对矛盾，同时满足快速性和可靠性要求的安全及稳定控制算法才具有实用价值，机理可行而缺少实时性的算法虽具有研究价值，但却不宜采用。
2)PSCPS应具有鲁棒性和适应性，不应受到某些虚假现象的影响而产生误判。电力系统的时变性要求采用的控制方法和策略具有适应性和鲁棒性，即要求针对不同的问题采用不同的控制方法和策略以确保控制的准确性。电力系统的扰动具有不确定性，危险形式也千差万别。不同的扰动和危险方式具有各自不同的特点，需要各自不同的判定方法和控制策略。PSCPS必须能正确地识别各种危险发生或即将发生时系统的相应特点，并做出合理的决策。此外，PSCPS还应能正确识别系统正常的扰动和真正的危险，并做到“去伪存真”。
3)PSCPS的算法应能反映系统的实际，采用的假设应具有合理性，其对系统危险指标的判据应是充要的。这主要体现在研究中采用模型的适应性、系统等值的准确性、预想事故集筛选的合理性以及判定方法的选取等多方面。在PSCPS研究中，针对不同的问题应采用更接近实际的系统模型。首先，假设应是合理的，在做系统简化和等值时，需使简化后的系统符合实际的未简化系统，或者保证简化引起的误差不使PSCPS做出虚假或错误的判断；其次，所采用的预想事故筛选原则应是准确的，不应遗漏任何具有潜在危险的预想事故。
4)PSCPS包括的一系列重要稳定裕度指标如电压稳定、功角稳定和频率稳定指标等应是基于参数空间的，且具有可操作性和直观性。它能回答诸如某条或某几条母线上可同时增加的负荷有功和无功功率数量，某条或某几条输电线上可同时增加的有功传输功率等具有实际物理意义的问题。基于系统状态空间的性能指标虽然具有一定的理论意义，但常常缺少实际可操作性。
5)在紧急或事故情况下，PSCPS给出的控制决策除了要考虑系统安全性外，还应使控制代价最小。保守的决策虽能保证系统的安全，但却会带来不必要的损失，因此要求PSCPS具有优化控制决策的功能。
6)在电力市场环境下，PSCPS应能准确在线度量当前市场的结构稳定性和有界稳定性，基于发电及用户侧的市场报价，解决含动态稳定约束的阻塞问题，优化调度，以及提供高质量的各种辅助服务决策。
因此电力系统灾变防治急需解决以下问题：
1)电力物理大系统的稳定性理论
包括建立电力物理大系统的整体建模；电力大系统全局稳定性的定量测度理论，研究电力系统稳定域的拓扑结构，失稳模式及其演化规律；电力大系统稳定性的在线快速评价方法体系。
2)电力市场稳定性理论
建立电力市场的动力学模型，研究电力市场竞价、交易、调度运营等动态行为对市场稳定性的影响，研究物理系统与经济系统稳定性的交互关系。
3)连锁性故障发生的机理和控制策略
研究连锁性故障发生的条件和特征，探索研究连锁性故障的理论和方法，制定反连锁性故障的相应措施。
4)电力大系统的非线性优化控制和优化调度理论
研究电力大系统的非线性鲁棒控制原理，使得系统具有鲁棒稳定性和高干扰抑制能力；研究混杂系统复合控制理论，解决非线性高维、分块、多层、连续信号和离散信号并存的控制系统设计及求解方法；研究混杂系的调度策略。
5)电力大系统的实时仿真决策系统
建立全新概念的发电厂与电网控制与调度的计算机实时信息处理系统，即需研究电力大系统整体和各个组成部分的实时仿真决策系统，分层分块地建立运行中各发电厂与整个电力系统的在线实时仿真决策系统，它可实时给出潮流调度最优方案和反事故紧急措施的合理建议等。
6)建立电力市场的实时仿真决策系统。
五、电力系统灾变防治策略示例——先进励磁控制技术运用
电力系统国家重点实验室（依托清华大学）在国家自然科学基金资助下，在中电联合水力发电学会自动化专委会推动帮助下，与长办机电处、水科院自动所、华中电力集团公司、内蒙电力公司、广东电力集团公司以及葛洲坝能达公司等单位合作，经过近十年的努力，已成功地研制了GEC-I性全数字式非线性最优励磁调节装置，并已投运于丰满水电厂、海渤湾电厂、沙角电厂（A）、焦作电厂、沙岭子电厂等十多台机组，提高了有关电网的安全稳定性，产生了重大经济和社会效益。近期内丰满第二台和广东连州、韶关、华北大同一电厂以及浙江镇海等电厂的该型装置即将投入运行。目前，该国家实验室在东北电力集团公司支持下，研制了双工控机，具有彩色平板数据和波形显示器（PPC）的新型非线性最优控制装置GEC-II，可望于1999年三季度以前投入白山水电厂30万kW机组试运行，为三峡机组励磁系统国产化作进一步技术准备。
上述励磁调节器，从理论、软件到结构完全具有我国自主产权。其理论上的领先地位已为国际有关专家公认；对提高和改善电网稳定性的重要作用不仅被理论和仿真证明，而且已为内蒙电网实际发生的故障所验证；也为华中、西北、浙江、四川等电网科技人员独立进行的物理和数字仿真（用“综合稳定程序”）所证实。本文将对这已具有我国完整知识产权的高科技装置从理论优势、装置特点、仿真结果和实际运行等方面作扼要阐述。
5.1 理论上的创新性
首先让我们对励磁调节器设计的理论基础发展过程作简要的回顾。
5.1.1单参量辅助控制
60年代，随着美国电力系统的发展，特别是发电机快速励磁（自并励方式）的广泛应用，工程控制论中的一对最基本的矛盾即控制系统的灵敏性与稳定性的矛盾便日益显露出来。美国一些电网产生了多起“低频振荡”（LFO，Low-Frequency Oscillations），这种LFO现象从物理观念上可归为“欠阻尼”问题。约30年前（1969年）美国de Mello F等人提出了可用辅助励磁控制（SEC，Supple mentary Excitation Control）来提高系统阻尼[1]，并给出了辅助励磁控制通道的具体传递函数为：
式中，是辅助控制环节的输出； 是转速偏差。
由于转速的导数近似地与发电机有功功率成正比，故上式中的反馈量亦可换成，当然传递函数亦应作相应的改变。
以上这种单参量（或）辅助控制环节，发明者将其称为PSS（Power System Stabilizer）。从那以后北美大多机组都装上了“PSS”，随后其他国家和我国也不同程度上引用这项技术。
国际励磁控制界权威学者，加拿大温哥华B.C大学终身教授Yu Yaonan（余耀南），对PSS做过精细深的研究，发展了de Mello等人的方法，提出了一套算法和设计方法，其成果载于他的ELECTRIC POWER SYSTEM DYNAMICS（《电力系统动态学》）这本名著中[2]。虽然不少学者就按单机系统模型设计的PSS在多机系统如何协调问题上想了不少办法，但仍然存在着如上述著作第3和第4章中所指出的问题：①尽管北美大多数电厂装有PSS，但LFO现象仍时有发生；②由于设计方法本质上是单机单参量的相位补偿法，其所适应的系统振荡频带相当狭窄。
我国华南电力系统原打算采用“PSS”来提高系统小干扰的稳定性，
但在计算中发现难以用一种不变的PSS参数来适应系统运行方式的变化。
5.1.2线性最优化励磁控制（LOEC）
为了对励磁控制技术作进一步改进，余耀南教授于1970年在IEEE期刊上发表了他在电力系统线性最优控制领域的开篇文献[3]，随即在国际电工界掀起了线性最优励磁控制（LOEC，Linear Optimal Excitation Control）研究热潮。这种控制理论与技术和以往相比，主要有以下两点革新：第一，将单参量辅助反馈改进为多参数反馈（反馈量为电压，功率，转速和转子电压。）；第二，运用“线性、二次型、黎卡梯”，（LQR）这一成熟的控制方法，求得多个反馈量之间的最恰当的放大倍数匹配关系，因而实现“最优化控制”。
70年代后期和80年代初，本文第一作者等在高景德教授、余耀南教授指导下，在LOEC的设计理论的系统化和工程实用化等方面做了大量的研究工作。这种以LQR方法为理论基础的线性优化励磁控制装置从1986年第一台在碧口水电厂试验并成功投运后。在国内得到了推广与运用，该技术被成功地用于红石和刘家峡等水电厂（调节器由洪山电工所制造）。在国外，法国EDF比我国约晚5年，也独立的研制出线性多变量优化励磁控制器，称为“四通道控制”，解决了法国电力系统的低频振荡（LFO）问题。
由于LOEC有如上所述的两点革新，故显著拓宽了所适用的振荡频带（亦即增强了对振荡频率变化的鲁棒性）；更加有效地抑制LFO，这一点不仅为动态模拟实验、数字仿真所反复证实，也被碧口水电厂和红石水电厂令人信服的现场试验结果所验证。1990年清华大学进一步改进的线性优化控制——“零动态最优励磁控制”，在微机励磁调节器上得以实现。至此，我国已从理论和装置上占据线性化励磁控制技术的制高点。
5.1.3 近似线性化模型的局限性
上述两种控制方式虽有种种差异。但它们本质上部是基于单机系统在一个特定的平衡点（即特定潮流）处近似线性化的数学模型设计的。虽然PSS模型是以传递函数G（S）表示的，LOEC是以线性定常系数微分方程组表示的。但我们知道，传递函数只是线性微分方程的拉氏变换形式而已。
电力系统实际上是一个强非线性的系统，其中第i台发电机有以下模
型：
（1）
式中，—皆为常数，和分别为转速和暂态电势；为转子电压，是控制量。 和是关于和的非线性函数，分别为：
（2）
式中，为发电机转子角；为常数。
把非线性函数在某一特定状态下近似线性化后，代入原方程即可得近似线性化数学模型。其近似线性化的处理方法是把和在某一特定状态处按台劳多项式展开后只保留首项，而把二次方和高次方项统统忽略。该处理方法在微分学中称为“以非线性函数在某一特定点处的全微分代替其在该点处的增量”。用几何学的观点来看，即以状态空间中在点处某曲面的切平面代替其曲面（参见图1）。
图1 以处的切平面近似代替曲面示意图
问题很清楚，这种近似只是在当实际运行的状态点离开点很近时才是对的。在电力系统发生短路故障时，实际运行点必然会远离初状态。由图可知，这时近似线性化的数学模型就完全不对了。因此按这种模型设计的励磁控制器，在大干扰下控制效果将会大大削弱，甚至产生负作用。为此PSS环节的输出必须加严格限幅（美国学者坚持限幅在土5％）；LOEC虽尚未发现有负作用产生，但对提高暂态稳定作用甚微。
5..1.4 非线性最优励磁控制
目前我国电网，低频振荡和小干扰稳定性的改善固然重要，但更具重要意义的是要提高其暂态稳定水平，为此迫切需要发展直接按多机系统精确非线性模型设计的最优励磁控制器。在过去的十年里，国际上基于微分几何方法的非线性系统控制理论有了较系统的发展，美国将其用于如飞行器和机器人等控制系统。在我国，本文作者首先将其用于复杂电力系统，并发展了这种理论，在IEEE/PES，1989年第一期上发表了该领域的开篇文献[4]；随后MIT的Ilic教授和多国学者在该领域进行了跟踪研究。1993年科学出版社出版了《电力系统非线性控制》专著[5]，奠定了基于微分几何方法的电力系统控制理论基础。1996年11月IEEE电力系统卷发表了本文作者的“分散非线性最优励磁控制”一文[6]，该文在国际上首次给出了关于这类非线性控制解最优性质严格数学证明，使这种理论上升到“非线性最优”的高度。论文为SCI收录，被各国学者多次引用，使我国在该前沿学科领域占有国际上一席之地。
90年代初，IEEE自动化学会主席华盛顿大学Tarn T J教授对我国学者这一成果是这样评价的：对非线性系统微分几何方法的发展有重要意义，且这种理论和方法开辟了一个崭新的应用领域。他们明确指出：研究结果表明，与传统方法相比，这种非线性控制方法在改善电力系统暂态稳定性、动态品质优化方面有着突出的优越性。最后他得出结论：中国这方面在国际上处于领先地位。美国科学院院士Zoborszky J教授热情评论道：非线性几何方法是一种高新而精深的科学方法，加之电力系统模型的极其复杂性，中国作者成果是一个通过精确与博识的分析使问题得到明澈无疑解决的范例，是一项极具吸引力与挑战的新贡献。
其实这种理论和方法的主要思路是相当简单明了的。
电力系统中运行的发电机组的数学模型有以下形式（具体模型见（1））：
（3）
式中，是状态量；是的非线性函数向量；是常数向量；是励磁控制量。
方法是要求找到一组非线性坐标变换：
（4）
同时又找到非线性控制律（状态量非线性反馈） （5）
这里都是的非线性函数。使得发电机组励磁控制模型（3）精确地在全动态过程意义上转化为Z坐标下的线性系统（故称作“通过反馈的精确非线性化”方法）：
（6）
根据线性优化原理很容易找到（6）式中最优的，将代入（5）式，即可得到非线性励磁控制策略。
（7）
上述结果已由本文作者在1996年IEEE上发表的论文证明：以上非线性控制解对原非线性系统(3)也是最优的。
用以上方法得到的非线性最优励磁控制规律为： （8）
式中，分别为发电机有功功率、无功功率、端电压、转速，其它皆为这台发电机本身的参数。
励磁控制规律（8）有以下特点：第一，其中仅含有受控发电机可测的状态变量，所以实现了真正的分散控制；第二，仅含有受控机组本身的参数等，故对网络结构的变化有完全的自适应能力（鲁棒性）；第三，由于在求解该控制律中，未对模型作近似线性处理，该控制规律对“小干扰”和“大干扰”同样适用；第四，文献[6]业己证明，该控制规律对一类二次型性能指标是最优的。
应指出（8）式所示的是发电机全状态量非线性最优反馈策略，这种策略对电力系统起着镇定（Stabilizing）作用（无论对于小干扰还是大干扰）。从这个意义上可以说它是：全状态量非线性最优PSS（Power System Stabilizer）。
5.2．装置的先进性
由我国自主开发的高科技产品GEC-I型微机非线性励磁调节装置是在先进理论指导下
设计的并采用现代微机技术，集先进性与可靠性于一身，专为大、中型发电机组设计的励磁调节装置。
通过近十个电厂中的运行，显示出该装置除采用了先进的励磁控制理论外，还有诸多的特点：
(1) 实现了全数字化设计。该励磁调节装置从交流输入到控制脉冲全部实现了数字化，完成了交流采样、数控脉冲等一系列先进的微机技术，取消了模拟环节和电位器调整环节，在硬件结构上实现了最小系统配置，提高了装置的可靠性和调节精度。
(2) 实现了国际标准化的软件设计。该励磁调节装置在实现了最小系统配置的条件下，保护与调节功能均采用软件设计得以实现，如TV（电压互感器）断线保护、强励反时限保护、低励限制保护、V/F限制保护，以及功能齐全的调节方式，如非线性最优励磁调节方式，线性最优调节方式，PSS方式以及PID调节方式，恒无功和恒功率因素方式也在考虑之列。
(3) 实现了设备调试智能化。该装置具有方便直观的人机接口；运行中不仅能直观地了解装置的工作状态和发电机的运行状态，而且一切调试均能由计算机系统的功能键完成，如零起升压、土10％阶跃响应。调节器参数和保护参数的整定均能由加有密码的键盘来完成。
（4）实现了系统元件板的故障自诊断功能。整个调节装置在运行过程中，具有完整的故障自诊断系统，一旦故障出现能明确地指出故障板，使之可达到最快修复的目的。
（5）故障信息记录也是该励磁调节装置较为突出的优点之一。当系统出现故障或操作人员误操作引起的故障，以及装置本身故障都可由故障信息记录系统查明原因，对于分析故障原因起到十分重要的作用。
5．3．非线性励磁控制对提高系统安全稳定性的重要作用
同步发电机励磁调节对提高电力系统稳定性的重要作用早在四五十年代就已引起了充分重视，非线性最优励磁调节对提高电力系统的静态稳定、暂态稳定和电压稳定方面己发表了多篇研究论文。从计算机仿真研究、动态模拟实验研究、直至现场故障的实际动作行为都证实了非线性最优励磁调节的重要作用。在上述研究的基础上，己完成了华中电网、西北电网、新疆电网、浙江电网的仿真研究，华北电网和广东电网以及西南电网仿真工作正在进行中。仿真研究是基于电科院电力系统分析综合程度（PASSP）进行的，几个系统的仿真结果如下。
5.3.1 对提高西北电网稳定性的仿真研究
西北电网包括陕西、甘肃、青海、宁夏四省。截止1996年底全网统调容量1300万kW。西北电网主网架为330kV电压等级。主网联接是一个环形网，其环网总长度近 2000km，而东西部之间的输电距离为500km.，位于北部的宁夏网是通过双回线以三角环网的形式与主网联络，西北电网的接线示意图参阅文献［7］。
就运行的稳定性而言，目前西北电网存在以下主要问题：
（1） 西电东送方式存在弱阻尼现象，动稳极限仅为80万kW，无法满足功率交换的要求；
（2） 东电西送时存在暂态稳定问题。暂稳极限仅为73万kW；
（3） 区域网的局部稳定问题也较突出，特别是宁夏网、陕南网和汉中网都存在电压稳定性问题亟待解决。
通过对西北电网详细的仿真研究，可得出以下结论：西北电网在安康、渭河、碧江、清远、龙羊峡、大坝、大武口7个电厂中装设非线性最优励磁调节器，西电东送的动态稳定极限可由原80万kW提高到100万kW。东电西送的暂态稳定极限由73万kW提高到80万kW，对区域网中的各局域网的稳定水平和电压水平也有显著的改善。典型的仿真结果参阅文献［7］。
5.3.2 R4华中电网稳定性改善的仿真研究
在华中电网中，由于湖北电网与江西电网之间的弱联系，当500kV葛凤线发生三相短路后，葛洲坝大江机组对南昌机组的功角摇摆出现等幅（甚至增幅）的低频振荡，鄂东下陆至江西柘林线路的有功潮流出现等增幅的低频振荡。研究表明，若在葛洲坝电厂、汉川电厂和南昌电厂的机组上装设非线性最优励磁调节器，不仅可有效抑制上述的低频振荡问题，而且还可改善系统的暂态稳定性，其仿真结果见图2所示。
葛洲坝大江机组对南昌机组功角摇摆曲线
虚线为常规控制 实现为NOEC控制
图2 华中电网仿真结果
从以上几个系统仿真结果可以看出，发电机非线性励磁调节器对于同时改善电力系统的静态稳、定暂态稳定和电庄稳定均能起到重要的作用。
5.4． 结论
“一个没有创新的民族是没有希望的”。我国政府强调要特别重视“研制开发出一批具有我国知识产权的高技术产品”。本节所介绍、评述的全数字化非线性最优励磁调节器；从理论到装置具有完整的我国知识产权。
本节所介绍、推荐的控制装置是在我国的基础理论研究成果电力系统非线性控制理论指导下设计的。该理论在电力系统小干扰和大于扰稳定控制的统一性，控制对于电力网参灵敏和结构改变的鲁棒性，各发电机控制所需反馈量的独立性以及控制规律的最优性这4个长期希望解决但未能解决的问题方面，取得了突破性进展，在国际一领域起着“挑头”作用。
装置实现了从采样到脉冲输出的全数字化和100％的冗余度，并且以国际上最可靠的工控机总线为硬件核心和依托，可靠性高；新改进的产品具有彩色平板显示器，可显示和记录运行状态和波形，这一点也比国外同类产品先进。在我国目前已有24套装置投入运行。
国务院领导同志和三峡总公司的负责同志对三峡发电机组控制系统和二次系统国产化问题十分重视。鉴于三峡电厂的特殊重要性，我们在为三峡而研制的励磁控制器中除其硬件核心部分采用国际上最可靠的工控机外（这一点已做到），其它部件，包括开关、插件、端子等所有零部件也应采用国际上最先进可靠的产品。这样做与自主知识产权丝毫也不矛盾。如果我们在硬件上采用国际最先进可靠的产品，在理论和软件上我国已经领先，二者结合起来，就能使整个产品跨入到国际先进水品行列。
参考文献
[1] de Mello F P and Conoordia C. Concept of Synchronous Machine Stability as Effected by Excitation Control. IEEE Trans. On PAS， 1969， 88:316-319.
[2] Yu Yannan Electric System Dynamics. Academic Press， 1983.
[3] Yu Yaonan et al. Application of an Optimal Control Theory to a Power System. IEEE Trans. On PAS， 1970， 89:55-62.
[4]. Lu Qiang and Sun Yuanzhang. Nonlinear Stabilization Control of Multi-machine Systems. IEEE Trans. On PES， 1989， 4(1):236-241.
[5] 卢强，孙元章. 电力系统非线性控制。北京：科学出版社，1993。
[6] Lu Qiang， Sun Yuanzhang et al. Decentralized Nonlinear Optimal Excitation Control. 1996， 11(4)， 1957-1962.
[7] 卢强等。 分散非线性最优励磁控制及工业装置设计。水电厂自动化， 1998（2）。
[8] Lu Qiang and Mei Shengwei. Vital basic research on modern power systems geared to 21st century. Progress in Nature Science， 2000， Vol 10， No. 8， pp 585-593.
关键词：电力系统 灾变特点 灾变原因 防治策略
一．电力系统灾变概况
电力是国家的支柱能源和经济命脉。目前我国电网装机容量2.5亿千瓦，居世界第二位。随着三峡等大型电厂建成，必将出现超大规模的联合电力系统。我国计划在2010～2020年间建成安全可靠、满足电能传输和市场化运作的全国范围联合大电网。如何保证其安全、稳定和经济运行，是一个及其重大和迫切的研究课题。
而自60年代以来，在世界范围内已发生了多起灾变性的重大电力系统事故，造成了巨大的经济损失和社会影响。如美国1965.11的东北停电事故，停电2100千瓦，停电面积达20万平方公里；1977.7美国东北停电25h；1978.12法国停电75％，时间7h；1982.12加拿大魁北克州全停；1983.12瑞典停电67％，时间6～7h；1987.8东京大停电，时间6h；1996.9马来西亚全国大停电；1996.8美国西部大停电，损失3200万千瓦负荷，停电时间7h。这些事故的起因均为某一局部故障，但由于控制措施采取不当或不及时、电网结构的不合理、继电保护装置的误动或拒动，或者是上述多种因素的综合作用,最终导致了系统的连锁性故障以致于大面积停电，即所谓灾变的发生。大区电网的互联和电力市场机制的引进在给人们带来巨大利益的同时，也带来了潜在的威胁，电网的运行增加了更多的不可预知性，电网运行在稳定极限边缘的可能性也大为增加。这些事实告诉我们，只按现有的可靠性准则来保证电力系统的安全是不够的。应建立电力系统的第三道安全稳定防线，即必须对系统中可能出现的最坏情况做好准备。尽早开展电力系统灾变防治系统的研究，避免灾难的重演已成为目前电力系统研究的当务之急。
二．电力系统灾变的特点
现实的电力系统同复杂的甚至是不可预测的环境相联系，它随时都可能受到来自自然或人为因素的干扰，要完全防止事故的发生是不可能的。电力系统灾变是指电力系统主要由连锁性事故导致的电力系统稳定破坏而发生的大面积停电。电力系统事故可分为两大类：一是可逆性事故，即电力系统受干扰后，能从一种正常工作状态走向另一种或回到原来的工作状态。二是不可逆事故。即电力系统受干扰后，电力系统功角稳定破坏，或电压稳定破坏即电压崩溃，或频率稳定破坏即频率崩溃，或三者中的任意二者或全部破坏，电力系统瓦解，大量损失负荷。
下面例举了电力系统的一类灾变的发生发展过程。
图1为一个三机四母线的电力系统。
图1 说明灾变过程的4节点系统
1．假设
l 事故前潮流如图1所示，且节点2、节点3联络开关通过功率很大；线路1～2，1～4接近稳定限制功率运行。
l 线路配置较完整的继电保护和重合闸，且线路1～2，1～4跳闸可联切电源1号机组和分别联切节点2、4部分负荷，但事故当时联切装置停运检修中。
l 变压器配有常规保护；发电厂配有常规保护和自动控制装置。
l 电源节点2与系统联络开关有振荡解列、低电压解列联系；节点3与系统联络开关有振荡解列、低频率解列联系。
2．灾变发生和发展过程
（1）线路1～4永久故障，两侧保护正确动作掉闸。1号电源因离故障点近，冲击较大。
（2）线路1～4负荷转移至线路1～2，1～3，线路4～3潮流反向。
（3）电源1，3间功角稳定破坏，系统振荡，1号电源侧频率大幅上升，3号电源侧频率大幅下降；电源1，3之间联络阻抗二分之一处（电源2附近）为振荡中心，电压稳定破坏。
（4）1号电源部分发电机过速解列停机。2号电源与系统联络开关振荡解列、低电压解列供电地区，但因事故前该地区受进功率很大，事故时电压很低，低频切负荷装置启动功率不足，大都未动，故解列以后，频率陡降，最终该地区所有发电厂被迫解列，部分停机，局部系统瓦解。3号电源与系统联络开关振荡解列、低频解列动作供电地区，但因事故前所在局部系统功率外送较大，加之在系统振荡过程中部分低频减载动作，解列后功率过剩，频率上升，部分发电机组被迫减出力或解列停机。负荷节点4，因在振荡过程中频率很低，低频减载动作，大部分负荷损失。
灾变最终结局是：2、3号电源解列，系统损失大量负荷，全网和局部系统2均瓦解，局部系统3解列后也几近瓦解。
由上述简单系统灾变的示例以及结合多次实际电力系统灾变事故经验，可将电力系统灾变的主要特点总结如下：
1.具有极强的综合性。电力系统灾变几乎涉及到电力系统中的所有重要问题，几乎每一起电力系统灾变事故均与系统失去稳定有关，灾变是系统失去稳定并导致大面积停电的结果。因此在研究中必然会遇到电力系统原有的众多难题，如系统的动态等值与简化、稳定判据的选择、负荷的动态模型难以获得、控制方法的适应性以及系统的强非线性和时变性等问题。
2.连锁性故障是导致电力系统灾变发生的主要原因,它表现为一系列线路和电源的连锁反应跳闸,并最终发展为系统的解列、频率或电压崩溃。连锁性故障往往由极其罕见的严重事故造成,具有偶然性和不可预测性。典型的严重事故包括同一走廊的输电线路全部同时断开、枢纽变电所全停或占系统容量较大的一个发电厂全停等。目前人们对连锁性故障发生的机理只有一些定性的认识,对连锁性故障发生机理的系统性研究仍不多见。
3.连锁性故障发生时的控制方式及策略与常规情形不同，要求在灾变研究中应考虑罕见严重故障发生时的控制方式和策略，这与以往的基于个别故障发生后采用的控制方式和策略明显不同，目前这方面的研究还很少见诸于文献。
三．电力系统灾变原因
仔细考察过去发生的多起重大电力系统灾变事故，可知导致事故扩大的原因大体可分为以下几种：
a)输电线路过负荷或故障跳闸,引起大量负荷转移,最终造成一系列线路和电源的连锁反应跳闸。1961年英国东北部、1965年美国东北部和1967年美国东部的大停电等事故均是由上述原因引起。
b)负荷增长过快,系统无功不足而导致电压崩溃。1978年法国和1987年日本大停电事故便是由这一原因造成的。
c)系统元件的保护或自动装置拒动或误动。
d)线路多重多次故障,导致一系列跳闸,最终发展成稳定破坏事故。
e)大机组跳闸,引起连锁反应,最终发展成稳定破坏事故。
f)不可抗拒的自然灾害或人为因素(如地震、战争等)。
灾变是系统稳定破坏的结果，根据系统失稳的特征不同，稳定问题包括功角稳定、电压稳定、频率稳定以及电力系统非管制后所呈现的电力市场稳定问题。
l 电力系统功角稳定
所谓电力系统功角稳定就是要求保持电力系统中所有同步发电机并列同步运行。交流电力系统的正常运行条件是各发电机按同一供电频率同步运行以保证为用户提供统一频率的电能。电力系统失去功角稳定的原因是在运行中不断受到内部和外界的干扰，使电气连接在一起的各同步发电机的机械输入转矩于电磁转矩失去平衡，出现各发电机转子不同程度的加速和减速，以及各发电机转子相对功率角的变化，如果这种变化随时间增大，则最后将使发电机失去同步运行。由于各发电机的频率不相同，电力系统中的电流和电压将发生很大幅度的振荡，用户得不到正常供电，保护装置动作，一般要断开受影响的发电机、线路等元件，有可能使系统解列为几个子系统并不得不切除负荷及发电机，从而导致全系统的崩溃。失去稳定的现象可能是发生一台发电机与其余发电机间，或者发生在几群发电机间，每群发电机内还是同步运行的。
l 电力系统电压稳定
电力系统的电压稳定性是电力系统维持负荷电压于某一规定的运行极限之内的能力，它与电力系统中的电源配置，网络结构及运行方式、负荷特性等因素有关。在电力需求不断增加，受端系统不断扩大，负荷容量不断集中，而电源又是远离负荷中心的情况下，以及输电系统带重负荷时，会出现电压不可控制连续下降的电压不稳定现象，即电压崩溃。它往往由于电力系统电压的扰动（如发生短路，大容量电动机的启动，冲击负荷等）、线路阻抗突然增大（断开线路或变压器）、无功功率减小（断开发电机或无功补偿装置）或节点负荷的增大而诱发，使大量用户断开和大面积停电。
l 电力系统频率稳定
在电力系统稳态运行情况下，全系统的发电机出力和负荷（包括线损）是平衡的，电力系统频率是一个全系统一致的运行参数。在实际运行时，当电力系统出现干扰使发电机的总出力和负荷的总功率出现不平衡时，相应地将导致各发电机转速和频率的变化。在频率变化的第一阶段调速器和调频系统还没有动作，系统的平均频率将下降或增大，各发电机间将产生振荡；第二阶段发电机的调频系统以及负荷的频率调节效应，导致发电机有功出力以及负荷的变化，随着电力系统容量的增大，频率的微小偏移均将发生很大的有功潮流波动和调整，如果电力系统频率进行的监视和调节不够，就会导致系统频率的进一步恶化，这又将导致系统电厂中锅炉出力的变化，以及电动机负荷的变化，使得电力系统的出力和频率进一步变化，最终使系统走向频率崩溃，一致全系统大面积停电。
l 电力市场稳定性
当前电力市场化浪潮席卷诸多国家，我国也在积极推行市场化改革。先进国家电力工业走向市场的经验表明：电力系统的市场化运作由于打破了垄断，引入了有序竞争机制一般将使发电成本降低30％，电价降低26％左右，这对降低产品成本，提高产品竞争力具有特别重要的意义。但是电力市场的发展在带来明显经济效益的同时，也对电力系统的安全稳定性提出了新的课题，即电力市场经济稳定性。从而电力系统的稳定性将由两部分组成，即前述的电力系统物理稳定性和电力市场经济稳定性，而且两种稳定性紧密交织在一起，灾变发生的可能性将大为增加。比如1996年发生的两次美国西部大停电以及马来西亚大停电就是市场化改革带来的惨痛教训。
电力市场稳定性指电力市场必须保证其经济活动的稳定性。政府部门和电力市场的各参与方都希望评估影响电力市场稳定性的各种因素，了解电力市场在受到预想扰动时的动态行为和稳定程度，并希望可靠的算法支持其决策，防止市场的崩溃。
影响电力市场稳定的因素有：
1） 市场经济下的系统运行工况将由市场需求来决定，系统间大量的电能交换和交易、不可预测的潮流和线损等因素都增加了运行调度的不确定因素，更容易遇到离线分析未考虑的工况。
2） 电力市场下，发电、输电、供电将各自成为独立的经济实体，电网公司将不再具有在传统垂直一体化电力结构下的调度能力，网络的安全问题将更为突出。
3） 在宏观经济方面，能源政策、环境法规和国民经济发展态势的调整
4） 在微观经济方面电力市场规则的修改，各参与者的博弈
5） 在技术方面，电力系统的物理特性、安全稳定导则、稳定传输极限引起的阻塞、分析技术和控制技术
电力市场稳定性的研究内容是：
1） 在市场均衡价格下，研究市场价格微小偏离市场均衡价格时的市场稳定性
2） 研究市场在大扰动情况下，系统是否能够保持足够多的发电公司、充裕的可发电容量及可输电容量，也即电力市场的大扰动稳定性问题。美国加州电力市场崩溃时发电成本上涨和发电容量不足，造成加州批发电力市场价格飞速上涨，而当时的用电端是按照冻结电价售电的，这样就失去了电价调节的杠杆作用，用户的用电弹性作用完全丧失，市场价格失衡
3） 研究电力市场的动态品质问题，如电价的渐进性、对振荡的阻尼等。
四．电力系统灾变防治策略
电力系统灾变防治研究是一项复杂的综合性工作，涉及到电力系统的方方面面，尤其是在连锁性故障的机理及其发生时的控制方式和策略、电力系统隐患的探测和预防、决策准确性与快速性的兼顾以及完善预警系统的建立等方面存在的诸多问题。
电力系统灾变防治系统（Power System Collapse Prevention System，缩写为PSCPS）研究的目标
1)准确地进行判断并给出正确的控制措施是对PSCPS的基本要求。电力系统扰动发生后，要求PSCPS能在尽可能短的时间内完成对系统的有效控制。在紧急情况下，只有准确的决策和快速的执行才能有助于电力系统状态或性能的改善，否则会加剧系统的崩溃。然而,目前研究中采用的算法和方法多数仍难以满足PSCPS的实时性要求。快速性和准确性要求一直是电力系统研究中的一对矛盾，同时满足快速性和可靠性要求的安全及稳定控制算法才具有实用价值，机理可行而缺少实时性的算法虽具有研究价值，但却不宜采用。
2)PSCPS应具有鲁棒性和适应性，不应受到某些虚假现象的影响而产生误判。电力系统的时变性要求采用的控制方法和策略具有适应性和鲁棒性，即要求针对不同的问题采用不同的控制方法和策略以确保控制的准确性。电力系统的扰动具有不确定性，危险形式也千差万别。不同的扰动和危险方式具有各自不同的特点，需要各自不同的判定方法和控制策略。PSCPS必须能正确地识别各种危险发生或即将发生时系统的相应特点，并做出合理的决策。此外，PSCPS还应能正确识别系统正常的扰动和真正的危险，并做到“去伪存真”。
3)PSCPS的算法应能反映系统的实际，采用的假设应具有合理性，其对系统危险指标的判据应是充要的。这主要体现在研究中采用模型的适应性、系统等值的准确性、预想事故集筛选的合理性以及判定方法的选取等多方面。在PSCPS研究中，针对不同的问题应采用更接近实际的系统模型。首先，假设应是合理的，在做系统简化和等值时，需使简化后的系统符合实际的未简化系统，或者保证简化引起的误差不使PSCPS做出虚假或错误的判断；其次，所采用的预想事故筛选原则应是准确的，不应遗漏任何具有潜在危险的预想事故。
4)PSCPS包括的一系列重要稳定裕度指标如电压稳定、功角稳定和频率稳定指标等应是基于参数空间的，且具有可操作性和直观性。它能回答诸如某条或某几条母线上可同时增加的负荷有功和无功功率数量，某条或某几条输电线上可同时增加的有功传输功率等具有实际物理意义的问题。基于系统状态空间的性能指标虽然具有一定的理论意义，但常常缺少实际可操作性。
5)在紧急或事故情况下，PSCPS给出的控制决策除了要考虑系统安全性外，还应使控制代价最小。保守的决策虽能保证系统的安全,但却会带来不必要的损失，因此要求PSCPS具有优化控制决策的功能。
6)在电力市场环境下，PSCPS应能准确在线度量当前市场的结构稳定性和有界稳定性，基于发电及用户侧的市场报价，解决含动态稳定约束的阻塞问题，优化调度，以及提供高质量的各种辅助服务决策。
因此电力系统灾变防治急需解决以下问题：
1)电力物理大系统的稳定性理论
包括建立电力物理大系统的整体建模；电力大系统全局稳定性的定量测度理论，研究电力系统稳定域的拓扑结构，失稳模式及其演化规律；电力大系统稳定性的在线快速评价方法体系。
2)电力市场稳定性理论
建立电力市场的动力学模型，研究电力市场竞价、交易、调度运营等动态行为对市场稳定性的影响，研究物理系统与经济系统稳定性的交互关系。
3)连锁性故障发生的机理和控制策略
研究连锁性故障发生的条件和特征，探索研究连锁性故障的理论和方法，制定反连锁性故障的相应措施。
4)电力大系统的非线性优化控制和优化调度理论
研究电力大系统的非线性鲁棒控制原理，使得系统具有鲁棒稳定性和高干扰抑制能力；研究混杂系统复合控制理论，解决非线性高维、分块、多层、连续信号和离散信号并存的控制系统设计及求解方法；研究混杂系的调度策略。
5)电力大系统的实时仿真决策系统
建立全新概念的发电厂与电网控制与调度的计算机实时信息处理系统，即需研究电力大系统整体和各个组成部分的实时仿真决策系统，分层分块地建立运行中各发电厂与整个电力系统的在线实时仿真决策系统，它可实时给出潮流调度最优方案和反事故紧急措施的合理建议等。
6)建立电力市场的实时仿真决策系统。
五、电力系统灾变防治策略示例——先进励磁控制技术运用
电力系统国家重点实验室（依托清华大学）在国家自然科学基金资助下，在中电联合水力发电学会自动化专委会推动帮助下，与长办机电处、水科院自动所、华中电力集团公司、内蒙电力公司、广东电力集团公司以及葛洲坝能达公司等单位合作，经过近十年的努力，已成功地研制了GEC-I性全数字式非线性最优励磁调节装置，并已投运于丰满水电厂、海渤湾电厂、沙角电厂（A）、焦作电厂、沙岭子电厂等十多台机组，提高了有关电网的安全稳定性，产生了重大经济和社会效益。近期内丰满第二台和广东连州、韶关、华北大同一电厂以及浙江镇海等电厂的该型装置即将投入运行。目前，该国家实验室在东北电力集团公司支持下，研制了双工控机，具有彩色平板数据和波形显示器（PPC）的新型非线性最优控制装置GEC-II，可望于1999年三季度以前投入白山水电厂30万kW机组试运行，为三峡机组励磁系统国产化作进一步技术准备。
上述励磁调节器，从理论、软件到结构完全具有我国自主产权。其理论上的领先地位已为国际有关专家公认；对提高和改善电网稳定性的重要作用不仅被理论和仿真证明，而且已为内蒙电网实际发生的故障所验证；也为华中、西北、浙江、四川等电网科技人员独立进行的物理和数字仿真（用“综合稳定程序”）所证实。本文将对这已具有我国完整知识产权的高科技装置从理论优势、装置特点、仿真结果和实际运行等方面作扼要阐述。
5.1 理论上的创新性
首先让我们对励磁调节器设计的理论基础发展过程作简要的回顾。
5.1.1单参量辅助控制
60年代，随着美国电力系统的发展，特别是发电机快速励磁（自并励方式）的广泛应用，工程控制论中的一对最基本的矛盾即控制系统的灵敏性与稳定性的矛盾便日益显露出来。美国一些电网产生了多起“低频振荡”（LFO，Low-Frequency Oscillations），这种LFO现象从物理观念上可归为“欠阻尼”问题。约30年前（1969年）美国de Mello F等人提出了可用辅助励磁控制（SEC，Supple mentary Excitation Control）来提高系统阻尼[1]，并给出了辅助励磁控制通道的具体传递函数为：
式中，是辅助控制环节的输出； 是转速偏差。
由于转速的导数近似地与发电机有功功率成正比，故上式中的反馈量亦可换成，当然传递函数亦应作相应的改变。
以上这种单参量（或）辅助控制环节，发明者将其称为PSS（Power System Stabilizer）。从那以后北美大多机组都装上了“PSS”，随后其他国家和我国也不同程度上引用这项技术。
国际励磁控制界权威学者，加拿大温哥华B.C大学终身教授Yu Yaonan（余耀南），对PSS做过精细深的研究，发展了de Mello等人的方法，提出了一套算法和设计方法，其成果载于他的ELECTRIC POWER SYSTEM DYNAMICS（《电力系统动态学》）这本名著中[2]。虽然不少学者就按单机系统模型设计的PSS在多机系统如何协调问题上想了不少办法，但仍然存在着如上述著作第3和第4章中所指出的问题：①尽管北美大多数电厂装有PSS，但LFO现象仍时有发生；②由于设计方法本质上是单机单参量的相位补偿法，其所适应的系统振荡频带相当狭窄。
我国华南电力系统原打算采用“PSS”来提高系统小干扰的稳定性，
但在计算中发现难以用一种不变的PSS参数来适应系统运行方式的变化。
5.1.2线性最优化励磁控制（LOEC）
为了对励磁控制技术作进一步改进，余耀南教授于1970年在IEEE期刊上发表了他在电力系统线性最优控制领域的开篇文献[3]，随即在国际电工界掀起了线性最优励磁控制（LOEC，Linear Optimal Excitation Control）研究热潮。这种控制理论与技术和以往相比，主要有以下两点革新：第一，将单参量辅助反馈改进为多参数反馈（反馈量为电压，功率，转速和转子电压。）；第二，运用“线性、二次型、黎卡梯”，（LQR）这一成熟的控制方法，求得多个反馈量之间的最恰当的放大倍数匹配关系，因而实现“最优化控制”。
70年代后期和80年代初，本文第一作者等在高景德教授、余耀南教授指导下，在LOEC的设计理论的系统化和工程实用化等方面做了大量的研究工作。这种以LQR方法为理论基础的线性优化励磁控制装置从1986年第一台在碧口水电厂试验并成功投运后。在国内得到了推广与运用，该技术被成功地用于红石和刘家峡等水电厂（调节器由洪山电工所制造）。在国外，法国EDF比我国约晚5年，也独立的研制出线性多变量优化励磁控制器，称为“四通道控制”，解决了法国电力系统的低频振荡（LFO）问题。
由于LOEC有如上所述的两点革新，故显著拓宽了所适用的振荡频带（亦即增强了对振荡频率变化的鲁棒性）；更加有效地抑制LFO，这一点不仅为动态模拟实验、数字仿真所反复证实，也被碧口水电厂和红石水电厂令人信服的现场试验结果所验证。1990年清华大学进一步改进的线性优化控制——“零动态最优励磁控制”，在微机励磁调节器上得以实现。至此，我国已从理论和装置上占据线性化励磁控制技术的制高点。
5.1.3 近似线性化模型的局限性
上述两种控制方式虽有种种差异。但它们本质上部是基于单机系统在一个特定的平衡点（即特定潮流）处近似线性化的数学模型设计的。虽然PSS模型是以传递函数G（S）表示的，LOEC是以线性定常系数微分方程组表示的。但我们知道，传递函数只是线性微分方程的拉氏变换形式而已。
电力系统实际上是一个强非线性的系统，其中第i台发电机有以下模
型：
（1）
式中，—皆为常数，和分别为转速和暂态电势；为转子电压，是控制量。 和是关于和的非线性函数，分别为：
（2）
式中，为发电机转子角；为常数。
把非线性函数在某一特定状态下近似线性化后，代入原方程即可得近似线性化数学模型。其近似线性化的处理方法是把和在某一特定状态处按台劳多项式展开后只保留首项，而把二次方和高次方项统统忽略。该处理方法在微分学中称为“以非线性函数在某一特定点处的全微分代替其在该点处的增量”。用几何学的观点来看，即以状态空间中在点处某曲面的切平面代替其曲面（参见图1）。
图1 以处的切平面近似代替曲面示意图
问题很清楚，这种近似只是在当实际运行的状态点离开点很近时才是对的。在电力系统发生短路故障时，实际运行点必然会远离初状态。由图可知，这时近似线性化的数学模型就完全不对了。因此按这种模型设计的励磁控制器，在大干扰下控制效果将会大大削弱，甚至产生负作用。为此PSS环节的输出必须加严格限幅（美国学者坚持限幅在土5％）；LOEC虽尚未发现有负作用产生，但对提高暂态稳定作用甚微。
5..1.4 非线性最优励磁控制
目前我国电网，低频振荡和小干扰稳定性的改善固然重要，但更具重要意义的是要提高其暂态稳定水平，为此迫切需要发展直接按多机系统精确非线性模型设计的最优励磁控制器。在过去的十年里，国际上基于微分几何方法的非线性系统控制理论有了较系统的发展，美国将其用于如飞行器和机器人等控制系统。在我国，本文作者首先将其用于复杂电力系统，并发展了这种理论，在IEEE/PES，1989年第一期上发表了该领域的开篇文献[4]；随后MIT的Ilic教授和多国学者在该领域进行了跟踪研究。1993年科学出版社出版了《电力系统非线性控制》专著[5]，奠定了基于微分几何方法的电力系统控制理论基础。1996年11月IEEE电力系统卷发表了本文作者的“分散非线性最优励磁控制”一文[6]，该文在国际上首次给出了关于这类非线性控制解最优性质严格数学证明，使这种理论上升到“非线性最优”的高度。论文为SCI收录，被各国学者多次引用，使我国在该前沿学科领域占有国际上一席之地。
90年代初，IEEE自动化学会主席华盛顿大学Tarn T J教授对我国学者这一成果是这样评价的：对非线性系统微分几何方法的发展有重要意义，且这种理论和方法开辟了一个崭新的应用领域。他们明确指出：研究结果表明，与传统方法相比，这种非线性控制方法在改善电力系统暂态稳定性、动态品质优化方面有着突出的优越性。最后他得出结论：中国这方面在国际上处于领先地位。美国科学院院士Zoborszky J教授热情评论道：非线性几何方法是一种高新而精深的科学方法，加之电力系统模型的极其复杂性，中国作者成果是一个通过精确与博识的分析使问题得到明澈无疑解决的范例，是一项极具吸引力与挑战的新贡献。
其实这种理论和方法的主要思路是相当简单明了的。
电力系统中运行的发电机组的数学模型有以下形式（具体模型见（1））：
（3）
式中，是状态量；是的非线性函数向量；是常数向量；是励磁控制量。
方法是要求找到一组非线性坐标变换：
（4）
同时又找到非线性控制律（状态量非线性反馈） （5）
这里都是的非线性函数。使得发电机组励磁控制模型（3）精确地在全动态过程意义上转化为Z坐标下的线性系统（故称作“通过反馈的精确非线性化”方法）：
（6）
根据线性优化原理很容易找到（6）式中最优的，将代入（5）式，即可得到非线性励磁控制策略。
（7）
上述结果已由本文作者在1996年IEEE上发表的论文证明：以上非线性控制解对原非线性系统(3)也是最优的。
用以上方法得到的非线性最优励磁控制规律为： （8）
式中，分别为发电机有功功率、无功功率、端电压、转速，其它皆为这台发电机本身的参数。
励磁控制规律（8）有以下特点：第一，其中仅含有受控发电机可测的状态变量，所以实现了真正的分散控制；第二，仅含有受控机组本身的参数等，故对网络结构的变化有完全的自适应能力（鲁棒性）；第三，由于在求解该控制律中，未对模型作近似线性处理，该控制规律对“小干扰”和“大干扰”同样适用；第四，文献[6]业己证明，该控制规律对一类二次型性能指标是最优的。
应指出（8）式所示的是发电机全状态量非线性最优反馈策略，这种策略对电力系统起着镇定（Stabilizing）作用（无论对于小干扰还是大干扰）。从这个意义上可以说它是：全状态量非线性最优PSS（Power System Stabilizer）。
5.2．装置的先进性
由我国自主开发的高科技产品GEC-I型微机非线性励磁调节装置是在先进理论指导下
设计的并采用现代微机技术，集先进性与可靠性于一身，专为大、中型发电机组设计的励磁调节装置。
通过近十个电厂中的运行，显示出该装置除采用了先进的励磁控制理论外，还有诸多的特点：
(1) 实现了全数字化设计。该励磁调节装置从交流输入到控制脉冲全部实现了数字化，完成了交流采样、数控脉冲等一系列先进的微机技术，取消了模拟环节和电位器调整环节，在硬件结构上实现了最小系统配置，提高了装置的可靠性和调节精度。
(2) 实现了国际标准化的软件设计。该励磁调节装置在实现了最小系统配置的条件下，保护与调节功能均采用软件设计得以实现，如TV（电压互感器）断线保护、强励反时限保护、低励限制保护、V/F限制保护，以及功能齐全的调节方式，如非线性最优励磁调节方式，线性最优调节方式，PSS方式以及PID调节方式，恒无功和恒功率因素方式也在考虑之列。
(3) 实现了设备调试智能化。该装置具有方便直观的人机接口；运行中不仅能直观地了解装置的工作状态和发电机的运行状态，而且一切调试均能由计算机系统的功能键完成，如零起升压、土10％阶跃响应。调节器参数和保护参数的整定均能由加有密码的键盘来完成。
（4）实现了系统元件板的故障自诊断功能。整个调节装置在运行过程中，具有完整的故障自诊断系统，一旦故障出现能明确地指出故障板，使之可达到最快修复的目的。
（5）故障信息记录也是该励磁调节装置较为突出的优点之一。当系统出现故障或操作人员误操作引起的故障，以及装置本身故障都可由故障信息记录系统查明原因，对于分析故障原因起到十分重要的作用。
5．3．非线性励磁控制对提高系统安全稳定性的重要作用
同步发电机励磁调节对提高电力系统稳定性的重要作用早在四五十年代就已引起了充分重视，非线性最优励磁调节对提高电力系统的静态稳定、暂态稳定和电压稳定方面己发表了多篇研究论文。从计算机仿真研究、动态模拟实验研究、直至现场故障的实际动作行为都证实了非线性最优励磁调节的重要作用。在上述研究的基础上，己完成了华中电网、西北电网、新疆电网、浙江电网的仿真研究，华北电网和广东电网以及西南电网仿真工作正在进行中。仿真研究是基于电科院电力系统分析综合程度（PASSP）进行的，几个系统的仿真结果如下。
5.3.1 对提高西北电网稳定性的仿真研究
西北电网包括陕西、甘肃、青海、宁夏四省。截止1996年底全网统调容量1300万kW。西北电网主网架为330kV电压等级。主网联接是一个环形网，其环网总长度近 2000km，而东西部之间的输电距离为500km.，位于北部的宁夏网是通过双回线以三角环网的形式与主网联络，西北电网的接线示意图参阅文献［7］。
就运行的稳定性而言，目前西北电网存在以下主要问题：
（1） 西电东送方式存在弱阻尼现象，动稳极限仅为80万kW，无法满足功率交换的要求；
（2） 东电西送时存在暂态稳定问题。暂稳极限仅为73万kW；
（3） 区域网的局部稳定问题也较突出，特别是宁夏网、陕南网和汉中网都存在电压稳定性问题亟待解决。
通过对西北电网详细的仿真研究，可得出以下结论：西北电网在安康、渭河、碧江、清远、龙羊峡、大坝、大武口7个电厂中装设非线性最优励磁调节器，西电东送的动态稳定极限可由原80万kW提高到100万kW。东电西送的暂态稳定极限由73万kW提高到80万kW，对区域网中的各局域网的稳定水平和电压水平也有显著的改善。典型的仿真结果参阅文献［7］。
5.3.2 R4华中电网稳定性改善的仿真研究
在华中电网中，由于湖北电网与江西电网之间的弱联系，当500kV葛凤线发生三相短路后，葛洲坝大江机组对南昌机组的功角摇摆出现等幅（甚至增幅）的低频振荡，鄂东下陆至江西柘林线路的有功潮流出现等增幅的低频振荡。研究表明，若在葛洲坝电厂、汉川电厂和南昌电厂的机组上装设非线性最优励磁调节器，不仅可有效抑制上述的低频振荡问题，而且还可改善系统的暂态稳定性，其仿真结果见图2所示。
葛洲坝大江机组对南昌机组功角摇摆曲线
虚线为常规控制 实现为NOEC控制
图2 华中电网仿真结果
从以上几个系统仿真结果可以看出，发电机非线性励磁调节器对于同时改善电力系统的静态稳、定暂态稳定和电庄稳定均能起到重要的作用。
5.4． 结论
“一个没有创新的民族是没有希望的”。我国政府强调要特别重视“研制开发出一批具有我国知识产权的高技术产品”。本节所介绍、评述的全数字化非线性最优励磁调节器；从理论到装置具有完整的我国知识产权。
本节所介绍、推荐的控制装置是在我国的基础理论研究成果电力系统非线性控制理论指导下设计的。该理论在电力系统小干扰和大于扰稳定控制的统一性，控制对于电力网参灵敏和结构改变的鲁棒性，各发电机控制所需反馈量的独立性以及控制规律的最优性这4个长期希望解决但未能解决的问题方面，取得了突破性进展，在国际一领域起着“挑头”作用。
装置实现了从采样到脉冲输出的全数字化和100％的冗余度，并且以国际上最可靠的工控机总线为硬件核心和依托，可靠性高；新改进的产品具有彩色平板显示器，可显示和记录运行状态和波形，这一点也比国外同类产品先进。在我国目前已有24套装置投入运行。
国务院领导同志和三峡总公司的负责同志对三峡发电机组控制系统和二次系统国产化问题十分重视。鉴于三峡电厂的特殊重要性，我们在为三峡而研制的励磁控制器中除其硬件核心部分采用国际上最可靠的工控机外（这一点已做到），其它部件，包括开关、插件、端子等所有零部件也应采用国际上最先进可靠的产品。这样做与自主知识产权丝毫也不矛盾。如果我们在硬件上采用国际最先进可靠的产品，在理论和软件上我国已经领先，二者结合起来，就能使整个产品跨入到国际先进水品行列。
参考文献
[1] de Mello F P and Conoordia C. Concept of Synchronous Machine Stability as Effected by Excitation Control. IEEE Trans. On PAS, 1969, 88:316-319.
[2] Yu Yannan Electric System Dynamics. Academic Press, 1983.
[3] Yu Yaonan et al. Application of an Optimal Control Theory to a Power System. IEEE Trans. On PAS, 1970, 89:55-62.
[4]. Lu Qiang and Sun Yuanzhang. Nonlinear Stabilization Control of Multi-machine Systems. IEEE Trans. On PES, 1989, 4(1):236-241.
[5] 卢强，孙元章. 电力系统非线性控制。北京：科学出版社，1993。
[6] Lu Qiang, Sun Yuanzhang et al. Decentralized Nonlinear Optimal Excitation Control. 1996, 11(4), 1957-1962.
[7] 卢强等。 分散非线性最优励磁控制及工业装置设计。水电厂自动化， 1998（2）。
关键词：电力营销系统、基础数据、重要意义
中图分类号：F406文献标识码： A 文章编号：
一、前言
数据准备工作本身极为繁杂琐碎、耗时大、工作量大、容易出错,涉及到旧系统的开发商、新系统的开发商和供电企业之间的紧密配合,还会牵涉到供电企业的人员对营销数据普查等其他方面的工作,从而导致多任务并行实施协作,在实际工作中,由于数据的原因会造成系统的某些功能失常。因此,采用有合理的数据准备策略,掌握一些数据准备的关键技术要点, 以及科学的实施方法是十分重要的、必要的。
二、提高营销基础数据质量的重要意义
基础数据是信息系统的生命线，是营销各项工作开展和分析决策的核心所在。以线损管理工作为例，需要变电站、线路、台区的目录基础资料完整准确，所有关口用户、正常用电客户的线变户关系要求正确、完整和一致，才能统计出正确的供售电量，进行有效的线损分析，为开展营销稽查和杜绝营销工作差错提供依据。反之，如果基础资料不完善就无法正确统计供售电量，线损分析也无从谈起。由此可知，提高数据质量是进行科学决策的必然要求。只有在数据准确的基础上才能做出较为正确的判断和宏观决策，也才有可能更好地为社会服务、为企业服务、为人民服务。
三、数据特征分析
1、数据结构存在着差异
在客户档案、资产档案、设备档案等基础资料的组织上都可能不一致。
2、数据完整性存在问题
第一，信息之间的一致性得不到保证；第二，基础数据不全,新系统中可能需要补录。
3、数据编码规范性缺乏集中统一管理的考虑
客户档案编号、电网编码、资产编码等可能存在各个局用相同的编号, 数据集中管理必须予以统盘考虑。
4、数据随时间演变
营销系统的基础数据可以分成静态数据和动态数据,静态数据的特点是它在整个数据的生命周期中基本保持不变,而且它是动态数据的基础；
动态数据按照时点来分,又可以分为期初数据和日常数据。电力营销系统所要准备的基础数据多数是动态数据,例如客户基本档案、电源信息、运行表等,都是随着时间的推移,数据会发生新增、变更,使得数据转换工作必须能够适应阶段性的切换。
四、如何利用有效手段提高营销基础数据质量
1、加强数据管理，认真扎实做好数据整理工作
（1）认真梳理、排查问题
现阶段，各级营销部门积累的数据中存在的主要问题有：一是数据源头存在问题，可能在用户提供数据时存在数据项不完善、不准确或在数据录入时发生错误；二是由于各类调整未按规定变更和清理，造成数据错误；三是在新、老信息系统数据迁移过程中产生了重复数据、垃圾数据和错误数据；四是由于工作人员操作失误造成数据错误等。对此，营销部门要认真梳理、归纳，找出产生错误数据的相关原因，有针对性地提出改进措施，确保问题顺利解决。
（2）对症下药，分类处理。一是认真把好数据入口关，树立以预防为主的工作原则。在对业务流程进行细化和规范的同时，进行业务流与信息流的交叉分析，识别和确认信息系统中数据质量有可能产生错误的关键点，制订相应的标准化操作流程，以确保数据质量从源头上得到有效控制。二是分清时点，有效转换。针对有些错误数据是在新老系统转换时产生的，通过分析和诊断，采取数据分段处理的有效方针合理确定发生问题的临界点和数据量，在规定时限内逐步统一整改到位，以确保数据的准确性、完整性。
（3）细致过滤，适时监测。一是各单位对部分基础数据定时核对，如线路台账、配变台账半年一次定时与生产系统中核对，及时整改未调整到位的资料。二是在政策调整时，及时开展相应的信息核对和修改工作。三是借助稽查监控系统不断开展数据整理工作。今年，县供电公司营销管理信息系统基础数据可用率被列入省团同业对标指标项目。省公司制定了信息通报制度，定期对各地区数据上传的情况和数据完整率、准确性进行通报，并进行全省排名和考核。因此，文登市供电公司根据通报中所指出的问题，认真加强对宜兴地区基础数据的适时监测，发现问题，及时改正。
2、通过信息化技术手段提高营销基础数据质量
基础数据的准确性对于信息化管理软件来说是至关重要的。
按固定格式填写基础数据可以发现常规错误，利于查询和统计。在信息化项目中，企业的工作流程要走标准化的道路，而且基础数据的建立也要实行标准化。对于构建基础数据标准化，要做到如下几点：一是内容顺序上的标准化。对于某个字段的内容，其所表达的内容要标准，包括其前后的顺序要一致，最好长度也要一致。二是传票或工单内容要填写全面，不要有空。当某项内容确实没有的时候可以输入统一的特定字符，不能空白，可以最大限度地防止类似错误的发生，提高数据的完整率和准确率。三是同一个字段中可能要表示多种内容。
在系统中实现技术层面的限制。除了在基础数据前提整理的时候要注意数据的质量以外，在操作人员输入营销信息系统的时候，系统也要能够进行一定自我判断，以提高系统中数据的准确性。如某用电户为380V电压等级供电，而操作人员在传票中输入电价的时候误选择了10kV的电价，传递时系统会自动提示说“该户电价与电压等级不一致”，阻止传票正常传递，提示操作人员必须修改，以保证输入数据的准确性。
五、建立数据工作的长效机制
1.要制订数据管理的相应制度
数据管理制度是数据工作有章可循的依据，是提高数据质量的保证。在制度建设中要突出重点，对从源头上控制虚假数据及防止在操作过程中产生错误、更新数据、清理数据等作出具体规定。严格把握工作开展的程序及标准，确保规范操作，减少或避免发生错误。
2、要加强对数据质量的监督
要把数据错误率降到最小程度，除把握好数据工作的各环节之外，还要加强对数据质量的监督。为此，要建立相应的监督机制，明确各工作岗位的职责分工；对已录入的数据要认真复核，发现错误及时纠正；在数据交换过程中，要实时跟踪，认真抽查，避免交换过程中发生数据的重复、遗失。特别是在原有数据基本准确的基础上，对新增数据质量严格把关，确保数据增量的准确无误，从整体上不断提高数据质量。
3、建立部门之间分工协作的工作机制
数据整理工作不仅涉及到营销部，也涉及到各供电所。所以，建立部门之间分工协作的工作机制尤为重要，也是建立数据工作长效机制的重要内容。营销信息管理需要各部门紧密配合，全力支持。对于跨各部门之间的基础数据，要认真研究数据的合理流程和工作模式，保证数据的一致性。
六、结束语
综上所述，随着营销各项业务工作的不断开展和营销信息化建设的不断完善，在营销系统工作人员的共同努力下，营销数据质量一定会不断提高，各项数据定会为各项应用奠定基础，为政府、社会和广大用电客户提供优质服务。
参考文献：
梁云凤 裴辉东：《做好电力营销管理信息系统的数据准备》，《供用电》， 2006年03期
李丽群：《浅谈如何提高电力营销系统基础数据的质量》，《城市建设理论研究》， 2011年30期
【关键词】电力营销系统;基础数据;有效手段;长效机制
一、对提高营销基础数据质量的充分认识有着重要意义
信息系统的核心部分莫过于基础数据，掌握数据的完整性是营销各项工作开展和分析决策的“生命”所在。比如，在线路管理工作中，我们需要保证变个电站、线路、台区的目录基础资料完整准确，并且要求所有关口用户、正常用电客户的线变户关系保持正常、准确、符合逻辑，才有可能从数据中得到供售电量，从而长期有效的进行线损分析，为今后开展营销稽查和杜绝营销工作差错提供一定的依据。但是如果基础资料不准确，就无法统计供售电量的多少，对于线损分析，其可靠性就更无从说起了。由此得知，提高数据质量在核心上决定了电力营销系统决策的准确性，同时也会更加清楚的做出决定，准确的定位被服务人群，为大众服务。
二、提高营销基础数据质量的核心方法解析
客户基础数据的准确性和完整性是营销系统基础数据质量的核心体现。下面进行分析：
（一）加强数据管理的同时，认真扎实做好数据整理工作。
1.仔细梳理、认真排查
目前，各营销部门中数据总量中存在的主要问题如下：
一是问题出在源头上，用户在提供数据的时候不太注意准确性，总是在关键填写上出现不完整;
二是因系统需要更新换代，在更新数据时难免出现信息多余和不完整;
三是在系统升级后对于老数据的更新缺乏可行性，总是出现重复;
四是操作人员出现专业问题，操作不完善导致错误产生。
由此，营销部门对数据产生的因素要认真梳理、归纳，有针对性地提出整改措施，确保这些根源问题能顺利解决。
2.有的放矢，分门别类
一是要认真把住数据来源关，把坚决防范作为工作原则。从业务流程的施行细化和规范上入手，并且增加信息流与业务流的交叉分析，对录入系统的错误进行归类找寻关键处，制定标准化操作流程，在根本上保证数据源头的准确性。二是在转化数据上做到准确。大部分错误数据通常是在新老系统改变时产生的，只需要找到这个关键点，就可以在更新时逐一排除重复数据，把新老数据的问题排除。
3.监测错误，过滤赘余
一是各部门对自身数据的定期检查，比如一周对数据核实一次，及时整改有重复错误的数据。
二是政策调整过程中，对信息的核实以及改正需要尽快跟上。
三是利用一些工具手段，不断集中开展对数据的整理工作。
前年，营销管理信息系统基础数据可用率，已经加入了国网公司同业指标项目，每个地区的省公司制定了定期对各地区数据上传的情况和数据完整率进行通报，汇总数据后进行全省考核和排名。之后我们根据通报中所指出的问题因素，认真对我们特定地区基础数据进行适时监测，如果发现问题，及时改正。
（二）在营销基础数据引入信息化战略。
信息化管理软件可以更加方便的将营销基础数据进行整合和修改。
1.设计固定格式，保证基础数据可以快速发现常规错误，有利于统计和查询
在信息化工程中，企业可以制定标准规划数据输入。在构建基础数据标准化方面，要做到如下几点：
一是规范数据输入过程。对于内容的录入必须保证前后一致，语句一直，不能随意录入。
二是保证不设定空白项来增加处理难度。当某项内容确实没有的时候，可以用统一的特定字符进行替代，这样可以防止类似错误最大限度的发生。
三是不是某些字段出现重复含义。
如用户配备多个相同项目，出现重复时用特殊符号分割。这些分割使得基础数据不会混杂，同时全部的基础资料都要利用这种分割进行划分，使基础数据保持唯一性。
2.在系统中设置技术层面
输入营销信息系统之前，要整理数据，保证数据的质量，系统可以编入一些自我修复的程序。如用户和电厂的电价不同，当出现错误输入时，系统通过自我判断会自动提示说“该户电价等级不一致”，阻止此传票正常传递，提示操作人员必须修改。
3.利用SQL语句作为数据的检查
越来越多的英雄系统能够结合作者，对当前开展的营业示范区编写SQL 查询语句，让操作员能够对输入的部分基础数据进行核查。巧妙地利用SQL查询工具，进行编写核查语句，操作热源就能将不符合逻辑关系的数据清单搜索出来。通过线索开展数据整改工作，提高系统内数据的准确率。
三、长期建立数据输入体制
多年的数据汇总取得了很多的合理数据，其中大部分能够用于数据的整体整理，但是对于数据交叉分析，还需要很长时间来建立运算体系，现在仍然还需要对数据本身进行整理排除，表现在：
（一）对数据进行有效管理
对数据管理建立制度化，能提高数据的质量。制度建设的首要目的，是从源头上控制虚假数据，防止操作过程产生错误，对更新和整理起到监督作用，对某些特殊问题做出具体规定。同时严格把握工作开展过程中容易产生的疏忽，在源头上确保规范操作、减少或避免发生错误。
（二）对数据质量监管的制度化
把握好数据工作的各环节，另外要把数据错误率降到最小程度，这些都是对数据质量监管的制度化。同时，要建立各个岗位工作的制度;已录入的数据保证准确性，认真复核;跟踪数据交换，认真抽查其中产生的偏差，避免交换过程中发生数据的遗失、重复。特别注意新增数据质量的把关，从根本上确保数据增量的准确无误，从整体上不断提高数据质量。
（三）对各部门的协作制定特定规范
数据整理工作涉及到各个部门，从客服到后勤。因此，建立部门之间分工协作的工作机制尤其重要，这也是建立数据工作长效机制的重要内容。各部门只有全力支才能共同建立营销数据的规范化。对于跨各部门之间的基础数据，要保证分工合理，不出现重复开工的行为，保证数据的统一。
四、结束语
随着营销信息化的建设;营销数据的质量在不断地提升，而营销数据的制度化将会让数据的交叉分析成为可能，对于各个部门之间工作和协作的制度化，各部门统计的数据也会为各项应用奠定基石，为社会、政府和广大用电群体提供优质的服务。
参考文献
[1]赖建.电力营销MIS系统数据分离[J].农村电气化，2008 （10）.
一、充分认识提高营销基础数据质量的重要意义
基础数据是信息系统的生命线，是营销各项工作开展和分析决策的核心所在。以线损管理工作为例，需要变电站、线路、台区的目录基础资料完整准确，所有关口用户、正常用电客户的线变户关系要求正确、完整和一致，才能统计出正确的供售电量，进行有效的线损分析，为开展营销稽查和杜绝营销工作差错提供依据。反之，如果基础资料不完善，就无法正确统计供售电量，线损分析也无从谈起。由此可知，提高数据质量，是进行科学决策的必然要求。只有在数据准确的基础上，才能做出较为正确的判断和宏观决策，也才有可能更好地为社会服务、为企业服务、为人民服务。
二、如何利用有效手段提高营销基础数据质量
营销系统基础数据质量包括了客户基础数据的完整性和准确性，主要从管理和技术两个层面来进行：
（一）加强数据管理，认真扎实做好数据整理工作
1、认真梳理、排查问题。目前，各级营销部门积累的数据，存在的主要问题归结为以下几方面：一是数据源头存在问题，可能在用户提供数据时存在数据项不完善、不准确，或在数据录入时发生错误；二是由于各类调整未按规定变更和清理，造成数据错误；三是在新、老信息系统升级换代过程中，数据转化过程中产生了重复数据、垃圾数据和错误数据；四是由于工作人员操作失误造成数据错误等。对此，营销部门要认真梳理、归纳，找出产生错误数据的相关原因，有针对性提出改进措施，确保问题J顷利解决。
2、对症下药，分类处理。一是认真把好数据入口关，树立以预防为主的工作原则。在对业务流程进行细化和规范的同时，进行业务流与信息流的交叉分析，识别和确认信息系统中数据质量有可能产生错误的关键点，制定相应的标准化操作流程，以确保数据质量从源头上得到有效控制。二是分清时点，有效转换。针对有些错误数据是在新老系统转换时产生的，通过分析和诊断，采取数据分段处理的有效方针，合理确定发生问题的临界点和数据量，在规定时限内逐步统一整改到位，以确保数据的准确性、完整性。
3、细致过滤，适时监测。一是各单位对部分基础数据定时核对，如线路台帐、配变台帐半年一次定时与生产系统中核对，及时整改未调整到位的资料。二是在政策调整时，及时开展相应的信，鼠核对和修改工作。三是借助稽查工具的有利条件，不断开展数据整理工作，发现问题，及时整改。
（二）利用信，鼠化技术手段提高营销基础数据质量
基础数据的准确性对于信息化管理软件来说，是至关重要的。
1、按固定格式填写基础数据，可以发现常规错误，利于查询和统计。在信息化项目中，企业的工作流程要走标准化的道路，而且基础数据的建立也要实行标准化。对于构建基础数据标准化，要做到如下几点：一是内容顺序上的标准化。对于某个字段的内容，其所表达的内容要标准，包括其前后的顺序要一致，最好长度也要一致。二是传票或工单内容要填写全面，不要有空。当某项内容确实没有的时候，可以输入统一的特定字符，不能空白，可以最大限度的防止类似错误的发生，提高数据的完整率和准确率。
2、在系统中实现技术层面的限制。除了在基础数据前提整理的时候要注意数据的质量以外，在操作人员输入营销信息系统的时候，系统也要能够进行一定自我判断，以提高系统中数据的准确性。如某用电户为380v电压等级供电，而操作人员在传票中输入电价的时候误选择了10KV的电价，传递时系统会自动提示说“该户电价与电压等级不一致”，阻止传票正常传递，提示操作人员必须修改，以保证输入数据的准确性。
3、充分利用稽查MIs工具，做好数据查询。随着供用电稽查局营销信息系统上线，按照电价电费等不同主题筛选核查等，将不符合逻辑关系的数据清单搜索出来，有了线索就能开展数据问题户的稽核整改工作，从而提高系统内数据的准确率。
三、建立数据工作的长效机制
近几年来，营销各部门在数据整理方面做了大量的工作，取得了一定成绩，积累了不少的经验，但仍存在一定差距，需要建立数据工作的长效机制。
（一）要制定数据管理的相应制度。数据管理制度是数据工作有章可循的依据，是提高数据质量的保证。在制度建设中，要突出重点，对从源头上控制虚假数据，防止在操作过程中产生错误，更新数据、清理数据等做出具体规定。严格把握工作开展的程序及标准，确保规范操作、减少或避免发生错误。
【关键词】电力拖动 过渡建模 三要素
电力拖动系统实际工作环节中会出现一定的稳态过程或暂态过程，整个形式下的状态活动调整被视为过渡过程，是整个动态活动管路监察的主要衡量标准。涉及到电力拖动系统的惯性特征主要借助一定的机械惯性模式以及生产、传动、电动机的系统控制模式进行着一定程度的旋转，整个动力学原理的渗透前提下，面对内部拖动系统中的飞轮转矩以及转动惯量的数值变化，需要结合实际电动机的绕组以及电气控制中的电感量等进行深入的研究 ，同时对于后续的热力惯性的反映效果以及参数变化也需要进行系统的观察和研究，以满足整个活动程序下的标准数据建模水准。
1 电力拖动系统的三种惯性
在电力拖动系统的实际工作中，总会出现加速或是减速运动的过程，而两种运动状态的转变过程中，会出现三种形式的惯性，包括机械惯性、电磁惯性和热力惯性等。但是，在实际的研究中发现，真正对电力拖动系统由重大影响作用的是机械惯性，而电磁惯性和热力惯性可以忽略不计。
1.1 机械惯性
机械惯性对于电力拖动系统来说，其存在的最主要问题是在运动状态转变的过程中，不能够实现电力拖动系统转速的突变，使运动状态出现延迟。机械惯性主要存在于生产机械设备的工作运行中、传动装置的工作运行中、电动机的工作运行中以及旋转设备等工作运行中。机械惯性在电力拖动系统中，主要是通过飞轮转矩或是转动惯量的数量大小来进行反映的。
1.2 磁力惯性
电磁惯性对于电力拖动系统来说，因为该惯性对系统的影响很小，通常可以忽略不计。其主要原因是，在电力拖动系统中，电磁惯性主要是通过电动机绕组在工作运行中和电控装置等在工作运行中，自感和互感所产生的惯性。这种惯性与机械惯性相比，对系统的影响很小，所以在分析和计算中往往可以忽略这种惯性对系统所产生的影响。
1.3 热力惯性
热力惯性对于电力拖动系统来说，其惯性对系统的影响也很小，通常也可忽略不计。其主要原因是，在电力拖动系统中，电磁惯性主要是通过电机在工作运行中和控制装置等在工作运行中，由于温度的变化致使设备的一些参数发生变化，从而产生热力惯性。在设备运行中所产生的热力惯性是很大的，但是在工作运行状态下，设备运行的动态过程很快，所以热力惯性对于系统的影响很小，所以在分析和计算中往往可以忽略这种惯性对系统所产生的影响。因此，在研究和分析电力拖动系统的惯性时，一般只考虑机械惯性对系统所产生的影响。
2 阶段性电路暂态作用下的“三要素”法原理
在线性电路内部的专有储能元件或是可看做是储能元件，无论是简单还是复杂，都需要进行一阶常系数性微分方程的处理，这种电路系统结构被称为一阶线性电路。在一阶性电路中，电路的响应一般包括两个部分，暂态和稳态两个分量。可写成一般式：
在这个一般式中，是稳态分量，而是暂态分量；是电流、电压或转矩等。如果该一般式的初始值是的话，则可以得到A=-。代入到一般式中：
这个一般式是一阶线性电路在暂态状态下的一般公式，可对应任意变量。在一般式中，只要求出式中的 是 的初始值、 是 的稳态值和 是过渡时间常数，这三个要素，就可以得到电路响应的电流值、电压值和转矩值等。
结合实际电路的响应主要是根据暂态分量以及稳态分量的分布状态进行分析，进行一阶线性电路暂态过程中的任意变量统计过程中，根据实际内部的电流、电压以及转矩三个要素具体值进行电路响应的回馈，结合初始值和稳态值的分布规律进行过渡过程时间常数的应用。
3 直流拖动系统过渡过程的数学模型建立
本文在研究直流电力拖动系统的过渡过程中，将以他励直流额电动机为例来进行分析。
3.1 电磁转矩的动态方程式
该式中，T2是稳态转矩；Tεm是电磁转矩。
经过直流电动机拖动系统作用模式的深入研究，实现内部数据在整个动态方程式的应用分析。在进行电磁转矩计算中，主要利用三个要素进行动态方程的建立：
该式中，TQ是初始转矩； 是时间常数。
3.2 电流的动态方程式
该式中，Iz是稳态电流；Ia是电枢电流。
经过直流电动机拖动系统作用模式的深入研究，实现内部数据在整个动态方程式的应用分析。在进行电流计算中，主要利用三个要素进行动态方程的建立：
该式中，IQ是初始电流。
3.3 转速的动态方程式
经过直流电动机拖动系统作用模式的深入研究，实现内部数据在整个动态方程式的应用分析。在进行电动机转速的计算中，主要利用三个要素进行动态方程的建立：
该式中，n是稳态转速；nz是电动机的转速；nQ是初始转速。
利用整个要素的恒定效应计算，可以引进电枢电流以及实际转速的动态方程计算方式，对于不同数据的动态方程式的表达对于整个一阶线性电路的过渡过程的数学模型建立有着一定的指导作用，实现后期的直流电动机电枢回路串电阻过渡过程内部流程曲线图的标准制定，保证相关数据的提供标准形式。
4 交流拖动系统过渡过程中的相关数学模型的建立与分析
本文在研究交流拖动系统过渡过程中，将以绕线式异步电动机转子回路串电阻作为示例进行研究。通过一定程度的绕线式异步电动机内部的实际转子回路电阻值的观察与研究，结合绕线的分折异步处理进行过渡过程的分解，实际机械化特性模式作用下的主要直线操作手法结合实际机械特性的曲线进行直流电动机相似流程的处理与作业流程，实现后续涉及具体机械特性方程的实用公式：
该式中， 是临界转矩；是临界转差率。
将该方程式进行简化，可得到：
电力拖动系统的运动方程式已知：
对此，同样可以运用“三要素”法来求出交流电力拖动系统的数学模型：
根据：
可以得到：
利用电流内部设备结构的临界转矩以及临界转差率的提供进行具体的简化，以保证整个活动过程的系统建模数据的标准参考价值，节省一定的时间和计量工作分配程序，使得具体检验的落实工作在相对严格的标准下充分进行。
5 总结
综上所述，本文通过一阶线性电路的“三要素”法对电力拖动系统过渡过程进行了建模实践。这个“三要素”法不仅适用于电力拖动系统过渡过程的应用，还同样可适用于其他的电力设备的工作运行中，譬如像电动机的启动、制动和调速等机械动态转变的过渡过程情况中。“三要素”法所建立起来的数学模型，具有简单、快捷和清晰等优点，非常适用于工程计算。在他励直流、并励直流的电动机的工作和运行中，可以知道电磁的转矩与电枢的电流是呈现正比的关系，其过渡过程的电枢电流的表达式是符合“三要素”法所建立的数学模型的。但是，在串励直流和复励直流的电动机的工作和运行中，电磁的转矩和电枢的电流并不是正比的关系，其过渡过程的电枢电流表达式不符合“三要素”法所建立的数学模型，所以不能够用“三要素”法来建立数学模型。在交流电动机的工作和运行中，当转子功率因素不变时，其电磁的转矩与转子的电流之间是呈现正比的关系，其过渡过程的转子电流的表达式是符合“三要素”法所建立的数学模型的。所以，可以采用“三要素”法来进行数学模型的建立。
参考文献
[1]姚融融，陈玮.基于“三要素”在电力拖动系统过渡过程的建模实践[J].工业仪表与自动化装置，2010（2）.
[2]周争鸣.用“三要素”法求解电拖系统过渡过程的探讨[J].上海应用技术学院学报，2004（1）.
[3]罗光祥.电力拖动系统过渡过程浅析[J].遵义师范学院学报，2001（4）.
[4]周定颐.电机及电力拖动[J].（第三版）.北京：机械工业出版社，2004：76-80.
[5]秦曾煌.电工学（上册）：电工技术[M].（第六版）.北京：高等教育出版社，2003：86-87.
作者简介
徐炜炜，女，民族：汉，江苏省泰兴人，职称：助理实验师，学历：本科，学士，研究方向：物理实验教学。
关键词：网络安全 电力系统 复杂网络
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0178-01
1 电力系统中的网络安全
电力系统基础设施是提供公共用电服务的物质工程设施，随着信息技术的发展，现代计算机及通信技术逐步成为支撑电力系统基础设施正常运行的重要环节，未来电力系统的发展是电力设施与信息基础设施共同建设的过程[1]。网络安全是随着信息化技术发展而出现的，是信息化建设的严峻挑战，网络安全问题指基于恶意原因，利用信息化基础设施漏洞、网络漏洞及安全缺陷对系统进行网络攻击非法获得资源的行为。对电力系统来说，网络攻击针对的可能对象是其通信设施，但由于电力系统基础设施和信息设施之间的相互依赖，网络攻击可能会最终导致电力系统瘫痪，无法正常运行，电力设施也是世界各国军事打击的重点目标，是网络攻击的主要对象，网络安全问题已经成为电力系统面临的严重威胁。
2 电力系统中的网络安全隐患问题
（1）电力系统信息设施具有脆弱性，首先电力系统信息设施存在系统漏洞，系统漏洞是指计算机系统在硬件、软件、协议设计与实现过程中，或系统安全策略上存在的缺陷与不足[2]。非法用户可利用系统漏洞获得未授权的资源访问或者资源篡改。电力系统中的各类电力监控系统、SCADA系统中的工作站及服务站、智能电子设备等采用计算机系统或者嵌入式系统，所以针对常规计算机的病毒及木马对于同样可以感染电力通信系统。其次，传统意义上的网络安全防护技术在电力通信系统中未必能起到很好作用，因为电力PLC和SCADA系统在设计之时并未考虑安全因素，大多是PLC设备不具有密码加解密功能模块，限制安全机制作用的发挥，并且智能电网的逐步发展给电力系统网络安全工作带来新的挑战，智能电网要求智能电表与电力系统之间进行通信，而如果智能电表被攻击，则很有可能通过多种攻击方式攻陷电力信息系统。
（2）电力系统基础设施与信息设施之间的依赖性，电力基础设施也称为电力一次系统，由发电、输电、变电等设备组成，信息基础设施又成为电力二次系统，主要包括电力通信数据系统及电力监控系统，信息基础设施是为了提高电力系统运行的安全可靠而进行建设和发展的。电力网络安全问题对电力基础设施的影响程度取决于电力基础设施对信息设施的依赖程度，信息设施存在于发电监控系统、变电自动化系统、电力数据采集与监控系统、能量管理系统中，如果电力信息设施出现了网络安全问题，发生了电力数据的篡改或者破坏，则信息系统可能会对电力基础设施的运行控制起到相反作用。电力信息设施服务于电力基础设施，电力基础设施也对电力信息设施具有较强依赖性，这种依赖性将信息安全问题对电力系统的影响放的更大。
（3）网络安全对电力系统有其自身特点，如果电力系统发生网络攻击事故，该事故作用于信息基础设施，其是否能影响到电力一次系统正常运行，能够造成电力一次系统元器件故障，能够造成多大范围的元器件故障，网络攻击严重性较难判定，同时网络攻击具有隐蔽性强、攻击代价小的特点。
3 网络安全对电力系统影响分析
随着电力系统自动化水平的提高以及各种电力智能终端的接入，电力系统在信息采集环节、传输监控环节等均存在不同程度的安全隐患。电力系统信息设施作为一个复杂网络，其单个元器件的脆弱性可能导致整个信息系统的安全性受到极大影响，进而引发信息系统级联失效问题。电力基础设施和信息设施之间的依存关系。分析网络攻击对于电力基础设施的影响首先需要找到网络安全可以通过信息域边界影响电力物理设施的途径，确定两者之间的契合点。网络攻击利用的电力系统漏洞不同，对于电力信息系统的影响程度不同，进而对电力基础设施的影响不同，网络攻击后果难以量化，网络攻击对电力系统的影响需要通过建模来深入分析。
网络安全对电力系统影响的分析可以概括为三分阶段：（1）网络安全事故作用于电力信息系统个别元件，引发了信息系统其他元件失效。（2）信息系统内部故障引发了与信息系统直接相连的电力基础设施元件失效。（3）网络安全事故电力基础设施元件失效引起电力系统内部故障。针对第一阶段和第二阶段网络事故影响，可以通过信息系统级联失效模型进行分析，从信息系统可能遭受的网络安全攻击入手，结合信息设施工作原理，利用概率论研究是已失效对象引起其他元件失效的过程，通过分析电力基础设施对信息设施的依赖程度，确定已失效元件作用于电力系统基础设施的概率。第三阶段网络事故引起电力一次系统元件失效后，可能造成电力系统线路断开、电力厂站负荷篡改等后果，必然引起电网潮流重分配，这种情况下分析网络安全事故的影响需要引入合适的电力系统连锁故障仿真模型。复杂网络OPA模型是综合考虑连锁故障和电力系统演化而提出的一种简化的连锁故障和大面积停电模拟模型[3]，该模型通过研究电力负荷变化模拟事故对电力系统连锁故障、电力发电能力、电力传输等影响。
参考文献
[1]IEC TC57，Security Standards for the Power System's Information Infrastructure-Beyond Simple Encryption[S]. USA： IEEE PES TD，2006.
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