一种新的电力系统稳定控制策略表表述及存储方式
张 岩， 王建全， 何奔腾
（浙江大学电气工程学院，杭州，310027）
摘 要： 本文通过对策略表的科学分析，提出了一种新的策略表表述和存储方法，该方法将安全稳定控制策略表分解为接线方式、潮流方式、故障信息、保护动作信息及控制策略五种基本策略元素，每一种策略元素均用一逻辑表达式表述，并将各策略元素间的关系用树表示，即以树状结构形式存放控制策略表。这种方法所生成的控制策略表不仅存储容量小、通用性强、易于修改，最重要的是易于实现通用的策略表查寻程序，从而保证了能够快速、准确、可靠地实现策略查寻。
关键词：稳定控制，策略表，树；
0. 引言
暂态稳定紧急控制是提高电力系统安全稳定性，防止发生大面积停电事故的有效措施。紧急控制的基本思想就是当电网受到大的扰动而出现紧急状态时，执行切机、切负荷等紧急控制措施，使系统恢复到正常运行状态。
紧急控制策略与电网的接线方式、潮流方式、故障方式及保护动作情况等因素之间存在着强非线性关系。要获得控制代价较小且又能确保系统由紧急状态恢复到正常运行状态的控制策略，需在控制策略解空间反复迭代搜索，而每一次迭代搜索都需要求解大规模的微分代数方程组。这使得在目前的控制决策算法和计算机技术水平下，还难以实现实时的暂态稳定紧急控制，因此，基于策略表的暂态稳定紧急控制系统仍然在实际电力系统中得到广泛应用。
目前，基于策略表的暂态稳定紧急控制系统主要有“离线决策、实时匹配”和“在线预决策、实时匹配”两种决策方式。“在线预决策”决策方式是在系统运行方式确定的情况下，计算每一个预想事故的控制策略，其策略表的规模要比“离线决策”方式小的多。但由于在“在线预决策”方式要求快速、准确、可靠地确定整个受控系统的运行方式，而反映系统运行方式的运行变量成千上万，运行变量的检测误差和传送丢失都有可能造成所确定的系统运行方式与实际系统运行方式失配，因此在EMS系统没有更本性的改善之前，“在线预决策” 也难以投入实际运行（目前实际电力系统中的“在线预决策”稳控系统均作决策不出口的试运行）。“离线决策”方式需要离线计算每个预想运行方式在每个运行事故下的控制决策，尽管存在缺点和不足，但仍是目前实际系统中主要采用的控制方式。
要使基于策略表的安全稳定控制系统（不管是离线决策还是在线决策）用较小的控制代价使系统由紧急状态恢复到正常运行状态，必须满足以下几个条件：①准确地预想系统可能出现的各种运行方式和故障方式；②快速准确地计算各种预想运行方式，在各种预想事故下的控制决策；③快速可靠地获取与系统接线方式、潮流方式、故障方式相对应的控制决策；④快速可靠地执行控制决策。而要满足第三个条件，就应该对策略表的表述及存储方式进行输入的研究，提出科学的能够满足所有安全稳定控制系统的表述及存储方式，实现策略表快速查询程序的通用化。
本文通过对策略表的科学分析，提出了一种新的策略表表述及存储方法，该方法将安全稳定控制策略表分解为接线方式、潮流方式、故障信息、保护动作信息及控制策略五种基本策略元素，每一种策略元素均用一逻辑表达式表述，并将各策略元素间的关系用树表示，即以树状结构形式存放控制策略表。这种方法所生成的控制策略表不仅存储容量小、通用性强、易于修改，最重要的是易于实现通用的策略表查寻软件，从而保证了能够快速、准确、可靠地实现策略查寻。
1． 控制策略表的基本控制策略元
目前，稳控系统一般以多维表格的形式表述和存储的策略表，如图1所示。策略表先按系统接线方式分成若干张表格W1...Wi...，每张表格再根据潮流方式Xj及故障类型Yk确定控制措施Zjk。策略表中每一种接线方式Wi及潮流方式Xj都由描述系统运行状态的多个特征量确定，且通常情况下稳控系统规模越大，描述系统运行方式的特征量就越多。因此，当系统规模较大，考虑系统接线方式、潮流方式较多时，稳控系统策略表的结构将变的非常复杂。由于不同接线方式下的策略表可能存在相同的潮流方式和故障类型，因此这种表格形式策略表的存储量也很不经济。更值得关注的是，不同的稳控系统所要考虑的接线方式、潮流方式存在很大差异，且决定这些方式的特征量也不尽相同，因此对于不同的稳控系统策略表的结构也不可能一致，这使得难以实现策略表查寻程序的通用化。往往对于不同的稳控系统，要编制专门的查询程序，降低了系统运行的可靠性。
实际上，尽管不同的稳控系统，控制措施的类型、控制变量的数量及策略表的规模都存在较大差异，但其策略表均可表述为接线方式、潮流方式、故障信息、保护动作信息及控制策略五项基本策略元素的组合。为了实现策略表查寻程序的通用化，我们首先将策略表按五项基本策略元进行分解。而每一个基本策略元是由受控系统中的多个特征量决定的，我们将策略元的内容全部采用逻辑表达式的形式表述。例如潮流方式Xi是由受控系统中a、b、c、d四条支路的功率及e发电厂的输出力决定，支路a与支路b的功率之和大于p1且支路c与支路d的功率之和大于p2，或发电厂e的出力小于p3，则潮流方式Xi可表述为Xi=((Pa+Pb
一种新的电力系统稳定控制策略表表述及存储方式 :
我们采用二叉树的结构对逻辑表达式进行存储和解释。常规表达式树对每一个变量、每一个定值（包括立即数）和每一个运算符号都生成一个节点，每个节点三个域所需空间为1字节存放左子树位置，1字节存放右子树位置，2字节存放节点的类型和节点的值，共计4字节。例如对于潮流方式的逻辑表达式表达式，生成的二叉树共有15个节点，如图2所示，则整个表达式所需空间为60字节。
通过对基本策略元素的逻辑表达式进行仔细分析，发现其有以下几个特点：
(1)表达式中的数学运算符号只有＋，没有－、×和÷，因此可以省略加号节点,我们将一个子表达式，如a+b>c，作为一个最小单位进行封装存储，而不是以一个变量或者一个定值。
(2)封装后的逻辑表达式的左子树紧跟在父节点之后，右子树紧跟在左子树之后，因此可以省略存放左子树位置的域，只有存放右子树位置的域来存放右子树的偏移量。
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采用这种方式存储表达式二叉树，如图3所示。总共所需空间为：逻辑或和逻辑与节点共4字节，每个变量、定值、立即数和比较运算符各占2字节，子表达式节点8*2+6=22字节，共计26字节，比常规存储方式节约50%以上。
由此可见，采用改进的二叉树存储方法存放策略元素的逻辑表达式，可以极大地减少在装置中所占用的存储空间，较好地解决了采用逻辑表达式这一形式所带来的装置存储空间不足的问题。
2． 基于树结构的策略表
不同安全稳定控制系统的控制策略表存在显著差异，控制策略表查询程序的通用化对于提高安全稳定控制系统的可靠性至关重要。多维表格形式策略表的缺点就是结构复杂，存储量大，难以实现策略表查询程序的通用化。为了克服这些缺点，我们以树状结构形式描述控制策略表，如图4所示。策略表由根节点层及五个基本策略元层组成，采用这种结构最大限度的节约了策略表的存储空间，避免了复杂稳控系统在大量策略表中切换可能产生的查询错误，可以很方便地变更各层次地顺序，便于自动生成和修改策略表，能够很容易地实现在策略表树中增加或删除一条控制策略。
用树结构存储的策略表，且每一个树节点用统一的逻辑表达式表述，可实现策略表查寻程序的通用化。标所谓策略表查询就是要根据受控系统的接线方式、潮流方式、故障方式以及保护动作情况，在策略表中查出相应的控制措施。根节点为查询起点，根节点的子节点为所有的接线方式，每一个接线方式子节点下连接与该接线方式所对应的潮流方式接点，以此类推，最后一层为相应的控制措施。在查询过程中首先获得反映当前系统接线方式、潮流方式、故障方式、保护动作情况的特征量，然后在根节点的子节点中查找相应的接线方式节点，再在找到的接线方式节点下的子节点中找相应的运行方式节点，以此类推，最后沿着树找到控制措施，从而完成一次查询。由于策略树中的每一节点均为一逻辑表达式，节点查询的过程就是对逻辑表达式解释计算的过程，这可由一通用程序实现的。因此，策略表程序程序只需获得这种按照树结构形式表述存储的策略表的根节点地址，就可实现对策略表的快速查询。
3． 策略树的生成和封装
由图4可见，策略树是一棵多子树，即一个节点可以有两个以上的子节点。然而在策略树实际存储时，我们采用了一种二叉树表示法，左子女－右兄弟表示法——最节省存储空间的树的存储表示。它的每个节点由三个域组成：数据域，子女链域和兄弟链域。
针对每一条策略的每一项内容，在策略表树中查找同层相同节点，如果找到就在它的子节点中查找该策略的下一项内容，否则就创建一个新的节点，作为兄弟节点（在策略表的同一层次）加入策略表树，最终生成整个策略表 。
根据不同的树节点类型确定节点的数据存储结构，所有节点数据都占用一固定个数的字节。遇到若是树叶，递归函数返回，接着封装保护动作层的兄弟节点；遇到若是其它节点，计算子节点个数，保留其存储单元。接着查找节点的兄弟节点，如果没有，则紧跟的必定是它的子节点；如果有兄弟节点，就先记录当前表的大小，再封装它的兄弟节点，然后在记录子节点首地址的位置的两个字节中，填写封装兄弟节点以后的表的大小，即该节点的子节点开始的位置。通过右序遍历策略表树，完成策略表树的封装。
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