0.   引言

以风电和光伏为代表的新能源高比例接入和电力电子化装备显著增加是新型电力系统形态发展的重要趋势和基本特征^[1-2]。新型电力系统安全稳定运行面临新挑战^[1-3]：一是风光等可再生能源具有天然的波动性和强不确定性，电力系统运行形态变得更加复杂；二是源-网-荷端接入的电力电子设备显著增加，电力系统稳定机理发生重大变化，特别是一次能源由机械转换为电能变化为电力电子化转换，引起并网电源源于设备内在物理特性响应（inherent physical responses）的调节能力整体趋于变弱，对基于主动控制响应（control-based responses）的调节能力有更大程度的依赖^[3]。

电力系统运行安全稳定性状态取决于其受到扰动后各个元件响应特性的综合效应。计及设备内在物理响应特性，面向提高电网运行安全稳定性，协同优化基于主动控制响应的调节能力，受到产学研各界的高度关注与重视。本文称之为主动控制型系统安全稳定性增强服务（以下简称主控型系统安全稳定服务），以凸显其侧重改善系统安全稳定性的目标和可以人为控制的特征。就技术层面而言，安全稳定第二道防线、第三道防线的系统/装置和传统的电力系统稳定器（power system stabilizer，PSS）、发电机调速系统和稳控系统，以及比较新型的虚拟同步机、受控负荷阻尼因子控制器^[4]和E-STATCOM（STATCOM with supercapacitor-based active power capability）^[5]，都是可提供主控型系统安全稳定服务的技术装备。

主控型系统安全稳定服务是面向电网运行的辅助性服务，从经济学的视角，该服务具有产品的属性^[3,6-7]，包括质量和价值等。关于质量的概念经历了一个逐渐延伸扩展的过程，将“符合规格”和“符合期望”的2种质量定义合二为一，适用于产品和服务整体组合的“整体质量”观念^[8]。本文以此质量概念，分析研究主控型系统安全稳定服务质量问题。强制性的并网要求和市场化征集是电网运营机构获取主控型系统安全稳定服务的途径。在对应强制性并网要求的并网标准条款和市场化合同约定的技术性能要求中，包含对服务质量的“规格”要求和“期望”。满足并网要求是义务，否则应受到惩戒；通过市场化购买得到的主控型系统安全稳定服务，其受益者共同分担相应的代价，如果服务质量不符合规格，或没达到期望要求，则损害相关方的利益。从技术的视角，电网运行方式安排是以主控型稳定服务响应满足标准/规范或合同约定的技术性能要求为前提，主控型系统安全稳定服务质量关切电力系统运行安全稳定水平，主控型系统安全稳定服务缺失或响应质量不满足预期要求，是导致电网运行稳定水平降低的重要原因之一。2015年9月19日锦苏特高压直流发生双极闭锁，造成了约0.41 Hz的频率跌落。该事故主要与小负荷方式下电网开机规模较小导致系统转动惯量降低有关，且机组的一次调频情况不及预计^[9]，是一起较为典型的主控型系统安全稳定服务质量问题案例。

虽然没有明确提及主控型系统安全稳定服务质量评估，但开展的相关研究和应用工作可归结为以下情形。1）在系统安全稳定服务响应前的评估方面，为了切实发挥稳控装置对电网安全稳定的保障作用，调度机构开展了稳控装置集中管理系统的研究与建设^[10-11]，形成了数据采集-集中监视-实时告警-在线预警-辅助决策-远方控制（运行管理）的功能体系。这些案例是基于在线实测信息对预想事件进行稳控能力与效果的预警性分析评估。2）在系统安全稳定服务响应过程中实时记录信息并评估方面，文献[12]根据有功功率扰动响应曲线平均阻尼比，在线评估电力系统稳定器抑制低频振荡效果；机组调频性能对电力系统频率稳定性的影响巨大，文献[13]基于相量测量单元采集的动态测量数据，计算机组的一次调频特性参数，评估发电机的一次调频性能，为一次调频的考核及评价提供依据；文献[14]为了提高并网发电机组支撑电网安全稳定运行的能力，提出了一种基于火力发电厂并网机组一次调频和自动发电控制（AGC）性能考核的在线监测与评估系统。这些案例是基于实时动态数据对服务响应特性进行在线评估。3）在系统安全稳定服务响应结束后的评估方面，在对事故起因、发展和恢复阶段的动态过程分析中，都会从机组涉网性能、稳控动作正确性与策略的适应性和第三道防线配置的合理性等方面将实际情况与预期要求进行比对，事故后的分析评估能够为预防大停电事故的发生提供有益启示^[15-17]。4）基于历史统计信息对系统安全稳定服务响应情况的评估方面，为全面提高安全自动装置运行管理水平，切实保障电网安全稳定运行，相关规程^[18]从动作评价、快切评价、缺陷评价和责任评价等方面评价安全自动装置运行情况，包括稳控系统正确动作率、策略正确识别率、及时消缺率等运行评价指标；地方标准^[19]特别对稳控系统运行评价，明确了评价范围、评价指标、评价周期和评价要求。这些标准为基于评价周期内的历史信息对设备运行情况进行统计分析与评估提供了遵循。

本文侧重于技术方面的研究，构建在线质量评估的技术手段，以技术标准/规范为依据，确定主控型系统安全稳定服务的预期要求，从服务设备、服务资源和服务响应等方面评估预期要求满足程度，研究开展主控型系统安全稳定服务质量评估工作，从而实现事前-事后全过程质量管控。本文聚焦主控型系统安全稳定服务质量评估的共性问题，提出具有普适性的主控型系统安全稳定服务质量的在线评估框架，探索开展主控型系统安全稳定服务质量评估工作。

1.   主控型系统安全稳定服务的特征

为了保证电力系统高质量、可靠、经济和安全稳定运行，电压和频率不超越电网运行设备和负荷允许的极限范围，在受到扰动冲击后也能返回正常范围，辅助服务（ancillary services）发挥关键性作用^[20]。高比例新能源接入和源-网-荷高度电力电子化背景下的电力系统对传统的辅助服务有了新的更高要求，因其具有支撑系统运行的特征而称之为系统服务（system service）^[3,7]，为了凸显其系统运行不可或缺的重要价值称之为ESSs（essential system services )^[6]。在电力市场环境下，辅助服务/系统服务已经被定义为产品^[3,6-7,20]，具有产品的经济属性和技术属性。根据辅助服务/系统服务对电网运行支撑能力与价值情况进行分类，国际上各个电网的分类情况不尽相同，例如，澳大利亚能源市场的ESSs^[6]有资源充裕性、频率管理、电压管理和系统恢复等大类和归属大类下的若干小类，频率管理包含惯量响应和一次调频控制等；欧洲输电运营商联盟（ENTSO-E）提供的辅助服务能力有损耗补偿、频率控制、黑启动能力、电压/无功控制、振荡阻尼和阻塞管理^[21]。

本文论及的主控型系统安全稳定服务属于辅助服务/系统服务中的一种类型，由人为设计的自动控制系统提供，在电力系统中发生某些特定事件或出现某些运行状态时自动触发，快速响应，以改善电网运行稳定性为目标，对源-网-荷-储进行自动控制。鉴于电力系统安全稳定性的丰富内涵，主控型系统安全稳定服务有多种形态，比较传统的同步发电系统一次调频控制和PSS提供阻尼振荡，以及安全稳定第二道防线和第三道防线涵盖的稳定控制措施；新型电力系统背景下的电力电子装备（power electronics（PE）converters）能够提供的系统层面的服务（active power / frequency droop）、虚拟惯量（virtual inertia）、快速频率响应（fast frequency response，FFR）和功率振荡阻尼（power oscillation damping）^[22]，这些都是主控型系统安全稳定服务的实例。基于人为设计的自动控制和服务于支撑系统运行稳定是主控型系统安全稳定服务的2个基本点，其技术特征都与此相关。

1）主控型系统安全稳定服务是基于人为设计的控制响应，而非自然行为的物理响应。主控型系统安全稳定服务功能的投入/退出、性能指标和调控能力受人为控制，例如通过电力电子装备接入电网的光伏电站配置了虚拟惯量功能，可以人为选择在光伏电站并网运行时该项功能是否投运，整定控制参数改变虚拟惯量响应速度及相应的惯性时间常数。而并网运行的传统同步发电机为电网提供惯量改善频率稳定性的服务则属于同步发电机自然行为的物理响应，因为其不可能没有惯量，且惯性时间常数不变。

2）主控型系统安全稳定服务的实施需要付出代价。不论是建立专门的系统安全稳定服务（如配置安全稳定控制系统），还是在已有装备中增加系统安全稳定服务功能（如在光伏电站中配置虚拟惯量功能），都需要增加相应的经济成本。同时，主控型系统安全稳定服务相关设备运行可靠性水平和服务响应的性能与调节能力情况也与经济成本密切相关，如火电机组为实现一次调频功能，需要留正备用而导致其不能额定出力运行；新能源机组为了实现虚拟惯量功能，风电不能运行在最大功率点，光伏需要配置储能。而传统同步发电机在并网运行时，为电网提供惯量改善频率稳定性的服务，并不会增加额外的成本。

3）主控型系统安全稳定服务行为特性具有确定性，而行为时机具有不确定性和偶然性，服务响应概率小。服务的触发条件、性能参数和调控范围由人为设计与配置，当电网运行工况、发生的事件和出现运行参数变化等满足设计指定的形态时，稳定服务就会启动，且响应时间、控制量变化速度和极值等行为特性是确定的。然而，电力系统运行的内外部情况满足服务启动条件的时间难以确定。通常，电力系统运行状态正常时，主控型系统安全稳定服务不会启动，只有发生特定事件或运行状态、参数在一定程度偏离正常范围，才会启动主控型稳定服务。因此，主控型系统安全稳定服务响应的概率比较小。

4）主控型系统安全稳定服务响应行为特性与电网运行动态特性紧密交互。主控型系统安全稳定服务响应行为的触发机制有事件驱动（event-based）和响应触发（response-based），控制机制有前馈控制和反馈控制，控制策略和控制量输出与电网受到的扰动情况及其响应情况密切相关。实施主控型系统安全稳定服务的目的是通过改变电网运行动态特性改善运行安全稳定性，受系统安全稳定服务行为特性影响的电网运行动态特性，反作用于主控型系统安全稳定服务的响应特性。如低频切负荷前几轮控制量大小，对系统频率变化情况有影响，系统频率变化情况的差异又可能使低频切负荷后几轮的动作情况（包括动作轮次与动作时间）不同。

5）主控型系统安全稳定服务预期行为特性的确定性和实际行为特性的不确定性。实施某个主控型系统安全稳定服务是为了应对电网中可能存在的某一稳定问题，避免电网运行出现某些现象，希望通过主控型系统安全稳定服务的预期行为特性能够实现改善稳定性的初衷。强制性的设备并网标准和通过电力市场征集主控型系统安全稳定服务的技术规范，对相关的系统安全稳定服务在启动条件、功能和性能等方面都有严格的技术要求，这些要求既是主控型系统安全稳定服务的“规格”，也有对主控型系统安全稳定服务行为的“期望”。系统安全稳定服务的实际行为与当时电网运行内外部环境和主控型系统安全稳定服务设备自身状态等场景的具体情况强相关，因而同一主控型系统安全稳定服务装备的各次系统安全稳定服务响应的实际行为特性不尽相同，具有一定的不确定性。

6）影响主控型系统安全稳定服务实际行为正确性的因素具有多样性。实现主控型系统安全稳定服务的环节多，包括服务装备的设计、设备制造、接入电网及其运维，服务响应功能实现和性能符合预期涉及控制策略制定和控制参数整定，设备可靠运行是稳定服务发挥作用的前提。另外，通常实现主控型系统安全稳定服务需要依赖与其他系统输入信息和输出信息的紧密关联，离不开通信互联，且可能是广域的。

7）主控型系统安全稳定服务行为特性的可观性（可感知性）。通过对电力系统运行的内外部场景与设计场景进行分析比较，主控系统安全稳定服务根据匹配情况输出控制命令和控制参数，协同改变源-网-荷-储各环节设备的运行状态与参数，服务的输入信息、输出的控制命令和控制参数能够被监测。

从上述主控型系统安全稳定服务的特征可见，以其“规格”和“期望”为依据，结合主控型系统安全稳定服务设备运行状态信息和电力系统运行信息，进行服务响应能力和服务响应效果的在线评估是必要且可行的。

2.   主控型系统安全稳定服务质量评估的内涵及要素

质量的概念经历了一个逐渐延伸扩展的过程，形成了众多观点。Crosby认为质量是与所要求的规格相一致^[23]；ISO 9000的质量定义是：一组固有特性满足要求的程度；汪纯孝等提出将“符合规格”和“符合期望”合而为一，适于产品和服务整体组合的“整体质量观念”^[8]。本文认为与主控系统安全稳定服务质量有较好契合度的质量定义是： 一组固有特性满足要求的程度，其中要求包括“符合规格”和“符合期望”（统称为预期）。主控型系统安全稳定服务是由基于人为设计的自动控制系统提供，在电力系统运行的内外部场景满足预设条件时自动触发实施，调节控制源-网-荷-储等环节设备的运行工况与参数。

主控型系统安全稳定服务是由一系列活动所构成的过程组成，在前期阶段有规划与设计服务方案、构建服务装备（提供服务的自动控制系统）和配置服务资源（用于改善电网安全稳定性的控制对象）并接入服务装备；在运行阶段有监视分析电力系统运行的内外部场景，以及满足预设条件时自动触发，对源-网-荷-储等环节自动进行调节控制，实施系统安全稳定控制服务。考虑到规划、设计和构建主控型安全稳定服务装备，以及规划、配置服务资源等前期阶段的工作情况，对系统安全稳定服务质量的影响都会在电网运行阶段显露，本文重点研究电网运行阶段主控型系统安全稳定服务质量问题。

2.1   系统安全稳定服务响应对电力系统安全稳定运行的影响

按照系统安全稳定服务的功能定位，结合工程界电力系统运行控制技术与管理现状，系统安全稳定服务响应对电力系统安全稳定运行的影响如图1所示。

图  1  系统安全稳定服务响应对电力系统安全稳定运行的影响

Figure  1.  The impacts of system security and stability service response on system safe and stable operation

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在运行规划阶段，以技术规范要求为依据，计及预期的系统安全稳定服务响应特性，安全稳定性作为约束，合理安排运行方式。

在运行控制阶段，分2种情况。1）正常运行时，根据电力系统运行情况和系统安全稳定服务装备运行情况，预测（预想）系统受到扰动后系统安全稳定服务的响应情况（以往是人工预测，目前已可以基于在线分析技术实现自动预测），并与预期的响应特性进行比较，若发现预测的响应特性达不到预期的响应特性要求，为了规避扰动导致的系统运行安全稳定风险，则会调整系统运行方式（预防控制）。2）系统受到扰动，触发系统安全稳定服务动作时，若系统安全稳定服务响应特性不满足预期要求，则系统运行的安全稳定性受到威胁。

2.2   系统安全稳定服务质量因果关联链

系统安全稳定服务过程如图2 a)所示，系统安全稳定服务装备不间断地实时采集电力系统运行信息，并在电力系统运行场景偶尔满足系统安全稳定服务响应触发条件时，启动对受控资源进行控制。与之相应地，系统安全稳定服务质量因果链如图2 b)所示，只有系统安全稳定服务装备运行工况符合预期与系统安全稳定服务资源运行工况符合预期，且电力系统运行状态满足系统安全稳定服务满足触发条件时，系统安全稳定服务才会启动，其响应才会符合预期。

图  2  系统安全稳定服务过程与系统安全稳定服务质量因果链

Figure  2.  The system security and stability service process and service quality causal chain

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2.3   系统安全稳定服务质量评估内涵

依据质量全过程管理的理念与通常的实践情况，分为事前预警预防和事后评估。事前常态化质量评估目的是及时发现隐患，从而采取改进措施，防范服务行为不能达到预期效果事件的出现；事后对服务行为进行评估，能够直接判别服务行为与预期的符合性情况，并进一步分析评估服务行为特性不满足预期要求的原因及其造成的损失。可见，事前评估和事后评估对服务质量水平的保障与提升是缺一不可的，二者相互关联、协同一致。

服务装备质量评估和服务资源质量评估属于服务行为触发前的评估，应常态化进行；服务响应质量评估属于服务行为触发后的评估。

在进行常态化的事前评估时，如果发现服务装备运行状态、服务资源运行状态不满足预期要求，一方面，要立即按实际的系统安全稳定服务响应能力，调整系统运行方式（若在运行规划阶段判断服务装备、服务资源在相应时段还不能完全消缺，则应对规划的运行方式进行相应调整），使系统安全稳定性有足够的保障；另一方面，尽快对服务装备进行消缺处置、补充服务资源，从而将系统安全稳定服务响应能力恢复到满足预期要求的范围。另外，电力系统运行中触发系统安全稳定服务是小概率事件，但一旦触发，如果实际特性不能达到预期要求，造成的不良后果可能极其严重，因而对服务装备和服务资源进行常态化的质量评估就更为重要。

如上所述，服务装备运行整体状态受众多因素影响，具有不确定性，电力系统运行状态具有时变性和随机性，服务资源的运行状态具有不确定性和时变性，因此服务装备状态符合预期情况和服务资源状态符合预期情况都具有显著的时变性与不确定性。系统安全稳定服务一直处于在线状态，系统安全稳定服务的触发具有不确定性。因此，对服务装备质量和服务资源质量进行在线评估，才能及时掌握服务装备和服务资源实际状态与其预期要求的符合情况。

综上所述，系统安全稳定服务质量评估包括服务装备质量评估、服务资源质量评估和服务响应质量评估等。前2个部分是服务响应事件前的常态化评估，在线进行；而后者属于事后评估，基于在线系统保留的服务响应触发前的电力系统运行信息和在线系统记录的系统安全稳定服务实际响应过程信息，选取合适的时间进行分析。

2.4   质量要素模型

本文认为主控型系统安全稳定服务质量包括服务装备质量、服务资源质量和服务响应质量等。

服务装备由若干个子系统有机联系成为一个整体，每个子系统实现各自功能，协同实现服务装备整体功能。从应用的角度，对每项功能关注的特性是可靠性、可用性和响应性能（能力）。例如，稳控系统是由2个及以上厂站的安全稳定控制装置通过通信设备联络构成的系统，包括实时信息采集、故障/扰动识别、故障/扰动前电网运行状态判别、控制决策和控制措施细化分解与实施，以及电网运行实时信息和控制策略、命令信息传输等环节，只有这些设备都能满足预期性能，才能实现预期目标，整体达到预期控制效果^[24]。

服务资源按类型分为源端资源、网侧资源、负荷资源和储能资源，可再按动作（响应）时序（轮次）进行细分。对服务资源关注的特性是可控资源的充裕性。例如，电源侧的允许切机容量、电网侧的直流紧急提升/回降最大功率、负荷侧的可中断负荷量和电化学储能的充/放电功率容量等。

从对系统安全稳定性影响的视角，对服务响应特性的预期要求体现在动作正确性、响应时效性和调控精准性等方面。结合不同稳定服务的具体情况，对各个方面可进一步细分为若干子项。

综上所述，主控型系统安全稳定服务质量要素构成整体模型如图3所示。在应用时应以此为基础，结合特定主控型系统安全稳定服务的实际情况，细化颗粒度，并将各个要素具体化。

图  3  主控型系统安全稳定服务质量要素模型

Figure  3.  The quality factor model of control-based system security and stability service

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3.   主控型系统安全稳定服务质量评估的关键点

质量评估是对质量要素实际特性满足预期要求程度的评判，也称之为质量要素的符合性评估。前述主控型系统安全稳定服务质量要素是进行服务质量评判/评估的切入点。系统安全稳定服务质量评估涉及评估依据、评估指标、评估方法及其相关的基础数据，其中评估依据是形成科学、合规的预期要求的指南，评估指标直观表征实际特性满足预期要求程度，科学的评估方法是优质、高效开展评估工作的保障，可信度高的基础数据是评估结果客观、准确的基础。

3.1   评估依据（主控型系统安全稳定服务特性的预期）

规格化的主控型系统安全稳定服务特性预期是评估系统安全稳定服务质量的依据。对主控型系统安全稳定服务特性的预期来源于实际电网安全稳定运行的具体需要和通用技术标准与技术规范的统一要求。支撑实际电网安全稳定运行，一方面是对主控型系统安全稳定服务特性最为基本的预期；另一方面是在具体电网落实技术标准与技术规范对系统安全稳定服务的要求。技术标准与技术规范，一方面是分析制定主控型系统安全稳定服务特性预期的根本遵循，体现为整体性原则要求；另一方面是明确规定对主控型系统安全稳定服务响应特性的预期，体现为具体的技术性能参数范围。事实上，这2方面对系统安全稳定服务特性提出预期具有目标一致性，基于通用性的技术标准与技术规范的统一要求是从技术措施管理层面，基于实际电网支撑安全稳定运行的具体需要是从技术措施执行层面，都是为确保主控型系统安全稳定服务能够实现支撑电网安全稳定运行需要的目标。

从上述分析可见，对主控型系统安全稳定服务特性的预期可以分为2类。1）通用性的预期：直接反映技术标准与技术规范要求的预期。如对火电/燃气/燃油/光热发电机组一次调频规定^[25]：一次调频死区设置应不大于$\pm 2\;\mathrm{r}/\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}$或±0.033 Hz、有功功率响应滞后时间应不大于2 s等要求；2）具体电网专属性的预期（简称专属性预期）：遵循技术标准与技术规范的要求，结合电网的具体情况提出的预期。如根据低频切负荷技术规定^[26]等技术标准，分析计算得到具体电网的低频切负荷的各轮次动作频率及切负荷量要求。需要指出的是，有些专属性预期可根据电力系统运行工况在线计算得到，如基于稳定控制在线预决策技术得到当前工况下的紧急控制切机/切负荷控制量，以此作为服务资源的预期。

主控型系统安全稳定服务特性预期是针对服务质量要素而言，按特性预期类型，对各个质量要素的预期进行分析梳理，得到其通用性的预期和具体电网专属性的预期。汇集分析各个质量要素的预期，并进一步逐项将这些预期细化成定性特征判据或量化的技术参数要求，也就有了系统安全稳定服务质量的评估依据。

3.2   主控型系统安全稳定服务质量指标体系

商品（或产品）的“质量”由标志其好坏的各种指标来衡量^[27]。主控型系统安全稳定服务的质量指标应能衡量安全稳定服务的好坏，安全稳定服务的“好”或“坏”即服务质量效果（感知），由其对电网运行安全稳定性的影响情况所决定。在安全稳定服务的各个质量要素的特性确定后，也就唯一确定了其对电网运行安全稳定性的影响情况，安全稳定服务质量成因是各个质量要素的特性。因此，主控型系统安全稳定服务的质量指标体系的构成可基于服务质量成因和服务质量效果（感知）进行分析研究。

3.2.1   基于服务质量成因的质量要素特性指标

如前所述，对主控型系统安全稳定服务各个质量要素特性的预期是评估准则。借鉴“差距分析模型”（gap analysis model）^[8,28]的理念，质量要素特性指标可表示为

式中：Q为服务质量要素特性指标；P为质量要素实际的特性；E为质量要素预期的特性。

每个质量要素特性，形成1项质量要素特性指标，所有质量要素特性指标汇集成质量要素特性指标集合。质量要素特性指标表明服务质量问题产生的原因，有助于提出改进质量的方向。

3.2.2   基于服务质量效果（电网运行感知）的服务质量指标

在电能质量评估和可靠性评估的研究中，认为用户承受的经济代价是对服务质量影响用户的最好度量，以此作为服务质量指标（service quality index）^[29-30]。结合电网运行感知安全稳定服务的特点，进行服务质量指标含义演绎，本文认为电网运行安全稳定性的变化情况可作为主控型系统安全稳定服务质量指标，可表示为

式中：$Q$_SE为服务质量指标；$\eta(P)$为对应质量要素实际特性的电网运行安全稳定性指标；$\eta \left(E\right)$为质量要素特性满足预期时的电网运行安全稳定性指标。

需要指出的是：在$P$表示单一质量要素实际特性和$E$表示单一质量要素预期特性时，该式描述某个单一质量要素特性的服务质量指标；在$P$表示多个质量要素的实际特性和$E$表示相同的多个质量要素的预期特性时，该式描述这些多个质量要素特性综合的服务质量指标。另外，在服务质量指标中要用到量化电网运行安全稳定性的指标，包括但不限于常用的安全稳定裕度类和安全稳定极限类，可根据实际需要选取。

在主控型系统安全稳定服务质量要素的实际特性不能达到预期特性要求时，安全稳定服务质量指标可用经济代价表征。电网运行安全稳定性水平由$\eta (P)$提升到$\eta \left(E\right)$要付出的经济代价$C_{\rm E}$，作为安全稳定服务的质量指标。不失一般性，质量要素特性满足预期特性时安全稳定裕度$\eta \left(E\right){\text{＞}} 0$。保证电网运行的安全稳定性是原则要求，结合电网调度运行控制的工程实际情况，比较典型的处理方式如下。

1）对应质量要素的实际特性安全稳定裕度大于0，安全稳定极限表征的$\eta (P)-\eta \left(E\right) {\text{＜}} 0$时，因安全稳定服务质量问题引起安全稳定极限下降，相应的经济代价是安全稳定极限降低造成的损失。

2）对应质量要素的实际特性安全稳定裕度小于0时，调度运行控制首先通过预防控制使电网安全稳定裕度大于0，形成新的电网运行方式。通常，该运行方式下的安全稳定极限比质量要素特性满足预期特性时的安全稳定极限小，由此安全稳定极限降低造成一定的损失。可见，在这种情况下，安全稳定服务质量指标由预防控制代价和安全稳定极限降低的损失组成。

基于服务质量效果（电网运行感知）的服务质量指标清晰表明服务质量问题导致的后果，特别是可用经济代价表征服务质量，便于统一、定量比较不同类型服务质量问题的差异，为进行标度化的稳定服务质量评级创造条件，从而有助于提出改进质量工作的重点，并进一步评估提升服务质量的效果。

综上所述，主控型系统安全稳定服务质量指标体系如图4所示，质量要素特性指标与服务质量指标相得益彰，可构成从单一质量要素特性到整体的全方位、多层次的指标体系，为多视角、全面评估稳定服务质量奠定坚实基础，也能为提升主控型系统安全稳定服务质量水平提供丰富的辅助决策信息。

图  4  主控型系统安全稳定服务质量指标体系

Figure  4.  The quality index system of control-based system security and stability service

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3.3   服务质量评估

在电网运行阶段，主控型系统安全稳定服务质量评估是基于现场检测并收集的稳定服务质量基础数据，结合仿真建模获得的基本数据，以通用性的技术标准（规程规范）和合同约定的技术规范为准绳，对稳定服务质量各项指标做出评价，并对其是否满足相关要求进行考查与推断。

3.3.1   稳定服务响应前后的评估

按评估时机，在主控型系统安全稳定服务响应前，进行安全稳定服务基础的质量评估，包括系统安全稳定服务装备质量评估和系统安全稳定服务资源质量评估，属于常态化的评估，目的是发现安全稳定服务质量隐患，是一种服务质量的预警性评估；在主控型系统安全稳定服务响应后，进行安全稳定服务响应过程与效果的质量评估，属于安全稳定服务响应结束后的评估。

1）系统安全稳定服务装备质量评估。系统安全稳定服务装备在长期运行中，由于某些部分运行中断或异常，可能导致部分功能失效或性能降低，由此引起安全稳定服务响应的整体能力下降，较为常见的表现有不能正常触发稳定服务响应、系统安全稳定服务受控资源减少、安全稳定服务响应速度和调控精准度等响应性能下降。系统安全稳定服务装备质量评估，基于现场实时采集的稳定服务装备实际运行状态信息，与其正常运行时的质量要素特性进行比对分析，重点从安全稳定服务装备可用性和安全稳定服务响应性能等方面，分析计算安全稳定服务质量要素特性指标，从而对安全稳定服务装备响应安全稳定服务的能力进行评估；进一步，基于质量要素特性差异，进行安全稳定分析仿真计算，并分析计算服务质量指标，从而实现对系统安全稳定服务装备缺陷影响电网运行安全稳定性程度及其经济代价的分析评估。

2）系统安全稳定服务资源质量评估。在新型电力系统背景下，源-荷不确定性叠加，运行方式多样性更为明显，系统安全稳定服务资源配置相对固定，因此，在电力系统持续运行中，系统安全稳定服务资源不够充裕的情况难以完全避免，系统安全稳定服务资源质量评估的目的是及时发现这类问题，为采取措施规避其风险创造条件。系统安全稳定服务资源质量评估，基于实时采集的电力系统运行状态信息，结合电力一次设备运行能力和安全稳定服务装备配置及其运行状态信息，生成安全稳定服务可控资源信息，与预期的可控资源进行对比量化分析，分析计算安全稳定服务质量要素特性指标，从而对安全稳定服务资源的充裕性进行评估；进一步，基于质量要素特性差异，结合安全稳定仿真分析计算，分析计算服务质量指标，从而实现对安全稳定服务资源不足影响电网运行安全稳定性程度及其经济代价的分析评估。

3）安全稳定服务响应过程与效果的质量评估，属于偶发性的评估，因为触发主控型系统安全稳定服务响应的情况具有一定的偶然性，基于在线采集的安全稳定服务响应过程信息，以预期的安全稳定服务响应要求为依据，包括动作正确性、响应时效性和调控精准性等方面，分析计算安全稳定服务质量要素特性指标；进一步，基于质量要素特性差异，结合安全稳定仿真分析计算，分析计算服务质量指标，从而实现对安全稳定服务响应特性欠缺影响电网运行安全稳定性程度及其经济代价的分析评估。

3.3.2   质量要素特性指标评估与服务质量指标评估的协同

质量要素特性指标评估是对质量要素实际特性与预期特性差异进行量化考核评价；服务质量指标评估是从电网运行感知安全稳定服务响应效果的角度，对实际/可达到的安全稳定服务响应效果与预期的安全稳定服务响应效果之间的差异进行量化考核评估，这2类指标评估具有很强的关联性，评估得到的指标信息具有互补性。

质量要素实际特性与预期特性之间存在差异，是实际/可达到的安全稳定服务响应效果与预期的安全稳定服务响应效果有差异的原因，在得到质量要素实际特性与预期特性的差异信息后，才能进一步分析评估质量要素特性差异产生的安全稳定服务响应效果差异，因此，质量要素特性指标评估是服务质量指标评估的基础。根据安全稳定服务质量要素特性，建立仿真计算模型，并输入恰当的参数，通过安全稳定仿真分析计算，才能得到安全稳定服务响应对电网安全稳定运行的影响情况。在完成质量要素特性指标评估后，首先要确定质量要素实际特性和预期特性相应的仿真计算模型与参数，然后分别进行质量要素实际特性和预期特性2种情形下的安全稳定分析计算及安全稳定性的差异，从而得到服务质量指标评估结果。

通常，质量要素特性指标评估是对众多质量要素逐一进行量化考核评估，评估结果与各个质量要素有一一对应关系，评估结果是多个相对独立的单项指标。服务质量指标评估，既可以针对单个质量要素进行评估，得到单项指标；也可以对多个质量要素进行评估，将多个质量要素的评估指标综合成一个整体，得到综合指标。通过质量要素特性指标评估，可以发现系统安全稳定服务质量存在问题的根源，明确进行安全稳定服务质量提升技术改造的切入点；通过服务质量指标评估，可以掌握安全稳定服务存在质量问题造成的不良影响程度，有助于制定系统安全稳定服务质量提升技术改造目标和计划。

3.3.3   指标量化评估和等级评估的结果形式

按评估结果形式可以分为指标量化评估和等级评估。

1）指标量化评估。质量指标数值化计算得到的评估结果是具体数值，可以直接与标准规定的或合同规定的限值水平相比较。指标量化评估能够直接反映质量问题的严重性，且便于专业人员将其结果作为质量目标控制和改善的信息。质量要素特性指标评估和服务质量指标评估都是指标量化评估。

2）质量等级评估。在开放市场条件下，需要实现按质定价，要求建立质量等级评估，等级化的质量评估结果表现形式便于专业技术管理人员得到质量水平的直观感受。首先要对各个评估指标划分一致公认的等级域，在指标量化评估的基础上，再将实际评估水平对照已划分的等级域确定评价等级。如何科学合理地划分等级域的界限是个复杂而困难的问题，用经济代价表征服务质量指标为质量等级评估创造了条件。

3.4   基础数据

进行主控型系统安全稳定服务质量评估，需要用到以下3类基础数据。

1）现场收集的安全稳定服务质量基础数据。这类数据包括主控型系统安全稳定服务装备实时运行状态信息、安全稳定服务控制资源实时运行状态信息和安全稳定服务响应过程信息，其中也包括必要的电力系统实时运行工况信息。这类数据都在线采集、记录，是进行主控型系统安全稳定服务质量评估最为原始的输入信息，其中主控型系统安全稳定服务装备实时运行状态信息用于评估服务装备可能实现的响应质量，稳定服务控制资源实时运行状态信息用于评估服务资源的充裕性，稳定服务响应过程信息用于评估主控型系统安全稳定服务的实际响应质量，电力系统实时运行工况信息主要用于生成进行安全稳定仿真计算需要的基础潮流数据。

现场采集数据的真实性对于保证评估结果的客观性至关重要。通过分析系统安全稳定服务质量要素，确定具体的数据内容；基于质量要素特性指标评估的需要，确定数据采集的时效性和精度要求。

2）服务质量特性预期数据。服务质量特性预期有2类：一类是直接采用技术标准规程和合同约定的技术性能要求数据；另一类是基于约定的技术性能要求，结合特定电力系统的具体情况，演绎生成的特性预期数据。合理的特性预期数据是保证评估结果公平、公正的关键，评估结果得到广泛认同有赖于此。

3）安全稳定分析计算数据。在系统安全稳定服务质量评估工作中，有2个场景需要进行安全稳定分析，也需要用到安全稳定分析计算数据。一是在进行质量要素特性指标评估时，某些特性预期数据的确定，如在进行安全稳定服务资源质量评估时，需要通过离线或在线安全稳定分析计算，才能知道保证电网安全稳定运行需要的控制量；二是进行服务质量指标评估，离不开安全稳定分析计算。在准备安全稳定分析计算数据时，特别要注重对质量要素特性进行准确建模，才能确保评估结果有较好的精准度。

另外，为了实现基于经济代价表征的服务质量指标评估，还需要用到反映电网运行稳定水平变化的经济代价数据。

4.   在线评估框架

主控型系统安全稳定服务质量在线评估是基于厂站实时采集的质量特性信息，对安全稳定服务质量进行评估，包含安全稳定服务装备质量、安全稳定服务可控资源质量和安全稳定服务响应质量等3项评估内容，其中前2项反映稳定服务基础的质量，属于服务响应事前评估；后1项反映稳定服务响应过程与效果的质量，属于服务响应事后评估。主控型系统安全稳定服务质量在线评估框架如图5所示，其中在线评估的含义是：一是基于在线采集的信息进行评估，二是评估工作基于在线平台开展。

图  5  主控型稳定服务质量在线评估框架

Figure  5.  The online assessment framework of control-based stability service quality

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1）服务质量在线评估。系统安全稳定服务装备的运行状态具有不确定性，新型电力系统运行方式的随机性和波动性特征更为明显，因此，系统安全稳定服务装备质量和系统安全稳定服务可控资源质量都具有较强的时变性。为了及时准确掌握安全稳定服务基础的质量状态，需要常态化、在线化开展安全稳定服务装备质量评估和服务可控资源质量评估工作，通常是不间断进行。系统安全稳定服务响应质量评估是针对安全稳定服务响应过程进行的，基于在线获取安全稳定服务响应全过程信息后开展，通常主控型系统安全稳定服务响应不是频繁启动，相应的稳定服务响应质量评估工作的开展也就具有偶然性，而非常态，且对其评估的时效性要求相对比较低。

2）服务质量预期要求。在遵循通用性的技术标准与规范的前提下，适应特定电力系统特性，并满足其个性化的具体要求，是主控型系统安全稳定服务的重要特点之一。由此，在主控型安全稳定服务质量要素特性的评估准则集合中，有些可以直接取自通用性的技术标准与规范，有的则要以通用性的技术标准与规范为依据，结合特定电力系统运行特性与控制要求的具体情况，通过一定的离线或在线分析计算，得到具有专属性的准则。

3）基于服务效果的质量等级评估。主控型系统安全稳定服务的目的是支撑与改善电力系统运行安全稳定性。因此，计及主控型安全稳定服务响应影响的电力系统安全稳定定量评估是其服务质量评估的重要环节，将安全稳定服务质量要素特性差异转换为其引起的电力系统安全稳定裕度差异，其中稳定服务仿真建模不可或缺。进一步，用经济代价表征电力系统安全稳定裕度差异，得到用经济代价度量的稳定服务质量指标，从而实现稳定服务质量指标的统一性，为主控型系统安全稳定服务质量等级评估创造条件。

4）在线质量评估的基础信息获取。关于收集厂站基础信息的内容及其技术要求，以满足评估受控型系统安全稳定服务质量要素特性的需要为原则。需要注意的是，有些质量要素特性指标不能通过现场直接测量得到，需要基于收集到的原始基础数据进行比较复杂的分析计算才能获取，因而要深入分析质量要素特性指标评估的基础数据需求，从而避免出现因基础数据不完备引发质量要素特性指标评估工作无法开展的被动局面。

5）已基本具备开展系统安全稳定服务质量在线评估工作的技术基础。新一代的调度技术支持系统构建统一的信息一体化平台，实现一、二次系统的同步建模、采集与分析，二次设备在线监视与分析能力显著提升^[31]，就地化装置自身具备一定的在线监测和诊断能力，可接入站内智能化实时监控和远程诊断决策系统^[32-34]，为采集主控型稳定服务装备运行信息创造了条件；电力系统运行实时工况和安全稳定分析计算需要的模型与参数等其他基础数据，在已有的调度运行控制技术支持系统中已经比较完备，这些都是开展服务质量在线评估的数据基础。电网在线安全分析技术已广泛应用于工程实践，并形成了工业标准^[35]，成熟的在线安全稳定分析计算技术为服务质量指标在线评估计算奠定了技术基础。

5.   结语

在新型电力系统背景下，对支撑电网稳定运行的主控型系统安全稳定服务提出了更多与更高要求。为了保证系统安全稳定服务达到预期要求，管理措施和技术装备都是不可或缺的重要抓手，相辅相成，技术手段为实现管理目标提供支撑。本文基于服务质量管理相关的理念，提出并研究主控型系统安全稳定服务质量评估问题，以技术标准/规范为依据，从服务装备、服务资源和服务响应等方面评估预期要求满足程度，构建系统安全稳定服务质量在线评估框架，为实现事前-事后全过程质量管控，提供坚实的技术支撑，对安全稳定服务实现预期目标，从而保障系统安全可靠运行，具有重要意义。

本文分析了主控型系统安全稳定服务的特征，研究提出了主控型系统安全稳定服务质量评估的内涵及要素模型，包括服务响应前的服务装备质量评估与服务资源质量评估和服务响应后的服务响应质量评估；阐述了安全稳定服务质量评估中的评估依据、评估指标体系、评估方法和基础数据要求；初步提出了包括收集厂站基础数据、确定质量要素特性评估准则、质量要素特性指标评估、稳定服务质量指标评估和稳定服务质量评级等环节的在线评估框架。对众多类型的系统安全稳定服务实现关键环节完整和功能信息齐全的质量评估，具有普适性的参考价值。在此基础上，结合各类系统安全稳定服务的具体特点，统筹推进服务质量评估的研究与工程化实施，有益于进一步提升该项工作的整体效能。

深化研究工作建议围绕3个方面开展。1）系统化主控型系统安全稳定服务质量评估理论，包括服务质量属性符合性标准、指标体系和评估方法等。2）构建主控型系统安全稳定服务质量在线评估系统的关键技术，包括服务质量基础数据采集与处理、评估规范、基于安全稳定分析的服务质量评估和综合质量要素特性指标评估与服务质量指标的一体化评估等。3）主控型系统安全稳定服务质量评估结果应用与延拓，包括安全稳定服务质量主导因素识别及敏感度分析和安全稳定服务质量水平预测等，用于安全稳定服务质量提升的辅助决策；安全稳定服务质量价值分析评估和投入-产出分析，用于支撑主控型系统安全稳定服务商品化管理。