國際大停電事故及其教訓(xùn)(1)-西交大張寶會(huì)老師.ppt

國際大停電事故及其教訓(xùn),張 保 會(huì),西安交通大學(xué) 2006/10/16,目 錄,國際大停電事故及其教訓(xùn) 我國保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的“三道防線” 電力系統(tǒng)廣域運(yùn)行信息及其應(yīng)用 結(jié)論,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（1）,國外03年發(fā)生的大停電事故特大停電事故是現(xiàn)代社會(huì)的災(zāi)難,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（2）,美國發(fā)生的其它大停電事故預(yù)防特大停電事故是對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的挑戰(zhàn),一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（3）,大停電的直接原因分析： 在部分元件停運(yùn)檢修狀態(tài)下，局部發(fā)生故障； 故障切除后運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移中部分輸電元件運(yùn)行異?；虮Ｗo(hù)誤動(dòng)； 后備保護(hù)和自動(dòng)裝置切除過載的輸電元件； 連鎖過載被切除后的輸電通道轉(zhuǎn)移及系統(tǒng)不穩(wěn)定； 輸電網(wǎng)絡(luò)被大面積的無序斷開后低周波、低電壓、高周波等自動(dòng)裝置分散動(dòng)作使系統(tǒng)崩潰。,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（4）,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（5）,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（6）,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（7）,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（8）,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（9）,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（10）,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（11）,大停電事故的啟示： 任意堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)都存在較薄弱的運(yùn)行方式和嚴(yán)重的運(yùn)行狀態(tài)； 跟蹤運(yùn)行方式和適應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是不可缺或的； 分散安裝、獨(dú)立動(dòng)作的自動(dòng)裝置可能保護(hù)電網(wǎng)，也可能切跨電網(wǎng)； 電網(wǎng)主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的不安全，是大停電事故的直接原因； 電網(wǎng)的無序解列、開斷造成了恢復(fù)的困難。,一、國際大停電事故及其教訓(xùn)（12）,可吸取的教訓(xùn)： 元件的故障或擾動(dòng)，在局部系統(tǒng)內(nèi)部采取措施來消除影響，不使其擴(kuò)散到局部系統(tǒng)外； 區(qū)域系統(tǒng)之間輸電斷面上的故障，切除故障元件后盡量保持輸電斷面的完整性； 反應(yīng)元件運(yùn)行異常的保護(hù)應(yīng)與系統(tǒng)的安全自動(dòng)裝置協(xié)調(diào)動(dòng)作，保證網(wǎng)絡(luò)連接的強(qiáng)壯性，盡量滿足輸電能力與輸電需求的平衡，切不可獨(dú)立、無序亂動(dòng)； 互聯(lián)系統(tǒng)失穩(wěn)后，應(yīng)按功率盡可能平衡的原則有序解列，避免大面積停電，并有利快速恢復(fù)。,二、我國保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的“三道防線” （1）,第一道防線：高速、準(zhǔn)確地切除故障元件的繼電保護(hù)和 反應(yīng)被保護(hù)設(shè)備運(yùn)行異常的保護(hù) 被我國超高壓電網(wǎng)普遍采用的裝備 利用被保護(hù)元件兩端的盡可能簡單的信息； 超高壓系統(tǒng)主保護(hù)動(dòng)作速度1025毫秒； 超高壓系統(tǒng)主保護(hù)動(dòng)作正確率99.82%; 正在研究、未來可能裝備電網(wǎng)的保護(hù) 利用被保護(hù)元件單端或兩端故障暫態(tài)信息的繼電保護(hù) 主保護(hù)動(dòng)作速度25毫秒 以盡可能快的速度、在盡可能小的范圍內(nèi)切除故障，減少系統(tǒng)產(chǎn)生的不平衡能量,二、我國保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的“三道防線” （2）,第二道防線：保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的安全自動(dòng)裝置 自動(dòng)重合閘裝置：除減少重合于永久故障時(shí)系統(tǒng)不平衡能量外，盡量減少網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，盡快恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)輸電能力； 備自投、事故減出力、自動(dòng)切負(fù)荷、抽水改發(fā)電等：快速保持穩(wěn)態(tài)發(fā)輸電能力與用電需求的平衡。 過負(fù)荷控制：連鎖切機(jī)、切負(fù)荷，遠(yuǎn)方切機(jī)、切負(fù)荷等。保持穩(wěn)態(tài)輸電能力與輸電需求的平衡。 暫態(tài)穩(wěn)定控制：邏輯式連鎖切機(jī)、切負(fù)荷；利用局部量的穩(wěn)定性預(yù)測與緊急控制裝置；基于離線或在線計(jì)算的區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)；用于保持動(dòng)態(tài)輸電能力和輸電需求的的平衡。,二、我國保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的“三道防線” （3）,第三道防線：失步解列與頻率、電壓控制 失步解列：在互聯(lián)電網(wǎng)失去同步后，在預(yù)定的地點(diǎn)解列， 以求各子網(wǎng)能獨(dú)立滿足供電需求。 頻率控制：通過低周減載、開啟備用機(jī)組等滿足頻率要求， 通過高周切機(jī)保證頻率穩(wěn)定、機(jī)組安全。 電壓和無功控制：通過低壓減載和增發(fā)無功維持電壓水平， 防止電壓崩潰。 爭取各自平衡，盡量減少對用戶的損失，維持各子網(wǎng)的安全，創(chuàng)造并網(wǎng)條件。,二、我國保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的“三道防線” （4）,市省級(jí)電網(wǎng),省 大區(qū)電網(wǎng),我國電網(wǎng)規(guī)模升級(jí)與穩(wěn)定破壞事故,二、我國保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的“三道防線” （5）,“三道防線”建設(shè)中應(yīng)該加強(qiáng)的研究： 采用最佳重合閘技術(shù)，減少第二次故障沖擊、盡可能減少網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和潮流的變化，維持穩(wěn)態(tài)輸電能力、提高暫穩(wěn)極限。 構(gòu)建輸電斷面或網(wǎng)絡(luò)的輸電能力保護(hù)，協(xié)調(diào)和優(yōu)化在元件運(yùn)行異常、特別是線路過負(fù)荷后采取的網(wǎng)絡(luò)切換，保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)傳輸能力與負(fù)荷的平衡，防止元件連鎖過載被切除。 研制自適應(yīng)電力系統(tǒng)模型和參數(shù)的暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測與緊急控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定極限，增加網(wǎng)絡(luò)的輸電能力。 研究自適應(yīng)的失步解列與快速恢復(fù)控制系統(tǒng)，減少停電容量和停電時(shí)間。,三、電力系統(tǒng)廣域運(yùn)行信息及其可能的應(yīng)用（1）,1、電力系統(tǒng)廣域穩(wěn)態(tài)運(yùn)行信息 電力系統(tǒng)地域的廣袤性、電力設(shè)備的眾多性、電能傳輸?shù)目焖傩砸约半娔軐?shí)時(shí)的平衡特性，決定了反應(yīng)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，是保障電力系統(tǒng)安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年與電網(wǎng)建設(shè)同步的發(fā)展，基于五級(jí)scada靜態(tài)信息采集系統(tǒng)的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)建立，支撐著現(xiàn)代的電力生產(chǎn)。 這些信息反應(yīng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況，以分層分布式信息流結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)更新周期為秒鐘級(jí)。,三、電力系統(tǒng)廣域運(yùn)行信息及其可能的應(yīng)用（2）,2、電力市場信息支持系統(tǒng) 電力市場化改革后，電能的商品屬性日漸凸現(xiàn)，表達(dá)電能價(jià)值、價(jià)格的實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)信息成為決定電能交易的決定性信息。因?yàn)殡娔茉谖锢砩系膶?shí)時(shí)平衡特性，使得電能安全運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)交易互相制約、密不可分。同時(shí)表征二者特性的信息系統(tǒng)，成為市場環(huán)境下電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)信息系統(tǒng)。 這些信息反應(yīng)電力市場的交易、電價(jià)、電費(fèi)和電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況，以分層分布式信息流和點(diǎn)到點(diǎn)的信息流結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)更新周期為秒鐘級(jí)。,三、電力系統(tǒng)廣域運(yùn)行信息及其可能的應(yīng)用（3）,3、電力系統(tǒng)廣域動(dòng)態(tài)運(yùn)行信息 描述電力設(shè)備及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的信息，利用這些信息可以掌握和預(yù)計(jì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，通過施加適當(dāng)?shù)目刂?，調(diào)控電力系統(tǒng)向預(yù)定的目標(biāo)變化。 例如：具有同步時(shí)鐘、同時(shí)測量的電壓、電流、功率和功角信息及其高速的傳遞網(wǎng)絡(luò)。 隨著全球同步時(shí)鐘的出現(xiàn)和高速信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，建設(shè)電力系統(tǒng)廣域動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)初步具備了條件。,三、電力系統(tǒng)廣域運(yùn)行信息及其可能的應(yīng)用（4）,4、電力系統(tǒng)廣域動(dòng)態(tài)運(yùn)行信息的可能應(yīng)用 快速切除故障元件的繼電保護(hù)防線是不需要廣域信息的；廣域信息下的集中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是不可能取代分散安裝的繼電保護(hù)裝置的。 被保護(hù)的目標(biāo)是單一設(shè)備，使用兩端信息判別故障已經(jīng)足夠了；保護(hù)的可靠性要求極高，越是簡單越可靠；保護(hù)的動(dòng)作速度要求極高，廣域信息速度不夠； 具備廣域動(dòng)態(tài)運(yùn)行信息將使保障整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的第二道、第三道防線的水平發(fā)生“質(zhì)”的提高。,謝謝大家！,四、輸電斷面安全性保護(hù)（1）,1. 輸電斷面安全性保護(hù)的任務(wù) 通過協(xié)調(diào)斷面上的后備保護(hù)和自動(dòng)裝置的動(dòng)作，避免斷面內(nèi)的支路發(fā)生連鎖過載跳閘，維持?jǐn)嗝娴妮旊娔芰?，防止斷面潮流的大幅度轉(zhuǎn)移。 預(yù)測出并行輸電斷面存在連鎖過載跳閘的可能時(shí)，通過安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行緊急控制，消除支路過載。反之，則允許過負(fù)荷保護(hù)延時(shí)跳閘。,四、輸電斷面安全性保護(hù)（2）,2. 實(shí)現(xiàn)安全性保護(hù)的信息條件 輸電斷面安全性保護(hù)需要實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)級(jí)的信息，快速收索當(dāng)前的輸電斷面，快速評估線路開斷后斷面的潮流情況，并給出可行的控制方案執(zhí)行之。 提升scada/ems系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新速度或利用快速動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)，刷新周期長短于1秒；將分散安裝的過負(fù)荷保護(hù)和各種安全自動(dòng)裝置聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)；完成對電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、實(shí)時(shí)計(jì)算真、實(shí)時(shí)控制。,四、輸電斷面安全性保護(hù)（3）,3. 實(shí)現(xiàn)輸電斷面安全性保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù) 輸電斷面的在線快速搜索： 運(yùn)行狀態(tài)的變化，并行輸電斷面也會(huì)發(fā)生變化，研究的基于圖論的并行輸電斷面快速搜索算法有兩種： 對于電源與負(fù)荷分布不均具有較明顯斷面的網(wǎng)絡(luò)，簡化原始網(wǎng)絡(luò)； 進(jìn)行系統(tǒng)分區(qū)，建立系統(tǒng)狀態(tài)圖；在系統(tǒng)潮流狀態(tài)圖上，尋找有相同電源區(qū)或負(fù)荷區(qū)的并行輸電斷面。 對于電源與負(fù)荷分布均勻的多環(huán)路網(wǎng)絡(luò)，并行輸電通道也許就不存在，對這樣的網(wǎng)絡(luò)提出了基于圖論的最短路徑搜索算法，確定過載元件跳閘后最易遭受大功率轉(zhuǎn)移的線路。,四、輸電斷面安全性保護(hù)（4）,輸電斷面連鎖過載的實(shí)時(shí)預(yù)測 在當(dāng)前狀態(tài)或元件過載的緊急狀態(tài)下，利用直流潮流分布系數(shù)法進(jìn)行快速安全性評估：,四、輸電斷面安全性保護(hù)（5）,消除輸電斷面過載的實(shí)時(shí)控制 1、將節(jié)點(diǎn)分為加出力（切負(fù)荷）和減出力兩類 根據(jù)過載支路的過載量差異，評價(jià)節(jié)點(diǎn)對過載支路的總體作用，分為加出力和減出力兩類。當(dāng) ，節(jié)點(diǎn)為加出力節(jié)點(diǎn)，反之為減出力節(jié)點(diǎn)。,四、輸電斷面安全性保護(hù)（6）,2、定義控制效果綜合指標(biāo)：以節(jié)點(diǎn)消除斷面過載能力為依據(jù)，定義消除過載線路過載量、對未滿載線路的過載影響的輸電斷面控制效果綜合指標(biāo)。 根據(jù)該指標(biāo)得到加出力節(jié)點(diǎn)控制序列os1(i)f(pi(i)和減出力節(jié)點(diǎn)控制序列os2(j)=f(pi(j)。,四、輸電斷面安全性保護(hù)（7）,3、確定控制節(jié)點(diǎn)和控制量：反向等量調(diào)整發(fā)電功率，其次減負(fù)荷功率配對調(diào)整。 定義調(diào)整對靈敏度： (1)根據(jù)os1(i)和os(j)的序列尋找能降低過載支路潮流的可調(diào)控制點(diǎn)i、j，對所有過載支路均要滿足， 若不滿足，在序列中尋找下一節(jié)點(diǎn)。 (2) 根據(jù)正常支路的潮流約束，確定最大調(diào)整量 （3）確定過載支路確定應(yīng)調(diào)最大量 ，并得出調(diào)整對的最終調(diào)整量,四、輸電斷面安全性保護(hù)（8）,經(jīng)過對幾個(gè)測試系統(tǒng)進(jìn)行仿真，該算法能快速正確捕捉輸電斷面。 過載評估的更新時(shí)間是潮流計(jì)算的1/10（113節(jié)點(diǎn)）。 根據(jù)綜合指標(biāo)確定的控制節(jié)點(diǎn)操作序列，保證了形成控制方案的有效性和控制方案獲得的快速性。,五、利用廣域動(dòng)態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化（1）,理論研究表明，多機(jī)電力系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過程中最后一次網(wǎng)絡(luò)操作完成時(shí)應(yīng)使系統(tǒng)不平衡能量最小，未來的系統(tǒng)最穩(wěn)定。,min,+,1、動(dòng)態(tài)過程中網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化理論,五、利用廣域動(dòng)態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化（2）,以全系統(tǒng)的慣性中心坐標(biāo)（動(dòng)態(tài)變化）為參考，其中： 各發(fā)電機(jī)不平衡功率的一部分； 發(fā)電機(jī)間的聯(lián)系電納、電導(dǎo)功率； 操作完成后系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)； 操作完成時(shí)各機(jī)組的角度、角速度,五、利用廣域動(dòng)態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化（3）,全系統(tǒng)的慣性中心坐標(biāo)：,五、利用廣域動(dòng)態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化（4）,在確定的潮流方式下，網(wǎng)絡(luò)切換對系統(tǒng)穩(wěn)定性有利的因素： 切換后的網(wǎng)絡(luò)能承載切換前的潮流，即存在平衡點(diǎn) ； 一般由故障前潮流滿足n-1原則來保證。 切換后網(wǎng)絡(luò)間聯(lián)系盡可能強(qiáng)壯，增強(qiáng)吸收動(dòng)能的能力； 可用優(yōu)化重合閘方式、調(diào)節(jié)直流傳輸功率、投入串補(bǔ)、 facts控制、優(yōu)化切負(fù)荷容量及地點(diǎn)等措施。,五、利用廣域動(dòng)態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化（5）,捕捉軌跡距離穩(wěn)定平衡點(diǎn)最近的時(shí)刻，完成網(wǎng)絡(luò)最后切換； 盡快切除故障，減小故障期間系統(tǒng)的不平衡動(dòng)能，依靠高速的保護(hù)裝置，減少： 跟蹤系統(tǒng)軌跡變化，當(dāng)系統(tǒng)軌跡運(yùn)動(dòng)至能量最小處時(shí)完成操作，需要軌跡跟蹤測量、預(yù)測等條件和技術(shù)；,五、利用廣域動(dòng)態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化（6）,2、網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化例最佳重合閘 重合方式優(yōu)化： 單相故障跳單相，瞬時(shí)故障合單相，永久故障不重合； 相間故障跳三相，最佳時(shí)間試合單相，成功則合另兩相； 這種重合方式最大限度地減少了重合于永久故障產(chǎn)生的二次故障沖擊；在故障首次切除后盡可能強(qiáng)的保留了網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)系。,五、利用廣域動(dòng)態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化（7）,重合閘合閘時(shí)刻優(yōu)化,五、利用廣域動(dòng)態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化（8）,五、利用廣域動(dòng)態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化（9）,按照最佳重合時(shí)間重合，提高故障前傳輸容量10以上,五、利用廣域動(dòng)態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)切換優(yōu)化（10）,最佳重合時(shí)間的規(guī)律 最佳重合時(shí)間是周期性、連續(xù)變化的；受運(yùn)行條件、故障條件影響，但不明顯；最佳重合時(shí)間的周期主要取決于系統(tǒng)的慣性。 采用最佳重合閘的效益分析 無本千利離線計(jì)算最佳重合時(shí)間并整定之； 一本千利保護(hù)中采用瞬時(shí)與永久故障區(qū)分技術(shù)； 幾本萬利采用最佳重合閘裝置；,六、基于廣域軌跡信息的暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測（1）,1）現(xiàn)有暫態(tài)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的識(shí)別與控制策略 離線計(jì)算控制策略表：依據(jù)系統(tǒng)模型與參數(shù)，預(yù)想可能破壞穩(wěn)定性的事故及其控制對策，逐次計(jì)算并提取特征量，主觀形成故障特征量與控制量的邏輯關(guān)系。 在線計(jì)算控制策略表：在當(dāng)前潮流方式下，在線計(jì)算以上內(nèi)容，極大的減少了計(jì)算量。 判別的準(zhǔn)確性與控制的有效性取決于模型與參數(shù)的準(zhǔn)確性、策略表的復(fù)雜程度、計(jì)算人員對穩(wěn)定性及其控制理解的水平等，屬于經(jīng)驗(yàn)型。,六、基于廣域軌跡信息的暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測（2）,2）基于軌跡信息的暫態(tài)不穩(wěn)定性判據(jù) 系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定的判據(jù)是任意一臺(tái)機(jī)對系統(tǒng)慣性中心不穩(wěn)定： 其中： 判據(jù)僅與系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)的軌跡 有關(guān)， 由負(fù)變正的點(diǎn)稱為拐點(diǎn)。,六、基于廣域軌跡信息的暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測（3）,上式等價(jià)于：,1,1.5,2,2.5,3,3.5,-0.015,-0.01,-0.005,0,0.005,0.01,0.015,0.02,功角（rad）,量增度速角,不穩(wěn)定邊界,通常意義下不穩(wěn)定邊界,不穩(wěn)定平衡點(diǎn),六、基于廣域軌跡信息的暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測（4）,判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)： 僅觀測網(wǎng)絡(luò)最后一次操作后系統(tǒng)的響應(yīng)（ ），根據(jù)相應(yīng)的變化判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 在系統(tǒng)到達(dá)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)以前即可作出暫態(tài)不穩(wěn)定的結(jié)論，有一定的預(yù)測作用。 判據(jù)實(shí)現(xiàn)需要的條件： 所有發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)過程中的角度、角速度的實(shí)時(shí)測量與簡單的判據(jù)計(jì)算。,六、基于廣域軌跡信息的暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測（5）,多機(jī)系統(tǒng)算例,故障切除時(shí)間0.2s時(shí)，穩(wěn)定相軌跡,故障切除時(shí)間0.45s時(shí)，失穩(wěn)相軌跡,六、基于廣域軌跡信息的暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測（6）,識(shí)別方法速度比較,六、基于廣域軌跡信息的暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測（7）,3）軌跡的預(yù)測 對于暫態(tài)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，控制措施投入的越早效果越好，為盡快預(yù)測出不穩(wěn)定，除依據(jù)軌跡的判據(jù)具有預(yù)測特性外，需要對軌跡進(jìn)行預(yù)測。,p階自記憶預(yù)測方程：,微分動(dòng)力系統(tǒng)：,微分