（電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)論文）徐州電網(wǎng)安全性分析及對策研究.pdf

a b s t r a c t t h es e c u r i t yo fr e g i o n a lp o w e r 鰣dh a sb e e ni nl a c ko fs y s t e m a t i cr e s e a r c ha n da n a l y s i s w i t ht h e e n l a r g e m e n to fp o w e r 鰣ds c a l e ，t h ev a r i o u sc h a n g e so fo p e r a t i o nc o n d i t i o n s ，a n dt h ed e v e l o p m e n to f p o w e rm a r k e t , t r a d i t i o n a la p p r o a c ho fq u a n t i t a t i v es e c u r i t ya s s e s s m e n tc a l ln o tm e e tt h er e q u i r e m e n ta n y l o n g e r w i t ht h ew e a k e n i n go fa s s u m i n gr i s k , t h e c u 商yp r o b l e mo fp o w e rg r i di sb e c o m i n gm o r ea n d m o r es e r i o u s h o w e v e r , b yt h ea d v a n t a g eo f r i s kb a s e ds e c u r i t ya s s e s s m e n t ( r b s a ) ，i tg e t su s e dt ot h en e w s i t u a t i o ni np o w e rs y s t e ma n ds h o w sw i d e ra p p l i c a t i o np r o s p e c t b e c a u s eo ft h es e r i o u ss i t u a t i o no fs u p p l y i n ga n du s i n gp o w e ra n dt h es t a b i l i z a t i o no fp o w e r 酊d ，i t w i l lb ev e r y i m p o r t a n t t od e c r e a s e t h er a n g e a n d t i m eo f p o w e r d i s a s t e r f o r i m p r o v i n gr e l i a b i l i t y o f p o w e r g r i di nx u z h o u , a n da l s ot h es e c u r i t yo f p o w e rg l i d ei nj i a n g s uw i l lb es u p p o s e d r e s e a r c h e s o n r b s a a r e c a r r i e d o u t i n t h e t h e s i s a n d t h e f o l l o w i n g w o r k i s d o n e ： 1 t h et r a d i t i o n a ls e c u r i t ya s s e s s m e l l to f p o w e rs y s t e mi sa n a l y z e da n di t ss h o r t c o m i n g si sp o i n t e do u t 2 i n t r o d u c i n gt h ec o n c e p to fv u l n e r a b i l i t yo fp o w e rs y s t e mt h em e t h o d eb a s e do nr i s ks e c u r i t y a s s e s s m e n ti sa p p l i e dt 0p o w e rs y s t e mt om a k eu pt h ed i s a d v a n t a g e so f t h et r a d i t i o n a lo n ea n dt h e m o d eb a s e do nr i s ks e c u r i t ya s s e s s m e n ti se s t a b l i s h e d 3 t h es e c u r i t yo f p o w e r 四di nx u z h o ui sa s s a s s e db yt h ea b o v em e t h o da n dt h et r a d i t i o n a lo n ea n d t h ep r e s e n ts e c u r i t yp r o b l e m so f x u z h o ug r i da p o i n t e do u t 4 t h ei n f l u e n c eo f t h ep o w e rg r i ds t r u c t u r ei sd i s c u s s e da s a i n s tt h ep o w e rg r i ds e c u r i t y a c c o r d i n gt o t h ec o n d i t i o n so f x u z h o ug r i d t h es e c u r i t yp r o b l e m so f i ti sa n a l y z e da n dp u tf o r w a r dt h er e l a t i v e m e a s u r e s a tt h es a m et i m e , t h ec o n s t r u c t i o no f s e c u r i t yd e f e n s es y s t e mo f p o w e r 舛di nx u z h o ui s c o n s t r u c t e d k e y w o r d s ：s e c u r i t ya s s e s s m e n t , r i s ka s s e s s m e n t , r e l i a b i l i t y , p o w e rs y s t e mv u l n e r a b i l i t y 東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。 盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過 的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我 一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印 件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì) 論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布( 包括 刊登) 論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包括刊登) 授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。 研究生簽名：1 9 4 箏導(dǎo)師簽名：乏：墼羔一日期：跡也 第一章緒論 1 1 課題的研究意義 第一章緒論 隨著現(xiàn)代社會(huì)國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人民生活水平的逐步提高，人們對電力的需求和依賴 性不斷增加，促使我國電力工業(yè)迅猛發(fā)展，電力成為國家的支柱能源和經(jīng)濟(jì)命脈。與其他形式 的能量相比，電能有著可以方便地轉(zhuǎn)換成其他形式的能量、便于傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，所以當(dāng)前社會(huì)所 需要的大部分能量都是以電能形式提供的，世界各國電能的消耗占總能量消耗的比重日益增大。 電能需求的日益增長，促使發(fā)電設(shè)備的容量不斷增大，同時(shí)也擴(kuò)大了供電的范圍。電力系 統(tǒng)就是在單個(gè)發(fā)電機(jī)組( 或發(fā)電廠) 對鄰近用戶供電所形成的孤立電網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 并向大型聯(lián)合電力系統(tǒng)發(fā)展，這是世界各國電力工業(yè)發(fā)展的共同趨勢。在電力系統(tǒng)發(fā)展的初期， 發(fā)電廠是電力系統(tǒng)發(fā)展的主導(dǎo)因素，特別是大型區(qū)域性發(fā)電廠的建設(shè)，其規(guī)模大小決定了發(fā)電 廠的供電范圍和相應(yīng)的電網(wǎng)發(fā)展規(guī)模。至2 0 0 4 年底，全國電力裝機(jī)總量達(dá)到4 4 億千瓦，僅次 子美國，居世界第二位。 隨著大型發(fā)電廠數(shù)量的增加和電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，單個(gè)發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和作 用在逐步上升，另一方面，電網(wǎng)的范圍和規(guī)模在不斷擴(kuò)大，電壓等級越來越高，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越 復(fù)雜。電力系統(tǒng)已經(jīng)步入了大電網(wǎng)、大機(jī)組、高參數(shù)、超( 特) 高壓和自動(dòng)化、信息化的新階 段，正逐漸成為超大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)，具有以下特征：容量上的超大規(guī)模、空間上的廣域分布、 擾動(dòng)傳播范圍大。 然而，由于受到電力系統(tǒng)自身原因和外部干擾的影響，電網(wǎng)事故時(shí)有發(fā)生，而電力行業(yè)公用 性和電力系統(tǒng)同時(shí)性的特點(diǎn)，決定了電網(wǎng)事故影響大、速度快、后果嚴(yán)重。大電網(wǎng)事故不僅會(huì) 給電力企業(yè)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，更嚴(yán)重地是會(huì)給社會(huì)帶來巨大的政治、經(jīng)濟(jì)影響。 自2 0 世紀(jì)6 0 年代以來，在世界范圍內(nèi)發(fā)生過很多因電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞而導(dǎo)致的大面積停 電事故。典型大停電事件如1 9 9 6 年美國西部電網(wǎng)( w s c c ) 連續(xù)兩次( 1 9 9 6 年7 月2 0 日和8 月 1 0 日) 、新西蘭發(fā)生的大停電事故，其中1 9 9 6 年7 月2 0 日美國西部大停電起因于一座2 0 0 萬千瓦( 4x 5 0 萬千瓦) 發(fā)電廠的一條3 4 5k v 出線( 共3 條出線) 對大樹閃絡(luò)引起跳閘，相鄰另一 條線路保護(hù)誤動(dòng)使事故擴(kuò)大，引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，造成電網(wǎng)瓦解，事故波及美國本土十幾個(gè) 州和加拿大的兩個(gè)省，導(dǎo)致電網(wǎng)解列成4 個(gè)孤立系統(tǒng)，損失負(fù)荷3 0 3 9 萬千瓦，影響7 4 9 萬用戶； 新西蘭第一大城市奧克蘭市停電事故，停電限電時(shí)間長達(dá)4 0 多天，學(xué)校停課，商店停業(yè)，居民 外遷，甚至準(zhǔn)備實(shí)施緊急狀態(tài)，進(jìn)行軍管，停電事故已“危及國家安全”。2 0 0 3 年8 月1 4 日的 美加大停電，波及5 0 0 0 萬人口的供電范圍，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，是美國歷史上最嚴(yán)重的停電事 故。在我國，近2 0 年來，各大電網(wǎng)造成的大停電事故有1 4 0 余起，每次損失數(shù)億元人民幣。近 幾年事故次數(shù)雖有所下降，但其規(guī)模和造成的損失卻大幅度擴(kuò)大。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)表明，差不 多每一次系統(tǒng)性事故都與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性破壞有關(guān)。 隨著大規(guī)模聯(lián)合電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來越復(fù)雜多變，特別是很多遠(yuǎn) 距離大功率輸電線路和系統(tǒng)間弱聯(lián)系的出現(xiàn)，增加了發(fā)生系統(tǒng)性事故和導(dǎo)致大面積停電的幾率， 電力系統(tǒng)重大事故也更將危及到我國國家安全。 目前，在當(dāng)前電力體制改革不斷深入、電力供需矛盾日益突出、電力技術(shù)迅猛發(fā)展以及近 年來世界各國相繼發(fā)生大面積停電事故的新形勢下，對于關(guān)系到國計(jì)民生的電力系統(tǒng)而言，如 何保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，是一個(gè)極其重大而迫切的研究課題。必須作為一個(gè)重大戰(zhàn)略問 l 東南大學(xué)工程硬士論文 題來解決。有必要對其進(jìn)行安全評估，在電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中消除隱患。同時(shí)通過改善其安全 性，保證整個(gè)電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。獲得巨大的效益。另外，自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā) 展，信息技術(shù)的負(fù)面影響對電力系統(tǒng)的波及。黑客的入侵使電力系統(tǒng)的安全增加了新的內(nèi)涵。 電力系統(tǒng)的安全性問題已越來越得到廣泛重視，相應(yīng)的技術(shù)手段也日臻成熟。 1 , 2 影響電力系統(tǒng)安全性的主要因素 1 2 1 電源和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)展不協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)不合理 我國電力系統(tǒng)的建設(shè)，長期以來重電源、輕電網(wǎng)。在電源和電網(wǎng)發(fā)展過程中，發(fā)展不協(xié)調(diào)， 結(jié)構(gòu)不合理，主干網(wǎng)架薄弱，造成現(xiàn)有電源的發(fā)電能力和電網(wǎng)的輸電能力得不到有效發(fā)揮，加 劇了部分地區(qū)電力供需緊張的矛盾，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重影響。在電力系統(tǒng)規(guī)劃方面， 任何電力系統(tǒng)都要求對附加容量和輸配擴(kuò)容進(jìn)行持續(xù)的規(guī)劃。但市場具有的逐利性，很容易造 成電源建設(shè)規(guī)劃對裝機(jī)總量、重大的電力結(jié)構(gòu)調(diào)整無能為力i l 】。尤其是近兩年，隨著國民經(jīng)濟(jì) 的快速發(fā)展，社會(huì)用電需求急劇攀升，電源建設(shè)規(guī)模逐年擴(kuò)大，電網(wǎng)建設(shè)滯后更為明顯，電網(wǎng) 和電源建設(shè)的投入比例不足3 ：7 。電網(wǎng)輸送瓶頸制約著電力送出，電力供需矛盾加大。以2 0 0 4 年為例，全國范圍內(nèi)缺電3 0 0 0 萬千瓦，僅江蘇省電力缺口就達(dá)到8 5 0 萬千瓦。為滿足用電需求， 電網(wǎng)運(yùn)行在高位，設(shè)備高負(fù)載運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)備用、事故備用容量嚴(yán)重不足，一些地區(qū)甚至是零備 用運(yùn)行。這種違背穩(wěn)定導(dǎo)則、急功近利的做法為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了巨大隱患。 當(dāng)前電源和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)反映的比較突出的問題有： ( 1 ) 電網(wǎng)的調(diào)峰及事故備用容量不足。如江蘇電網(wǎng)近幾年負(fù)荷快速增長，2 0 0 5 年統(tǒng)調(diào)用電 負(fù)荷達(dá)到3 3 1 9 萬k w ，同比增長3 5 ，發(fā)電容量嚴(yán)重不足，夏季高峰負(fù)荷期間，電網(wǎng) 可能處在備用不足或無備用的狀態(tài)。 ( 2 ) 5 0 0k v 主干網(wǎng)架雖然初步形成，但仍處在發(fā)展階段，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對薄弱。一些電網(wǎng)存 在輸電瓶頸、單變單線等問題，影響電網(wǎng)的送受電能力及安全穩(wěn)定水平。電網(wǎng)普遍被 迫采用5 0 0 2 2 0 k v 電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，帶來系統(tǒng)穩(wěn)定控制問題非常復(fù)雜、2 2 0k v 系統(tǒng)短路 電流過大、局部電網(wǎng)窩電等一系列問題。主力大機(jī)組沒有直接接入5 0 0 k v 主網(wǎng)，帶來 2 2 0 k v 電網(wǎng)線路密集、潮流擁擠、過負(fù)荷嚴(yán)重、短路電流超限、電壓支撐薄弱等多方 面的問題，同時(shí)也影響了5 0 0 k v 電網(wǎng)發(fā)揮作用，降低了電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 ( 3 ) 受端系統(tǒng)薄弱，負(fù)荷中心缺乏強(qiáng)電源支撐，尤其是5 0 0 k v 電網(wǎng)的支撐弱，落點(diǎn)少，造 成2 2 0 k v 電網(wǎng)過于密集，短路電流超標(biāo)。動(dòng)態(tài)無功電源缺乏，電壓水平低，電壓穩(wěn)定 問題突出。單一元件故障不能保證正常供電，不能滿足n 1 要求。 ( 4 ) 無功補(bǔ)償容量不足，無功沒有實(shí)現(xiàn)分層分區(qū)平衡，一些5 0 0k v 線路并聯(lián)電抗補(bǔ)償缺口 大，抵抗補(bǔ)償不足，造成5 0 0k v 電壓較高，威脅一次設(shè)備安全和穩(wěn)定運(yùn)行，有時(shí)被迫 采用拉開線路以減少線路充電功率，使輸電網(wǎng)削弱。一些2 2 0 k v 變電站沒有按導(dǎo)則要 求安裝電容補(bǔ)償，可調(diào)節(jié)的無功補(bǔ)償更少，無功電壓控制問題比較突出。 1 , 2 2 電力市場帶來的不確定因素 由于競爭機(jī)制的引入，電力工業(yè)體系正在發(fā)生重大的變化，引起了人們的格外關(guān)注；同時(shí)， 市場化的電力系統(tǒng)中充滿了不確定因素，不確定性必將導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)的存在即意味著損失吲。 在市場經(jīng)濟(jì)條件下解決電網(wǎng)安全問題，不僅要考慮在安全和經(jīng)濟(jì)之間尋求適當(dāng)?shù)恼壑?，而且還 要協(xié)調(diào)各市場主體之間的利益，這涉及到體制和法規(guī)等方面的問題。 在調(diào)度管理方面，以行政權(quán)力為主要手段的安全運(yùn)行機(jī)制和事故防范機(jī)制被打破，各子系 統(tǒng)之間的獨(dú)立性大大增強(qiáng)，系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)的難度增加。網(wǎng)廠分開后，電網(wǎng)安全穩(wěn)定所需要的電 2 第一章緒論 網(wǎng)與電廠之間的統(tǒng)一協(xié)調(diào)關(guān)系，由過去靠行政管理過渡為靠協(xié)議、合同、規(guī)則相互協(xié)調(diào)，使得 電網(wǎng)安全管理的制約關(guān)系被削弱。在新的安全生產(chǎn)管理體制和管理關(guān)系還沒有完全建立和規(guī)范 之前，可能會(huì)出現(xiàn)管理力度削弱，管理責(zé)任不落實(shí)等問題，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。近年來因并 網(wǎng)機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)造成電網(wǎng)被迫拉限電、并網(wǎng)發(fā)電廠事故危及電網(wǎng)安全甚至造成電網(wǎng)事故，已 在一定程度上暴露這方面問題。 在電網(wǎng)安全方面，在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)或壟斷環(huán)境下，電網(wǎng)安全完全由壟斷的電力部門負(fù)責(zé)；而在 市場環(huán)境下。電力工業(yè)由不同實(shí)體的市場參與者組成，竟價(jià)使電網(wǎng)申的潮流隨各發(fā)電廠報(bào)價(jià)高 低而變化，有可能發(fā)生潮流劇變，從而出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻塞，影響電網(wǎng)安全。 在輔助服務(wù)方面，為了取得效益最大化，電廠會(huì)提高發(fā)電設(shè)備利用率，減少備用容量，設(shè) 備檢修也會(huì)減少或不合理延期。有功、無功功率的不足會(huì)引發(fā)電網(wǎng)解列崩潰，后果極其嚴(yán)重。 為了保證電源和網(wǎng)絡(luò)有必要的充裕度，必須使發(fā)電廠企業(yè)提供足夠的有功和無功電源。如果負(fù) 責(zé)備用的責(zé)任主體不明確，就會(huì)威脅電網(wǎng)供電的安全性，使供電可靠率和供電質(zhì)量下降。 2 0 0 3 年世界范圍內(nèi)連續(xù)發(fā)生的幾次大停電，其原因雖然未必和目前推進(jìn)的電力市場直接有 關(guān)，但應(yīng)該從中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。使電力市場的設(shè)計(jì)和運(yùn)營更有利于電網(wǎng)安全保障。要使輸電系 統(tǒng)適應(yīng)瞬息萬變的運(yùn)行情況，需要從電力市場運(yùn)營角度確保電網(wǎng)安全，防止大面積停電的發(fā)生 m 。 1 2 3 電力系統(tǒng)的脆弱性問題9 l 【4 l p q 電力系統(tǒng)是一個(gè)龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)，影響其安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素十分廣泛。包括人為因素、 硬件或軟件的計(jì)算錯(cuò)誤、通信系統(tǒng)的敏障以及電力保護(hù)設(shè)備的錯(cuò)誤響應(yīng)等。電力系統(tǒng)中的這些 潛在的脆弱源可以分為外部的和內(nèi)部的。外部的脆弱性包括蓄意的破壞、人為的操作失誤以及 自然的災(zāi)害等。內(nèi)部的脆弱性來自電力系統(tǒng)自身，包括信息通信系統(tǒng)的故障、不完善的系統(tǒng)評 估和決策等。 外力破壞( 如盜竊、施工) 、環(huán)境污染、自然災(zāi)害一直是威脅電網(wǎng)安全的重大隱患，并有不 斷增加的趨勢。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2 0 0 4 年，全國破壞盜竊電力設(shè)施案件在公安機(jī)關(guān)立案3 7 1 4 9 起， 同比上升1 6 9 ，造成直接經(jīng)濟(jì)損失約2 4 5 億元，嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的運(yùn)營和安全。 近年來自然災(zāi)害天氣出現(xiàn)頻度和破壞力度增大。因雷擊、臺(tái)風(fēng)、颮線風(fēng)、龍卷風(fēng)、沙塵暴、 覆冰、覆雪、暴風(fēng)雨、暴風(fēng)雪等g l 發(fā)的電網(wǎng)事故持續(xù)上升。2 0 0 5 年上半年，江蘇省就連續(xù)發(fā)生 了數(shù)起自然災(zāi)害天氣。導(dǎo)致了數(shù)起5 0 0 k v 線路、2 2 0 k v 倒塔和2 2 0 k v 母線故障，以及眾多線路 跳閘。 對這類事故，目前電網(wǎng)企業(yè)還缺乏有效的防范手段和防范措施。而對于地震、臺(tái)風(fēng)、洪水 等自然災(zāi)害有可能造成的電網(wǎng)大面積癱瘓，目前還缺乏系統(tǒng)性研究和評估，沒有建立相應(yīng)的預(yù) 警機(jī)制。 通常，電力系統(tǒng)由保護(hù)設(shè)備來保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，包括繼電保護(hù)設(shè)備和安全自動(dòng)裝置設(shè) 備。繼電保護(hù)能夠快速判斷故障類型和地點(diǎn)并及時(shí)切除故障元件，安全自動(dòng)裝置則根據(jù)電壓、 功角、頻率的異常情況，按照事先設(shè)定的方案調(diào)整某些元件和負(fù)荷，消除設(shè)備異?，F(xiàn)象，當(dāng)一些 偶然因素在特定環(huán)境下疊加在一起時(shí)，往往導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的某一個(gè)脆弱點(diǎn)發(fā)生故障，而這一節(jié)點(diǎn)的 故障所引起的暫態(tài)變化( 如電壓、頻率或負(fù)荷的暫態(tài)峰值等) 將立即影響到與其相關(guān)聯(lián)的其它節(jié) 點(diǎn)，同時(shí)這些相關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)可能還存在自身的脆弱性，在這些影響的共同作用下，可能導(dǎo)致許 多繼電保護(hù)裝置積安全自動(dòng)裝置的相繼動(dòng)作，使得故障影響在一定范圍內(nèi)傳播和擴(kuò)大，形成級 聯(lián)崩潰c a s c a d e do u t a g e s ) ，最終導(dǎo)致大面積的系統(tǒng)災(zāi)變。 如果是內(nèi)部原因造成對系統(tǒng)的威脅，可通過提高系統(tǒng)內(nèi)部各元件的可靠性、改善其性能來 減少這種事故發(fā)生的概率和嚴(yán)重性；如果是外部原因造成的，可望通過建立一個(gè)防御系統(tǒng)和恢 3 東南大學(xué)工程碩士論文 復(fù)體系來減少這方面的危害。 1 3 我國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定狀況 著名的沙堆模型可以用來描述電網(wǎng)的運(yùn)行特性：在平面上撒播沙子會(huì)造成一個(gè)沙堆，并且 很快到達(dá)一個(gè)臨界狀態(tài)，此后如果再往上加沙子就會(huì)沿沙堆滑落，而且，加上的沙粒數(shù)目正好 等于落下的數(shù)目。但對于添加的沙子而言，它也許會(huì)引起小范圍重排( 小范圍的停電事故) ，或 者大面積的崩塌( 極端的大停電事故) ，也許會(huì)被固定在月l u i , ( 什么都沒有發(fā)生) 。用電量的增 長會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行的空閑容量減小，一旦達(dá)到臨界點(diǎn)，就可能造成大停電。因此，人們必 須不停地進(jìn)行電網(wǎng)改造、建設(shè)新電廠、新輸電線路，增加電網(wǎng)的載荷能力，增加電力系統(tǒng)可運(yùn) 行的容量。不過，用電量的增長和電力系統(tǒng)的建設(shè)，都會(huì)受到整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)體系的制約，并最 終達(dá)到一種平衡，即臨界狀態(tài)。 就現(xiàn)實(shí)國情而言，我國電力供應(yīng)相對緊張的矛盾在今后幾年內(nèi)依然存在，也就是說處于一 種l 艋界狀態(tài)。同時(shí)，我國電網(wǎng)處在一個(gè)全國聯(lián)網(wǎng)的初級階段，隨著電力需求的不斷上升、電力 市場化改革的深入推進(jìn)，電力安全將面i 臨越來越多的考驗(yàn)。目前我國大停電的主要隱患在于： 電網(wǎng)整體投入的不足，隨著國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)用電需求的不斷增加，電源建設(shè)規(guī)模逐年擴(kuò)大，電 網(wǎng)建設(shè)滯后明顯，增加了大停電的風(fēng)險(xiǎn)；在運(yùn)行的電網(wǎng)中。部分設(shè)備老化的情況嚴(yán)重，成為整 個(gè)電網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)；我國電網(wǎng)相對薄弱，如美國的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)早就是完全h - 1 標(biāo)準(zhǔn)”， 我國2 0 0 1 年新頒布的標(biāo)準(zhǔn)才剛剛提高到“完全n - 1 標(biāo)準(zhǔn)”，全國6 個(gè)區(qū)域電網(wǎng)中還有5 個(gè)達(dá)不到 “不完全n - 1 標(biāo)準(zhǔn)”這一標(biāo)準(zhǔn)；另外還存在違反電力規(guī)劃和調(diào)度運(yùn)行規(guī)則的情況、人為的破壞電 力設(shè)施的行為。 雖然我國的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)裝備與發(fā)達(dá)國家相比相對薄弱，但由于電力管理體制的不同， 對電網(wǎng)的管理和控制能力較強(qiáng)。美國的電網(wǎng)已經(jīng)徹底市場化，分屬于各個(gè)電力公司。聯(lián)合對用 戶進(jìn)行供電，各家公司追求的是利益最大化，很難進(jìn)行集中調(diào)度。在完全市場化的情況下，電 網(wǎng)運(yùn)作要按供電合同進(jìn)行，拉閘限電等保電網(wǎng)安全的措施實(shí)施時(shí)倍受限制。我國電力是統(tǒng)一調(diào) 度、應(yīng)急措施通盤考慮的方式，即便局部電網(wǎng)出現(xiàn)故障，也能夠得到有效控制，不會(huì)蔓延到全 網(wǎng)。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面來看，美國電網(wǎng)是全國聯(lián)網(wǎng)，雖然電網(wǎng)越大、聯(lián)網(wǎng)程度越高，運(yùn)行就越經(jīng) 濟(jì)，越穩(wěn)定，不過這樣的電網(wǎng)要么不發(fā)生問題，要么就會(huì)讓網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)都受到影響。我國的 電網(wǎng)由六大區(qū)域電網(wǎng)( 東北、華北、華東、華中、南方、西北) 構(gòu)成，電網(wǎng)之間的連接比較薄 弱，區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行立足于網(wǎng)內(nèi)平衡。網(wǎng)絡(luò)化程度雖然不高，但方便了實(shí)行分級調(diào)控，充分發(fā) 揮統(tǒng)一調(diào)度的作用。這樣即使區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生大停電事故，也不會(huì)蔓延到其他區(qū)域電網(wǎng)。 但以上優(yōu)勢只是暫時(shí)的，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電力體制改革的深入，一方面，為降低運(yùn) 行成本，減少浪費(fèi)，要向美國的先進(jìn)聯(lián)網(wǎng)方式學(xué)習(xí)，實(shí)行全國聯(lián)網(wǎng)，這是我國未來電網(wǎng)發(fā)展的 趨勢。與之同時(shí)，電網(wǎng)越先進(jìn)、聯(lián)網(wǎng)的程度越高，發(fā)生全國性大停電的風(fēng)險(xiǎn)也越大；另一方面， 拉閘限電、分級調(diào)控、統(tǒng)一調(diào)度是我國目前保證電網(wǎng)安全的基石；但減少人為干預(yù)、進(jìn)行電力 市場化改革又是發(fā)展的方向?？梢哉f，我國現(xiàn)行的這種“類行政手段的電兩調(diào)度管理模式，在 某種程度上掩蓋了現(xiàn)存電網(wǎng)的缺陷和電網(wǎng)建設(shè)的落后，保證了中國短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生類似美加大 停電那樣極端的情況。但是長遠(yuǎn)來看，暫時(shí)相安無事的現(xiàn)狀，預(yù)示著更加高昂的改革成本。 因此，我們的電網(wǎng)安全還是低水平的安全，電網(wǎng)安全還沒有實(shí)現(xiàn)長治久安的局面，電網(wǎng)運(yùn) 行過程中仍然存在多方面的安全問題，安全形勢依然嚴(yán)峻。加上電網(wǎng)越來越接近于其極限運(yùn)行 狀態(tài)，缺乏靈活的調(diào)節(jié)能力，特別是在某些緊急運(yùn)行情況下，電網(wǎng)更加脆弱。我國電網(wǎng)近年來 雖然未發(fā)生大電網(wǎng)事故，但大停電的危險(xiǎn)同樣存在，個(gè)別事故也曾與大停電擦肩而過。多重故 4 第一章緒論 障、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的拒動(dòng)和誤動(dòng)、災(zāi)難性天氣以及外力破壞、人員的失誤等等，特別是 多重因素的累加，引發(fā)連鎖反應(yīng)，均可能成為電網(wǎng)瓦解或崩潰的原因。在這些事故中，如果再 發(fā)生大機(jī)組跳閘或重要輸變電設(shè)備、聯(lián)絡(luò)線故障的話，大停電就可能發(fā)生。 綜合分析，目前階段我國發(fā)生大面積停電事件的可能性偏小，但隨著電力市場逐步建立、 特高壓電網(wǎng)的建設(shè)、全國聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)、電力裝機(jī)和用電量的快速攀升，風(fēng)險(xiǎn)會(huì)越來越高。需要 盡早謀劃建設(shè)電網(wǎng)安全防御體系。 1 4 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定研究現(xiàn)狀 電力系統(tǒng)規(guī)模的迅速發(fā)展及新技術(shù)的應(yīng)用大大增加了其自身的復(fù)雜性，在北美、意大利、 倫敦、雅典等相繼發(fā)生發(fā)生大停電事故，其中“8 1 4 美加大停電是歷史上最大的一次停電事故， 頻繁發(fā)生的停電事故對電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制提出了迫切的要求p j 。電力系統(tǒng)安全問題引起了全世 界各國電力行業(yè)的高度重視，展開了全方位研究，從各個(gè)層面、角度對大停電事故原因進(jìn)行了 詳盡分析特別是針對美加大停電，分別從管理體制上、自動(dòng)化系統(tǒng)、穩(wěn)定控制系統(tǒng)等方面找 出了問魃。國內(nèi)各高校、電力科學(xué)研究院等單位也分別就某個(gè)專題進(jìn)行研究，借鑒美加教訓(xùn)提 出了建設(shè)性的建議。 早期的動(dòng)態(tài)安全分析都是基于時(shí)域仿真法的離線安全分析。常規(guī)的時(shí)域仿真法是最可靠的 安全評價(jià)方法。其優(yōu)點(diǎn)在于可以靈活適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)元件，而且仿真軌跡精度高。該方法在電力 工程中廣泛應(yīng)用使其成為了最標(biāo)準(zhǔn)的暫態(tài)穩(wěn)定分析工具。雖然時(shí)域仿真法可以詳細(xì)地考慮各種 元件模型和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，但其計(jì)算量大，而且不能給出穩(wěn)定性的定量指標(biāo)和靈敏度信息， 系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷還需要運(yùn)行人員參與，對運(yùn)行人員的要求較高等曠 直接法的出現(xiàn)為動(dòng)態(tài)安全分析提供了新的思路0 6 , 1 7 1 ，它以計(jì)算速度快、可給出穩(wěn)定裕度等 優(yōu)點(diǎn)而得到人們的青睞。但直接法對模型的適應(yīng)性不夠好，不能反映用系統(tǒng)變量來啟動(dòng)的自動(dòng) 切換過程，也不能提供詳細(xì)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程，而且有時(shí)計(jì)算誤差較大，難以判斷某一計(jì)算結(jié)果 的可信度。多年的研究和實(shí)踐表明，直接法不能取代時(shí)域仿真法在穩(wěn)定分析領(lǐng)域中的位置，這 兩種方法是互補(bǔ)的 t 8 - 2 2 。當(dāng)前，實(shí)用的動(dòng)態(tài)安全分析基本上都是采用時(shí)域仿真法與直接法相結(jié) 合的方法，將直接法包含在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定仿真程序中。這樣。既能增強(qiáng)模型的適應(yīng)性并得到 詳細(xì)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為，也能獲得穩(wěn)定裕度和靈敏度等系統(tǒng)定量指標(biāo)，而這些定量指標(biāo)對于制定 預(yù)防控制和緊急控制措施以及計(jì)算可用傳輸容量是相當(dāng)重要的。這些方法廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng) 的功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性、系統(tǒng)解列、熟過載等方面內(nèi)容研究| 2 3 1 ”。 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理降低了供電可靠性，導(dǎo)致了極易在小的擾動(dòng)下發(fā)生連鎖反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)大 的電網(wǎng)事故。有學(xué)者就運(yùn)行方式安排、電源接入系統(tǒng)點(diǎn)等方面的研究，分析總結(jié)了合理分片、 分層分區(qū)、分散外接電源的對電網(wǎng)安全的影響。文獻(xiàn)【3 2 j 中總結(jié)了一些極易引發(fā)穩(wěn)定破壞、電壓 崩潰、電網(wǎng)瓦解等大面積停電事故的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中就包括了：高低壓電磁環(huán)網(wǎng)，環(huán)形距離過 長，環(huán)套環(huán)、多環(huán)互聯(lián)幾種涉及環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，并闡述了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)布局應(yīng)體現(xiàn)的原則是：分層分 區(qū)，主次分明。文獻(xiàn) 3 3 1 詳細(xì)分析了華東電網(wǎng)2 2 0 k v 省際聯(lián)絡(luò)線開斷運(yùn)行的必要性和可能性，并 遙過分析，選擇了最佳方案。文獻(xiàn) 2 4 1 分析了華東電網(wǎng)實(shí)施分層分區(qū)應(yīng)具備的基本條件，并通過 對華東電網(wǎng)的潮流分析、穩(wěn)定分析、短路容量分析，討論了華東電網(wǎng)末具備分層分區(qū)條件時(shí)。 電磁環(huán)網(wǎng)開斷運(yùn)行將會(huì)出現(xiàn)的問題。文獻(xiàn) 3 5 3 s l 都是從規(guī)劃的角度，分析了不同地區(qū)分層分區(qū)的 問題。其中文章p ”，總結(jié)了電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行的基本條件，并論述了電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行對電網(wǎng) 規(guī)劃的要求。 目前世界范圍內(nèi)電力工業(yè)正經(jīng)歷一場結(jié)構(gòu)改革。其核心是打破發(fā)電、輸電、配電、售電一 s 東南大學(xué)工程碩士論文 體化的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和地區(qū)性壟斷。這種變革必然帶來許多與過去壟斷經(jīng)營不同的新問題，對電力 工業(yè)的管理、經(jīng)營、規(guī)劃及調(diào)度等都將產(chǎn)生深層的影響和巨大的沖擊，給系統(tǒng)安全帶來諸多未 知的和不確定的因素。在市場環(huán)境下，廠網(wǎng)分開后獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行員失去了對系統(tǒng)的所有權(quán)，經(jīng) 濟(jì)性和安全性不再表現(xiàn)為兩個(gè)獨(dú)立的指標(biāo)，安全性將融入經(jīng)濟(jì)性中。從而安全可靠性控制應(yīng)該 建立在成本臌益分析的基礎(chǔ)上，尋求安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性的平衡。文獻(xiàn) 3 9 1 提出了一種基于危險(xiǎn) 性指標(biāo)的系統(tǒng)安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性的折中原則，然而這些危險(xiǎn)性指標(biāo)乃是針對若干個(gè)給定的離 散運(yùn)行點(diǎn)和預(yù)想事故而言的。對于給定一個(gè)初始運(yùn)行條件和一個(gè)預(yù)想事故下的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn) 定性控制。文獻(xiàn)【柏】【4 1 1 基于暫態(tài)能量函數(shù)法分別從不同的角度進(jìn)行了研究：文獻(xiàn)【4 0 】提供了一種電 力市場環(huán)境下依據(jù)發(fā)電商呈報(bào)的發(fā)電改變量進(jìn)行報(bào)價(jià)的發(fā)電再調(diào)度方法。該法試圖在維持系統(tǒng) 暫態(tài)穩(wěn)定的同時(shí)，使安全可靠性控制費(fèi)用最小。文獻(xiàn)h l l 也提供了一種計(jì)及暫態(tài)穩(wěn)定性約束的最 優(yōu)發(fā)電再調(diào)度的方法，但其目標(biāo)是使臨界線路潮流盡可能地接近其極限值，使發(fā)電的改變量最 小。文獻(xiàn)水1 提出一種電力市場環(huán)境下的電力系統(tǒng)安全成本優(yōu)化模型及算法，該模型計(jì)及了暫態(tài) 穩(wěn)定性約束、事故發(fā)生概率及系統(tǒng)失穩(wěn)損失。文獻(xiàn)【4 3 】介紹了基于風(fēng)險(xiǎn)的安全性評估方法的基本 原理以及如何獲取線路發(fā)生故障的概率和故障導(dǎo)致暫態(tài)失穩(wěn)的概率，提出暫態(tài)失穩(wěn)的后果模型， 并在此基礎(chǔ)上建立完整的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。文獻(xiàn)以有功、無功電費(fèi)最小為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)造了適用于 合同交易和非合同交易共存的電力市場安全預(yù)防再調(diào)度和安全校正再調(diào)度數(shù)學(xué)模型，此模型可 用線性規(guī)劃求解。事實(shí)上，在計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)的情況下，仍缺乏考慮暫態(tài)穩(wěn)定約束下尋求安全性和經(jīng) 濟(jì)性之間平衡點(diǎn)的系統(tǒng)有效的優(yōu)化方法。文獻(xiàn)h “5 0 1 結(jié)合電力市場對電力系統(tǒng)可靠性的影響及新 環(huán)境下可能出現(xiàn)的安全可靠性方面的問題針對在風(fēng)險(xiǎn)管理中電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的一些 安全可靠性因素做了初步的探討，提出了市場環(huán)境下一些可能的安全可靠性解決方法。文獻(xiàn)【5 l 】 討論了電力市場經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性問題的特點(diǎn)、模型，、及其與電力系統(tǒng)物理穩(wěn)定性的關(guān)系，指出經(jīng)濟(jì) 領(lǐng)域現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)模型和穩(wěn)定性研究方法都不適用于電力市場，必須重新定義狀態(tài)變量，建立合 理的數(shù)學(xué)模型，正確地反映利潤積累、投資行為、可用發(fā)電容量和可用輸電容量的動(dòng)態(tài)行為，正 確地反映電力市場經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)與電力系統(tǒng)物理動(dòng)態(tài)之間的相互影響。 伴隨著電力電子器件的發(fā)展而發(fā)展起來的靈活交流輸電技術(shù)( f a c t s l 為控制電網(wǎng)電壓和 潮流、提高電網(wǎng)的安全性提供了更加靈活快速的控制手段。統(tǒng)一潮流控制器( u n i f i e dp o w e r f l o w c o n t r o l l e r ，u p f c ) 與其它靈活交流輸電設(shè)備相比，在運(yùn)行過程中能調(diào)控設(shè)備接入點(diǎn)的電壓， 又可快速調(diào)節(jié)線路的有功和無功功率，因此使得系統(tǒng)運(yùn)行更加靈活。也正是因?yàn)閡 p f c 所具備 的優(yōu)越功能，其控制器的設(shè)計(jì)引起了眾多研究者的興趣5 2 ?！薄Ｆ渲形墨I(xiàn)d 2 】采用常規(guī)p i d 控制， 文獻(xiàn)9 ”則在建立u p f c 動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，基于微分幾何控制方法設(shè)計(jì)了u p f c 的非線性控制器， 取縟了良好的效果。 近年來，電力系統(tǒng)災(zāi)變事故的防止和研究成為世界各國政府和電力工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。在 國內(nèi)，也把電力大系統(tǒng)災(zāi)變防治和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作為重大課題立項(xiàng)進(jìn)行研究，提出數(shù)字電力系統(tǒng) ( d p s ) 、計(jì)算機(jī)在線穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)等概念和設(shè)想。這方面的研究包括完善現(xiàn)有的調(diào)度控制中心 的功能，提出建立電網(wǎng)實(shí)時(shí)安全預(yù)警系統(tǒng)、智能決策系統(tǒng)，使調(diào)度從人工“分析型”上升到自動(dòng)“預(yù) 警型”。要能實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)預(yù)警、實(shí)時(shí)決策、實(shí)時(shí)控制，只有將基于g p s 的廣域測量技術(shù)、 高速通信技術(shù)和暫穩(wěn)計(jì)算的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，構(gòu)建全網(wǎng)協(xié)調(diào)動(dòng)作的一體化系統(tǒng) 即基于互聯(lián)電力系統(tǒng)的廣域控制系統(tǒng)。包括建立柔性的s c a d a 系統(tǒng)( 智能e m s 系統(tǒng)) 、基于 廣域信息的安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)以及自適應(yīng)互聯(lián)系統(tǒng)解列與事故恢復(fù)系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)“超實(shí)時(shí)仿真”，做至0 計(jì)算機(jī)仿真事故發(fā)生后的進(jìn)程遠(yuǎn)比事故的發(fā)展過程進(jìn)行得更快 1 】。 在國外，提出建立電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)( s p i d ) ，其主要目的是要防止各種導(dǎo)致系統(tǒng)大面積 6 第一章緒論 停電的災(zāi)難性事故，它主要是以系統(tǒng)的全局廣域相量測量和分析為支柱，實(shí)時(shí)地提供系統(tǒng)所需 的各種關(guān)鍵信息、快速評估系統(tǒng)的提供系統(tǒng)所需的各種關(guān)鍵信息、快速評估系統(tǒng)的脆弱性、提 供實(shí)時(shí)快速的自適應(yīng)自愈、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、自適應(yīng)保護(hù)等為其特點(diǎn)的一個(gè)全局廣域智能控制 系統(tǒng)嘲舊。 1 5 本文的主要內(nèi)容 地區(qū)一級的電網(wǎng)安全性一直缺乏系統(tǒng)的研究分析，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)承擔(dān)風(fēng) 險(xiǎn)的能力也在減弱。電網(wǎng)安全問題日益突出。 徐州地區(qū)是江蘇乃至華東電網(wǎng)的能源基地，電源點(diǎn)多，向蘇南送電的任務(wù)繁重，歷來存在 穩(wěn)定和送出問題。一旦南送通道園事敲跳閘等原因受阻，特別是過江通道故障跳閘引起過載連 鎖跳閘，會(huì)引起蘇北電網(wǎng)與江蘇主網(wǎng)解列，嚴(yán)重時(shí)可能造成蘇北電網(wǎng)崩潰。狳州地區(qū)還擔(dān)負(fù)著 山西陽城電廠專線專供江蘇電網(wǎng)的2 1 0 萬千瓦電力送出任務(wù)。由于陽城輸變電系統(tǒng)是典型的大 電源、長距離交流系統(tǒng)，穩(wěn)定問題突出，特別安裝了安全穩(wěn)定切機(jī)裝置和振蕩解列裝置該套 切機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高。另外陽城輸變電系統(tǒng)的保護(hù)裝置運(yùn)行不穩(wěn)定。特別是串補(bǔ)裝 置，頻繁發(fā)生故障。因此二次系統(tǒng)的不穩(wěn)定直接導(dǎo)致陽城系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的下降。給陽城電廠 送出帶來隱患。另外徐州本地區(qū)有煤礦、化工、冶煉、鐵路、交通、軍事設(shè)施等重要負(fù)荷，既 要保證地區(qū)安全供電，又要完成電力南送任務(wù)。在目前供用電形勢嚴(yán)竣、電網(wǎng)穩(wěn)定闖題突出的 局面下，電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平不高。 在目前供用電形勢嚴(yán)峻、電網(wǎng)穩(wěn)定問題突出的局面下，減少電力系統(tǒng)災(zāi)變發(fā)生的可能性、 使電力系統(tǒng)事故( 或?yàn)?zāi)變) 的范圍盡可能小、持續(xù)的時(shí)間盡可能短是這項(xiàng)研究的最終目的。這 對提高徐州地區(qū)電網(wǎng)的安全可靠性將起到非常重要的作用，同時(shí)也為上一級省網(wǎng)安全性提供支 撐。 論文主要進(jìn)行了以下工作： 1 、分析了傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全評估的內(nèi)容、原則、評估方法； 2 、分析了基于風(fēng)險(xiǎn)的電力系統(tǒng)脆弱性評估方法，建立了相應(yīng)的評估指標(biāo)； 3 、對徐州電網(wǎng)的安全性進(jìn)行了脆弱性評估； 4 、根據(jù)徐州電網(wǎng)脆弱性評估結(jié)果，分析了徐州電網(wǎng)存在的問題； 5 、針對徐州電網(wǎng)存在的問題。提出提高徐州電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的建議和措施。 ， 東南大學(xué)工程碩士論文 2 1 引言嗍 第二章電力系統(tǒng)安全性分析和確定性評估 電力系統(tǒng)的安全性包括安全和穩(wěn)定兩個(gè)方面，安全是指運(yùn)行中的所有電力設(shè)備必須在不超 過它們允許的電流、電壓和頻率的幅值和時(shí)間限額內(nèi)運(yùn)行。不安全的后果可能導(dǎo)致電力設(shè)備的 損壞；穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)可以連續(xù)向負(fù)荷正常供電的狀態(tài)。 9 2 1 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則中指出電力系統(tǒng)的安全性通常指在突發(fā)性故障( 例如突然失去 電力系統(tǒng)的元件或者短路故障等) 引起的擾動(dòng)下，系統(tǒng)保證避免發(fā)生廣泛波及性供電中斷的能 力。它主要通過兩個(gè)特性表征： 1 ) 電力系統(tǒng)能承受住故障擾動(dòng)引起的暫態(tài)過程并過渡到一個(gè)可接受的運(yùn)行工況： 2 ) 在新的運(yùn)行工況下，各種約束條件得到滿足。 相應(yīng)的，對系統(tǒng)安全性的分析涉及到系統(tǒng)故障后的穩(wěn)態(tài)行為和暫態(tài)行為，因此安全分析也 分為靜態(tài)安全分析和動(dòng)態(tài)安全分折兩個(gè)領(lǐng)域。靜態(tài)安全分析假設(shè)電力系統(tǒng)從事故前的靜態(tài)直接 轉(zhuǎn)移到事故后的另一個(gè)靜態(tài)。不考慮其中間的暫態(tài)過程，用于檢驗(yàn)事故后各種約束條件是否能 得到滿足；動(dòng)態(tài)安全分析研究電力系統(tǒng)從事放前的靜態(tài)過渡到另一個(gè)靜態(tài)的暫態(tài)過程中保持系 統(tǒng)穩(wěn)定的能力。 通過圖2 - l 可以更清楚地了解電力系統(tǒng)安全分析的內(nèi)容： 圖2 - l 電力系統(tǒng)安全分析 2 2 電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分桁 ( 9 1 1 7 0 】 2 2 1 概述 電力系統(tǒng)的靜態(tài)安全分析是電力系統(tǒng)規(guī)劃和調(diào)度的常用手段，用以校驗(yàn)輸變電設(shè)備強(qiáng)迫退 3 第二章電力系統(tǒng)安全性分析和確定性評估 出運(yùn)行后系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。它主要研究系統(tǒng)中元件開斷引起的支路有功潮流及母線電壓越限， 如果出現(xiàn)越限，就要采取相應(yīng)的校正控制策略消除越限，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中必須滿足兩類條件：一類是等式約束條件，即系統(tǒng)有功功率和無功 功率供需必須平衡；一類是不等式約束條件。即系統(tǒng)中的某些變量必須在一定限值以，例如各 節(jié)點(diǎn)的電壓模值、機(jī)組的有功和無功出力、支路潮流等。同時(shí)滿足等式和不等式條件的系統(tǒng)， 才可以認(rèn)為是處于正常狀態(tài)。 從電力系統(tǒng)運(yùn)行角度來看。處于正常狀態(tài)的系統(tǒng)發(fā)生故障后，系統(tǒng)可能仍然處于安全狀態(tài)。 由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，電力系統(tǒng)也可能出現(xiàn)輸電線路過負(fù)荷、電壓數(shù)值越限等情況。對于正常 狀態(tài)的電力系統(tǒng)又可以區(qū)分為安全正常狀態(tài)與不安全正常狀態(tài)兩類。從電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的角 度看，應(yīng)該用預(yù)想事故分析的方法來預(yù)知系統(tǒng)是否存在隱患。即處于所謂不安全正常狀態(tài)，以 便及早采取相應(yīng)的措施來防患于未然，使之從不安全正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變到安全正常狀態(tài)。 在考慮預(yù)想事故集的情況下，根據(jù)系統(tǒng)對以上兩類約束條件的滿足情況，可將電力系統(tǒng)分 為四種運(yùn)行狀態(tài)。 已處于正常狀態(tài)的電力系統(tǒng)，在承受一個(gè)合理的預(yù)想事故集的擾動(dòng)之后，如果仍不違反等 式約束和不等式約束，則稱該系統(tǒng)處于安全正常狀態(tài)。 如果運(yùn)行在正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，在承受規(guī)定預(yù)想事故集的擾動(dòng)過程中，只要有一個(gè)預(yù) 想事故使系統(tǒng)不滿足不等式約束條件，就稱該系統(tǒng)處于不安全正常狀態(tài)。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在不滿足不等式約束條件的狀態(tài)下時(shí)，系統(tǒng)即處于所謂的緊急狀態(tài)。緊急狀態(tài) 又可分為持久性的緊急狀態(tài)和穩(wěn)定性的緊急狀態(tài)。在持久性的緊急狀態(tài)下( 一般為某些設(shè)備過負(fù) 荷或某些電壓越限等) ，系統(tǒng)雖然違反不等式約束條件但仍可保持其穩(wěn)定性，這種狀態(tài)一般可以 通過校正控制使之回到安全狀態(tài)；而在穩(wěn)定性的緊急狀態(tài)下( 如系統(tǒng)頻率越限、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間角 度分開等) ，系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。處于緊急狀態(tài)的電力系統(tǒng)，如果不及時(shí)或來不及采取某些措施， 就有可能使系統(tǒng)運(yùn)行條件惡化。甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的瓦解，必須對系統(tǒng)采用緊急控制措施。這 時(shí)，系統(tǒng)的某些個(gè)別部分可能處干正常狀態(tài)，但另一些部分卻可能出現(xiàn)同時(shí)違反等式和不等式 約束條件的情況。這樣的系統(tǒng)狀態(tài)稱為待恢復(fù)狀態(tài)。 當(dāng)系統(tǒng)工作在某一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，為了提高其安全性，電網(wǎng)調(diào)度中心應(yīng)采取適當(dāng)?shù)陌踩刂?對策。其中預(yù)防控制使系統(tǒng)從不安全正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變到安全正常狀態(tài)，以使系統(tǒng)有可能承受合理 預(yù)想事故集中的各種擾動(dòng)。校正控制使沒有失去穩(wěn)定性但處于緊急狀態(tài)的系統(tǒng)盡快地恢復(fù)到正 常狀態(tài)。在系統(tǒng)失去穩(wěn)定的緊急狀態(tài)下，為了防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大以及減小事故對系統(tǒng)的影 響，通過緊急控制使系統(tǒng)進(jìn)入待恢復(fù)狀態(tài)，然后來用恢復(fù)控制來使系統(tǒng)重新恢復(fù)到正常狀態(tài)內(nèi)。 以上四神運(yùn)行狀態(tài)和各種控制措施的相互關(guān)系如圖2 - 2 所示。 圖2 - 2 電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分類及其轉(zhuǎn)化過程 目前在e l 常規(guī)劃、調(diào)度工作中比較常見的電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析是檢驗(yàn)電網(wǎng)運(yùn)行滿足一1 9 東南大學(xué)工程碩士論文 原則：即逐個(gè)無故障開斷線路、變壓器等元件，檢查其他元件是否因此過負(fù)荷和電網(wǎng)低電壓， 用以檢驗(yàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和運(yùn)行方式是否滿足安全運(yùn)行要求。與之相關(guān)的兩個(gè)方面是預(yù)想事故評 定、安全控制對策。 2 2 1 預(yù)想事故評定和預(yù)想事故選擇 預(yù)想事故評定是根據(jù)系統(tǒng)中全部可能擾動(dòng)集合中的某一子集一一預(yù)想事故集，來評定系統(tǒng) 的安全性，即判斷系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)在出現(xiàn)事故時(shí)是否安全。 在進(jìn)行大型電力系統(tǒng)安全分析時(shí)，需要考慮的預(yù)想事故數(shù)目是相當(dāng)可觀的，嚴(yán)格的一1 檢驗(yàn)需要對全部線路、變壓器進(jìn)行次開斷分析，計(jì)算工作量很大。實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)中有一些線 路、變壓器在開斷后并不引起系統(tǒng)過負(fù)荷，因此可以根據(jù)各線路、變壓器開斷后引起系統(tǒng)過負(fù) 荷的可能性進(jìn)行故障排序，然后按照順序依次對過負(fù)荷可能性比較大的線路、變壓器進(jìn)行校驗(yàn)。 當(dāng)校驗(yàn)到某條線路或某臺(tái)變壓器開斷后不引起過負(fù)荷時(shí)，則排在其后的線路或變壓器就可以不 再進(jìn)行校驗(yàn)，從而可以顯著減少計(jì)算量，這個(gè)過程稱為預(yù)想事故選擇。 預(yù)想事故選擇是選出那些會(huì)引起支路潮流過載、電壓越限等危及系統(tǒng)安全運(yùn)行的預(yù)想事故， 并用標(biāo)量函數(shù)行為指標(biāo)p i ( p e r f o r m a n c l 七i n d e x ) 來表示它對系統(tǒng)造成的危害嚴(yán)重程度，按其順 序給出一覽表。這樣就可以不必對整個(gè)預(yù)想事故集進(jìn)行逐個(gè)詳盡分析汁算。因?yàn)橛幸饬x的預(yù)想 事故，只占預(yù)想事故集的- - 4 部分。因此采用預(yù)想事故自動(dòng)選擇可以大大加快安全分析的速度， 然后再根據(jù)表格給出的順序，依次對表中列出的每一預(yù)想事故進(jìn)行完全的交流潮流分析，直到 表中的預(yù)想事故不再對系統(tǒng)引起越限為止，在形成預(yù)想事故一覽表時(shí)，應(yīng)盡量避免遮蔽現(xiàn)象， 即某一個(gè)可能引起許多線路出現(xiàn)重載但并未過負(fù)荷的預(yù)想事故，其行為指標(biāo)可能反而高于只有 個(gè)別線路產(chǎn)生過負(fù)荷的預(yù)想事故行為指標(biāo)。 2 2 2 安全控制對策 電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全控制包括三個(gè)方面：一是針對正常運(yùn)行狀態(tài)的安全經(jīng)濟(jì)控制；二是針 對預(yù)想事故集的預(yù)防性控制；三是針對存在不安全的某個(gè)事故后狀態(tài)的校正控制。 安全經(jīng)濟(jì)控制的任務(wù)是在滿足安全要求和質(zhì)量要求的條件下實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，即實(shí)現(xiàn)目 標(biāo)最優(yōu)。安全經(jīng)濟(jì)控制通常采用最優(yōu)潮流法進(jìn)行求解，在滿足等式約束和不等式約束的條件下 使系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到一個(gè)最優(yōu)目標(biāo)。電力系統(tǒng)在壟斷模式下使用最多的目標(biāo)是運(yùn)行費(fèi)用最小或燃料 消耗最少，在電力市場環(huán)境下則為市場購電費(fèi)用最小。 如果由預(yù)想事故分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)處于正常的不安全狀態(tài)，那么就要采取適當(dāng)?shù)膶Σ呤瓜到y(tǒng)恢 復(fù)到正常的安全狀態(tài)，這個(gè)任務(wù)是由預(yù)防性控制來完成的。它將電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行情況調(diào)整到 這樣一種狀態(tài)，使之不但在當(dāng)前的正常運(yùn)行情況下滿足各種約束條件，而且在預(yù)想事故情況下， 仍能滿足相應(yīng)的約束條件，并在此前提下使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。從數(shù)學(xué)模型來說，預(yù)防性控 制相當(dāng)于在最優(yōu)潮流問題的基礎(chǔ)上增加第三種約束條件一一預(yù)想事故安全約束條件，它們是由 包含在預(yù)想事故一覽表中與各預(yù)想事故相對應(yīng)的等式約束和不等式約束所組成的全都約束條 件。 對于大型電力系統(tǒng)而言，預(yù)防性控制問題的規(guī)模十分龐大，這使得問題的求解十分復(fù)雜并 且需要大量的計(jì)算機(jī)時(shí)間，且事故發(fā)生的概率通常很小，而進(jìn)行預(yù)防性控制往往需要較大地犧 牲系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此有人建議：應(yīng)當(dāng)允許系統(tǒng)運(yùn)行在不安全的正常狀態(tài)之下，然后利用校 正控制來處理現(xiàn)有的或潛在的靜態(tài)緊急狀態(tài)。 校正控制包括兩種情況： 1 在靜態(tài)安全分析中，由預(yù)想事故分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)處于正常的不安全狀態(tài)，或者說處于潛 1 0 第二章電力系統(tǒng)安全性分析和確定性評估 在的靜態(tài)緊急狀態(tài)，可采用校正控制來負(fù)責(zé)校驗(yàn)，對每一潛在的越限情況，作一次校 正運(yùn)算以判斷萬一出現(xiàn)這些靜態(tài)緊急狀態(tài)是否可以予以校正，通常稱之為校正安全分 析或校正對策分析。 2 第二種情況是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生了某些( 或某個(gè)) 事故而使約束條件受到破壞，在規(guī)定的時(shí)間 內(nèi)，通過校正控制使之恢復(fù)到安全狀態(tài)。 這兩種情況同屬于靜態(tài)的校正控制，允許系統(tǒng)暫時(shí)處在不安全的情況下，通過對控制變量 的再安排使系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行，使所有的約束條件重新得到滿足。 2 3 電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全分析 c 5 8 】 c , g f f i i t 2 1 1 9 2 1 電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全通常指電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。是電力系統(tǒng)受到事故擾動(dòng)后保持穩(wěn)定運(yùn)行的能 力。電力系統(tǒng)運(yùn)行中，有三種必須同時(shí)滿足的穩(wěn)定性要求，即同步運(yùn)行穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性和 頻率穩(wěn)定性。通常根據(jù)動(dòng)態(tài)過程的特征和參與動(dòng)作的元件及控制系統(tǒng)。將同步運(yùn)行穩(wěn)定性的研 究劃分為靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、中長期穩(wěn)定( 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定) 。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是與特定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)( 故障前和故障后) 、運(yùn)行方式、調(diào)節(jié)裝置的參數(shù)和干 擾的大小、地點(diǎn)與持續(xù)時(shí)間相關(guān)聯(lián)。所以，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與否只能是對于某一特定電