電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)概述

1、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)概述概述丁 衛(wèi) 東南京南瑞集團(tuán)公司穩(wěn)定技術(shù)分公司2012-6-28 2022-6-122目目 錄錄電力系統(tǒng)性能的基本概念電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制基本概念電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的基本原則電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的作用及措施大停電事故案例2022-6-123電力系統(tǒng)性能的基本概念電力系統(tǒng)性能的基本概念 電力系統(tǒng)的任務(wù)電力系統(tǒng)的任務(wù) 電力系統(tǒng)的任務(wù)就是不間斷地向用戶供應(yīng)質(zhì)量(電壓和頻率等)合格的電能。保持電力系統(tǒng)持續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行就是必要條件。 電力系統(tǒng)的性能電力系統(tǒng)的性能 描述電力系統(tǒng)的性能的重要指標(biāo)包括可靠性、安全性和穩(wěn)定性。2022-6-124IEEE/CI

2、GRE的電力系統(tǒng)性能定義 IEEE美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)，是美國(guó)一個(gè)較大的科學(xué)技術(shù)團(tuán)體，由美國(guó)電氣工程師學(xué)會(huì)（AIEE）和美國(guó)無線電工程師學(xué)會(huì)（IRE）合并而成，致力于電氣、電子、計(jì)算機(jī)工程和與科學(xué)有關(guān)的領(lǐng)域的開發(fā)和研究。 CIGRE 國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議，是電力系統(tǒng)中覆蓋技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、組織和管理方面的最重要的世界性組織，總部設(shè)在法國(guó)，已有90余年歷史 。2022-6-125 電力系統(tǒng)的可靠性指的是長(zhǎng)期符合要求運(yùn)行的概率，它表示連續(xù)地、長(zhǎng)期不停電地為用戶提供充足的電力服務(wù)的能力。 電力系統(tǒng)的安全性指電力系統(tǒng)能夠承受可能發(fā)生的各種擾動(dòng)而不會(huì)導(dǎo)致對(duì)用戶供電中斷的風(fēng)險(xiǎn)程度。 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性指的是擾

3、動(dòng)后系統(tǒng)保持完整運(yùn)行的持續(xù)性，取決于運(yùn)行工況和擾動(dòng)性質(zhì)。2022-6-126DL/T 723-2000中有關(guān)電力系統(tǒng)性能的定義 DL/T 723-2000電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則則根據(jù)原電力工業(yè)部綜科教號(hào)文關(guān)于下達(dá)年修訂電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的通知中所列項(xiàng)目任務(wù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則而編制。 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。這類措施雖然已在電力系統(tǒng)中有較普遍的應(yīng)用，但尚缺乏較全面、系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定來指導(dǎo)有關(guān)的科研、設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行工作。本標(biāo)準(zhǔn)即為了適應(yīng)這一要求而制定。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的功能、應(yīng)用條件、基本性能要求及主要技術(shù)指

4、標(biāo)等。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的科研、設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行等領(lǐng)域。 2022-6-127 DL/T 723-2000電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則給出若干電力系統(tǒng)性能的定義。 電力系統(tǒng)的可靠性電力系統(tǒng)的可靠性 電力系統(tǒng)供給所有用電點(diǎn)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量的電力的能力。 電力系統(tǒng)的安全性電力系統(tǒng)的安全性 電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，如出現(xiàn)特定可承受事件，不致引起損失負(fù)荷、系統(tǒng)元件的負(fù)載超出其定額、母線電壓和系統(tǒng)頻率超越允許范圍、系統(tǒng)穩(wěn)定破壞、電壓崩潰或連鎖反應(yīng)的能力?？沙惺苁录请娏ο到y(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)規(guī)定可承受的偶發(fā)事件。2022-6-128 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性 電力系統(tǒng)在擾動(dòng)（如功率或阻抗變

5、化）后返回靜態(tài)運(yùn)行的能力。穩(wěn)定性包括功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。2022-6-129 世界上多次大停電都是由電力系統(tǒng)的失穩(wěn)失穩(wěn)事故事故引起的，故電力系統(tǒng)穩(wěn)定是關(guān)系電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的首要問題。長(zhǎng)期以來，大多數(shù)系統(tǒng)的主要問題是暫態(tài)功角穩(wěn)定問題，隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，新技術(shù)的出現(xiàn)和新控制手段的應(yīng)用，系統(tǒng)逐漸運(yùn)行在重載狀態(tài)下，各種失穩(wěn)形態(tài)也相繼出現(xiàn)，如電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定等，充分了解各種失穩(wěn)現(xiàn)象及其相互關(guān)系，是合理設(shè)計(jì)和運(yùn)行電力系統(tǒng)的關(guān)鍵。2022-6-1210IEEE/CIGRE的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義和分類 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在給定的初始運(yùn)行工況下受到一個(gè)物理擾動(dòng)后重

6、新回到運(yùn)行平衡點(diǎn)，且在該平衡點(diǎn)大部分系統(tǒng)變量都未越限，從而整個(gè)系統(tǒng)保持完整性的能力。2022-6-12112022-6-1212功角穩(wěn)定 功角穩(wěn)定功角穩(wěn)定指的是互聯(lián)電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下和受到擾動(dòng)時(shí)維持同步運(yùn)行的能力。 功角穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)中各臺(tái)發(fā)電機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械轉(zhuǎn)矩之間維持或恢復(fù)平衡的能力，失穩(wěn)的形式表現(xiàn)為某些發(fā)電機(jī)相對(duì)其它發(fā)電機(jī)的功角擺動(dòng)不斷增大直至失去同步。功角穩(wěn)定近一步分為小干擾（或小信號(hào)）穩(wěn)定和大干擾（或暫態(tài)）穩(wěn)小干擾（或小信號(hào)）穩(wěn)定和大干擾（或暫態(tài)）穩(wěn)定定，前者指的是在小擾動(dòng)情況下維持同步運(yùn)行的能力，后者指的是系統(tǒng)遭受大擾動(dòng)時(shí)維持同步運(yùn)行的能力。2022-6-1

7、213電壓穩(wěn)定 電壓穩(wěn)定電壓穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下和受到擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)電壓能夠保持或恢復(fù)到允許的范圍內(nèi)，不發(fā)生電壓崩潰的能力。 電壓穩(wěn)定性取決于電力系統(tǒng)在負(fù)荷需求與系統(tǒng)向負(fù)荷供電之間維持/恢復(fù)平衡的能力。電壓失穩(wěn)的形式可表現(xiàn)為某些母線電壓不斷上升或下降。引起電壓失穩(wěn)的主要因素是系統(tǒng)不能夠維持無功功率的平衡。2022-6-1214 發(fā)生電壓失穩(wěn)的后果可以是損失區(qū)域負(fù)荷，或保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作引起輸電線路和其它元件跳閘，進(jìn)而導(dǎo)致連鎖故障。 小干擾電壓穩(wěn)定性指的是小擾動(dòng)情況下（如系統(tǒng)負(fù)荷逐漸增長(zhǎng)時(shí)）系統(tǒng)對(duì)電壓的控制能力。大干擾電壓穩(wěn)定性指的是系統(tǒng)在遭受大擾動(dòng)（如系統(tǒng)故障或線路跳閘）后維持穩(wěn)態(tài)電壓的

8、能力。 研究電壓穩(wěn)定性的時(shí)間可從幾秒到幾十秒，故電壓穩(wěn)定可以是短期或長(zhǎng)期現(xiàn)象。2022-6-1215頻率穩(wěn)定 頻率穩(wěn)定頻率穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)在遭受嚴(yán)重?cái)_動(dòng)后，發(fā)電與負(fù)荷需求出現(xiàn)較大不平衡后，（無論是否的導(dǎo)致系統(tǒng)解列），系統(tǒng)頻率能夠保持或恢復(fù)到允許的范圍內(nèi)，不發(fā)生頻率崩潰的能力。 頻率穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)以最小的非計(jì)劃負(fù)荷損失維持/恢復(fù)發(fā)電和負(fù)荷之間平衡的能力。頻率失穩(wěn)的形式是持續(xù)的頻率振蕩導(dǎo)致發(fā)電機(jī)和負(fù)荷跳閘。2022-6-1216 在頻率波動(dòng)過程中，過程和設(shè)備的典型時(shí)間常數(shù)可從小于1s（如低頻減負(fù)荷）到幾分鐘（如原動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和負(fù)荷電壓調(diào)節(jié)器的響應(yīng)），因此頻率穩(wěn)定性可以是短期現(xiàn)場(chǎng)，也可以是

9、長(zhǎng)期現(xiàn)象。 短期頻率失穩(wěn)現(xiàn)象：事故造成發(fā)電功率不足的孤島，而低頻減負(fù)荷量又不夠，導(dǎo)致頻率快速下降，幾秒內(nèi)引發(fā)孤島停電。2022-6-1217DL755-2001的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義和分類 DL755-2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則是對(duì)1981年頒發(fā)的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則進(jìn)行了修訂。制定本標(biāo)準(zhǔn)的目的是指導(dǎo)電力系統(tǒng)規(guī)劃、計(jì)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、科學(xué)試驗(yàn)中有關(guān)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的工作。同時(shí)，為促進(jìn)科技進(jìn)步和生產(chǎn)力發(fā)展，要鼓勵(lì)采用新技術(shù)，例如，緊湊型線路、常規(guī)及可控串聯(lián)補(bǔ)償、靜止補(bǔ)償以及電力電子等方面的裝備和技術(shù)以提高電力系統(tǒng)輸電能力和穩(wěn)定水平。 本標(biāo)準(zhǔn)描述了我國(guó)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義

10、與分類。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到事故擾動(dòng)后保持穩(wěn)定運(yùn)行的能力。其分類如下圖：2022-6-12182022-6-1219 從上圖可以看出，其分類與IEEE/CIGRE的分類在本質(zhì)上是一致的。兩者都將電力系統(tǒng)穩(wěn)定分為三大類，但在子類的劃分上有以下差別： （1） DL 755-2001近一步細(xì)化了功角失穩(wěn)的不同原因，將功角穩(wěn)定細(xì)分為靜態(tài)穩(wěn)定（在小擾動(dòng)下由于同步力矩不足引起的小干擾功角穩(wěn)定問題）、小干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定（在小擾動(dòng)下由于阻尼力矩不足引起的小干擾功角穩(wěn)定問題）、暫態(tài)穩(wěn)定（在大擾動(dòng)下由于同步力矩不足引起的大干擾功角穩(wěn)定問題）和大干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定（在大擾動(dòng)下由于阻尼力矩不足引起的大

11、干擾功角穩(wěn)定問題）。2022-6-1220（2）DL755-2001將電壓穩(wěn)定分為靜態(tài)電壓穩(wěn)定和大干擾電壓穩(wěn)定，該靜態(tài)穩(wěn)定與IEEE/CIGRE中的小干擾電壓穩(wěn)定是對(duì)應(yīng)的，只不過由于主要用于考察電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和事故后運(yùn)行方式下的電壓靜穩(wěn)定儲(chǔ)備情況，為再?gòu)臅r(shí)間段上將靜態(tài)電壓穩(wěn)定加以區(qū)分。2022-6-12212022-6-1222電力系統(tǒng)的擾動(dòng) 電力系統(tǒng)中的擾動(dòng)如果處理不當(dāng)或不及時(shí)，則可能發(fā)展擴(kuò)大為系統(tǒng)性事故，甚至可能造成大面積停電。 最常見的擾動(dòng)是短路短路，繼電保護(hù)可快速切除短路故障，是電力系統(tǒng)中最有效和基本的安全措施。但有些嚴(yán)重故障，包括多重性故障，即使繼電保護(hù)正確動(dòng)作，仍難以避免事故的擴(kuò)

12、大，如果考慮保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)，則將加劇事故的擴(kuò)大。因此緊急控制裝置是必須也不是繼電保護(hù)裝置可以替代的。2022-6-1223 小擾動(dòng)小擾動(dòng)由于負(fù)荷的正常波動(dòng)、功率和潮流控制、變壓器分接頭調(diào)整和聯(lián)絡(luò)線功率自然波動(dòng)等引起的擾動(dòng)。 大擾動(dòng)大擾動(dòng)系統(tǒng)元件短路、切換操作和其他較大的功率或阻抗變化引起的擾動(dòng)。 大擾動(dòng)可按擾動(dòng)嚴(yán)重程度和發(fā)生概率分為三類： 第類，單一故障（出現(xiàn)概率較高的故障） 第類，單一嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率較低的故障） 第類，多重嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率很低的故障）2022-6-1224 第類，單一故障（出現(xiàn)概率較高出現(xiàn)概率較高的故障） 任何線路單相瞬時(shí)接地故障并重合成功； 任一臺(tái)發(fā)電機(jī)組跳閘或失磁

13、； 任一臺(tái)變壓器故障退出運(yùn)行； 任一回交流聯(lián)絡(luò)線故障或無故障跳開； 直流輸電線路單級(jí)故障；2022-6-1225 第類，單一嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率較低出現(xiàn)概率較低的故障） 單回線永久故障重合不成功及無故障三相斷開不重合 任何類型母線故障 同桿并架雙回線的異名兩相同時(shí)發(fā)生單相接地故障不重合，雙回線三相同時(shí)斷開； 向特別重要的受端系統(tǒng)輸電的雙回及以上的任意兩回線同時(shí)無故障或故障跳開； 直流輸電線路雙極閉鎖；2022-6-1226 第類，多重嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率很低出現(xiàn)概率很低的故障） 故障時(shí)斷路器拒動(dòng)； 故障時(shí)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)； 多重故障； 失去大電源； 其他偶然因素。2022-6-12

14、27電力系統(tǒng)擾動(dòng)的發(fā)展和擴(kuò)大電 源 故 障線 路 故 障母 線 故 障穩(wěn) 定 破 壞過 負(fù) 荷系 統(tǒng) 解 列頻 率 異 常電 壓 異 常其 他 電 源斷 開大 停 電頻 率 、 電壓 進(jìn) 一 步惡 化2022-6-1228 DL755-2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則將電力系統(tǒng)承受大擾動(dòng)能力的安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)： 第一級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 正常運(yùn)行方式下的電力系統(tǒng)受到前述的第類大擾動(dòng)后，保護(hù)、開關(guān)及重合閘正確動(dòng)作，不采取穩(wěn)定控制措施，必須保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)的正常供電，其他元件不超過規(guī)定的事故過負(fù)荷能力，不發(fā)生連鎖跳閘。2022-6-1229 第二級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 正常運(yùn)行方式下的電力系統(tǒng)受到前述

15、的第類大擾動(dòng)后，保護(hù)、開關(guān)及重合閘正確動(dòng)作，應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行，必要時(shí)允許采取切機(jī)和切負(fù)荷等穩(wěn)定控制措施。 第三級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 正常運(yùn)行方式下的電力系統(tǒng)受到前述的第類大擾動(dòng)導(dǎo)致穩(wěn)定破壞時(shí)，必須采取措施，防止系統(tǒng)崩潰，避免造成長(zhǎng)時(shí)間大面積停電和對(duì)最重要用戶（包括廠用電）的災(zāi)難性停電，使負(fù)荷損失盡可能減小到最小，電力系統(tǒng)應(yīng)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行。2022-6-1230電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制基本概念電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制基本概念提高電力系統(tǒng)安全性的控制有兩類： 預(yù)防性控制預(yù)防性控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)安全裕度不夠，為防止出現(xiàn)緊急狀態(tài)采取的預(yù)防性控制。主要是正常運(yùn)行時(shí)調(diào)整系統(tǒng)工作運(yùn)行點(diǎn)，保持功角穩(wěn)定運(yùn)行并具有必要的安全

16、穩(wěn)定儲(chǔ)備。主要方法是發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，直流輸電的功率調(diào)制等 預(yù)測(cè)性控制預(yù)測(cè)性控制系統(tǒng)已出現(xiàn)緊急狀態(tài)，為防止事故擴(kuò)大而采取的緊急控制（控制裝置）。 名稱：俄羅斯稱“反事故自動(dòng)控制” CIGRE和IEEE稱“特種保護(hù)方式（Special Protection Schemes）” 我國(guó)稱“安全自動(dòng)裝置”。2022-6-1231 一般而言，電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可分為三種：正常正常狀態(tài)、緊急狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)狀態(tài)、緊急狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)。 DL/T 723-2000電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則給出電力系統(tǒng)運(yùn)行的定義。 正常狀態(tài)正常狀態(tài) 電力系統(tǒng)能夠保持充裕性和安全性的運(yùn)行狀態(tài)。充裕性是指電力系統(tǒng)在靜態(tài)

17、條件下，并且系統(tǒng)元件的負(fù)載不超出其定額，母線電壓和系統(tǒng)頻率維持在允許范圍內(nèi)，考慮系統(tǒng)元件計(jì)劃和非計(jì)劃停運(yùn)的情況下，供給用戶要求的總的電力和電量的能力。2022-6-1232 警戒狀態(tài)警戒狀態(tài) 電力系統(tǒng)的潛在不充裕和/或不安全狀態(tài)，在此狀態(tài)下，如出現(xiàn)特定可承受事件將導(dǎo)致?lián)p失負(fù)荷、系統(tǒng)元件的負(fù)載超出其定額、母線電壓和系統(tǒng)頻率超越允許范圍、功角不穩(wěn)定、連鎖反應(yīng)、電壓不穩(wěn)定或某些其它不穩(wěn)定。 緊急狀態(tài)緊急狀態(tài) 電力系統(tǒng)的異常狀態(tài)，在此狀態(tài)下，有些系統(tǒng)元件的負(fù)載超出其定額，某些母線電壓或系統(tǒng)頻率超越允許范圍，出現(xiàn)穩(wěn)定危機(jī)，可能損失部分負(fù)荷。緊急狀態(tài)要求采取緊急控制作用用以保持系統(tǒng)穩(wěn)定，防止設(shè)備損壞和系統(tǒng)

18、近一步惡化。2022-6-1233 恢復(fù)過程恢復(fù)過程 重建電力系統(tǒng)充裕狀態(tài)采取的一系列控制作用，包括發(fā)電機(jī)快速起動(dòng)，再同步并列、輸電線重新帶電，負(fù)荷再供電和電力系統(tǒng)解列的部分再同步運(yùn)行。 電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖：2022-6-12342022-6-1235 處于安全狀態(tài)的電力系統(tǒng)受到某一由擾動(dòng)引起的狀態(tài)變化可能轉(zhuǎn)入警戒狀態(tài)。通過一些必要的控制如調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓或出力等，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)為安全狀態(tài)，這種控制稱為預(yù)防控制預(yù)防控制。 處于正常狀態(tài)的電力系統(tǒng)受到較嚴(yán)重的擾動(dòng)時(shí)，可能轉(zhuǎn)為緊急狀態(tài)。電力系統(tǒng)在緊急狀態(tài)下為了維持穩(wěn)定運(yùn)行和持續(xù)供電，必須采取必要的控制措施，這種控制稱為緊急控制或預(yù)測(cè)控制緊

19、急控制或預(yù)測(cè)控制。2022-6-1236 恢復(fù)狀態(tài)下系統(tǒng)的完整性一般已受到破壞，如某些發(fā)電機(jī)或負(fù)荷被切除，系統(tǒng)某些部分被解列等，因而需要進(jìn)行恢復(fù)控制。恢復(fù)控制包括啟動(dòng)備用設(shè)備，改變發(fā)電機(jī)組功率，重新投入被切機(jī)組、用戶和線路等。 電力系統(tǒng)的預(yù)防控制、緊急控制和恢復(fù)控制總稱為安全控制安全控制。安全控制是維持一個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行所不可缺少的。不過在電力系統(tǒng)發(fā)展初始階段，這種控制比較容易實(shí)現(xiàn)，一般可使用比較簡(jiǎn)單的就地控制裝置。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展擴(kuò)大，對(duì)安全控制提出了越來越高的要求，安全穩(wěn)定控制成為電力系統(tǒng)控制和運(yùn)行的一個(gè)極重要的課題。 2022-6-1237電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的基本原則電力系統(tǒng)安全穩(wěn)

20、定控制的基本原則 在DL/T 723-2000電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則中，為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，二次系統(tǒng)配備的完備防御系統(tǒng)應(yīng)分為三道防線： 第一道防線由性能良好的繼電保護(hù)裝繼電保護(hù)裝置置構(gòu)成，確?？焖佟⒄_地切除電力系統(tǒng)的故障元件，防止系統(tǒng)失去穩(wěn)定。2022-6-1238 第二道防線由電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)（裝置）系統(tǒng)（裝置）構(gòu)成，針對(duì)預(yù)先考慮的故障形態(tài)和運(yùn)行方式，按預(yù)定的控制策略，實(shí)施切機(jī)、切負(fù)荷、局部解列等穩(wěn)定控制措施防止系統(tǒng)失去穩(wěn)定。(主動(dòng)采取措施主動(dòng)采取措施)（UFV-200C、FEK-300、SCS-500E型分布式穩(wěn)定控制裝置 ，RCS-992A型分

21、布式穩(wěn)控裝置 ）2022-6-1239 第三道防線由失步解列、頻率及電壓失步解列、頻率及電壓緊急控制裝置緊急控制裝置構(gòu)成，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生失步振蕩、頻率異常、電壓異常等事故時(shí)，采取解列、切負(fù)荷、切機(jī)等控制措施，防止系統(tǒng)崩潰，避免出現(xiàn)大面積停電。(被動(dòng)應(yīng)被動(dòng)應(yīng)對(duì)對(duì))一般與運(yùn)行方式和故障形態(tài)無關(guān)，宜分散、就地配置。（UFV-200A型頻率電壓緊急控制裝置 ，UFV-200F型失步解列裝置，RCS-993系列失步解列及低頻振蕩檢測(cè)裝置，RCS-994A頻率電壓緊急控制裝置 ） 2022-6-1240電力系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換及與三道防線關(guān)系電力系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換及與三道防線關(guān)系正常（安全）警戒緊急恢復(fù)失步崩潰合理的電

22、網(wǎng)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)電力設(shè)施電網(wǎng)快速保護(hù)及預(yù)防控制裝置（第一道防線）穩(wěn)定控制裝置/系統(tǒng)（第二道防線）電網(wǎng)失步解列、電壓及頻率緊急控制（第三道防線）系統(tǒng)完整性破壞保持系統(tǒng)完整性2022-6-1241電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的作用及措施電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的作用及措施 電力系統(tǒng)的預(yù)防控制、緊急控制和恢復(fù)控制總稱為安全穩(wěn)定控制。2022-6-1242預(yù)防控制的功能 預(yù)防控制是在正常運(yùn)行時(shí)調(diào)整系統(tǒng)工作點(diǎn)，以增大安全穩(wěn)定儲(chǔ)備，實(shí)現(xiàn)下列功能：（1）保持系統(tǒng)功角穩(wěn)定性并具有必要的穩(wěn)定儲(chǔ)備；（2）維持系統(tǒng)頻率于規(guī)定范圍并具有必要的運(yùn)行備用容量；（3）維持母線電壓于規(guī)定范圍并具有必要的電壓穩(wěn)定儲(chǔ)備；（4）防止電網(wǎng)元件過負(fù)荷

23、；（5）保持系統(tǒng)必要的阻尼水平，防止發(fā)生低頻振蕩。2022-6-1243預(yù)防控制的實(shí)現(xiàn)手段 有功功率預(yù)防控制有功功率預(yù)防控制 一般通過發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，控制的速度應(yīng)由機(jī)組特性決定。為此，系統(tǒng)應(yīng)有必要的旋轉(zhuǎn)備用。必要時(shí)還可改變發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式以改變有功功率，如調(diào)相方式改為發(fā)電方式，停用抽水狀態(tài)的蓄能機(jī)組等。旋轉(zhuǎn)備用特指運(yùn)行正常的發(fā)電機(jī)維持額定轉(zhuǎn)速，隨時(shí)可以并網(wǎng)，或已并網(wǎng)但僅帶一部分負(fù)荷，隨時(shí)可以加出力至額定容量的發(fā)電機(jī)組。 無功功率預(yù)防控制無功功率預(yù)防控制 在發(fā)電機(jī)側(cè)主要由調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)，在中間站和受電側(cè)主要由投切并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器實(shí)現(xiàn)。有條件可利用靜止無功補(bǔ)償器（SVC），調(diào)相機(jī)進(jìn)

24、行無功功率的動(dòng)態(tài)控制。2022-6-1244 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁附加控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁附加控制 指正常調(diào)節(jié)電壓以外的用于提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定的控制功能。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）是使用較廣泛和較成熟的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁附加控制，可推廣使用。 高壓直流輸電（高壓直流輸電（HVDC）功率調(diào)制）功率調(diào)制 HVDC為快速改變傳輸功率進(jìn)行的電流或功率調(diào)制控制2022-6-1245緊急控制的功能 電力系統(tǒng)發(fā)生短路等事故時(shí)，首先應(yīng)由繼電保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障。一般情況下事故切除后系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行，如果事故很嚴(yán)重或事故處理不當(dāng)，則可能造成事故擴(kuò)大而導(dǎo)致嚴(yán)重后果，為此電力系統(tǒng)還應(yīng)配備必要的緊急控制裝置，其具體作用如下圖：2022-6-124

25、6電 網(wǎng) 正 常 運(yùn) 行 狀 態(tài)（ 預(yù) 防 性 控 制 ）發(fā) 生 故 障主 保 護(hù) 動(dòng) 作后 備 保 護(hù) （ 或 失 靈 保 護(hù) ） 動(dòng) 作故 障 未 被 切 除繼 電 保 護(hù) 系 統(tǒng)系 統(tǒng) 能 維 持 暫 態(tài) 穩(wěn) 定 ？確 定 控 制 策 略執(zhí) 行 切 機(jī) 、切 負(fù) 荷 等 措 施失 步 與 過 載 判 斷 ？切 機(jī) 或切 負(fù) 荷 控 制系 統(tǒng) 解 列 控 制頻 率 越 限 ？過 頻 切 機(jī) 控 制低 頻 減 負(fù) 荷 控 制低 壓 越 限 ？低 壓 減 負(fù) 荷 控 制電 力 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 運(yùn) 行NYNNN過 載失 步低 壓低 頻過 頻系 統(tǒng) 繼 續(xù) 連 接系 統(tǒng) 解 列暫 態(tài) 穩(wěn) 定 控

26、制頻 率 穩(wěn) 定 控 制電 壓 穩(wěn) 定 控 制失 步 與 過 載 控 制2022-6-1247 緊急控制主要實(shí)現(xiàn)下列功能：（1）防止功角暫態(tài)穩(wěn)定破壞；（2）消除失步狀態(tài)；（3）限制系統(tǒng)頻率過高或過低；（4）限制系統(tǒng)電壓過高或過低；（5）限制設(shè)備過負(fù)荷。2022-6-1248緊急控制的實(shí)現(xiàn)手段 發(fā)電端控制手段 切除發(fā)電機(jī)；汽輪機(jī)快控汽門；水輪機(jī)快速降低和升高輸出功率；發(fā)電機(jī)勵(lì)磁緊急控制；動(dòng)態(tài)電阻制動(dòng)等。 負(fù)荷端控制手段 （1）集中式切負(fù)荷集中式切負(fù)荷，一般裝設(shè)于高壓或超高壓變電站，通過切除高壓線路實(shí)現(xiàn)； （2）分散減負(fù)荷分散減負(fù)荷，一般裝設(shè)于配電變電站，按用戶的重要性及斷電后果等因素順序斷開用戶

27、；（3）串聯(lián)和并聯(lián)補(bǔ)償?shù)木o急控制串聯(lián)和并聯(lián)補(bǔ)償?shù)木o急控制，包括實(shí)施電容裝置強(qiáng)行補(bǔ)償、緊急投切并聯(lián)電容裝置及并聯(lián)電抗器。電容裝置強(qiáng)行補(bǔ)償、投入并聯(lián)電容裝置和切除并聯(lián)電抗器，用于防止穩(wěn)定破壞和限制電壓降低；切除并聯(lián)電容裝置和投入并聯(lián)電抗器，用于限制電壓升高；2022-6-1249（4）高壓直流（高壓直流（HVDC）緊急調(diào)制）緊急調(diào)制是在事故擾動(dòng)時(shí)進(jìn)行，快速大幅度改變輸送功率以平衡系統(tǒng)送受兩端功率；（5）電力系統(tǒng)解列電力系統(tǒng)解列是在預(yù)先選定的輸電斷面，以斷開輸電線路或解列發(fā)電廠或變電所的母線來實(shí)現(xiàn)。在選擇系統(tǒng)解列斷面時(shí)，應(yīng)使解列后各部分系統(tǒng)分別保持同步和功率盡量保持平衡，并應(yīng)考慮以最少的解列點(diǎn)和最少

28、的斷路器來實(shí)現(xiàn)。2022-6-1250緊急控制與繼電保護(hù)的關(guān)系 繼電保護(hù)是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路等事故時(shí)首先動(dòng)作的，由它來切除和隔離故障，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定三道防線中保證第一道防線有效的重要措施。一般情況下事故切除后系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行，如果事故很嚴(yán)重或事故處理不當(dāng)，則可能造成事故擴(kuò)大而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。為此，電力系統(tǒng)還應(yīng)配備必要的緊急控制裝置。電力系統(tǒng)緊急控制與繼電保護(hù)的關(guān)系如下圖：2022-6-1251系統(tǒng)設(shè)備事故事故切除繼電保護(hù)事故擴(kuò)大（繼發(fā)性故障）預(yù)測(cè)控制校正控制緊急控制恢復(fù)正常停電狀態(tài)信息過程控制信息2022-6-1252緊急控制的決策方式 離線計(jì)算決策離線計(jì)算決策 根據(jù)電力系統(tǒng)預(yù)計(jì)的各種接線和

29、潮流方式，設(shè)定各種偶發(fā)事件，計(jì)算分析得出相應(yīng)的各種控制策略，以策略表或邏輯控制方式存于控制系統(tǒng)的決策部分中。當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)擾動(dòng)后，根據(jù)事故前電網(wǎng)運(yùn)行方式及有關(guān)送電斷面的功率、發(fā)生的故障的元件及故障類型，查找離線分析計(jì)算確定的控制策略表，按圖索驥采取相應(yīng)的措施。一般情況均可額采用這種方式，但應(yīng)避免計(jì)算方案過多，導(dǎo)致計(jì)算量過大和管理困難。典型的裝置如南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的SCS-500E型分布式穩(wěn)定控制裝置，南瑞繼保的RCS-992A型分布式穩(wěn)控裝置 。2022-6-1253 在線（故障前）預(yù)計(jì)算決策在線（故障前）預(yù)計(jì)算決策 控制系統(tǒng)根據(jù)在線獲得的當(dāng)時(shí)實(shí)際系統(tǒng)接線和潮流，設(shè)定各種偶發(fā)事件，計(jì)算分析得出相

30、應(yīng)的各種控制策略存于決策部分中。這些策略周期性地（周期約為幾十秒至幾分鐘）進(jìn)行更新。當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)擾動(dòng)而裝置起動(dòng)時(shí)，即可在其中選取與實(shí)際擾動(dòng)最接近的情況相對(duì)應(yīng)的控制方案實(shí)施。典型的裝置如南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的OPS在線預(yù)決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)想故障集在線分析計(jì)算，得出控制策略表，并可將該控制策略表發(fā)送至控制裝置，由控制裝置實(shí)施控制策略。 2022-6-1254緊急控制的控制范圍 局部穩(wěn)定控制局部穩(wěn)定控制 單獨(dú)安裝在各個(gè)廠站，相互之間不交換信息、沒有通信聯(lián)系，解決的是本廠站母線、主變或出線故障時(shí)出現(xiàn)的穩(wěn)定問題。類似裝置如南瑞集團(tuán)公司的SCS-500E型分布式穩(wěn)定控制裝置，南瑞繼保的RCS-992A

31、型分布式穩(wěn)控裝置 。 區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制 為解決一個(gè)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的穩(wěn)定問題而安裝在多個(gè)廠站的穩(wěn)定控制裝置，經(jīng)通道和通信接口設(shè)備聯(lián)系在一起，組成穩(wěn)定控制系統(tǒng)，站間相互交換運(yùn)行信息，傳送控制命令，可在較大范圍內(nèi)實(shí)施穩(wěn)定控制。類似裝置如南瑞集團(tuán)公司的SCS-500E型分布式穩(wěn)定控制裝置，南瑞繼保的RCS-992A型分布式穩(wěn)控裝置 。2022-6-1255 大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定控制大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定控制 按分層分區(qū)原則，互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定控制主要負(fù)責(zé)與聯(lián)絡(luò)線有關(guān)的緊急控制，必要時(shí)需交換相關(guān)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的某些重要信息。一般分為集中決策方式和分散決策方式。 集中決策方式 控制策略表只存放在主站裝置內(nèi)，各子站

32、的故障信息要上送到主站，由主站集中決策?？刂泼钤谥髡炯坝嘘P(guān)子站執(zhí)行，集中決策方式下的控制系統(tǒng)只有一個(gè)“大腦”進(jìn)行判斷決策，因此對(duì)通信的速度和可靠性比分散決策方式要求更高，技術(shù)的難度相對(duì)也較大。集中決策方式應(yīng)用較少。2022-6-1256 分散決策方式 各站都存放有自己的控制策略表，當(dāng)本站出線及站內(nèi)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)故障類型、事故前的運(yùn)行方式，做出決策，在本站執(zhí)行就地控制（包括遠(yuǎn)切本站所屬的終端站的機(jī)組或負(fù)荷)，也可將控制命令上送給主站，在主站或其它子站執(zhí)行。由于控制決策是各站分別做出的，故稱這種方式為分散決策方式。這種方式簡(jiǎn)單可靠、動(dòng)作快，應(yīng)用普遍。如南瑞集團(tuán)公司的SCS-500E型分布式

33、穩(wěn)定控制裝置，南瑞繼保的RCS-992A型分布式穩(wěn)控裝置 。2022-6-1257恢復(fù)控制的功能 電力系統(tǒng)的恢復(fù)控制包括兩種情況： 一種情況是系統(tǒng)某些元件因故障退出運(yùn)行和某些用戶被迫中斷供電，為恢復(fù)系統(tǒng)完整性和恢復(fù)用戶供電而進(jìn)行的控制； 另一種情況是由于嚴(yán)重故障導(dǎo)致大范圍停電，為系統(tǒng)全停后恢復(fù)而進(jìn)行的控制。 恢復(fù)控制通常包括自動(dòng)控制和人工控制，自動(dòng)恢復(fù)控制可實(shí)現(xiàn)一下功能：（1）電源自動(dòng)快速起動(dòng)；（2）輸配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)恢復(fù)；（3）負(fù)荷自動(dòng)恢復(fù)供電等。2022-6-1258大停電事故案例大停電事故案例2003年美加大停電2022-6-12592003年美加大停電 美國(guó)東部時(shí)間2003年8月14日16:11（北京時(shí)間2003年8月15日4:11），首先在克利夫蘭、托萊多、紐約市、奧爾巴尼、底特律以及新澤西州的部分地區(qū)報(bào)告發(fā)生停電，然后蔓延到紐約市的五個(gè)區(qū)以及佛蒙特州、康涅狄格州的部分地區(qū)，加拿大的安大略省南部的大部分地區(qū)，包括多倫多、漢米爾頓以及溫索爾