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1、电力系统安全稳定控制技术概述丁卫东南京南瑞集团公司稳定技术分公司2012-6-28Date1目录电力系统性能的基本概念电力系统安全稳定控制基本概念电力系统安全稳定控制的基本原则电力系统安全稳定控制的作用及措施大停电事故案例Date2电力系统性能的基本概念电力系统的任务电力系统的任务就是不间断地向用户供应质量(电压和频率等)合格的电能。保持电力系统持续安全稳定运行就是必要条件。电力系统的性能描述电力系统的性能的重要指标包括可靠性、安全性和稳定性。Date3IEEECIGRE的电力系统性能定义IEEE美国电气与电子工程师学会，是美国一个较大的科学技术团体，由美国电气工程师学会（AIEE）和美国无线
2、电工程师学会（IRE）合并而成，致力于电气、电子、计算机工程和与科学有关的领域的开发和研究。CIGRE国际大电网会议，是电力系统中覆盖技术、经济、环境、组织和管理方面的最重要的世界性组织，总部设在法国，已有90余年历史。Date4电力系统的可靠性指的是长期符合要求运行的概率，它表示连续地、长期不停电地为用户提供充足的电力服务的能力。电力系统的安全性指电力系统能够承受可能发生的各种扰动而不会导致对用户供电中断的风险程度。电力系统的稳定性指的是扰动后系统保持完整运行的持续性，取决于运行工况和扰动性质。Date5DLT723-2000中有关电力系统性能的定义DLT723-2000电力系统安全稳定控制
3、技术导则根据原电力工业部综科教号文关于下达年修订电力行业标准计划的通知中所列项目任务电力系统安全稳定控制技术导则而编制。电力系统安全稳定控制是保证电力系统安全稳定运行的重要措施。这类措施虽然已在电力系统中有较普遍的应用，但尚缺乏较全面、系统的技术规定来指导有关的科研、设计、制造和运行工作。本标准即为了适应这一要求而制定。本标准规定了电力系统安全稳定控制的功能、应用条件、基本性能要求及主要技术指标等。本标准适用于安全稳定控制系统的科研、设计、制造和运行等领域。Date6DLT723-2000电力系统安全稳定控制技术导则给出若干电力系统性能的定义。电力系统的可靠性电力系统供给所有用电点符合质量标准
4、和所需数量的电力的能力。电力系统的安全性电力系统在运行中，如出现特定可承受事件，不致引起损失负荷、系统元件的负载超出其定额、母线电压和系统频率超越允许范围、系统稳定破坏、电压崩溃或连锁反应的能力。可承受事件是电力系统设计和运行时规定可承受的偶发事件。Date7电力系统的稳定性电力系统在扰动（如功率或阻抗变化）后返回静态运行的能力。稳定性包括功角稳定性、电压稳定性和频率稳定性。Date8世界上多次大停电都是由电力系统的失稳事故引起的，故电力系统稳定是关系电力系统安全运行的首要问题。长期以来，大多数系统的主要问题是暂态功角稳定问题，随着互联电网规模的不断扩大，新技术的出现和新控制手段的应用，系统逐
5、渐运行在重载状态下，各种失稳形态也相继出现，如电压稳定、频率稳定等，充分了解各种失稳现象及其相互关系，是合理设计和运行电力系统的关键。Date9IEEECIGRE的电力系统稳定性定义和分类电力系统稳定性是指电力系统在给定的初始运行工况下受到一个物理扰动后重新回到运行平衡点，且在该平衡点大部分系统变量都未越限，从而整个系统保持完整性的能力。Date10Date11功角稳定功角稳定指的是互联电力系统中的同步发电机在正常运行状态下和受到扰动时维持同步运行的能力。功角稳定性取决于系统中各台发电机在电磁转矩和机械转矩之间维持或恢复平衡的能力，失稳的形式表现为某些发电机相对其它发电机的功角摆动不断增大直至
6、失去同步。功角稳定近一步分为小干扰（或小信号）稳定和大干扰（或暂态）稳定，前者指的是在小扰动情况下维持同步运行的能力，后者指的是系统遭受大扰动时维持同步运行的能力。Date12电压稳定电压稳定指的是电力系统在正常运行状态下和受到扰动时，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。电压稳定性取决于电力系统在负荷需求与系统向负荷供电之间维持恢复平衡的能力。电压失稳的形式可表现为某些母线电压不断上升或下降。引起电压失稳的主要因素是系统不能够维持无功功率的平衡。Date13发生电压失稳的后果可以是损失区域负荷，或保护系统动作引起输电线路和其它元件跳闸，进而导致连锁故障。小干扰电压稳定性
7、指的是小扰动情况下（如系统负荷逐渐增长时）系统对电压的控制能力。大干扰电压稳定性指的是系统在遭受大扰动（如系统故障或线路跳闸）后维持稳态电压的能力。研究电压稳定性的时间可从几秒到几十秒，故电压稳定可以是短期或长期现象。Date14频率稳定频率稳定指的是电力系统在遭受严重扰动后，发电与负荷需求出现较大不平衡后，（无论是否的导致系统解列），系统频率能够保持或恢复到允许的范围内，不发生频率崩溃的能力。频率稳定性取决于系统以最小的非计划负荷损失维持恢复发电和负荷之间平衡的能力。频率失稳的形式是持续的频率振荡导致发电机和负荷跳闸。Date15在频率波动过程中，过程和设备的典型时间常数可从小于1s（如低频
8、减负荷）到几分钟（如原动机的能量转换系统和负荷电压调节器的响应），因此频率稳定性可以是短期现场，也可以是长期现象。短期频率失稳现象：事故造成发电功率不足的孤岛，而低频减负荷量又不够，导致频率快速下降，几秒内引发孤岛停电。Date16DL755-2001的电力系统稳定性定义和分类DL755-2001电力系统安全稳定导则是对1981年颁发的电力系统安全稳定导则进行了修订。制定本标准的目的是指导电力系统规划、计划、设计、建设、生产运行、科学试验中有关电力系统安全稳定的工作。同时，为促进科技进步和生产力发展，要鼓励采用新技术，例如，紧凑型线路、常规及可控串联补偿、静止补偿以及电力电子等方面的装备和技术
9、以提高电力系统输电能力和稳定水平。本标准描述了我国电力系统稳定性定义与分类。电力系统稳定性是指电力系统受到事故扰动后保持稳定运行的能力。其分类如下图：Date17Date18从上图可以看出，其分类与IEEECIGRE的分类在本质上是一致的。两者都将电力系统稳定分为三大类，但在子类的划分上有以下差别：（1）DL755-2001近一步细化了功角失稳的不同原因，将功角稳定细分为静态稳定（在小扰动下由于同步力矩不足引起的小干扰功角稳定问题）、小干扰动态稳定（在小扰动下由于阻尼力矩不足引起的小干扰功角稳定问题）、暂态稳定（在大扰动下由于同步力矩不足引起的大干扰功角稳定问题）和大干扰动态稳定（在大扰动下由
10、于阻尼力矩不足引起的大干扰功角稳定问题）。Date19（2）DL755-2001将电压稳定分为静态电压稳定和大干扰电压稳定，该静态稳定与IEEECIGRE中的小干扰电压稳定是对应的，只不过由于主要用于考察电力系统正常运行和事故后运行方式下的电压静稳定储备情况，为再从时间段上将静态电压稳定加以区分。Date20Date21电力系统的扰动电力系统中的扰动如果处理不当或不及时，则可能发展扩大为系统性事故，甚至可能造成大面积停电。最常见的扰动是短路，继电保护可快速切除短路故障，是电力系统中最有效和基本的安全措施。但有些严重故障，包括多重性故障，即使继电保护正确动作，仍难以避免事故的扩大，如果考虑保护的
11、误动或拒动，则将加剧事故的扩大。因此紧急控制装置是必须也不是继电保护装置可以替代的。Date22小扰动由于负荷的正常波动、功率和潮流控制、变压器分接头调整和联络线功率自然波动等引起的扰动。大扰动系统元件短路、切换操作和其他较大的功率或阻抗变化引起的扰动。大扰动可按扰动严重程度和发生概率分为三类：第类，单一故障（出现概率较高的故障）第类，单一严重故障（出现概率较低的故障）第类，多重严重故障（出现概率很低的故障）Date23第类，单一故障（出现概率较高的故障）任何线路单相瞬时接地故障并重合成功；任一台发电机组跳闸或失磁；任一台变压器故障退出运行；任一回交流联络线故障或无故障跳开；直流输电线路单级故
12、障；Date24第类，单一严重故障（出现概率较低的故障）单回线永久故障重合不成功及无故障三相断开不重合任何类型母线故障同杆并架双回线的异名两相同时发生单相接地故障不重合，双回线三相同时断开；向特别重要的受端系统输电的双回及以上的任意两回线同时无故障或故障跳开；直流输电线路双极闭锁；Date25第类，多重严重故障（出现概率很低的故障）故障时断路器拒动；故障时继电保护及安全自动装置误动或拒动；多重故障；失去大电源；其他偶然因素。Date26电力系统扰动的发展和扩大Date27DL755-2001电力系统安全稳定导则将电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级：第一级安全稳定标准正常运行方式下的电
13、力系统受到前述的第类大扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳定控制措施，必须保持电力系统稳定运行和电网的正常供电，其他元件不超过规定的事故过负荷能力，不发生连锁跳闸。Date28第二级安全稳定标准正常运行方式下的电力系统受到前述的第类大扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，应能保持稳定运行，必要时允许采取切机和切负荷等稳定控制措施。第三级安全稳定标准正常运行方式下的电力系统受到前述的第类大扰动导致稳定破坏时，必须采取措施，防止系统崩溃，避免造成长时间大面积停电和对最重要用户（包括厂用电）的灾难性停电，使负荷损失尽可能减小到最小，电力系统应尽快恢复正常运行。Date29电力系统安全稳定控制基
14、本概念提高电力系统安全性的控制有两类：预防性控制系统稳定运行时安全裕度不够，为防止出现紧急状态采取的预防性控制。主要是正常运行时调整系统工作运行点，保持功角稳定运行并具有必要的安全稳定储备。主要方法是发电机功率调节，调节发电机励磁，直流输电的功率调制等预测性控制系统已出现紧急状态，为防止事故扩大而采取的紧急控制（控制装置）。名称：俄罗斯称“反事故自动控制”CIGRE和IEEE称“特种保护方式（SpecialProtectionSchemes）”我国称“安全自动装置”。Date30一般而言，电力系统运行状态可分为三种：正常状态、紧急状态和恢复状态。DLT723-2000电力系统安全稳定控制技术导
15、则给出电力系统运行的定义。正常状态电力系统能够保持充裕性和安全性的运行状态。充裕性是指电力系统在静态条件下，并且系统元件的负载不超出其定额，母线电压和系统频率维持在允许范围内，考虑系统元件计划和非计划停运的情况下，供给用户要求的总的电力和电量的能力。Date31警戒状态电力系统的潜在不充裕和或不安全状态，在此状态下，如出现特定可承受事件将导致损失负荷、系统元件的负载超出其定额、母线电压和系统频率超越允许范围、功角不稳定、连锁反应、电压不稳定或某些其它不稳定。紧急状态电力系统的异常状态，在此状态下，有些系统元件的负载超出其定额，某些母线电压或系统频率超越允许范围，出现稳定危机，可能损失部分负荷。
16、紧急状态要求采取紧急控制作用用以保持系统稳定，防止设备损坏和系统近一步恶化。Date32恢复过程重建电力系统充裕状态采取的一系列控制作用，包括发电机快速起动，再同步并列、输电线重新带电，负荷再供电和电力系统解列的部分再同步运行。电力系统运行状态及相互转换关系如下图：Date33Date34处于安全状态的电力系统受到某一由扰动引起的状态变化可能转入警戒状态。通过一些必要的控制如调整发电机电压或出力等，使系统转为安全状态，这种控制称为预防控制。处于正常状态的电力系统受到较严重的扰动时，可能转为紧急状态。电力系统在紧急状态下为了维持稳定运行和持续供电，必须采取必要的控制措施，这种控制称为紧急控制或预测控制。Date35恢复状态下系统的完整性一般已受到破坏，如某些发电机或负荷被切除，系统某些部分被解列等，因而需要进行恢复控制。恢复控制包括启动备用设备，改变发电机
