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Ø电力系统性能的基本概念 Ø电力系统安全稳定控制基本概念 Ø电力系统安全稳定控制的基本原则 Ø电力系统安全稳定控制的作用及措施 Ø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Date3IEEE/CIGRE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Date5DL/T 723-2000中有关电力系统性能的定义• DL/T 723-2000《电力系统安全稳定控制技术导 则》根据原电力工业部综科教［１９９８］２８ 号文《关于下达１９９７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 Date6• DL/T 723-2000《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Date9IEEE/CIGRE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IEEE/CIGRE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） DL 755-2001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 IEEE/CIGRE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Ⅰ类，单一故障（出现概率较高的故障）第Ⅱ类，单一严重故障（出现概率较低的故障）第Ⅲ类，多重严重故障（出现概率很低的故障）Date23• 第Ⅰ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障；Date24• 第Ⅱ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Ⅲ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力系统受到前述的 第Ⅰ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Ⅱ 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Ⅲ 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（Special Protection Schemes）”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 DL/T 723-2000《 电力系统安全稳定控制技术导则》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。
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。