城市电网安全问题相关研究,,“一强三优”,“电网坚强”,国网公司管理目标,重点城市电网情况分析,2005年国网公司组织对31个重点城市电网进行了分析研究这31个重点城市2004年底的售电量为4940亿kW.h，占国家电网公司总售电量的38.3%城市电网现状－电网结构,经济发达的特大型城市已基本形成500kV环网或链形网架； 经济快速发展的大、中城市已形成200kV（单）双环网结构的网架 一些人口规模相对少而经济发展快的中等城市，建成以500kV变电站为电源点，构成分片200kV单（双）环网的供电网架主要技术经济指标,电网容载比：北京、天津、呼和浩特、银川、乌鲁木齐、南京、厦门等城市的综合变电容量裕度比较大，基本能够满足近期负荷增长的需要；而杭州、武汉、郑州、成都、重庆等城市的容载比低于导则规定的下限，目前供电已比较紧张；其他城市多在1.6~1.9之间，基本能满足当前负荷要求 供电可靠性大部分城市供电可靠率百分比达到3个9以上，青岛、南京、苏州3个城市达到4个9杭州、福州、武汉、长沙、南昌、重庆等城市低于3个9城市电网发展中存在的主要问题,主网架结构薄弱局部地区配电网结构不合理，负荷分布不均衡，负荷高峰期不能满足N－1要求 。
部分城市容载比偏低而且城市电网各地区负荷密度差别较大，中心城区负荷密度大，容载比也相应较小，中心城区的站点和供电容量不足问题会更加突出 受端电源布点不足，主变容量偏低发生严重故障时（变电站全停，输电走廊全停）后果严重 变电站布点不均衡，中心城区供电能力较低 中低压无功补偿容量欠缺，未能实现分区、分层平衡负荷中心缺乏足够的电压支撑，运行调节能力较差，很大程度上影响了供电可靠性、供电质量和电能质量的提高合理、理想的电网应该符合以下几个要求,合理坚强的电网结构，能适应负荷要求，适应各种运行方式下的潮流变化，并具有一定的灵活性 电网接线简单，层次分明，可靠性高，并易于事故处理 电源的规划建设应超前于经济和负荷的增长，而电网的建设又应超前于电源的建设 合理的电源分布及外来电比例，对外联络通道充足合理 具有较大的抗干扰能力，符合N－1要求 合理的短路电流水平，保证能开断任何类型的故障电流 充足的无功补偿容量和有效的无功调节手段 正常情况下（包括正常检修）较少的稳定控制限额N－1安全准则计算,潮流、短路、稳态计算 会不会过负荷（主变、线路） 短路容量（开关开断能力） 稳态问题（系统失稳、解列）,严重故障下电网恢复能力研究,研究目的、意义 北京500kV变电站全停 全停后、考虑“三道防线”，系统稳定状况的评估：频率、电压波动情况 系统快速恢复措施,电力系统突发性灾害事件的严重后果,系统崩溃，全部停电。
系统瓦解分为几块“孤岛”，损失部分负荷 重要变电站或电厂全停电，局部地区停电，损失地区负荷事故特点,事故一般由多重故障引起，例如输电走廊或电网结构遭到严重破坏，从而导致大量的有功缺额造成频率崩溃，或潮流转移引起的线路过载或振荡而扩大事故 对系统事故后动态过程的详细仿真，不仅要分析事故后2~3秒第一摆暂态功角稳定性，还要研究故障后几十秒~几分钟的中长期频率、电压动态过程分析工具特点,清华大学电机系研制的PSTATION软件包 仿真中发电机采用详细模型，考虑调速器和励磁调节器，采用动态负荷模型 计及低频减载和低压减载以及发电机的低频和高频解列、线路的振荡解列等安全稳定装置的动作北京电网结构,1负荷增长较快随着人民生活水平的提高，电冰箱、空调负荷大量增加，使居民负荷的动态特性向对电力系统稳定不利的方向转化本地区发电容量相对较少，系统无功备用容量不足，北京电网的频率、电压调整能力比较弱事故举例－丰万双、沙昌双同时掉闸,丰万双、沙昌双四回500kV线路全部跳闸后，内蒙西部电网和张家口地区电网与华北主网解列，华北电网负荷中心北京电网失去了3100MW的外送电源，并引起华北东北网间联络线上的快速解列装置的动作，华北电网与东北电网将解列运行。
仿真结果,在系统发生事故后动态过程中，共有三轮低频减载动作，华北主网共切除负荷3156MW， （事故丧失外送电源3100MW） 当系统发生故障后，北京地区电压开始下降，500kV系统电压在1.28秒到达最低值0.88 pu由于低频减载动作，切除一部分负荷，以及发电机组励磁调节器的作用，系统电压开始恢复，并在6秒达到最高值1.03pu. 大同至房山双回500kV线路上的潮流，在0.7秒到达最大值2800MW，振荡幅度为400MW左右，5秒后开始稳定，20秒后稳定在2463MW，未超出其热稳定极限，不会导致线路过负荷跳闸在北京电网，在高碑店至王四营220kV线路上潮流最大，为362.7MW+146MVar，低于该线路的热稳定极限533MVA系统恢复方案研究,由于北京电网结构未发生变化，所以系统恢复的目标是：在保证系统安全稳定的前提下，调出系统旋转备用容量和冷备用容量，尽可能恢复负荷供电 大房线输送功率为2463MW，超过系统暂态稳定极限，为了防止系统由于大房线发生故障而失去稳定，尽管北京电网缺少有功功率支持，也必须减少山西电网发电机出力，将大房线潮流调整至稳定极限以下 由于事故后系统已无旋转备用，只能通过京津唐电网冷备用发电容量，来恢复北京电网正常供电。
结论,考虑发电机励磁调节系统和调速系统、负荷的静态和动态特性、发电机高频和低频保护、系统低频减载等，可以详细仿真灾害性事故发生后系统的动态过程，比较准确地反映了灾害性事故发生、发展过程以及造成的严重后果：系统崩溃、系统瓦解和局部地区停电以后的工作中应注意的关键问题,建立适合于研究电力系统中长动态过程的电力系统参数库 建立电网元件运行状态参数库 加强对系统恢复关键性元件的管理 随着电力系统的发展变化，不断研究、完善、更新系统恢复方案城市重要负荷、地区孤岛运行的研究,当主网发生严重故障时，有功不足，或220kV分区供电区域与主网联络线故障时，城市电网可通过主动解列形成孤岛，由本地机组保证重要负荷的供电 紧急措施保证孤岛有功、无功平衡日本东京,系统解列装置结构图,子系统规模：夏季高峰负荷3600MW，本地发电能力700MW，275kV，154kV,66kV电缆充电无功700MVar,装置原理,通过比较城网变电站与主网变电站相角差判断子系统是否已解列 系统由一个中心单元CU和几个RTU构成 RTU把负荷、电抗器、电缆运行数据传输至CU，CU计算后将动作指令返回RTU及边界开关，完成解列，削减负荷，投入电抗操作。
事故实例,1999年11月22日，一架日本自卫队飞机坠毁，将一条275kV架空线撞断，400MW的火电机组和2000MW负荷与主网断开，孤岛频率以5.2Hz/sec的速度降至47.6Hz该装置：1）判断与主网解列后，主动再次解列将重要负荷保留在孤岛里；2）装置将孤岛负荷削减100MW；3）投入80MVar的电抗器保持无功平衡,配电网相关问题,配电网综合评价； 城市中压配电网目标网架规划； 配电网检修计划优化；,配电网综合评价－层次分析法,对电网现存的和即将出现的问题定量给出问题的严重程度与问题出现的具体位置从而避免依靠人工“拍脑瓜”决策可能造成的电网建设改造的盲目性和资金的巨大浪费 传统的配电网评估工作主要包括可靠性、安全性、供电质量等单项评估 层次分析法建立了较为全面的、适合城市配电网特点的综合评价体系，从技术合理性、安全性等多个方面评价电网；应用点面结合的量化分析方法从整体上反映出电网中的问题层次分析法介绍,层次分析法是1977 年由Satty 提出的一种实用的多准则决策方法该方法以其定性与定量相结合处理各种决策因素的特点，以及系统、灵活、简洁的优点，迅速地在社会、经济等领域中广泛应用。
AHP的思想是首先通过建立清晰的层次结构来分解复杂问题，可以归纳为“先分解后综合” 基于IAHP 的综合评判决策包括以下步骤：① 建立层次结构；② 建立方案属性决策表；③ 形成判断矩阵；④ 判断矩阵一致性校验；⑤ 判断矩阵权重求解；⑥ 综合权重计算和排序.,某区域配电网规划分析实例,该区电网规划包括以下内容： ① 全区（62km2）高压配电网；② 核心区（7.43km2）中压配电网；③ 镇一期（2.4km2） 中压配电网10kV配电网综合评价实例,单项指标计算,经过对原始数据分类、统计、拓扑识别、潮流计算、N-1 分析等可得到所有62 个指标的相关数据 这些指标分为如下2 类： （1）不满足技术原则的越界元件的比例，例如主干偏长线路所占比例，这些比例主要通过判据筛选、统计获得 （2）直接反映电网状况的指标，例如主干线平均长度、容载比、线损率等各单项指标都能从不同侧面评价电网指标举例－线路,主干线供电距离； 主干截面配合； 线型非标准化； 配变容量不合理； 功率因数偏低 指标举例－变电站,满足停电校验； 无功容量配置 出线间隔紧张； 变压器容量配置满足N-1？ 结论,通过AHP方法可以建立配电网综合评价指标和评价体系，从安全性、技术合理性等多个方面实现对电网的定量评估。
通过数据分析自动发现电网存在问题，点面结合的量化分析方法既能从整体上反映电网问题，找出最普遍的问题及其位置，又能给出存在问题最多的变电站和线路 针对问题确定近期电网的规划方案，对规划电网进行评估并与现状网对比，从而衡量规划的实施效果在此基础上，提出近期电网建设改造项目与优先级排序，为优化电网建设项目提供了科学决策工具城市中压配电网目标网架规划,规划流程 目标电网规划的技术原则 从现有电网到目标电网的过渡方案,规划流程（1）,确定规划的原则依据规划规范，并考虑城市自身的发展定位，适应本地区的负荷发展，并与城市总体规划协调 收集规划区域相关数据城市规划说明书，图纸，电子地图以及各类建筑负荷指标参考资料、变电站及线路的综合造价 负荷预测主要应用分层分区的空间负荷预测法，可采用功能小区负荷密度指标法进行空间负荷分布预测规划流程（2）,根据负荷分布预测结果，首先确定各10kV配电变电站的容量及位置，然后再确定高压配电变电站的容量和位置及供电范围 根据第4步供电范围的计算结果，按10kV配电网供电范围分区进行规划，形成2～3个优秀的配电网规划方案，同时需满足各种系统的约束条件（如电压水平限制、线路过负荷限制及N－1安全性准则等）。
第6，7步主要对规划方案进行综合分析计算，选择在经济性、可靠性、可行性等方面最优的方案作为规划的最终方案目标电网规划的技术原则 （1）,明确供电分区: 中压配电网依据高压变电站布点、负荷密度和运行管理的需要，分成若干相对独立又能互送电力的分区分区配电网应有明确的供电范围，一般不交错重叠，正常运行时一般应就近供电，其供电范围将随着负荷的变动和新变电站的投入进行调整 中压主干架要清晰可靠，能适应电网的发展，可插入新的电源点，网架的结构应基本保持不变 相邻变电站之间的配电网主干线，通过线路分段和联络设备形成环形网络，正常时开环运行，故障或检修时转移负荷，缩小停电范围目标电网规划的技术原则（2）,10kV配电线路的正常供电半径，城区宜为1.5~2km，市郊不宜超过3～5km 10kV线路主要沿地块内部道路敷设，形成以地块为基础，若干相对独立、供电范围不交叉重叠的片状分区配电网 中压电缆线路考虑逐步过渡到多分段两联络接线模式，部分重要地区可采用主备接线模式；架空线路考虑逐步过渡到多分段多联络目标电网规划的技术原则（3）,电缆线路的组网原则：对环网接线方式，为减少主回路成环的建设周期，避免主回路电缆迂回，节约电缆投资，主回路的环网节点不宜过多，环网节点一般为环网柜，开闭站或配电站；其他负荷点可按照负荷重要程度，由不同环网节点引出的分支线组成小环或辐射状的分支线。
开闭所的设置原则：开闭所应设于负荷中心及两座变电站之间交通便利的场所，以便于加强电网联络，提高供电可靠。