電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制

1、摘要：近年來，伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大使得電網(wǎng)體系 的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電力設(shè)備單機(jī)容量逐步提高，與之相關(guān)的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題也 不斷涌現(xiàn)。積極研究和運(yùn)用先進(jìn)的安全穩(wěn)定控制技術(shù)不但可以使電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠 性大大提高，而且可以直接帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。從電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的相關(guān)概念入 手分析了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的相關(guān)技術(shù)，然后就這些技術(shù)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng) 用進(jìn)行了說明，旨在為電力部門提高安全穩(wěn)定控制水平提供參考。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；安全穩(wěn)定；控制技術(shù)；應(yīng)用電力作為當(dāng)今社會(huì)最主要的能源，與人民生活和經(jīng)濟(jì)建設(shè)息息相關(guān)。供電系統(tǒng)如 果不穩(wěn)定，往往導(dǎo)致大面積、長(zhǎng)時(shí)間的停電事故，造成

2、嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響。 因此，學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制理論并研究適應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求的新的電力系統(tǒng)安全 穩(wěn)定控制技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)當(dāng)前電力資源的合理配置、提高我國(guó)現(xiàn)有電力系統(tǒng)的輸電能力 和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。一、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制概述電力系統(tǒng)穩(wěn)定的相關(guān)概念電力系統(tǒng)的主要任務(wù)就是向用戶提供不間斷的、電壓和頻率穩(wěn)定的電能。它的性 能指標(biāo)主要包括安全性、可靠性和穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)可靠性是指符合要求長(zhǎng)期運(yùn)行的 概率，它表示長(zhǎng)期連續(xù)不斷地為用戶提供充足電力服務(wù)的能力。安全性指電力系統(tǒng)承 受可能發(fā)生的各種擾動(dòng)而不對(duì)用戶中斷供電的風(fēng)險(xiǎn)程度。穩(wěn)定性是指經(jīng)歷擾動(dòng)后電力 系統(tǒng)保持完整運(yùn)行的持續(xù)性。電力

3、系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制模式的分類按照信息采集和傳遞以及決策方式的不同，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制模式可以分為 以下幾種：一是就地控制模式。在這種控制模式中，控制裝置安裝在各個(gè)廠站，彼此 之間不進(jìn)行信息交換，只能根據(jù)各廠站就地信息進(jìn)行切換和判斷，解決本廠站出現(xiàn)的 問題。二是集中控制模式。這種控制模式擁有獨(dú)立的通信和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在調(diào)度中 心設(shè)置有總控，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)制定相應(yīng)的控制 策略表，發(fā)出控制命令并實(shí)施對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制。三是區(qū)域控制模式。區(qū)域 控制型穩(wěn)定控制系統(tǒng)是針對(duì)一個(gè)區(qū)域的電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題而安裝在多個(gè)廠站的安全穩(wěn) 定控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)站間運(yùn)行信息的相互交換和控

4、制命令的傳送，并在較大范圍實(shí) 現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制。二、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的關(guān)鍵技術(shù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的常用技術(shù)（1 ）低頻控制技術(shù)。低頻振蕩與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行狀況及發(fā)電機(jī)磁系統(tǒng)參數(shù)密 切相關(guān)，產(chǎn)生的原因主要包括遠(yuǎn)距離的輸電電路發(fā)生功率擺動(dòng)、大區(qū)間聯(lián)系弱、大機(jī) 組系統(tǒng)阻尼變?nèi)?、遠(yuǎn)距離輸電線路中部或受端的電壓不足等。在安全穩(wěn)定控裝置內(nèi)增 加低頻檢測(cè)判據(jù)和控制策略就可實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振蕩進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)和控制。具體措施包 括增強(qiáng)網(wǎng)架、串聯(lián)補(bǔ)償電容、采用直流輸電方案和在遠(yuǎn)距離輸電線路中部裝設(shè)同步調(diào) 相機(jī)以加強(qiáng)電壓支撐的作用。（2）低壓控制技術(shù)。電壓不穩(wěn)定是促使低壓控制技術(shù)產(chǎn)生的重要?jiǎng)恿σ蛩?，因?yàn)?

5、電壓不穩(wěn)定往往導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。電壓崩潰是伴隨電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致電力系統(tǒng)大 面積、大幅度的電壓下降的過程，致使大范圍內(nèi)停電。低壓控制技術(shù)能利用相關(guān)的信 息管理系統(tǒng)采集當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行是的各種數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以針對(duì)可能造成電壓崩潰的預(yù) 想事故進(jìn)行暫態(tài)電壓穩(wěn)定（小于10秒）和中期電壓穩(wěn)定（10 30秒）分析計(jì)算，提 出電壓預(yù)防性控制措施。（3 ）過頻控制技術(shù)。如果送電聯(lián)絡(luò)線發(fā)生跳閘，相關(guān)的電網(wǎng)就會(huì)因?yàn)楣β蔬^剩導(dǎo) 致發(fā)電機(jī)加速和電網(wǎng)頻率的升高，而過高的頻率是導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)定的重要因素。過頻 切機(jī)是目前電網(wǎng)系統(tǒng)所普遍采用的防止頻率過高的防護(hù)措施。過頻切機(jī)的運(yùn)行機(jī)制就 是根據(jù)電網(wǎng)電源的分布情況合理配置過頻切機(jī)裝

6、置和這些裝置的動(dòng)作值。為了提高動(dòng) 作的可靠性，應(yīng)設(shè)有頻率啟動(dòng)級(jí)和頻率變化率閉鎖，具體的過頻控制工作原理如圖1 所示。基于光電傳感器的新技術(shù)與傳統(tǒng)的電壓和電流互感器相比，新型光學(xué)電流和電壓互感器具有非常明顯的優(yōu) 勢(shì)，譬如良好的絕緣性能、較強(qiáng)的抗電磁干擾能力等。與現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理器（DSP ） 技術(shù)緊密結(jié)合的光電傳感器成為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)的新導(dǎo)向，同時(shí)將其應(yīng)用 于全球定位系統(tǒng)（GPS ）中可以使廣域中采集實(shí)時(shí)量的統(tǒng)一時(shí)標(biāo)問題得到有效的解決。 這一問題的解決對(duì)促進(jìn)繼電保護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。自適應(yīng)穩(wěn)定控制技術(shù)使控制系統(tǒng)對(duì)未建模部分的動(dòng)態(tài)過程以及對(duì)過程參數(shù)的變化變得不敏感是自

7、適應(yīng) 控制的最終目標(biāo)。其作用原理是這樣的：當(dāng)系統(tǒng)控制過程發(fā)生動(dòng)態(tài)變化時(shí)，自適應(yīng)控 制系統(tǒng)就能及時(shí)捕捉到這一變化并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制策略和相關(guān)的控制器參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。除此之外，為了使控制操作更為精確，安裝有自適應(yīng)穩(wěn)定控制系統(tǒng) 的電力系統(tǒng)主站或調(diào)度中心還可以根據(jù)其所接收的電網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)完成緊急控制策 略的自動(dòng)優(yōu)化，從而有效實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自適應(yīng)穩(wěn)定控制，同時(shí)還具備相關(guān)的事故自 動(dòng)處理功能。目前，自適應(yīng)穩(wěn)定控制技術(shù)與電力系統(tǒng)緊急控制在線決策技術(shù)以及廣域測(cè)量技術(shù)的有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的廣域測(cè)量分析控制一體化，為實(shí)現(xiàn)電 力系統(tǒng)安全穩(wěn)定提供了極為重要的技術(shù)支撐。三、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制

8、技術(shù)應(yīng)用分析電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制體系的構(gòu)建在進(jìn)行電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)要把電力系統(tǒng)的安全性放在首要位置，確保電力系統(tǒng) 的持續(xù)安全穩(wěn)定。因此，運(yùn)用電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)構(gòu)建合理的、具有預(yù)防性控 制調(diào)度手段的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，組成一個(gè)完備的電網(wǎng)安全防御體系是預(yù)防電力系統(tǒng)動(dòng)蕩因素 和大停電事故的有效方式。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制體系是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)工程，涉 及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式規(guī)劃、安全穩(wěn)定控制和系統(tǒng)自動(dòng)控制等方面。電 力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制體系可以分為受擾動(dòng)前的電力系統(tǒng)安全保障體系和受擾動(dòng)后的電 力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制體系。系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個(gè)體系由三道防線構(gòu)成。 第一道防線：用于保證系統(tǒng)正常運(yùn)

9、行和承受各類電力系統(tǒng)大擾動(dòng)的安全要求。在發(fā)生 安全故障時(shí)該防線可以借助繼電保護(hù)機(jī)制安全快速切除故障元件，確保電網(wǎng)發(fā)生常見 的單一故障時(shí)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行。該防線主要應(yīng)用了繼電保護(hù)、一次性系統(tǒng)設(shè)備以及 安全穩(wěn)定預(yù)防性控制技術(shù)等措施。第二道防線：該防線借助穩(wěn)定控制裝置及切機(jī)、切負(fù)荷等穩(wěn)定控制、功率緊急調(diào) 制以及串聯(lián)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)措施來有效預(yù)防穩(wěn)定破壞，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生嚴(yán)重越限時(shí)的緊 急控制，從而確保在發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)電網(wǎng)能繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行。第三道防線：該防線采用系統(tǒng)解列、再同步以及頻率及電壓緊急控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)崩潰時(shí)的緊急控制，從而當(dāng)電網(wǎng)遇到多重嚴(yán)重事故而穩(wěn)定破壞時(shí)可以有效防止事 故擴(kuò)大，從源頭上杜絕

10、電力供應(yīng)中大面積停電的出現(xiàn)。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制過程分析電力系統(tǒng)作為一個(gè)極其復(fù)雜的非線性的動(dòng)態(tài)大系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的電氣量變化范圍 相對(duì)比較大，而且持續(xù)的時(shí)間短，分析計(jì)算又相對(duì)比較繁瑣，決定了電力系統(tǒng)安全穩(wěn) 定控制過程實(shí)現(xiàn)起來也相對(duì)較為復(fù)雜，為了更好地保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制效果， 要求相關(guān)安全控制策略的分析計(jì)算應(yīng)在事故發(fā)生前做好相關(guān)充分的準(zhǔn)備工作。解決這 一問題的方法一般有兩種：一是在線方式。該方法主要是根據(jù)當(dāng)時(shí)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀 態(tài)由在線決策系統(tǒng)的服務(wù)器對(duì)可能發(fā)生的相關(guān)故障進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算，從而形成當(dāng)前 電網(wǎng)的穩(wěn)定控制策略表。需要指出的是，該方法的實(shí)現(xiàn)需要當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和大 量相關(guān)的數(shù)據(jù)信

11、息，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，在實(shí)際的分析計(jì)算中很少采用該方法。二是 離線方式。它是人為通過對(duì)電網(wǎng)不同運(yùn)行狀態(tài)下可能遇到的故障進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算分析后 形成的電網(wǎng)的穩(wěn)定控制策略表的一種分析計(jì)算方法。相比較在線方式，該方法實(shí)現(xiàn)起 來比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是計(jì)算、維護(hù)工作量大，對(duì)電網(wǎng)發(fā)展變化的適應(yīng)性較差。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制過程的核心就是要生成電網(wǎng)的穩(wěn)定控制策略表，而系統(tǒng)穩(wěn) 定控制決策的主要任務(wù)就是通過不斷計(jì)算分析當(dāng)前這些控制策略表內(nèi)容以形成新的控 制策略，從而不斷刷新穩(wěn)控裝置的策略表的控制策略。然后在事故發(fā)生時(shí)這些穩(wěn)控裝 置就可以根據(jù)事故前電網(wǎng)運(yùn)行方式、有關(guān)參數(shù)及故障類型查找預(yù)先存放在裝置內(nèi)的控 制策略表，采取相應(yīng)的措施，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。四、結(jié)語(yǔ)充分發(fā)掘與綜合運(yùn)用信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及控制領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)來為電力系 統(tǒng)安全穩(wěn)定控制服務(wù)是提升電力安全系統(tǒng)穩(wěn)定控制水平