第一講：安全自動(dòng)裝置概念及作用

1、電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的概念及作用張 保 會(huì)西安交通大學(xué) 2009/04/15參考教材1、作者 袁季修 編 書號(hào)：TM712 /6 題名 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制/袁季修 編 出版發(fā)行 中國(guó)電力出版社2、作者 袁季修編著 書號(hào)： 書名 防御大停電的廣域保護(hù)和緊急控制 出版發(fā)行 水利電力出版社 2007年3月3、作者 王梅義 編 書號(hào)：TM71 /1 題名 大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)/王梅義、吳竟昌、蒙定中 編 出版發(fā)行 水利電力出版社4、作者 劉笙 編 書號(hào)：TM712 /5 題名 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的能量函數(shù)分析/劉笙、汪靜 編 出版發(fā)行上海交通大學(xué)出版社5、作者 韓禎祥 編 書號(hào)：TM76 /4 題名 電力系

2、統(tǒng)自動(dòng)控制/韓禎祥 編 出版發(fā)行 水利電力出版社6、作者 王梅義 編著 書名 大電網(wǎng)事故分析與技術(shù)應(yīng)用 出版發(fā)行 中國(guó)電力出版社 2008.3參考文獻(xiàn)見書面目錄：目 錄電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的概念從國(guó)際大停電事故看安全自動(dòng)裝置的重要性目前安全自動(dòng)裝置的配置及存在的問題我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全自動(dòng)裝置的要求電力系統(tǒng)廣域運(yùn)行信息及其可能的應(yīng)用電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（1）電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài) 電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（2）電力系統(tǒng)異常運(yùn)行狀態(tài)： 不等式約束部分不滿足； 避免或調(diào)控消除異常狀態(tài)； 主要依靠安全自動(dòng)裝置。電力系統(tǒng)故障狀態(tài)： 部分等式和不等式約束不滿足； 切除故障元件消除故障，使系統(tǒng)過渡到

3、正常狀態(tài)。 主要依靠繼電保護(hù)。 電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的概念（1）概念 反應(yīng)電力系統(tǒng)及其部件運(yùn)行異常，并能自動(dòng)控制其在盡可能短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)的控制裝置或系統(tǒng)。 可能的系統(tǒng)或元件不正常狀態(tài)： 因?yàn)榍谐收匣蛘`動(dòng)造成的發(fā)電功率與輸用電功率不平衡。 可采用備用電源或設(shè)備自動(dòng)投如、事故緊急減出力、抽水改發(fā)電、水輪發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)或調(diào)相改發(fā)電等，快速保持穩(wěn)態(tài)發(fā)輸電能力與用電需求的平衡。電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的概念（2）1、保持供電連續(xù)性和輸電能力的自動(dòng)重合閘裝置：母線重合閘、變壓器重合閘、線路重合閘保證供電連續(xù)性的：?jiǎn)蝹?cè)電源的重合閘保持輸電能力的重合閘：雙側(cè)電源線路重合閘盡快恢復(fù)供電、輸電設(shè)備的運(yùn)

4、行，盡量減少網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，盡快恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)輸電能力；同時(shí)考慮減少重合于永久故障時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的不平衡能量，提高暫態(tài)穩(wěn)定能力。電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的概念（3）2、保持穩(wěn)態(tài)輸電能力與輸電需求的平衡 過負(fù)荷控制與報(bào)警：根據(jù)離線計(jì)算和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已知某些元件跳開后輸電能力不足肯定過負(fù)荷時(shí)，采用連鎖切機(jī)、切負(fù)荷，遠(yuǎn)方切機(jī)、切負(fù)荷等。當(dāng)難于有明顯的唯一措施時(shí)，報(bào)警由運(yùn)行人員控制。3、用于保持動(dòng)態(tài)輸電能力和輸電需求的平衡 暫態(tài)穩(wěn)定控制：邏輯式連鎖切機(jī)、切負(fù)荷；利用局部量的穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與緊急控制裝置；基于離線或在線計(jì)算的區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)；電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的概念（4）4、保持頻率在安全范圍內(nèi)的自動(dòng)裝置 當(dāng)發(fā)

5、電能力過剩或不足時(shí)，系統(tǒng)頻率會(huì)升高或降低，參見負(fù)荷的頻率特性和調(diào)速器的調(diào)頻特性。 在動(dòng)態(tài)過程中，一般采用頻率繼電器控制切負(fù)荷和發(fā)電機(jī)，如低周減載、高周切機(jī)等保持頻率的動(dòng)態(tài)平衡。 通過頻率及其變化率的定值，繼電器執(zhí)行控制。在系統(tǒng)中如何配置和配合頻率繼電器，是主要問題；保安的高周波切機(jī)與系統(tǒng)頻率控制的切機(jī)是不同的。 電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的概念（5）5、保持無功功率緊急平衡的自動(dòng)控制裝置 防止擾動(dòng)后無功不平衡、電壓不合格，設(shè)置電壓緊急控制裝置。 常見的有： 強(qiáng)行勵(lì)磁、電容器強(qiáng)補(bǔ)； 切除并聯(lián)電抗器、切負(fù)荷（低壓減載）。電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的概念（6）6、失步解列裝置 將失步后的系統(tǒng)解列成幾個(gè)獨(dú)立的子系

6、統(tǒng)，并能讓各子系統(tǒng)盡可能功率平衡，通過控制保持或恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。失步解列裝置：直接或間接反應(yīng)失步系統(tǒng)間的功角，當(dāng)確實(shí)失步后，跳開失步系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)線（斷面）。配合：低周減載、低壓減載、高周切機(jī)等，保持或恢復(fù)子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。從大停電事故看安全自動(dòng)裝置重要性（1）國(guó)外03年發(fā)生的大停電事故特大停電事故是現(xiàn)代社會(huì)的災(zāi)難國(guó)家 發(fā)生時(shí)間 事故名稱 事故后果 美國(guó) 2003.8.14北美東部網(wǎng)損失負(fù)荷61.8GW，停電8州1省5000萬人，停電面積24000平方公里，最長(zhǎng)停電29小時(shí)，損失300億美元。瑞典丹麥 2003.9.23瑞典丹麥停電1800MW，影響500萬人用電，停6.5小時(shí)意大利 200

7、3.9.28意大利6,400MW的功率缺額，最后導(dǎo)致頻率崩潰，停電19小時(shí)。英國(guó)2003.8.28倫敦地鐵停電724MW，影響41萬用戶，50萬乘客被困，停電37分鐘1小時(shí)馬來西亞 2003.9.1馬來西亞馬來西亞北方5個(gè)州發(fā)生大停電事故，停電持續(xù)約4個(gè)小時(shí)。從大停電事故看安全自動(dòng)裝置重要性（2）美國(guó)發(fā)生的其它大停電事故預(yù)防特大停電事故是對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的挑戰(zhàn)事故名稱時(shí)間后果美國(guó)東北部大停電1965.11.9最長(zhǎng)停電時(shí)間達(dá)13h，影響居民3000萬人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1億美元。紐約大停電事故 1977.7.13停電時(shí)間達(dá)25h，停電引起貧民區(qū)縱火與搶劫，華爾街計(jì)算機(jī)停電，損失價(jià)值超過百萬人小時(shí)。美

8、國(guó)西部網(wǎng)大停電1994.12.14系統(tǒng)解列成東西南北四個(gè)大島，事故影響到14個(gè)州200萬人的用電。美國(guó)西部網(wǎng)大停電1996.7.2系統(tǒng)解列成五個(gè)孤島，事故影響14個(gè)州200萬用戶美國(guó)西部網(wǎng)大停電1996.8.10系統(tǒng)解列成四個(gè)孤島，事故影響9個(gè)州750萬用戶從大停電事故看安全自動(dòng)裝置重要性（3）大停電的直接原因分析：在部分元件停運(yùn)檢修狀態(tài)下，局部發(fā)生故障；故障切除后運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移中部分輸電元件運(yùn)行異常或保護(hù)誤動(dòng)；后備保護(hù)和自動(dòng)裝置切除過載的輸電元件；連鎖過載被切除后的輸電通道轉(zhuǎn)移及系統(tǒng)不穩(wěn)定；輸電網(wǎng)絡(luò)被大面積的無序斷開后低周波、低電壓、高周波等自動(dòng)裝置分散動(dòng)作使系統(tǒng)崩潰。目前安全自動(dòng)裝置的配置及

9、存在的問題（1）目前安全自動(dòng)裝置的配置及存在的問題（2）目前安全自動(dòng)裝置的配置及存在的問題（3）目前安全自動(dòng)裝置的配置及存在的問題（4）目前安全自動(dòng)裝置的配置及存在的問題（5）目前安全自動(dòng)裝置的配置及存在的問題（6）目前安全自動(dòng)裝置的配置及存在的問題（7）目前安全自動(dòng)裝置的配置及存在的問題（8）大停電事故的啟示：任意堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)都存在較薄弱的運(yùn)行方式和嚴(yán)重的運(yùn)行狀態(tài)；跟蹤運(yùn)行方式和適應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是不可缺或的；分散安裝、獨(dú)立動(dòng)作的自動(dòng)裝置可能保護(hù)電網(wǎng)，也可能切跨電網(wǎng)；電網(wǎng)主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的不安全，是大停電事故的直接原因；電網(wǎng)的無序解列、開斷造成了恢復(fù)的困難。目前安全自動(dòng)裝置的配置及存在的問題

10、（9）可吸取的教訓(xùn)：元件的故障或擾動(dòng)，在局部系統(tǒng)內(nèi)部采取措施來消除，影響，不使其擴(kuò)散到局部系統(tǒng)外；區(qū)域系統(tǒng)之間輸電斷面上的故障，切除故障元件后盡量保持輸電斷面的完整性；反應(yīng)元件運(yùn)行異常的保護(hù)應(yīng)與系統(tǒng)的安全自動(dòng)裝置協(xié)調(diào)動(dòng)作，保證網(wǎng)絡(luò)連接的強(qiáng)壯性，盡量滿足輸電能力與輸電需求的平衡，切不可獨(dú)立、無序亂動(dòng)；互聯(lián)系統(tǒng)失穩(wěn)后，應(yīng)按功率盡可能平衡的原則有序解列，避免大面積停電，并有利快速恢復(fù)。我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全自動(dòng)裝置的要求（1）0200220209.5億千瓦中國(guó)： 世界第二美國(guó)： 世界第一我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全自動(dòng)裝置的要求（2）2020年西電東送方案京津唐長(zhǎng)江三角洲珠江三角洲傳輸功率1.2億千瓦500kv2

11、20kv330kv火電廠水電廠核電廠變電站我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全自動(dòng)裝置的要求（3）西北華北東北山東川渝華中華東南方福建海南西藏ACBack to back or DCBack to backACACDC3DCACDCACBack to backDCBack to back sea cable2003.9聯(lián)網(wǎng)新疆中國(guó)大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)基本框架我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全自動(dòng)裝置的要求（4）第一道防線：高速、準(zhǔn)確地切除故障元件的繼電保護(hù)和 反應(yīng)被保護(hù)設(shè)備運(yùn)行異常的保護(hù)被我國(guó)超高壓電網(wǎng)普遍采用的裝備利用被保護(hù)元件兩端的盡可能簡(jiǎn)單的信息；超高壓系統(tǒng)主保護(hù)動(dòng)作速度1025毫秒；超高壓系統(tǒng)主保護(hù)動(dòng)作正確率99.82%;正在

12、研究、未來可能裝備電網(wǎng)的保護(hù)利用被保護(hù)元件單端或兩端故障暫態(tài)信息的繼電保護(hù)主保護(hù)動(dòng)作速度25毫秒以盡可能快的速度、在盡可能小的范圍內(nèi)切除故障，減少系統(tǒng)產(chǎn)生的不平衡能量我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全自動(dòng)裝置的要求（5）第二道防線：保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的安全自動(dòng)裝置自動(dòng)重合閘裝置：除減少重合于永久故障時(shí)系統(tǒng)不平衡能量外，盡量減少網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，盡快恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)輸電能力；備自投、事故減出力、自動(dòng)切負(fù)荷、抽水改發(fā)電等：快速保持穩(wěn)態(tài)發(fā)輸電能力與用電需求的平衡。過負(fù)荷控制：連鎖切機(jī)、切負(fù)荷，遠(yuǎn)方切機(jī)、切負(fù)荷等。保持穩(wěn)態(tài)輸電能力與輸電需求的平衡。暫態(tài)穩(wěn)定控制：邏輯式連鎖切機(jī)、切負(fù)荷；利用局部量的穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與緊急控制裝置；基于離

13、線或在線計(jì)算的區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)；用于保持動(dòng)態(tài)輸電能力和輸電需求的的平衡。我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全自動(dòng)裝置的要求（6）第三道防線：失步解列與頻率、電壓控制失步解列：在互聯(lián)電網(wǎng)失去同步后，在預(yù)定的地點(diǎn)解列， 以求各子網(wǎng)能獨(dú)立滿足供電需求。頻率控制：通過低周減載、開啟備用機(jī)組等滿足頻率要求， 通過高周切機(jī)保證頻率穩(wěn)定、機(jī)組安全。電壓和無功控制：通過低壓減載和增發(fā)無功維持電壓水平， 防止電壓崩潰。爭(zhēng)取各自平衡，盡量減少對(duì)用戶的損失，維持各子網(wǎng)的安全，創(chuàng)造并網(wǎng)條件。我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全自動(dòng)裝置的要求（7）市省級(jí)電網(wǎng)省 大區(qū)電網(wǎng) 我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模升級(jí)與穩(wěn)定破壞事故我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全自動(dòng)裝置的要求（8）“三道防線”建

14、設(shè)中應(yīng)該加強(qiáng)的研究：采用最佳重合閘技術(shù)，減少第二次故障沖擊、盡可能減少網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和潮流的變化，維持穩(wěn)態(tài)輸電能力、提高暫穩(wěn)極限。構(gòu)建輸電斷面或網(wǎng)絡(luò)的輸電能力保護(hù)，協(xié)調(diào)和優(yōu)化在元件運(yùn)行異常、特別是線路過負(fù)荷后采取的網(wǎng)絡(luò)切換，保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)傳輸能力與負(fù)荷的平衡，防止元件連鎖過載被切除。研制自適應(yīng)電力系統(tǒng)模型和參數(shù)的暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測(cè)與緊急控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定極限，增加網(wǎng)絡(luò)的輸電能力。研究自適應(yīng)的失步解列與快速恢復(fù)控制系統(tǒng)，減少停電容量和停電時(shí)間。電力系統(tǒng)廣域運(yùn)行信息及其可能的應(yīng)用（1） 1、電力系統(tǒng)廣域穩(wěn)態(tài)運(yùn)行信息 電力系統(tǒng)地域的廣袤性、電力設(shè)備的眾多性、電能傳輸?shù)目焖傩砸约半娔軐?shí)時(shí)的平衡特性，決定

15、了反應(yīng)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，是保障電力系統(tǒng)安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年與電網(wǎng)建設(shè)同步的發(fā)展，基于五級(jí)SCADA靜態(tài)信息采集系統(tǒng)的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)建立，支撐著現(xiàn)代的電力生產(chǎn)。 這些信息反應(yīng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況，以分層分布式信息流結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)更新周期為秒鐘級(jí)。電力系統(tǒng)廣域運(yùn)行信息及其可能的應(yīng)用（2）2、電力市場(chǎng)信息支持系統(tǒng) 電力市場(chǎng)化改革后，電能的商品屬性日漸凸現(xiàn)，表達(dá)電能價(jià)值、價(jià)格的實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)信息成為決定電能交易的決定性信息。因?yàn)殡娔茉谖锢砩系膶?shí)時(shí)平衡特性，使得電能安全運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)交易互相制約、密不可分。同時(shí)表征二者特性的信息系統(tǒng)，成為市場(chǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)信息系統(tǒng)。 這些信息反應(yīng)電力市場(chǎng)的交易、電價(jià)、電費(fèi)和電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況，以分層分布式信息流和點(diǎn)到點(diǎn)的信息流結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)更新周期為秒鐘級(jí)。電力系統(tǒng)廣域運(yùn)行信息及其可能的應(yīng)用（3）3、電力系統(tǒng)廣域動(dòng)態(tài)運(yùn)行信息 描述電力設(shè)備及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的信息，利用這些信息可以掌握和預(yù)計(jì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，通過施加適當(dāng)?shù)目刂?，調(diào)控電力系統(tǒng)向預(yù)定的目標(biāo)變化。 例如：具有同步時(shí)鐘、同時(shí)測(cè)量的電壓、電流、功率和功角信息及其高速的傳遞網(wǎng)絡(luò)。 隨著全球同步時(shí)鐘的出現(xiàn)