电力系统稳定控制技术简介.pptx

电力系统稳定控制技术介绍内容前言：“814”等大停电事故启示 电网的安全性及三道防线暂稳控制研究方向中的几个问题电压紧急控制失步解列控制若干关键技术问题南方电网稳定控制系统简介稳定控制系统的构成及可靠性加强电网三道防线建设的建议一 前言“814”大停电的启示n n 2003 2003年 年8 8月 月14 14日北美发生了震惊世界的大停电，随后相继 日北美发生了震惊世界的大停电，随后相继又发生了澳大利亚、伦敦、瑞典、丹麦、意大利大停电，又发生了澳大利亚、伦敦、瑞典、丹麦、意大利大停电，接着在 接着在2004 2004年 年7 7月 月12 12日希腊首都雅典、日希腊首都雅典、11 11月 月18 18日西班牙首 日西班牙首都马德里市中心发生大停电，都马德里市中心发生大停电，2005 2005年 年1 1月 月8 8日瑞典南部飓 日瑞典南部飓风袭击引起的大停电、风袭击引起的大停电、5 5月 月25 25日上午 日上午11 11时 时10 10分莫斯科发生 分莫斯科发生俄罗斯历史上规模最大的停电事故。大范围的停电事故，俄罗斯历史上规模最大的停电事故。大范围的停电事故，给该地区工业生产、商业活动及交通运输等经济方面造 给该地区工业生产、商业活动及交通运输等经济方面造成巨大损失，并严重影响了人们社会生活。大停电事故 成巨大损失，并严重影响了人们社会生活。大停电事故受到各国政府首脑和整个社会的高度关注。受到各国政府首脑和整个社会的高度关注。n n“814”“814”大停电历时 大停电历时29 29小时、损失负荷 小时、损失负荷6180 6180万千瓦 万千瓦,影及 影及5 5千 千万人口 万人口,损失达 损失达300 300亿美元；意大利数小时的大面积停电，亿美元；意大利数小时的大面积停电，仅直接经济损失就达数亿欧元；莫斯科大停电直接经济损 仅直接经济损失就达数亿欧元；莫斯科大停电直接经济损失至少 失至少10 10亿美元，亿美元，200 200万人停水断电，两万人被困在地铁，万人停水断电，两万人被困在地铁，间接损失无法估计。间接损失无法估计。为什么会发生大停电事故？为什么会发生大停电事故？如何有效防止发生大停电？如何有效防止发生大停电？近几年全球各地发生的重大停电事故20032003年年8 8月 月14 14日 日 美 美国 国的 的纽 纽约 约、底 底特 特律 律和 和克 克利 利夫 夫兰 兰以 以及 及加 加拿 拿大 大的 的多 多伦 伦多 多、渥 渥太 太华 华等 等城 城市 市发 发生 生停 停电 电事 事故 故。大 大面 面积 积的 的停 停电 电使 使这 这些 些城 城市 市的 的地 地铁 铁、机 机场 场、电 电讯 讯等 等设 设施 施和 和公 公共 共交 交通 通基 基本 本陷 陷入 入瘫 瘫痪 痪，造 造成 成重 重大 大经 经济 济损 损失 失，仅纽约就损失约 仅纽约就损失约10.5 10.5亿美元。亿美元。8 8月 月28 28日 日 英 英国 国伦 伦敦 敦和 和英 英格 格兰 兰东 东南 南部 部部 部分 分地 地区 区突 突发 发重 重大 大停 停电 电事 事故 故，伦敦近三分之二地铁停运，大约 伦敦近三分之二地铁停运，大约25 25万人被困在地铁中。万人被困在地铁中。9 9月 月23 23日 日 瑞 瑞典 典和 和丹 丹麦 麦发 发生 生大 大面 面积 积停 停电 电事 事故 故，大 大约 约200 200万 万用 用户 户受 受到 到影 影响 响。当 当地铁路交通被迫停顿，不少人被困在电梯里。地铁路交通被迫停顿，不少人被困在电梯里。9 9月 月28 28日 日 意 意大 大利 利发 发生 生大 大面 面积 积停 停电 电，意 意南 南部 部等 等停 停电 电长 长达 达12 12个 个小 小时 时以 以上 上，严 严重 重影响了居民生活，直接经济损失达数亿欧元。影响了居民生活，直接经济损失达数亿欧元。12 12月 月20 20日美国加利福尼亚州的旧金山市发生大面积停电，造成包 日美国加利福尼亚州的旧金山市发生大面积停电，造成包括市中心、唐人街和北部海滨地区在内的约 括市中心、唐人街和北部海滨地区在内的约12 12万用户断电。万用户断电。2004年 7月12日，希腊首都雅典和南部部分地区发生大面积停电事故，造成交通和公共服务设施大面积瘫痪。8月13日，格鲁吉亚境内一处高压电线网络断裂，导致首都第比利斯大面积停电，造成供水中断，数千名乘客被困在地铁列车内。11月18日，西班牙一变电站发生火灾，导致首都马德里市中心以及南部地区大面积停电，25万市民生活受到影响，马德里部分地铁停驶，公共交通也一度陷于混乱。2005年 1月8日和9日，瑞典西南部遭遇飓风袭击，导致当地40多万户家庭或机构停电，直接损失达数十亿瑞典克朗。5月25日，俄罗斯首都莫斯科南部、西南和东南城区及郊区上午11时发生大面积停电，给莫斯科市造成至少10亿美元的直接经济损失。n n“814”事故的最终调查报告已经公布，以上是从中节录的部分图片，事故的直接原因已比较清楚。但更深层次的原因仍值得分析，从中接收教训：（1）电网整体结构不合理：美国电网建设缺乏总体规划，高低压电磁环网运行；区域电网间信息交换较少，调度员无法监视跨区域电力系统系统全貌。（2）继电保护定值不协调：美国继电保护距离三段定值不能区分线路短时过负荷，定值缺乏统一协调；保护装置的振荡闭锁功能不完善，当线路出现严重过载或系统发生振荡时会误跳闸，引发连锁反应。（33）安稳控制装置的配置不完善：如过负荷控制、失步解）安稳控制装置的配置不完善：如过负荷控制、失步解列、低频低压解列、低压切负荷等配置不足或根本就没列、低频低压解列、低压切负荷等配置不足或根本就没有，不能及时有效制止电网事故的扩大。有，不能及时有效制止电网事故的扩大。（44）调度过分依靠计算机系统，一旦计算机系统异常，）调度过分依靠计算机系统，一旦计算机系统异常，造成信息不全、不可靠，电网调度就无所作为，陷于瘫造成信息不全、不可靠，电网调度就无所作为，陷于瘫痪状态。痪状态。（5）电网运行追求高经济效益，送电接近输送极限，安全稳定裕度很小。一旦线路跳闸引起潮流转移时，就往往引起线路的严重过载，再加上述原因，就容易发生一系列连锁反应，事故扩大。(6)按北美电力可靠性委员会（NERC）标准，“事故时互联电网不要解列，以获得相互支援”，致使电网各参与者在本次事故中未采取任何主动解列操作措施。对这项标准值得重新反思。总之，这次大停电是由多种原因、多个因素形成，值得分析和吸取教训。我国电力系统的发展及安全稳定方面存在的问题 近年来，我国电力系统迅猛发展，目前正在实施 近年来，我国电力系统迅猛发展，目前正在实施“西电东送、西电东送、南北互济、大区联网 南北互济、大区联网”的战略方针。由于电力部门贯彻电力系 的战略方针。由于电力部门贯彻电力系统安全稳定导则、配置了多种安全自动装置，使我国自 统安全稳定导则、配置了多种安全自动装置，使我国自1997 1997年 年至今没有发生大范围的停电事故。但由于电网的建设滞后于电源 至今没有发生大范围的停电事故。但由于电网的建设滞后于电源的建设，输电能力不足的问题日益突出，加剧了电网与电源发展 的建设，输电能力不足的问题日益突出，加剧了电网与电源发展不协调的矛盾，对照 不协调的矛盾，对照“814”“814”等国外大停电事故，应该看到我国 等国外大停电事故，应该看到我国电网还比较薄弱，也存在国外电网类似问题，甚至更加严峻：电网还比较薄弱，也存在国外电网类似问题，甚至更加严峻：（1 1）我国大区电网之间采用弱联网，某些电网存在结构上的不合理；）我国大区电网之间采用弱联网，某些电网存在结构上的不合理；电网的枢纽点及负荷中心电压支撑不足；一些电网的 电网的枢纽点及负荷中心电压支撑不足；一些电网的500kV 500kV与 与220kV 220kV高低压电磁环网仍在运行；电网负荷越来越重，大城市空调 高低压电磁环网仍在运行；电网负荷越来越重，大城市空调负荷比重已占高峰负荷 负荷比重已占高峰负荷30%30%40%40%，高峰备用严重不足（尤其无功，高峰备用严重不足（尤其无功更不足）。更不足）。（2 2）某些电网的规划设计中过于依赖二次系统，一些工程把稳控装置）某些电网的规划设计中过于依赖二次系统，一些工程把稳控装置作为正常方式送电的基本措施。作为正常方式送电的基本措施。（3 3）近年来高压微机保护装置动作可靠性有了显著提高，但还存）近年来高压微机保护装置动作可靠性有了显著提高，但还存在一些问题，例如，保护级差时间过长、保护的距离三段定值的 在一些问题，例如，保护级差时间过长、保护的距离三段定值的配合问题（有的躲不过严重过载）、某些进口保护振荡闭锁不完 配合问题（有的躲不过严重过载）、某些进口保护振荡闭锁不完善等。善等。（4 4）不少电网尚未按导则要求建立起三道防线的防御体系，不少电网尚未按导则要求建立起三道防线的防御体系，例如，只考虑例如，只考虑N-1N-1事故，没有事故，没有N-2N-2、N-3N-3时的对策；高低压时的对策；高低压环网运行，高压电网解开时低压电网措施准备不足；不少环网运行，高压电网解开时低压电网措施准备不足；不少电网没有设置合适的解列点，甚至没有配备解列装置；防电网没有设置合适的解列点，甚至没有配备解列装置；防止电压崩溃的基本措施止电压崩溃的基本措施低电压切负荷装置没有配或没低电压切负荷装置没有配或没有投或不知如何整定；低频、低压减载的容量没有随电网有投或不知如何整定；低频、低压减载的容量没有随电网负荷的增长相应增加负荷的增长相应增加（5 5）安全自动装置的管理体制不够健全，现场误操作引起自动装置）安全自动装置的管理体制不够健全，现场误操作引起自动装置的误切机、切负荷事故多次发生 的误切机、切负荷事故多次发生;尚未形成全国统一的安全稳定控 尚未形成全国统一的安全稳定控制装置的技术条件、运行与检验标准，稳控装置误动作的事件仍 制装置的技术条件、运行与检验标准，稳控装置误动作的事件仍有发生。有发生。（66）电网安全自动装置培训工作有待加强，）电网安全自动装置培训工作有待加强，应该看到我国电网每年事故也不少，某些事故也曾与大应该看到我国电网每年事故也不少，某些事故也曾与大停电擦肩而过，上述问题如不切实注意解决，就难免不会发停电擦肩而过，上述问题如不切实注意解决，就难免不会发生类似生类似“814”“814”大停电的灾难事故。大停电的灾难事故。二 电力系统安全性及三道防线可靠性安全性稳定性电力系统可靠性：是在所有可能的运行方式、故障下，供给所有用电点符合质量标准和所需数量的电力的能力。是保证供电的综合特性（安全性和充裕性）。可靠性是通过设备投入、合理结构及全面质量管理保证的。电力系统安全性：是指电力系统在运行中承受故障扰动的能力。通过两个特征表征（1）电力系统能承受住故障扰动引起的暂态过程并过渡到一个可接受的运行工况，不发生稳定破坏、系统崩溃或连锁反应；（2）在新的运行工况下，各种运行条件得到满足，设备不过负荷、母线电压、系统频率在允许范围内。电力系统充裕性：是指电力系统在静态条件下，并且系统元件负载不超出定额、电压与频率在允许范围内，考虑元件计划和非计划停运情况下，供给用户要求的总的 电力和电量的能力。电力系统稳定性：是电力系统受到事故扰动（例如功率或阻抗变化）后保持稳定运行的能力。包括功角稳定性、电压稳定性、频率稳定性。电力系统承受大扰动能力的标准电力系统安全稳定导则规定我国电力系统承受大扰动能力的 电力系统安全稳定导则规定我国电力系统承受大扰动能力的标准分为三级：标准分为三级：第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电出现概率较出现概率较高的单一故障高的单一故障；第二级标准：保持稳定运行，但允许损失部分负荷 第二级标准：保持稳定运行，但允许损失部分负荷出现概率较出现概率较低的单一严重故障低的单一严重故障;第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃，并尽量减少负荷损失崩溃，并尽量减少负荷损失 出现概率很低的多重性严重事故 出现概率很低的多重性严重事故。为满足三级标准的要求，首先应为满足三级标准的要求，首先应规划、建设一个结构规划、建设一个结构合理的电网，好的网架是电力系统运行的基础合理的电网，好的网架是电力系统运行的基础，同时在我，同时在我国多年来已经形成了 国多年来已经形成了“三道防线 三道防线”的概念，电网的建设应按三的概念，电网的建设应按三道防线进行规划和配置，电网安全运行应按三道防线调度道防线进行规划和配置，电网安全运行应按三道防线调度管理。管理。什么是三道防线？n n为了分析的方便，我们把电力系统运行状态分为：为了分析的方便，我们把电力系统运行状态分为：正常状态，正常状态，警戒状态，紧急状态，失步状态，恢复状态 警戒状态，紧急状态，失步状态，恢复状态。见下页图。见下页图11。n n 在正常与警戒状态下 在正常与警戒状态下采取有效的预防性控制措施可保证电力系采取有效的预防性控制措施可保证电力系统具有足够的安全裕度，能够抵御各种扰动。统具有足够的安全裕度，能够抵御各种扰动。n n针对电网可能遇到的扰动针对电网可能遇到的扰动设置三道防线设置三道防线：第一道防线第一道防线：快速可靠的继电保护快速切除故障元件：快速可靠的继电保护快速切除故障元件，确保，确保电网发生常见的单一故障时稳定运行和正常供电；电网发生常见的单一故障时稳定运行和正常供电；第二道防线第二道防线：采用稳定控制装置及切机、切负荷等稳定控制：采用稳定控制装置及切机、切负荷等稳定控制措施措施，确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运，确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行；行；第三道防线第三道防线：设置失步解列、频率及电压紧急控制装置：设置失步解列、频率及电压紧急控制装置，当电网，当电网遇到多重严重事故而稳定破坏时，依靠这些装置防止事故遇到多重严重事故而稳定破坏时，依靠这些装置防止事故扩大、防止出现大面积停电。扩大、防止出现大面积停电。为保证电力系统的安全稳定运行，首先应建立合理的电网结构、具有预防性控制的调度手段，配备性能完善的继电保护系统、并根据电网具体情况设置安全稳定控制装置和相应的失步解列、频率与电压紧急控制装置，组成一个完备的电网安全防御体系，保持电网运行中必要的安全稳定裕度，抵御各种扰动事故，确保电网的安全稳定运行。