电力系统安全性控制研究
来源:用户上传
作者:
近些年来世界上已发生了几十起严重的停电事故，这种事故的起因往往是在电力系统中频繁发生的一个扰动而造成的。为了可靠供电，一个大规模电力系统必须保持完整并能承受更多可能的故障而不损失负荷，能在最不利的可能故障情况下不致产生不可控的、广泛的连锁反应式的停电。
电力系统安全性（security）是指电力系统承受突然发生的扰动的能力。安全性也称动态可靠性，即在动态条件下电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电量的能力。对于一个显然是安全的系统，任何一种单一的故障都不会造成全系统的破坏。
保持安全是一个必须从全系统水平来考虑的问题。这就要求电力公司之间以及电力公司与用户之间均应互相协作。
1 电力系统运行状态
电力系统运行状态是指电力系统在不同运行条件下的运行状况。根据不同的运行条件，我们将电力系统的运行状态分为正常运行状态、警戒状态、紧急状态和恢复状态等。随着运行条件的变化，电力系统将在各种状态间进行转变。在正常状态下，系统供给充裕的电能，满足上述的安全运行要求，并有足够的储备，同时可以实现系统的经济运行。如果由于系统运行条件的变化和负荷或干扰增大的原因，使系统的安全水平低于某一水平系统将进入警戒状态，此时系统承受干扰的能力降低，应采取预防性控制措施，使系统恢复到正常状态。在警戒状态，当出现足够大的干扰时，系统将进入紧急状态。当采取各种恢复出力和送电能力的措施，迅速而平滑的对用户恢复供电，使解列的系统重新并列。根据系统的实际情况，从紧急状态可以恢复到正常状态或警戒状态。
1.1 电力系统正常运行状态
电力系统正常运行状态是指电力系统满足负荷用电需求的运行状态。此时，电力系统中总的有功功率和无功功率出力能和负荷总的有功功率和无功功率需求达到平衡；电力系统的各母线电压和频率均在正常运行的允许范围内；各电源设备和输配电设备均在其各自规定的限额内运行。在这种状态下，发电及输变电设备均有足够的备用容量，使系统具有适当的安全水平，能承受正常的干扰而不产生有害的后果。在这种正常干扰下，系统能达到一个新的正常运行状态。
1.2 电力系统警戒状态
由于电力系统内部运行条件的变化和外部负荷或干扰的增大而使系统安全储备系数减小时，系统将进入警戒状态。这时，电力系统所有安全约束条件还是满足的，但是系统承受干扰的能力已大大减小，在不强的干扰下或负荷逐渐增大时有可能使系统进入紧急状态，导致电力系统由正常状态向警戒状态转移的因素很多，主要有系统中可用出力的减小、输电能力减小和干扰概率增大三点。
1.3 电力系统紧急状态
当遭受大的干扰、事故或出现异常现象后，电力系统将进入紧急状态。这时，电力系统偏离正常运行方式，电力供需失去平衡，某些保证系统安全性的约束条件受到破坏,并且由于系统的电压和频率超过或低于允许值直接影响对负荷的正常供电。这时，如果能及时而正确地采取一系列紧急控制措施，就有可能使系统恢复到警戒状态，以至正常状态。如果不及时采取措施，或者措施不够有效，就会使系统的运行条件进一步恶化，或者使故障扩大和发展，从而有可能使系统失去稳定而解列成几个子系统，并大量切除负荷及发电机组，从而导致大面积的停电或全系统的崩溃。
1.4 电力系统恢复状态
电力系统在经历紧急状态后，事故已被抑制，从而进入恢复状态。此时电力系统的部分元件（如发电机、线路和负荷）仍被断开，在严重情况下系统被分解为若干个独立的部分系统。所以，要借助一系列的操作，使电力系统在最短的时间内恢复到正常状态或警戒状态，尽量减少对社会各方面的不良影响。这些操作包括：恢复和投入发电机的出力，恢复和投入输变电设备，恢复对开断的负荷供电，使系统解列的部分重新并列等。
2 电力系统安全控制
电力系统安全控制是以保持电力系统安全性为主要目的，同时考虑电能质量和运行经济性的控制。电力系统安全控制是电力系统在各运行状态之间转换，有效的控制所造成的转换应是力图维持系统能在安全正常状态下运行。安全控制包括预防控制、紧急控制、恢复控制。
2.1 预防控制
预防控制是为防止正常运行状态时可能出现的突发事故，应进行预防性的安全分析和控制。它是以一组事先确定的假想事故为基础，对电力系统未来的安全性进行估计。如果发现在某一假想事故下，电力系统将进入警戒或紧急状态，那就认为电力系统在随后可能出像这种事故时将是不安全的。为避免这种潜在的不安全因素，应及时采取相应的控制措施以保证即使出现这种假想的事故，电力系统仍然是安全的，或者尽量减轻对电力系统安全性的威胁。
同样在警戒状态时，也应及时采取预防性控制措施使系统尽快恢复到正常状态。
2.2 紧急控制
电力系统紧急控制的目的是迅速抑制事故及异常现象的发展和扩大;尽量缩小故障延续时间及其对电力系统其他非故障部分的影响；使电力系统能维持和恢复到一个合理的运行水平。这种紧急状态的控制一般分为选择性切除故障阶段和防止事故扩大阶段。在第一阶段，借助各类继电保护和自动装置，有选择性的快速切除部分发生故障的电力系统元件，以避免对电力系统正常部分的影响和个别发电机的失步。在第二阶段，即故障切除后，如继续出现紧急状态，不能立即恢复到警戒（或正常）状态，除了需要采取各种安全控制措施外，允许对部分用户停止供电，以免发生连锁性的故障或电力系统的瓦解。同时，应尽可能缩小停电范围，使对用户造成的影响为最小。
2.3 恢复控制
电力系统在经历紧急状态后，事故已被抑制。此时电力系统中的部分元件仍被断开，在严重情况下系统被分解为若干个独立的部分系统。所以，要借助一些列的操作，使电力系统在最短的时间内恢复到正常状态或警戒状态。尽量减少对社会各方面的不良影响。这些操作包括：恢复和投入发电机的出力，恢复和投入输变电设备，恢复对开断的负荷供电，使系统解列的部分重新并列等。
一次重大事故后的电力系统恢复过程是一个有次序的协调过程，不恰当的恢复顺序可能会引起一次新的事故。应通过信息收集系统了解和确定系统的实时状态，仍旧维持云状的发电机及输变电设备尽可能保证对未断开的用户供电。然后，使断开而没有损坏的电机和输变电设备恢复处理并重新投入系统。在恢复过程中，根据被断开负荷的重要程度和系统的实际可能，逐个的恢复对负荷的供电。在各个部分系统已经恢复到一定程度后，几个部分系统的频率极电压接近或达到额定值后，应将在紧急状态时解列的各部分系统逐个重新并列，使系统尽可能恢复到事故前的运行状态。随着可出力的增加和输变电设备的重新投入，逐步恢复对全系统供电。
参考文献
[1]王锡凡，王秀丽，陈皓勇。电力市场基础[M].西安：西安交通大学出版社，2003.3
[2]蒋纬纬，丁坚勇．电力市场中的备用需求和备用调度，电力建设，2003，24(1)：48―51
[3]余贻鑫，王成山．电力系统稳定性理论与方法[M]．北京：科学出版社，1999．
[4]曾沅，樊纪超，余贻鑫等。电力大系统实用动态安全域[J]．电力系统自动化，2001，25(16)．
[5]赵希正，周小谦，姜绍俊等．中国电力负荷特性分析与预测[M]．北京：中国电力出版社，2002．
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-654691.htm
