電力安全防御系統的配置及其技術特點研究

秦 濤

（國網寧夏電力公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠751100）

0 引言

電力應急體系的構建一直是當前電網安全與防御方面研究的焦點內容。隨著電力系統數字化和智能技術的發展，建立起廣域防御電網事故的電力應急體系成為了必要。

1 電力安全防御系統的配置

在電力系統中采用合理的、性能完善的安全防御系統，是提高系統輸送能力，保證系統安全穩定運行的重要措施，這一點已成為人們的共識。但是安全防御裝置在系統中如何具體配置，如何整定和驗算其控制效果等，則還存在許多不同看法

在某些極端嚴重故障或多種偶然因素影響下都要求保證系統穩定是不可能的，也是不合理的。但在這種情況下要求不致造成系統大面積停電則是可能的和合理的。又如有的人提出在當前控制技術和通信技術迅速發展的條件下，可以設置一個集中的災變防治系統來全面處理各種緊急情況，這樣做是現實和合理的嗎?類似的問題還是很多的，這些都嚴重影響安全防御措施在系統中的設置原則和性能要求。因此，對這些問題進行必要的討論，可能是有益的。

我國電力系統根據長期的運行經驗，多次嚴重故障的教訓，并吸取了國外電力系統一些大面積停電事故的教訓，已經總結結出一套系統安全防御措施配置的原則和經驗。這些原則和經驗在DL 755-2001《電力系統安全穩定導則》和 DL/T 723-2000《電力系統安全穩定控制技術導則》中已表述很清楚。這些導則中明確指出，電力系統應根據故障的嚴重程度，可能發生的概率，合理設置三道防線來抗御相應的故障。每道防線的技術和結構特點應與其功能相適應。我國各系統貫徹執行了這些規定，盡管尚有某些不足之處，但系統性事故基本是逐年下降的，多年未發生大面積停電的系統崩潰事故。

我國電力系統三道防線的配置如下：

（1）第一道防線——符合導則規定的第一級安全穩定標準。

目標：在系統正常運行，承受第一類概率較大的單一元件故障時，保證系統正常供電，不損失負荷。系統各項參數不超出允許范圍，不發生連鎖反應和穩定破壞現象。系統如出現潛在不安全因素，如穩定儲備不足，應能及時消除，恢復安全狀態。

設施：第一道防線應主要由一次系統和常規二次保護裝置實現。一次系統應建立合理的電網結構、配備完善的電力設施、安排合理的運行方式。二次系統應配備性能完善的繼電保護系統迅速隔離和限制故障的發展。同時還應配備適當的預防性安全穩定控制措施，如潮流、電壓等自動調節裝置，當系統出現潛在安全危機時，能迅速恢復系統的安全性。

（2）第二道防線——符合導則規定的第二級安全穩定標準。

目標：在系統承受第二類較嚴重的故障時，防止系統穩定破壞和運行參數越限。

設施：設置防止穩定破壞的控制以保持系統的整體性，包括切機及切負荷等措施。這些措施可能損失部分負荷。

（3）第三道防線——符合導則規定的第三級安全穩定標準。

目標：在系統承受第三類極端嚴重的故障時防止系統崩潰造成大面積停電和對最重要負荷(包括廠用電)的災害性停電。

設施：第三道防線應主要由二次系統的廣域保護(系統保護、安全自動裝置)和嚴重故障狀態下的緊急控制實現，包括系統有計劃解列，低頻減負荷、低壓減負荷和切機等，使負荷損失盡可能減到最小。

2 電力安全防御系統的特點

2.1 預防控制

按照電力系統安全準則，電力系統正常運行時出現上述第一類故障應能保持穩定和不損失負荷，即要求系統正常運行具有一定安全穩定裕度。如果由于某種原因使系統的安全穩定裕度低于規定值，則系統處于潛在不充裕或不安全的警戒狀態。為提高充裕性和安全性使電力系統恢復正常安全運行而進行的控制稱為預防控制。預防控制協同繼電保護構成保證系統安全穩定的第一道防線。

預防控制內容包括：功角及潮流控制以保持穩定裕度和避免過負荷；頻率控制以保持系統頻率于規定范圍和適當運行功率備用；電壓控制以保持母線電壓于規定范圍和合理分配無功功率；改善阻尼特性控制以保持系統必要的阻尼水平。預防控制的措施包括發電機功率預防性控制、發電機勵磁附加控制、并聯和串聯電容補償控制、高壓直流輸電(HVDC)功率調制以及其他靈活交流輸電(FACTS)控制等。需要特別指出的是PSS和FACTS等改善阻尼特性的控制，在正常運行和事故后均起作用，隸屬于預防性控制。

預防控制的實現方法通常采用：監視運行參數并與目標值比較，如系統功角、線路潮流、母線電壓、系統頻率等實際運行參數與事先確定的運行目標值進行比較，如不一致則進行必要的控制以消除這種差異；通過在線仿真進行監視。根據系統在線運行狀態，按當時或以后短時間內可能的變化情況，設定各種故障進行仿真。

2.2 防止暫態穩定破壞和參數越限的緊急控制

電力系統由于較嚴重故障(第二類大擾動)進人緊急狀態，為防止系統暫態穩定破壞、運行參數嚴重超出規定范圍及事故進一步擴大，需要采取相應的緊急控制，必要時，允許損失少量負荷。這類緊急控制構成保持系統穩定性和完整性的第二道防線。控制內容包括：防止穩定破壞的緊急控制；限制頻率越限的緊急控制；限制電壓越限的緊急控制；限制過負荷的緊急控制。

這類緊急控制的措施是：平衡送受兩端的功率，包括送電端的切除發電機、汽輪機快速控制汽門(簡稱快控汽門)、動態電阻制動和受電端切負荷等；加強系統輸送功率能力，包括發電機勵磁緊急控制、輸電網中串聯或并聯電容強行補償和HVDC功率緊急調制等。

緊急控制的實現方法有兩類：一類是基于擾動事件的控制方式，另一類是基于響應參數的控制方式。具體應用的控制方式與控制性質和內容有關。對于防止暫態穩定破壞的控制，由于要求速度快(控制命令發出時延一般要求小于100ms)，一般采用基于事件的控制方式。通常采用離線或在線故障前(準實時)進行仿真確定控制策略和參數。離線仿真需對所有可能的系統運行方式和設定的各種故障方式進行計算分析；在線準實時仿真是根據在線運行方式，設定各種故障并周期性(例如幾分鐘)進行計算分析，以更新控制策略和參數。故障發生時，根據檢測的實際故障從預先計算確定的控制策略表中選取適當對策。在某些情況下，也可采用基于響應的方式，或“實時決策、實時控制”的方式，即在故障發生后根據短時段內的實際受擾軌跡，預測未來軌跡的穩定性。對于限制參數嚴重越限的緊急控制一般采用基于響應的方式，根據實時參數及其變化率按預先確定的控制對策進行控制。

2.3 防止系統崩潰的緊急控制

為防止電力系統承受極端嚴重故障或未預料到的故障(第三類大擾動)進入極端緊急狀態時造成系統崩潰，應配備相應的緊急控制。此時，允許系統解列(失去完整性)和損失部分負荷，但不允許造成大面積停電。這類緊急控制構成防止系統崩潰的第三道防線。控制內容包括：制止失步狀態的控制；制止過負荷連鎖跳閘的控制；防止頻率崩潰的控制；防止電壓崩潰的控制。

3 結束語

總之，當前我國電力發展進入大電網、大機組、高電壓、高自動化階段，給電網的安全穩定運行和安全管理提出了更高的要求。大容量、超高壓、交直流混合、長距離輸電工程的不斷投入運行，電力系統的復雜性明顯增加，加強電力系統的安全管理、提高穩定運行水平顯得至關重要。

［1］朱少如.電力應急系統的研究[D].保定：華北電力大學，2008.

［2］田世明，陳希，朱朝陽.電力應急管理理論與技術對策[J].電網技術，2007，31(24)：22-27.