電力系統安全穩定控制技術及其應用分析

摘要：近年來，伴隨著經濟社會的快速發展，電力系統規模的不斷擴大使得電網體系的結構日趨復雜，電力設備單機容量逐步提高，與之相關的電力系統安全穩定問題也不斷涌現。積極研究和運用先進的安全穩定控制技術不但可以使電力系統運行的可靠性大大提高，而且可以直接帶來可觀的經濟效益。從電力系統安全穩定的相關概念入手分析了電力系統安全穩定控制的相關技術，然后就這些技術在電力系統中的實際應用進行了說明，旨在為電力部門提高安全穩定控制水平提供參考。

關鍵詞：電力系統；安全穩定；控制技術；應用

作者簡介：張晉（1985-），男，土家族，貴州思南人，貴州南方電網貴州送變電工程公司，工程師。（貴州 貴陽 550002）

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0236-02

電力作為當今社會最主要的能源，與人民生活和經濟建設息息相關。供電系統如果不穩定，往往導致大面積、長時間的停電事故，造成嚴重的經濟損失及社會影響。因此，學習電力系統安全穩定控制理論并研究適應時代發展要求的新的電力系統安全穩定控制技術對于實現當前電力資源的合理配置、提高我國現有電力系統的輸電能力和電網的安全穩定運行具有十分重要的意義。

一、電力系統安全穩定控制概述

1.電力系統穩定的相關概念

電力系統的主要任務就是向用戶提供不間斷的、電壓和頻率穩定的電能。它的性能指標主要包括安全性、可靠性和穩定性。電力系統可靠性是指符合要求長期運行的概率，它表示長期連續不斷地為用戶提供充足電力服務的能力。安全性指電力系統承受可能發生的各種擾動而不對用戶中斷供電的風險程度。穩定性是指經歷擾動后電力系統保持完整運行的持續性。

2.電力系統安全穩定控制模式的分類

按照信息采集和傳遞以及決策方式的不同，電力系統安全穩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廠站，彼此之間不進行信息交換，只能根據各廠站就地信息進行切換和判斷，解決本廠站出現的問題。二是集中控制模式。這種控制模式擁有獨立的通信和數據采集系統，在調度中心設置有總控，對系統運行狀態進行實時檢測，根據系統的運行狀態制定相應的控制策略表，發出控制命令并實施對整個系統的安全穩定控制。三是區域控制模式。區域控制型穩定控制系統是針對一個區域的電網安全穩定問題而安裝在多個廠站的安全穩定控制裝置，能夠實現站間運行信息的相互交換和控制命令的傳送，并在較大范圍實現電力系統的安全穩定控制。

二、電力系統安全穩定控制的關鍵技術

1.電力系統安全穩定控制的常用技術

（1）低頻控制技術。低頻振蕩與系統網絡結構、運行狀況及發電機磁系統參數密切相關，產生的原因主要包括遠距離的輸電電路發生功率擺動、大區間聯系弱、大機組系統阻尼變弱、遠距離輸電線路中部或受端的電壓不足等。在安全穩定控裝置內增加低頻檢測判據和控制策略就可實現對低頻振蕩進行及時的檢測和控制。具體措施包括增強網架、串聯補償電容、采用直流輸電方案和在遠距離輸電線路中部裝設同步調相機以加強電壓支撐的作用。

（2）低壓控制技術。電壓不穩定是促使低壓控制技術產生的重要動力因素，因為電壓不穩定往往導致整個系統的不穩定。電壓崩潰是伴隨電壓不穩定導致電力系統大面積、大幅度的電壓下降的過程，致使大范圍內停電。低壓控制技術能利用相關的信息管理系統采集當前系統運行是的各種數據，同時還可以針對可能造成電壓崩潰的預想事故進行暫態電壓穩定（小于10秒）和中期電壓穩定（10～30秒）分析計算，提出電壓預防性控制措施。

（3）過頻控制技術。如果送電聯絡線發生跳閘，相關的電網就會因為功率過剩導致發電機加速和電網頻率的升高，而過高的頻率是導致電網不穩定的重要因素。過頻切機是目前電網系統所普遍采用的防止頻率過高的防護措施。過頻切機的運行機制就是根據電網電源的分布情況合理配置過頻切機裝置和這些裝置的動作值。為了提高動作的可靠性，應設有頻率啟動級和頻率變化率閉鎖，具體的過頻控制工作原理如圖1所示。

2.基于光電傳感器的新技術

與傳統的電壓和電流互感器相比，新型光學電流和電壓互感器具有非常明顯的優勢，譬如良好的絕緣性能、較強的抗電磁干擾能力等。與現代數字信號處理器（DSP）技術緊密結合的光電傳感器成為電力系統安全穩定控制技術的新導向，同時將其應用于全球定位系統（GPS）中可以使廣域中采集實時量的統一時標問題得到有效的解決。這一問題的解決對促進繼電保護技術的進一步發展發揮了至關重要的作用。

3.自適應穩定控制技術

使控制系統對未建模部分的動態過程以及對過程參數的變化變得不敏感是自適應控制的最終目標。其作用原理是這樣的：當系統控制過程發生動態變化時，自適應控制系統就能及時捕捉到這一變化并實時調節控制策略和相關的控制器參數，從而實現系統的穩定控制。除此之外，為了使控制操作更為精確，安裝有自適應穩定控制系統的電力系統主站或調度中心還可以根據其所接收的電網實測數據及時完成緊急控制策略的自動優化，從而有效實現電力系統的自適應穩定控制，同時還具備相關的事故自動處理功能。目前，自適應穩定控制技術與電力系統緊急控制在線決策技術以及廣域測量技術的有效結合實現了電力系統安全穩定的廣域測量分析控制一體化，為實現電力系統安全穩定提供了極為重要的技術支撐。

三、電力系統安全穩定控制技術應用分析

1.電力系統安全穩定控制體系的構建

在進行電力系統規劃設計時要把電力系統的安全性放在首要位置，確保電力系統的持續安全穩定。因此，運用電力系統安全穩定控制技術構建合理的、具有預防性控制調度手段的電網結構，組成一個完備的電網安全防御體系是預防電力系統動蕩因素和大停電事故的有效方式。電力系統安全穩定控制體系是一個綜合性的系統工程，涉及電網結構設計、電力系統運行方式規劃、安全穩定控制和系統自動控制等方面。電力系統安全穩定控制體系可以分為受擾動前的電力系統安全保障體系和受擾動后的電力系統安全穩定控制體系。系統的體系結構如圖2所示，整個體系由三道防線構成。

第一道防線：用于保證系統正常運行和承受各類電力系統大擾動的安全要求。在發生安全故障時該防線可以借助繼電保護機制安全快速切除故障元件，確保電網發生常見的單一故障時能夠正常穩定運行。該防線主要應用了繼電保護、一次性系統設備以及安全穩定預防性控制技術等措施。

第二道防線：該防線借助穩定控制裝置及切機、切負荷等穩定控制、功率緊急調制以及串聯補償等技術措施來有效預防穩定破壞，實現系統參數發生嚴重越限時的緊急控制，從而確保在發生嚴重故障時電網能繼續保持穩定運行。

第三道防線：該防線采用系統解列、再同步以及頻率及電壓緊急控制等技術實現系統崩潰時的緊急控制，從而當電網遇到多重嚴重事故而穩定破壞時可以有效防止事故擴大，從源頭上杜絕電力供應中大面積停電的出現。

2.電力系統安全穩定控制過程分析

電力系統作為一個極其復雜的非線性的動態大系統，由于系統的電氣量變化范圍相對比較大，而且持續的時間短，分析計算又相對比較繁瑣，決定了電力系統安全穩定控制過程實現起來也相對較為復雜，為了更好地保證電力系統的安全穩定控制效果，要求相關安全控制策略的分析計算應在事故發生前做好相關充分的準備工作。解決這一問題的方法一般有兩種：一是在線方式。該方法主要是根據當時電網的實時運行狀態由在線決策系統的服務器對可能發生的相關故障進行穩定分析計算，從而形成當前電網的穩定控制策略表。需要指出的是，該方法的實現需要當前電網的運行狀態和大量相關的數據信息，實現起來比較困難，在實際的分析計算中很少采用該方法。二是離線方式。它是人為通過對電網不同運行狀態下可能遇到的故障進行穩定計算分析后形成的電網的穩定控制策略表的一種分析計算方法。相比較在線方式，該方法實現起來比較簡單，缺點是計算、維護工作量大，對電網發展變化的適應性較差。

電力系統安全穩定控制過程的核心就是要生成電網的穩定控制策略表，而系統穩定控制決策的主要任務就是通過不斷計算分析當前這些控制策略表內容以形成新的控制策略，從而不斷刷新穩控裝置的策略表的控制策略。然后在事故發生時這些穩控裝置就可以根據事故前電網運行方式、有關參數及故障類型查找預先存放在裝置內的控制策略表，采取相應的措施，保障電力系統的安全穩定運行。

四、結語

充分發掘與綜合運用信息技術和計算機網絡以及控制領域的先進技術來為電力系統安全穩定控制服務是提升電力安全系統穩定控制水平的有效方式。電力工作者應該努力探索應用新的電力安全控制技術及其運用的合理模式確保電力系統的安全穩定運行。

參考文獻：

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（責任編輯：王祝萍）