基于響應的電力系統廣域安全穩定控制

曾帥

摘 要：歷年來，全球各地所發生的電力系統大面積停電的事件警醒著所有的電力企業，大面積的停電所帶來的社會損失，一次又一次地給人們敲響警鐘。從這一點上看充分證明了電力系統的安全穩定控制系統還有許多問題有待去完善，在此之前，為解決電力系統類似于大面積斷電這樣的事件發生，通常采取三項基本措施來抵制其中的風險，但事實證明，這三項基本措施還并不能從根源上排除這些隱患，對此出現了基于響應的電力系統安全穩定控制系統。

關鍵詞：響應；電力系統；廣域；安全穩定控制

電能是支持社會發展的基礎能源，也是因為社會各層對電能的強烈需求，電力系統中陸續的引進了大規模的電力裝置，我們再看到其向更大方向發展的同時，也深刻認識到電力系統所承受的壓力和影響，這里面方方面面的因素都對電力系統的安全運行構成了嚴重的威脅。長期以來，電力系統安全穩定運行的問題一直都沒有辦法進行根治，對此開發了基于響應的電力系統廣域安全穩定控制系統來控制各項隱患問題的繼續蔓延。

一、控制電力系統安全穩定運行的三項基本措施分析

（一）基本措施之一

快速切除故障元件是電力系統中可采取的第一項基本措施，采用切除故障元件的方式將隱患在第一步就切斷，防止問題在電力系統中蔓延擴散，要達到這一目的主要采用的是繼電保護裝置，也就是目前發展已經相對成熟的繼電保護技術。盡管如此，繼電保護技術的切除仍然存在不完美的地方，從繼電保護裝置的工作原理分析來看，繼電保護器就相當于是一個開關按鈕，但是這一開關動作也會受到時間上的限制，其存在一定的延緩性，也許如果能夠提升繼電器的開合時間可以提升電網系統輸送功率的水平。除此之外，繼電保護裝置自身還存在一些故障問題，比如說繼電器內部結構裝置的定值設置不合要求的話就很容易發生誤動作，這樣的故障也是引發電網系統大面積斷電的誘因。

（二）基本措施之二

保證電力系統安全穩定運行所采取的第二道措施便是安全穩定控制措施，這是一系列斷開故障源的措施的統稱，具體的細節應包括，斷開設備、斷開運行負荷等等，在采取這一控制措施時，要求一系列的動作要可靠迅速，對此在這一控制措施中選用了計算機仿真系統來配合完成。但是這一計算機仿真系統也并非是安全有效的，其在時間計算和精度計算上還不能說是完全的準確，所以具體運用起來也具有一定的風險。

（三）基本措施之三

第三項基本措施是在系統失去穩定后，為防止發生大面積停電，盡可能地縮小事故的影響范圍，而采取的一切緊急措施。主要由失步解列、高頻切機、低頻切負荷、低壓切負荷等自動裝置和調度運行人員采取的緊急措施構成，要求能夠有效防止大面積停電。由于此項基本措施需要在全系統所有可能發生穩定破壞的地點（如輸電斷面、負荷母線、發電廠或局部電網等）安裝相應的自動控制裝置，才能保證充分發揮作用。由于系統穩定破壞的形式和地點隨著系統運行方式和故障形態的不同而變化，很難通過仿真計算找出全系統所有可能的穩定破壞形式和地點，并配置使用這第三項基本措施。所以，目前基于就地信息的第三項基本措施存在失效的風險。

二、基于響應的廣域安全穩定控制系統框架分析

由于上文分析的三種基本措施都存在著失效的風險，面對現今的電力系統運行，已經無法滿足其安全穩定運行的要求，所以，目前采用的方式是構建基于響應的電力系統廣域安全穩定控制系統，實現“實時決策，實時控制”，基于相量測量裝置的廣域測量系統已經日趨完善。借助高速通信網絡，能夠實現測量數據空間上的廣域和時間上的實時同步，為基于響應的電力系統廣域安全穩定控制奠定了基礎。主要由實時廣域信息監測、系統關鍵特征量提取、受擾軌跡預測、系統穩定性判別、主導失穩模式識別、控制措施量化計算，發送控制信號等環節構成。基于響應的暫態穩定控制本質上就是一種“實時決策、實時控制”策略，因此，基于響應的電力系統安全穩定控制不依賴于離線或在線仿真計算、無需預想運行方式和故障集合，不局限于就地信息，可有效避免安全穩定控制措施失效的風險，確保電力系統安全穩定運行和防止大面積停電。

三、基于響應的廣域安全穩定控制的關鍵技術分析

（一）基于響應的功角穩定判別技術

數值預測技術是用來判別電力系統功角穩定的重要技術，此類方法主要是利用實測相應信息，然后在通過各類數學方法對發電機的功角搖擺曲線進行預測。數值預測技術主要是運用數值序列的排列方式進行分析從而發現有效數據，不用依賴電力系統的數學模型和參數，只通過數學的三角函數擬合、多項式擬合以及泰勒級數等方式便可對系統的暫態穩定性作出判別。如可以運用響應數據作為判定基礎，對量測數據進行插值運算或是進行曲線擬合等數值運算，進而得到發電機的轉子角與角速度的高階導數，從而獲得暫態穩定性的有效數據。

（二）基于響應的暫態電壓穩定判別技術

運用戴維南等值跟蹤系統能夠有效的對暫態電壓下的穩定狀態進行很好的判別，并通過與實時測量信息的結合實現對對系統的穩定控制與分析。在電力系統中只需將任意負荷點在任意時間等值為一個電勢源等值阻抗向該節點負荷供電的一個單機系統，就是戴維南等值。若電力系統中的這一負荷節點電壓出現崩潰現象，造成電壓出現大幅下降但戴維南等值的電勢卻變化不大，則電壓處于失穩狀態。

參考文獻：

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