電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制3道防線-穩(wěn)定分類

1、2022-6-121電力系統(tǒng)性能的基本概念電力系統(tǒng)性能的基本概念 電力系統(tǒng)的任務(wù)電力系統(tǒng)的任務(wù) 電力系統(tǒng)的任務(wù)就是不間斷地向用戶供應(yīng)質(zhì)量(電壓和頻率等)合格的電能。保持電力系統(tǒng)持續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行就是必要條件。 電力系統(tǒng)的性能電力系統(tǒng)的性能 描述電力系統(tǒng)的性能的重要指標(biāo)包括可靠性、安全性和穩(wěn)定性。2022-6-122IEEE/CIGRE的電力系統(tǒng)性能定義 IEEE美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)，是美國(guó)一個(gè)較大的科學(xué)技術(shù)團(tuán)體，由美國(guó)電氣工程師學(xué)會(huì)（AIEE）和美國(guó)無(wú)線電工程師學(xué)會(huì)（IRE）合并而成，致力于電氣、電子、計(jì)算機(jī)工程和與科學(xué)有關(guān)的領(lǐng)域的開發(fā)和研究。 CIGRE 國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議，是電力系統(tǒng)中覆蓋技

2、術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、組織和管理方面的最重要的世界性組織，總部設(shè)在法國(guó)，已有90余年歷史 。2022-6-123 電力系統(tǒng)的可靠性指的是長(zhǎng)期符合要求運(yùn)行的概率，它表示連續(xù)地、長(zhǎng)期不停電地為用戶提供充足的電力服務(wù)的能力。 電力系統(tǒng)的安全性指電力系統(tǒng)能夠承受可能發(fā)生的各種擾動(dòng)而不會(huì)導(dǎo)致對(duì)用戶供電中斷的風(fēng)險(xiǎn)程度。 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性指的是擾動(dòng)后系統(tǒng)保持完整運(yùn)行的持續(xù)性，取決于運(yùn)行工況和擾動(dòng)性質(zhì)。2022-6-124IEEE/CIGRE的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義和分類 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在給定的初始運(yùn)行工況下受到一個(gè)物理擾動(dòng)后重新回到運(yùn)行平衡點(diǎn)，且在該平衡點(diǎn)大部分系統(tǒng)變量都未越限，從而整個(gè)系統(tǒng)

3、保持完整性的能力。2022-6-1252022-6-126功角穩(wěn)定 功角穩(wěn)定功角穩(wěn)定指的是互聯(lián)電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下和受到擾動(dòng)時(shí)維持同步運(yùn)行的能力。 功角穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)中各臺(tái)發(fā)電機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械轉(zhuǎn)矩之間維持或恢復(fù)平衡的能力，失穩(wěn)的形式表現(xiàn)為某些發(fā)電機(jī)相對(duì)其它發(fā)電機(jī)的功角擺動(dòng)不斷增大直至失去同步。功角穩(wěn)定近一步分為小干擾（或小信號(hào)）穩(wěn)定和大干擾（或暫態(tài)）穩(wěn)小干擾（或小信號(hào)）穩(wěn)定和大干擾（或暫態(tài)）穩(wěn)定定，前者指的是在小擾動(dòng)情況下維持同步運(yùn)行的能力，后者指的是系統(tǒng)遭受大擾動(dòng)時(shí)維持同步運(yùn)行的能力。2022-6-127電壓穩(wěn)定 電壓穩(wěn)定電壓穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下和受到擾動(dòng)

4、時(shí)，系統(tǒng)電壓能夠保持或恢復(fù)到允許的范圍內(nèi)，不發(fā)生電壓崩潰的能力。 電壓穩(wěn)定性取決于電力系統(tǒng)在負(fù)荷需求與系統(tǒng)向負(fù)荷供電之間維持/恢復(fù)平衡的能力。電壓失穩(wěn)的形式可表現(xiàn)為某些母線電壓不斷上升或下降。引起電壓失穩(wěn)的主要因素是系統(tǒng)不能夠維持無(wú)功功率的平衡。2022-6-128 發(fā)生電壓失穩(wěn)的后果可以是損失區(qū)域負(fù)荷，或保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作引起輸電線路和其它元件跳閘，進(jìn)而導(dǎo)致連鎖故障。 小干擾電壓穩(wěn)定性指的是小擾動(dòng)情況下（如系統(tǒng)負(fù)荷逐漸增長(zhǎng)時(shí)）系統(tǒng)對(duì)電壓的控制能力。大干擾電壓穩(wěn)定性指的是系統(tǒng)在遭受大擾動(dòng)（如系統(tǒng)故障或線路跳閘）后維持穩(wěn)態(tài)電壓的能力。 研究電壓穩(wěn)定性的時(shí)間可從幾秒到幾十秒，故電壓穩(wěn)定可以是短期或長(zhǎng)期現(xiàn)

5、象。2022-6-129頻率穩(wěn)定 頻率穩(wěn)定頻率穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)在遭受嚴(yán)重?cái)_動(dòng)后，發(fā)電與負(fù)荷需求出現(xiàn)較大不平衡后，（無(wú)論是否的導(dǎo)致系統(tǒng)解列），系統(tǒng)頻率能夠保持或恢復(fù)到允許的范圍內(nèi)，不發(fā)生頻率崩潰的能力。 頻率穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)以最小的非計(jì)劃負(fù)荷損失維持/恢復(fù)發(fā)電和負(fù)荷之間平衡的能力。頻率失穩(wěn)的形式是持續(xù)的頻率振蕩導(dǎo)致發(fā)電機(jī)和負(fù)荷跳閘。2022-6-1210 在頻率波動(dòng)過程中，過程和設(shè)備的典型時(shí)間常數(shù)可從小于1s（如低頻減負(fù)荷）到幾分鐘（如原動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和負(fù)荷電壓調(diào)節(jié)器的響應(yīng)），因此頻率穩(wěn)定性可以是短期現(xiàn)場(chǎng)，也可以是長(zhǎng)期現(xiàn)象。 短期頻率失穩(wěn)現(xiàn)象：事故造成發(fā)電功率不足的孤島，而低頻減負(fù)荷量又不

6、夠，導(dǎo)致頻率快速下降，幾秒內(nèi)引發(fā)孤島停電。2022-6-1211 小擾動(dòng)小擾動(dòng)由于負(fù)荷的正常波動(dòng)、功率和潮流控制、變壓器分接頭調(diào)整和聯(lián)絡(luò)線功率自然波動(dòng)等引起的擾動(dòng)。 大擾動(dòng)大擾動(dòng)系統(tǒng)元件短路、切換操作和其他較大的功率或阻抗變化引起的擾動(dòng)。 大擾動(dòng)可按擾動(dòng)嚴(yán)重程度和發(fā)生概率分為三類： 第類，單一故障（出現(xiàn)概率較高的故障） 第類，單一嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率較低的故障） 第類，多重嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率很低的故障）2022-6-1212 第類，單一故障（出現(xiàn)概率較高出現(xiàn)概率較高的故障） 任何線路單相瞬時(shí)接地故障并重合成功； 任一臺(tái)發(fā)電機(jī)組跳閘或失磁； 任一臺(tái)變壓器故障退出運(yùn)行； 任一回交流聯(lián)絡(luò)線故障或無(wú)故障

7、跳開； 直流輸電線路單級(jí)故障；2022-6-1213 第類，單一嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率較低出現(xiàn)概率較低的故障） 單回線永久故障重合不成功及無(wú)故障三相斷開不重合 任何類型母線故障 同桿并架雙回線的異名兩相同時(shí)發(fā)生單相接地故障不重合，雙回線三相同時(shí)斷開； 向特別重要的受端系統(tǒng)輸電的雙回及以上的任意兩回線同時(shí)無(wú)故障或故障跳開； 直流輸電線路雙極閉鎖；2022-6-1214 第類，多重嚴(yán)重故障（出現(xiàn)概率很低出現(xiàn)概率很低的故障） 故障時(shí)斷路器拒動(dòng)； 故障時(shí)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)； 多重故障； 失去大電源； 其他偶然因素。2022-6-1215電力系統(tǒng)擾動(dòng)的發(fā)展和擴(kuò)大電 源 故 障線 路 故 障母

8、線 故 障穩(wěn) 定 破 壞過 負(fù) 荷系 統(tǒng) 解 列頻 率 異 常電 壓 異 常其 他 電 源斷 開大 停 電頻 率 、 電壓 進(jìn) 一 步惡 化2022-6-1216 DL755-2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則將電力系統(tǒng)承受大擾動(dòng)能力的安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)： 第一級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 正常運(yùn)行方式下的電力系統(tǒng)受到前述的第類大擾動(dòng)后，保護(hù)、開關(guān)及重合閘正確動(dòng)作，不采取穩(wěn)定控制措施，必須保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)的正常供電，其他元件不超過規(guī)定的事故過負(fù)荷能力，不發(fā)生連鎖跳閘。2022-6-1217 第二級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 正常運(yùn)行方式下的電力系統(tǒng)受到前述的第類大擾動(dòng)后，保護(hù)、開關(guān)及重合閘正確動(dòng)作，應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行

9、，必要時(shí)允許采取切機(jī)和切負(fù)荷等穩(wěn)定控制措施。 第三級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 正常運(yùn)行方式下的電力系統(tǒng)受到前述的第類大擾動(dòng)導(dǎo)致穩(wěn)定破壞時(shí)，必須采取措施，防止系統(tǒng)崩潰，避免造成長(zhǎng)時(shí)間大面積停電和對(duì)最重要用戶（包括廠用電）的災(zāi)難性停電，使負(fù)荷損失盡可能減小到最小，電力系統(tǒng)應(yīng)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行。2022-6-1218電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制基本概念電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制基本概念提高電力系統(tǒng)安全性的控制有兩類： 預(yù)防性控制預(yù)防性控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)安全裕度不夠，為防止出現(xiàn)緊急狀態(tài)采取的預(yù)防性控制。主要是正常運(yùn)行時(shí)調(diào)整系統(tǒng)工作運(yùn)行點(diǎn)，保持功角穩(wěn)定運(yùn)行并具有必要的安全穩(wěn)定儲(chǔ)備。主要方法是發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，直流輸電

10、的功率調(diào)制等 預(yù)測(cè)性控制預(yù)測(cè)性控制系統(tǒng)已出現(xiàn)緊急狀態(tài)，為防止事故擴(kuò)大而采取的緊急控制（控制裝置）。 名稱：俄羅斯稱“反事故自動(dòng)控制” CIGRE和IEEE稱“特種保護(hù)方式（Special Protection Schemes）” 我國(guó)稱“安全自動(dòng)裝置”。2022-6-1219 一般而言，電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可分為三種：正常正常狀態(tài)、緊急狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)狀態(tài)、緊急狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)。 DL/T 723-2000電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則給出電力系統(tǒng)運(yùn)行的定義。 正常狀態(tài)正常狀態(tài) 電力系統(tǒng)能夠保持充裕性和安全性的運(yùn)行狀態(tài)。充裕性是指電力系統(tǒng)在靜態(tài)條件下，并且系統(tǒng)元件的負(fù)載不超出其定額，母線電壓和系統(tǒng)頻率維

11、持在允許范圍內(nèi)，考慮系統(tǒng)元件計(jì)劃和非計(jì)劃停運(yùn)的情況下，供給用戶要求的總的電力和電量的能力。2022-6-1220 警戒狀態(tài)警戒狀態(tài) 電力系統(tǒng)的潛在不充裕和/或不安全狀態(tài)，在此狀態(tài)下，如出現(xiàn)特定可承受事件將導(dǎo)致?lián)p失負(fù)荷、系統(tǒng)元件的負(fù)載超出其定額、母線電壓和系統(tǒng)頻率超越允許范圍、功角不穩(wěn)定、連鎖反應(yīng)、電壓不穩(wěn)定或某些其它不穩(wěn)定。 緊急狀態(tài)緊急狀態(tài) 電力系統(tǒng)的異常狀態(tài)，在此狀態(tài)下，有些系統(tǒng)元件的負(fù)載超出其定額，某些母線電壓或系統(tǒng)頻率超越允許范圍，出現(xiàn)穩(wěn)定危機(jī)，可能損失部分負(fù)荷。緊急狀態(tài)要求采取緊急控制作用用以保持系統(tǒng)穩(wěn)定，防止設(shè)備損壞和系統(tǒng)近一步惡化。2022-6-1221 恢復(fù)過程恢復(fù)過程 重建電

12、力系統(tǒng)充裕狀態(tài)采取的一系列控制作用，包括發(fā)電機(jī)快速起動(dòng)，再同步并列、輸電線重新帶電，負(fù)荷再供電和電力系統(tǒng)解列的部分再同步運(yùn)行。 電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖：2022-6-12222022-6-1223 處于安全狀態(tài)的電力系統(tǒng)受到某一由擾動(dòng)引起的狀態(tài)變化可能轉(zhuǎn)入警戒狀態(tài)。通過一些必要的控制如調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓或出力等，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)為安全狀態(tài)，這種控制稱為預(yù)防控制預(yù)防控制。 處于正常狀態(tài)的電力系統(tǒng)受到較嚴(yán)重的擾動(dòng)時(shí)，可能轉(zhuǎn)為緊急狀態(tài)。電力系統(tǒng)在緊急狀態(tài)下為了維持穩(wěn)定運(yùn)行和持續(xù)供電，必須采取必要的控制措施，這種控制稱為緊急控制或預(yù)測(cè)控制緊急控制或預(yù)測(cè)控制。2022-6-1224 恢復(fù)狀態(tài)下系統(tǒng)的完

13、整性一般已受到破壞，如某些發(fā)電機(jī)或負(fù)荷被切除，系統(tǒng)某些部分被解列等，因而需要進(jìn)行恢復(fù)控制?；謴?fù)控制包括啟動(dòng)備用設(shè)備，改變發(fā)電機(jī)組功率，重新投入被切機(jī)組、用戶和線路等。 電力系統(tǒng)的預(yù)防控制、緊急控制和恢復(fù)控制總稱為安全控制安全控制。安全控制是維持一個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行所不可缺少的。不過在電力系統(tǒng)發(fā)展初始階段，這種控制比較容易實(shí)現(xiàn)，一般可使用比較簡(jiǎn)單的就地控制裝置。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展擴(kuò)大，對(duì)安全控制提出了越來(lái)越高的要求，安全穩(wěn)定控制成為電力系統(tǒng)控制和運(yùn)行的一個(gè)極重要的課題。 2022-6-1225電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的基本原則電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的基本原則 在DL/T 723-2000電力系統(tǒng)安全穩(wěn)

14、定控制技術(shù)導(dǎo)則中，為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，二次系統(tǒng)配備的完備防御系統(tǒng)應(yīng)分為三道防線： 第一道防線由性能良好的繼電保護(hù)裝繼電保護(hù)裝置置構(gòu)成，確?？焖?、正確地切除電力系統(tǒng)的故障元件，防止系統(tǒng)失去穩(wěn)定。2022-6-1226 第二道防線由電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)（裝置）系統(tǒng)（裝置）構(gòu)成，針對(duì)預(yù)先考慮的故障形態(tài)和運(yùn)行方式，按預(yù)定的控制策略，實(shí)施切機(jī)、切負(fù)荷、局部解列等穩(wěn)定控制措施防止系統(tǒng)失去穩(wěn)定。(主動(dòng)采取措施主動(dòng)采取措施)（UFV-200C、FEK-300、SCS-500E型分布式穩(wěn)定控制裝置 ，RCS-992A型分布式穩(wěn)控裝置 ）2022-6-1227 第三道防線由失步解列、頻率及電壓失步解列、頻率及電壓緊急控制裝置緊急控制裝置構(gòu)成，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生失步振蕩、頻率異常、電壓異常等事故時(shí)，采取解列、切負(fù)荷、切機(jī)等控制措施，防止系統(tǒng)崩潰，避免出現(xiàn)大面積停電。(被動(dòng)應(yīng)被動(dòng)應(yīng)對(duì)對(duì))一般與運(yùn)行方式和故障形態(tài)無(wú)關(guān)，宜分散、就地配置。（UFV-200A型頻