電力市場化和電網(wǎng)互聯(lián)對穩(wěn)定技術(shù)的挑戰(zhàn)

1引言穩(wěn)定性是反映系統(tǒng)的輸人、初始條件或參數(shù)的小變化不會使系統(tǒng)行為發(fā)生大變化的性質(zhì)。例如，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性就包括在受擾后保持各發(fā)電機之間同步運行的能力（大擾動同步穩(wěn)定性和小擾動同步穩(wěn)定性），在擾動清除后保證母線電壓不長時間低于或高于對應限值的能力（暫態(tài)、中長期電壓安全性），不丟失感應電動機和逆變器等動態(tài)負荷的能力（動態(tài)負荷穩(wěn)定性），以及確保所有元件運行在許可范圍內(nèi)的能力。其中，最基本的同步穩(wěn)定性是描述電力系統(tǒng)在一定的初始工況和擾動下，各發(fā)電機轉(zhuǎn)子角相對位置的有界特性。電力系統(tǒng)的安全供電對于社會文明和國民經(jīng)濟極為重要，而穩(wěn)定性又是電力系統(tǒng)安全運行的關鍵。不能保證穩(wěn)定的系統(tǒng)是談不上其他品質(zhì)的，而任何經(jīng)濟上的考慮都必須接受安全供電的制約。對此，世界各國均不乏慘痛教訓。例如1996年7月2日美國西部WSCC系統(tǒng)的一回345kV輸電線因?qū)浞烹姸鴶嚅_，同時繼電保護裝置誤跳平行線路，一系列連鎖過負荷最終導致了電壓不穩(wěn)定和振蕩。太平洋聯(lián)絡線跳開后，系統(tǒng)瓦解為五個孤島，愛達荷州全部停電，時間長達3～5h[1]。1996年8月10日該系統(tǒng)再次發(fā)生類似故障，系統(tǒng)瓦解成四個孤島，使約750萬用戶分別停電幾分鐘到六個小時，損失負荷30.49GW，電量41.33GWh。美國總統(tǒng)將此提高到“危及美國國家安全”的高度，可見問題的嚴重性。全國聯(lián)網(wǎng)和建立電力市場是我國電力工業(yè)改革和發(fā)展的戰(zhàn)略目標。電網(wǎng)的互聯(lián)和開放不但使電力系統(tǒng)的運行條件越來越苛刻，并且大大增加了其不可預知性，故電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題將越來越突出，并顯著地影響輸電服務價格，從而又會制約互聯(lián)電網(wǎng)和電力市場的發(fā)展。因此，研究電力市場環(huán)境下的跨大區(qū)聯(lián)網(wǎng)對于安全穩(wěn)定性的影響，明確穩(wěn)定分析算法的發(fā)展方向具有重要意義。本文從環(huán)保、電力市場競爭機制、跨大區(qū)聯(lián)網(wǎng)的角度，探討了它們對現(xiàn)有的穩(wěn)定分析技術(shù)的沖擊。從系統(tǒng)規(guī)劃、運行規(guī)劃、在線運行、穩(wěn)定控制等方面討論了新一代穩(wěn)定分析軟件應該具有的功能；指出新一代算法的基本特征是對同步穩(wěn)定性、電壓安全穩(wěn)定性、頻率安全穩(wěn)定性分別提供嚴格的量化指標，并在參數(shù)空間中給出安全穩(wěn)定域；指出在新一代故障中引入概率觀點和風險觀點的重要意義。電力系統(tǒng)災變防治目標的實現(xiàn)有賴于非線性穩(wěn)定理論上的突破，文中介紹了近年發(fā)展起來的互補群群際能量壁壘準則所取得的成果，指出了進一步發(fā)展的方向。2環(huán)境保護對安全穩(wěn)定性的影響環(huán)保方面的考慮使建設新的發(fā)電、輸電項目日益困難。電力系統(tǒng)必須在越來越緊張的條件下運行，因此對已有設備能力的充分利用顯得日趨重要，而靈活地調(diào)節(jié)線路潮流，提高穩(wěn)定極限傳輸功率的要求也越來越迫切。環(huán)境限制將有利于選用水力資源和天然氣資源，水電往往伴隨著遠方輸電及穩(wěn)定性問題，而燃氣輪機的大量采用使電壓穩(wěn)定性問題更加突出。將大量分散的發(fā)電廠（特別是風電和熱電聯(lián)產(chǎn)）接人系統(tǒng)時可能對系統(tǒng)運行可靠性和動態(tài)安全產(chǎn)生較大的影響。常規(guī)的穩(wěn)定分析算法和穩(wěn)定控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)在越來越小的穩(wěn)定度下運行的要求，故建立全新的穩(wěn)定性理論、特別是定量分析理論成為當務之急。3市場競爭對安全穩(wěn)定性的影響3.1電力市場的開放[2，3]從1990年英國電力工業(yè)私有化開始，接著在西班牙、新西蘭、阿根廷、智利等國進行電力工業(yè)機制改革，其主要目標是“改變電力工業(yè)國營或地區(qū)專營的性質(zhì)，優(yōu)化對現(xiàn)有資產(chǎn)的利用，通過競爭，降低成本，促進經(jīng)濟效率，改進對用戶的服務”，即使在已經(jīng)私有化的國家（如美國）也實行非管制化。其共同點為：（1）在發(fā)電側(cè)實行競爭，提高經(jīng)濟效率（如降低成本和電價，更好服務和技術(shù)進步），以爭取配電公司和大用戶的買電合同。（2）新型的小容量機組投資少而清潔，用戶考慮自建電廠以獲得廉價的電能。在發(fā)達國家中出現(xiàn)獨立電能生產(chǎn)者和非電力公司發(fā)電，例如意大利的非電力公司發(fā)電在2023年將占17.5％。（3）輸電系統(tǒng)作為一個壟斷的服務實體，與發(fā)電分離；開放輸電網(wǎng)和轉(zhuǎn)送（即賣電方通過第三方擁有的電網(wǎng)賣電給買電方的過程）。通過高質(zhì)量的服務（合格的頻率和電壓，供電連續(xù)性）獲得經(jīng)濟回報。如果輸電資產(chǎn)為幾個公司所有，則系統(tǒng)的運行由獨立系統(tǒng)調(diào)度員擔任，為所有參與者提供一個公正、透明、不歧視的活動場所。（4）配電也成為獨立實體，進行管理和價格控制，而一些大用戶也可以直接向發(fā)電側(cè)買電。（5）一次和二次控制作為輸電系統(tǒng)輔助服務中的一個重要部分，在新的計費標準中將與發(fā)電價和輸電價分開。電力市場的發(fā)展進一步增強了用戶對供電可靠性和電能質(zhì)量的自我保護意識，也使設備的運行越來越接近其熱容量，并增加了運行條件的不可預知性。研究人員和工程師不但對如何應用現(xiàn)代化控制策略來節(jié)約投資和運行費感興趣，并且非常關心電力市場對潮流分布、動態(tài)行為和穩(wěn)定性的影響。這就向安全穩(wěn)定分析方法和控制技術(shù)的實時性和智能性提出越來越嚴峻的挑戰(zhàn)3.2市場機制下的規(guī)劃三起從發(fā)賄電、色輸電穿一體地化的競體制票演變折到開絹放和膨競爭撓的環(huán)去境，藍規(guī)劃涉設汁眼中的輩不確淚定因我素大婆大增宴加，辜在新接廠建左設和稍老廠鼻關閉蜻之間朋不再召有集倦中的欣協(xié)調(diào)象。不預但獨葬立電節(jié)能生生產(chǎn)者聰和非冠電力咐公司閥發(fā)電往的未阿來規(guī)接模、捕地點戲和特占性難芽以確到定，志相鄰景電力編企業(yè)?，F(xiàn)在擠和將浸來的散戰(zhàn)略本信息悄也不怒容易偷掌握粱。電烤力規(guī)開劃的士戰(zhàn)略慎方針足必須衣在充跡分研評究電戒力市照場的俊基礎資上，鉤綜合輔考慮炎發(fā)電型規(guī)劃瑞、需奮求側(cè)愛管理剃、社尊區(qū)能起源規(guī)泡劃、孕電價姜、輸艦電和纏配電盡等的左技術(shù)床經(jīng)濟僵性，荒以及燈環(huán)境嫂、社聲會經(jīng)森濟等剪因素津，協(xié)蔽調(diào)各羨部門鉆的戰(zhàn)心略規(guī)愿劃目逢標。摘必須僑認真野對待果各種肆不確緞定因輪素，健使綜千合資福源利驚用最睬優(yōu)，黑達到淋最佳政的經(jīng)傷濟效個益并場使客虎戶總樸支出勝費用定最低子。脆垮為了慧適應悄這種侮新情逗況，年電力抽公司黨提出項了各袍種適鑒應眾搜多不徐確定舒因素抗的措斬施；行①坐更有瓦效地俯利用冤現(xiàn)有椅設備掌和引箭人新雞技術(shù)耍，使勻系統(tǒng)吳運行射于較地高的竟負荷邊水平知。例遍如法勺國電恩力公盾司研臥究將王40燃0k耍V線篇路的凝運行荒溫度牌從7核5燦℃縫提高路到9敏0亭℃史，從籃而在韻增加削1薦0％說負荷份能力割的同缺時，而也增棕加了給20視％的刑損耗掘，降易低了碧系統(tǒng)獵穩(wěn)定犯性。巧應用堆新穎肯的電勺力電彎子控邁制設杏備可棗能比掃建新吃線路平要經(jīng)州濟省歷時，關但是客這將搖增加喉線損鴿和可慘能減蓋少長雪期的振靈活專性。侍利用翼全球糕定位蘭系統(tǒng)擾（G暑PS察）和癢高速咐通信乎測量群遠方滾母線允相位演，通敬過遠俱距離殼控制宅功角吵來提館高系榆統(tǒng)的糖穩(wěn)定場性。塔這種朗控制腦是一摔種復胸雜的儀多變鄰量控臘制系才統(tǒng)，糊要用渠智能快的方殖法來匠解決帖。居②唇在不搞確定及性大訂和將紛來系最統(tǒng)變登化的多風險揭大的細場合傲，采王用可統(tǒng)移動晨的設渾備。趨③賓減少朝建設對的超耍前時衰間，貧但系景統(tǒng)規(guī)漸劃還學是要爐短期盛和長懼期相束結(jié)合累。在壇合理奏的代縣價下寄限制醋風險妥，既貍減少競系統(tǒng)殿對不鍵定因過素的返依賴君性，妹也應游避免授在若蒼干年匙后付做出更凝高代霸價。伴肯伴市場批競爭飼將更糞加突嚷出電區(qū)力系塔統(tǒng)經(jīng)暈濟和舞安全才性的降優(yōu)化船，提丹出能魚量可陰靠性殃價格專和停禁電價萬格等照概念闖，用去價格羞代替費成本件，建脆立新儀的目沃標函蜓數(shù)?？劝踩鸱€(wěn)定菠因素按將顯偶著地擋影響書輸電劫服務立價格怖，這扭將導噴致對溜優(yōu)化刻問題港的重葛新考慣慮和釘定義摸。在毯某些屋情況臨下由嫩于維墨持電崖壓穩(wěn)本定性野等要系求，俱有些豪機組沸即使吼發(fā)電駱成本俊較高垃也必灣須投級人運星行。阻這些助必投千機組衛(wèi)的存種在和鑄旋轉(zhuǎn)德備用樣容量針一樣揉將使弊電價傘上升斥，因仁此需礦要有緞合理陳的算短法來路動態(tài)煌確定蠟在特云定工掠況下本必須助的必頓投機扮組分興布和爸容量竹。這各樣的宿約束撤優(yōu)化謙算法證必須異考慮悔非常鼓復雜況的動街態(tài)約攤束，戀目前用還沒狗有實壟用的楚成果首。艙3.續(xù)3施市場慚競爭藏中的滔調(diào)度徹運行撐開放封和競廈爭使任供電原合同銅更具蒜多樣若性和恒多變躁性，甘各成以員公臣司及督各電細廠間疑的發(fā)陷電分全配難造以預包料，粗市場右經(jīng)濟帆下的顧系統(tǒng)號運行閥工況壺將由關市場針需求陪來決現(xiàn)定。躺系統(tǒng)志間大扒量的原電能縣交換刷和交興易?；豢扇暑A測配的潮蟻流和雞線損毀等因叛素都謎增加古了運傭行調(diào)警度的票不確工定因晝素。妹為了蒸適應蠢電力恰市場捷中的壇負荷軟對電戀能質(zhì)寇量的拼更高毯要求粥，還鋸需要轎裝備箏二次如電壓厭或更孤復雜脆的電能壓控敏制系手統(tǒng)。稼市場蓋環(huán)境秤對負焰荷中鋪短期細和超乓短期苦預報腦提出玉更高疤的要防求，柔不但升要按余母線盒來預冤報負勾荷，樓并且婚要對帥各發(fā)費電廠搶的電愿價和悠市場茂份額池進行花預報礎。麗養(yǎng)講與計典劃經(jīng)塘濟時稅相比戚，電涼力市蘿場運玻行機沒制下界的運斯行更干容易棗遇到案離線那分析更未考亡慮的衰工況潛。官物方關邪于W膝SC舌C系衛(wèi)統(tǒng)事挨故的蹈分析筒報告滔明確央指出獄，造飯成這找些災惡難的蝴主要若原因湖之一巴是缺屠乏在聯(lián)線的賢穩(wěn)定派性量宅化分小析軟合件及嫩自適冶應的不穩(wěn)定膜控制議決策木支持掃。事慘實上筆，當傍相繼哈發(fā)生親了若許干事蔑件后捕，系映統(tǒng)工蹲況很卻可能拿超出評離線粉分析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