電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題研究

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題研究摘要：介紹了國內(nèi)外電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定問題的討論現(xiàn)狀，供電力工程參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；平安穩(wěn)定；新進(jìn)展

當(dāng)今，電力已作為現(xiàn)代社會的主要能源，與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活有著極為親密的關(guān)系，供電不穩(wěn)定，特殊是大面積停電事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響是非常嚴(yán)峻的，例如2003年的紐約、倫敦和東京大停電事故。因此，對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行提出了更高的要求，既保證平安、牢靠和經(jīng)濟(jì)地發(fā)供電能，又要求保證合格的供電質(zhì)量。但是，現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)由電能產(chǎn)生、輸送、安排和用電環(huán)節(jié)組成的大系統(tǒng)。同時(shí)，由于電能的發(fā)、送、變、配、用電各個(gè)環(huán)節(jié)是同時(shí)進(jìn)行，這樣現(xiàn)代電力系統(tǒng)又是一個(gè)簡單的實(shí)時(shí)動態(tài)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)除了包括發(fā)電、送電、變電、配電和用電設(shè)備外，還包括監(jiān)測系統(tǒng)、繼電愛護(hù)系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)動和自動調(diào)控設(shè)備等組成的二次系統(tǒng)[1-5]。在這個(gè)大系統(tǒng)中，其設(shè)備眾多，分布區(qū)域很廣，要保證每一臺裝置設(shè)備或每一條輸電線路在任何時(shí)候都不發(fā)生任何故障是肯定不行能的。隨著社會生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)由于機(jī)組容量不斷提高，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電壓等級不斷提高，超高壓遠(yuǎn)距離輸電以及互聯(lián)電網(wǎng)形成，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加簡單，造成現(xiàn)代電力系統(tǒng)的掌握管理極為困難，一個(gè)嚴(yán)峻干擾都能波及全系統(tǒng)導(dǎo)致瓦解的嚴(yán)峻后果。因此，保證電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)極端重要的問題，只有在電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，才有可能進(jìn)一步考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等問題。當(dāng)前的中國已步入大電網(wǎng)、高電壓和大機(jī)組的時(shí)代。隨著中國電力系統(tǒng)的日益進(jìn)展和擴(kuò)大，電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定問題已成為最重要的問題，越來越突出。解決好電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平安分析方法和平安穩(wěn)定掌握技術(shù)的討論和應(yīng)用，已成為電力生產(chǎn)、運(yùn)行、科研和制造部門的重要任務(wù)，不管在任何狀況下，電力調(diào)度運(yùn)行部門都要把電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定運(yùn)行放在首位[6-9]。

1電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定問題

電力系統(tǒng)中各同步發(fā)電機(jī)間保持同步是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件，假如不能使各發(fā)電機(jī)相互保持同步或在臨時(shí)失去同步后不能恢復(fù)同步運(yùn)行，這就使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定。電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題最早應(yīng)追溯到上世紀(jì)初。當(dāng)同步電機(jī)由單機(jī)運(yùn)行進(jìn)展到與其它同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行后，就消失電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題，特殊是在發(fā)生故障狀況下，有可能使發(fā)電機(jī)失去同步。電力系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，往往會導(dǎo)致系統(tǒng)的解列和崩潰，造成大面積停電，所以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)平安運(yùn)行的必要條件。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定討論中，除了維持發(fā)電機(jī)間的同步運(yùn)行的穩(wěn)定性外，還開展了電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定性問題的討論。近幾十年來，國內(nèi)外電力系統(tǒng)由于穩(wěn)定破壞，曾發(fā)生大面積停電事故，對國民經(jīng)濟(jì)造成極大損害，使社會和人民生活受到很大影響。美國1965年東北包括紐約大停電事故。造成了21000

MW用電負(fù)荷停電，停電最長時(shí)間13h，停電區(qū)域20萬km2，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1億美元，影響居民3000萬人。事故緣由為加拿大拜克水電站向多倫多送電的5條230

kV線路中的一條突然跳閘，造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞。美國1977年7月13日紐約大停電事故。這次事故起由于大風(fēng)暴造成輸電線路斷開，短時(shí)的供需不平衡，使電網(wǎng)電壓劇升，發(fā)電機(jī)超速解列。這次大停電引起貧民區(qū)的搶劫和縱火，華爾街上造成嚴(yán)峻的社會問題。法國1978年12月19日大停電事故。當(dāng)時(shí)由東部向西部送電的一條400

kV線路因過負(fù)荷跳閘，導(dǎo)致其他線路發(fā)生一系列的過負(fù)荷跳閘，并造成系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，最終造成法國全國大部分地區(qū)停電。日本1987年7月23日東京電力系統(tǒng)大停電事故。這是一次典型的電壓崩潰事故。事故中負(fù)荷停電8168MW，影響280萬用戶，停電時(shí)間長達(dá)3h21min，使兩個(gè)500kV變電站及一個(gè)275kV變電所全停，影響日本鐵路線13條線路停運(yùn)，都市自來水中斷，銀行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中斷，造成社會生活混亂[10-16]。

1980年7月27日中國安徽電網(wǎng)大面積停電事故。事故起因是由于一臺220kV電壓互感器爆炸起火，引起二條220kV線路先后跳閘，大量負(fù)荷轉(zhuǎn)移到一條與之環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的110kV線路上，造成穩(wěn)定破壞，系統(tǒng)猛烈振蕩，最終導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。事故發(fā)生后，甩負(fù)荷及停電320

MW，少送24萬kW·h電能，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會生活造成嚴(yán)峻損失。

1972年7月20日浙江電網(wǎng)瓦解事故，是華東電網(wǎng)的一次嚴(yán)峻穩(wěn)定破壞的大面積停電事故。杭常湖220

kV三角大環(huán)網(wǎng)是連接上海、杭州、常州為中樞點(diǎn)的三角大環(huán)網(wǎng)。這個(gè)總長564

km的單回線大環(huán)網(wǎng)給系統(tǒng)運(yùn)行帶來簡單性。這次常湖線故障，造成浙江電網(wǎng)頻率崩潰而全面瓦解，兩個(gè)220

kV變電站，23個(gè)110

kV變電站，近100個(gè)35

kV變電所停電，全省甩負(fù)荷350

MW，事故直接損失約200萬元。

1972年中國湖北省電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故，使全省失去約686

MW，導(dǎo)致湖北地區(qū)大面積停電，使武鋼等大廠礦企業(yè)受到重大經(jīng)濟(jì)損失。進(jìn)展電力系統(tǒng)是電力工業(yè)的客觀規(guī)律，是世界各國電力工業(yè)所走的共同道路。前蘇聯(lián)已基本上形成了全國統(tǒng)一的電力系統(tǒng)并且與東歐國家互聯(lián)，形成了更大規(guī)模的聯(lián)合電力系統(tǒng)；西歐各國的電力系統(tǒng)也已互聯(lián)，形成西歐十一國的互聯(lián)系統(tǒng)。中國已進(jìn)入高電壓、大電網(wǎng)、大機(jī)組時(shí)代，大區(qū)電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量已達(dá)20000MW以上，中國電力系統(tǒng)已由以省內(nèi)為主，進(jìn)展到跨省的大區(qū)電力系統(tǒng)并且大區(qū)電網(wǎng)之間也已開頭互聯(lián)。但是，大電力系統(tǒng)對平安性的要求更高，對運(yùn)行技術(shù)和管理水平要求也更嚴(yán)格。當(dāng)大電力系統(tǒng)發(fā)生事故，特殊是發(fā)生穩(wěn)定破壞和不行控的嚴(yán)峻連鎖反應(yīng)時(shí)，停電波及的范圍大，停電時(shí)間長，后果嚴(yán)峻，特殊當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，管理不善而缺乏必要的技術(shù)防范措施時(shí)，則某一電氣設(shè)備故障可能進(jìn)展成為全面的大面積停電事故，例如上述國內(nèi)外大停電事故。因此，必需把保證大電力系統(tǒng)的平安穩(wěn)定運(yùn)行問題放在極為重要的位置，這是從國內(nèi)外大電力系統(tǒng)發(fā)生的多次大停電事故中得出的客觀規(guī)律。對于中國電力系統(tǒng)，長期以來輸變電工程建設(shè)落后于發(fā)電工程，而發(fā)電工程又遠(yuǎn)落后于負(fù)荷增長的需要，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱，面對中國電力系統(tǒng)的容量不斷增長，如何保證日益進(jìn)展的大容量電力系統(tǒng)的平安穩(wěn)定運(yùn)行，是一項(xiàng)緊急而又重大的任務(wù)[20]。

2電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定討論[20-42]

對電力系統(tǒng)而言，平安和穩(wěn)定都是系統(tǒng)正常運(yùn)行所不行缺少的最基本條件。平安和穩(wěn)定是兩個(gè)不同的基本概念。“平安”是指運(yùn)行中的全部電力設(shè)備必需在不超過它們允許的電壓、電流和頻率的幅值和時(shí)間限額內(nèi)運(yùn)行，擔(dān)心全后果導(dǎo)致電力設(shè)備損壞?！胺€(wěn)定”是指電力系統(tǒng)可以連續(xù)向負(fù)荷正常供電的狀態(tài)，有三種必需同時(shí)滿意穩(wěn)定性要求：

①

同步運(yùn)行穩(wěn)定性；

②

電壓穩(wěn)定性；

③

頻率穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)失去同步運(yùn)行穩(wěn)定的后果是系統(tǒng)發(fā)生電壓、電流、功率振蕩，引起電網(wǎng)不能連續(xù)向負(fù)荷正常供電，最終可導(dǎo)致系統(tǒng)大面積停電；失去電壓穩(wěn)定性的后果，則是系統(tǒng)的電壓崩潰，使受影響的地區(qū)停電；失去頻率穩(wěn)定性的后果是發(fā)生系統(tǒng)頻率崩潰，引起全系統(tǒng)停電。早在20世紀(jì)50年月后期，一些西方工業(yè)化國家就開頭把計(jì)算機(jī)應(yīng)用在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度為主要的目的上。60年月后期以來，美、法、日等國的一些大型電網(wǎng)相繼發(fā)生了大面積的停電事故，巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)峻的社會影響使各方面深受震驚，各國才開頭重視電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平安穩(wěn)