電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)及其應(yīng)用分析

摘要：近年來，伴隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大使得電網(wǎng)體系的結(jié)構(gòu)日趨復雜，電力設(shè)備單機容量逐步提高，與之相關(guān)的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題也不斷涌現(xiàn)。積極研究和運用先進的安全穩(wěn)定控制技術(shù)不但可以使電力系統(tǒng)運行的可靠性大大提高，而且可以直接帶來可觀的經(jīng)濟效益。從電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的相關(guān)概念入手分析了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的相關(guān)技術(shù)，然后就這些技術(shù)在電力系統(tǒng)中的實際應(yīng)用進行了說明，旨在為電力部門提高安全穩(wěn)定控制水平提供參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；安全穩(wěn)定；控制技術(shù)；應(yīng)用

作者簡介：張晉（1985-），男，土家族，貴州思南人，貴州南方電網(wǎng)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(jīng)濟建設(shè)息息相關(guān)。供電系統(tǒng)如果不穩(wěn)定，往往導致大面積、長時間的停電事故，造成嚴重的經(jīng)濟損失及社會影響。因此，學習電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制理論并研究適應(yīng)時代發(fā)展要求的新的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)對于實現(xiàn)當前電力資源的合理配置、提高我國現(xiàn)有電力系統(tǒng)的輸電能力和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。

一、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制概述

1.電力系統(tǒng)穩(wěn)定的相關(guān)概念

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

2.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)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(tǒng)安全穩(wěn)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(jù)各廠站就地信息進行切換和判斷，解決本廠站出現(xiàn)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在調(diào)度中心設(shè)置有總控，對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行實時檢測，根據(jù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)制定相應(yīng)的控制策略表，發(fā)出控制命令并實施對整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制。三是區(qū)域控制模式。區(qū)域控制型穩(wěn)定控制系統(tǒng)是針對一個區(qū)域的電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題而安裝在多個廠站的安全穩(wěn)定控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制。

二、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的關(guān)鍵技術(shù)

1.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的常用技術(shù)

（1）低頻控制技術(shù)。低頻振蕩與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運行狀況及發(fā)電機磁系統(tǒng)參數(shù)密切相關(guān)，產(chǎn)生的原因主要包括遠距離的輸電電路發(fā)生功率擺動、大區(qū)間聯(lián)系弱、大機組系統(tǒng)阻尼變?nèi)?、遠距離輸電線路中部或受端的電壓不足等。在安全穩(wěn)定控裝置內(nèi)增加低頻檢測判據(jù)和控制策略就可實現(xiàn)對低頻振蕩進行及時的檢測和控制。具體措施包括增強網(wǎng)架、串聯(lián)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(shè)同步調(diào)相機以加強電壓支撐的作用。

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

（3）過頻控制技術(shù)。如果送電聯(lián)絡(luò)線發(fā)生跳閘，相關(guān)的電網(wǎng)就會因為功率過剩導致發(fā)電機加速和電網(wǎng)頻率的升高，而過高的頻率是導致電網(wǎng)不穩(wěn)定的重要因素。過頻切機是目前電網(wǎng)系統(tǒng)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(jù)電網(wǎng)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(yīng)設(shè)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(shù)

與傳統(tǒng)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(yōu)勢，譬如良好的絕緣性能、較強的抗電磁干擾能力等。與現(xiàn)代數(shù)字信號處理器（DSP）技術(shù)緊密結(jié)合的光電傳感器成為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)的新導向，同時將其應(yīng)用于全球定位系統(tǒng)（GPS）中可以使廣域中采集實時量的統(tǒng)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(shù)的進一步發(fā)展發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

3.自適應(yīng)穩(wěn)定控制技術(shù)

使控制系統(tǒng)對未建模部分的動態(tài)過程以及對過程參數(shù)的變化變得不敏感是自適應(yīng)控制的最終目標。其作用原理是這樣的：當系統(tǒng)控制過程發(fā)生動態(tài)變化時，自適應(yīng)控制系統(tǒng)就能及時捕捉到這一變化并實時調(diào)節(jié)控制策略和相關(guān)的控制器參數(shù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。除此之外，為了使控制操作更為精確，安裝有自適應(yīng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的電力系統(tǒng)主站或調(diào)度中心還可以根據(jù)其所接收的電網(wǎng)實測數(shù)據(jù)及時完成緊急控制策略的自動優(yōu)化，從而有效實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自適應(yīng)穩(wěn)定控制，同時還具備相關(guān)的事故自動處理功能。目前，自適應(yīng)穩(wěn)定控制技術(shù)與電力系統(tǒng)緊急控制在線決策技術(shù)以及廣域測量技術(shù)的有效結(jié)合實現(xiàn)了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的廣域測量分析控制一體化，為實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定提供了極為重要的技術(shù)支撐。

三、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)應(yīng)用分析

1.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制體系的構(gòu)建

在進行電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計時要把電力系統(tǒng)的安全性放在首要位置，確保電力系統(tǒng)的持續(xù)安全穩(wěn)定。因此，運用電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)構(gòu)建合理的、具有預(yù)防性控制調(diào)度手段的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，組成一個完備的電網(wǎng)安全防御體系是預(yù)防電力系統(tǒng)動蕩因素和大停電事故的有效方式。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制體系是一個綜合性的系統(tǒng)工程，涉及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、電力系統(tǒng)運行方式規(guī)劃、安全穩(wěn)定控制和系統(tǒng)自動控制等方面。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制體系可以分為受擾動前的電力系統(tǒng)安全保障體系和受擾動后的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制體系。系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個體系由三道防線構(gòu)成。

第一道防線：用于保證系統(tǒng)正常運行和承受各類電力系統(tǒng)大擾動的安全要求。在發(fā)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(wǎng)發(fā)生常見的單一故障時能夠正常穩(wěn)定運行。該防線主要應(yīng)用了繼電保護、一次性系統(tǒng)設(shè)備以及安全穩(wěn)定預(yù)防性控制技術(shù)等措施。

第二道防線：該防線借助穩(wěn)定控制裝置及切機、切負荷等穩(wěn)定控制、功率緊急調(diào)制以及串聯(lián)補償?shù)燃夹g(shù)措施來有效預(yù)防穩(wěn)定破壞，實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生嚴重越限時的緊急控制，從而確保在發(fā)生嚴重故障時電網(wǎng)能繼續(xù)保持穩(wěn)定運行。

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

2.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制過程分析

電力系統(tǒng)作為一個極其復雜的非線性的動態(tài)大系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的電氣量變化范圍相對比較大，而且持續(xù)的時間短，分析計算又相對比較繁瑣，決定了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制過程實現(xiàn)起來也相對較為復雜，為了更好地保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制效果，要求相關(guān)安全控制策略的分析計算應(yīng)在事故發(fā)生前做好相關(guān)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(jù)當時電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)由在線決策系統(tǒng)的服務(wù)器對可能發(fā)生的相關(guān)故障進行穩(wěn)定分析計算，從而形成當前電網(wǎng)的穩(wěn)定控制策略表。需要指出的是，該方法的實現(xiàn)需要當前電網(wǎng)的運行狀態(tài)和大量相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)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(wǎng)不同運行狀態(tài)下可能遇到的故障進行穩(wěn)定計算分析后形成的電網(wǎng)的穩(wěn)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(xiàn)起來比較簡單，缺點是計算、維護工作量大，對電網(wǎng)發(fā)展變化的適應(yīng)性較差。

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制過程的核心就是要生成電網(wǎng)的穩(wěn)定控制策略表，而系統(tǒng)穩(wěn)定控制決策的主要任務(wù)就是通過不斷計算分析當前這些控制策略表內(nèi)容以形成新的控制策略，從而不斷刷新穩(wěn)控裝置的策略表的控制策略。然后在事故發(fā)生時這些穩(wěn)控裝置就可以根據(jù)事故前電網(wǎng)運行方式、有關(guān)參數(shù)及故障類型查找預(yù)先存放在裝置內(nèi)的控制策略表，采取相應(yīng)的措施，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

四、結(jié)語

充分發(fā)掘與綜合運用信息技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)以及控制領(lǐng)域的先進技術(shù)來為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制服務(wù)是提升電力安全系統(tǒng)穩(wěn)定控制水平的有效方式。電力工作者應(yīng)該努力探索應(yīng)用新的電力安全控制技術(shù)及其運用的合理模式確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

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（責任編輯：王祝萍）