電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準研究

【摘要】電能是現代社會主要能源之一，與社會生產和人民生活有著極為密切的關系，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定對社會生產和人民生活極為重要。如何保證電能在發(fā)、送、變、配、用電這個復雜實時動態(tài)系統(tǒng)中的安全穩(wěn)定，是確保供電質量和供電安全的重要問題。本文對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準進行探討，可供電力工程實踐應用借鑒。

【關鍵詞】電力系統(tǒng)；安全穩(wěn)定；標準規(guī)范

1、引言

電能是現代社會生產與生活的主要能源之一，電力系統(tǒng)承擔著電能的產生、輸送、分配、用電等工作，是一個復雜而龐大的實時動態(tài)系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，不僅包括發(fā)電、送電、變電、配電、用電等設備，還包括監(jiān)測、保護、調度、通信、調控等系統(tǒng)，整個系統(tǒng)中設備眾多、分布廣泛，要保證系統(tǒng)內每個設備、每條線路都安全穩(wěn)定的運行，是一項極為艱巨的任務。而實際上，隨著現代電力系統(tǒng)的不斷龐大，整個系統(tǒng)機組容量越來越高、電網規(guī)模越來越大、電壓等級越來越高，復雜的電網結構更添加了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的困難，任何干擾都可能會造成整個電力系統(tǒng)的癱瘓甚至產生重大安全事故。保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行，已經成為極為重要的問題。在《國家電網安全穩(wěn)定計算技術規(guī)范Q/GDW404-2010》中，提供了國家電網公司所屬200KV及以上電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定計算分析標準，為電力規(guī)劃、運行控制、網源協調等都提供了一定的依據。下面，本文就電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準進行淺要的探討。

2、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準實施目的和方法

2.1 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準實施目的

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準實施的目的，是為了保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。通過電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準，利用電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的主要特征和穩(wěn)定水平，最終獲取保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的策略，為電網規(guī)劃、設計、建序曲、使用等提供指導。安全和穩(wěn)定是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準實施的兩大目的，兩者缺一不可。一方面，要保證電力系統(tǒng)中所有的設備都不超過允許電力、電流、頻率及時間限額；另一方面，要保證電力系統(tǒng)連續(xù)正常供電，保證電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的運行，保證電力系統(tǒng)電壓、電流和頻率的穩(wěn)定性，避免電力系統(tǒng)發(fā)生電壓、電流、功率震蕩，造成電力系統(tǒng)電壓和頻率崩潰。

2.2 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準應用方法

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準的應用主要集中于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和電力系統(tǒng)安全性分析兩個方面，常采用的方法有無功電壓分析、短路電流安全校核、靜態(tài)安全分析、靜態(tài)穩(wěn)定分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析、動態(tài)穩(wěn)定分析、電壓穩(wěn)定分析、再同步分析等。無功電壓分析是分析電力系統(tǒng)無功平衡狀態(tài)與電壓水平，從而發(fā)現電力系統(tǒng)電壓無功薄弱環(huán)節(jié)，實現分層分區(qū)無功電壓平衡，使電壓等級電壓能保持在合理的水平，并為合理的電壓調節(jié)提供依據，尋找電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。短路電流安全校核是對電力系統(tǒng)短路電流水平是否滿足斷路器開斷能力要求進行校核，用以確保電力系統(tǒng)短路電流水平。靜態(tài)安全分析是分析元件是否存在過負荷和電網電壓水平是否符合要求的方法，主要應用于檢驗電網結構強度的運行方式的安全性。靜態(tài)穩(wěn)定性分析是判斷電力系統(tǒng)運行點的靜態(tài)穩(wěn)定性，確保電力系統(tǒng)靜態(tài)輸送功率極限和靜態(tài)穩(wěn)定儲備符合要求 。暫態(tài)穩(wěn)定分析是針對規(guī)定的運行方式和故障形態(tài)，分析電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，為電力系統(tǒng)提供安全穩(wěn)定控制策略，設置繼電保護和自動裝置。動態(tài)穩(wěn)定性分析是分析電力系統(tǒng)在小擾動或大擾動情況下的動態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，確定系統(tǒng)的擾動承受能力。

3、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準規(guī)劃設計應用

3.1 電力系統(tǒng)的協調性

電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定標準，分為三個等級：第一個等級是保證穩(wěn)定運行和電網的正常供電；第二個等級是保持穩(wěn)定運行，但允許損失部分負荷；第三個等級是系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行時，必須防止系統(tǒng)崩潰并盡量減少負荷損失。但在過去很長一段時間里，我國電力系統(tǒng)的規(guī)劃設計和調度運行并不是統(tǒng)一的系統(tǒng)，而是分為了兩個系統(tǒng)，在規(guī)劃設計與調度運行兩大工作的協調上不足，極容易因為規(guī)劃設計與調度運行的銜接問題而影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，尤其在我國電力系統(tǒng)結構改變和外部環(huán)境變化的情況下，這一問題越來越為嚴重。因此，在電力系統(tǒng)規(guī)劃設計中，必須加強與調度運行工作的協調，使調度運行數據和標準與規(guī)劃設計數據和標準相統(tǒng)一，應用到各級電網規(guī)劃設計層面之中，這樣才能保證整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。如在第三級安全穩(wěn)定標準中，當電力系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞時，必須有相應的措施防止系統(tǒng)崩潰并避免大面積長時間停電，盡可能減少負荷損失，包括開關拒動、保護裝置誤動或拒動、調節(jié)裝置失靈、多重故障、大容量發(fā)電廠失聯等問題，因此在規(guī)劃設計時必須充分考慮到調度運行的需要，建立起統(tǒng)一的安全穩(wěn)定措施。

3.2 電力系統(tǒng)的經濟性

電力系統(tǒng)投資規(guī)模巨大，在規(guī)劃設計時應當注意經濟性問題，以節(jié)省投資獲取更大的經濟效益，避免不必要的浪費。規(guī)模設計時，應當在優(yōu)化比選方案，在安全性與經濟性之間取得平衡，并不是一味的追求安全穩(wěn)定性而造成巨大的安全穩(wěn)定冗余度。不過在實際規(guī)劃設計工作中，很難尋找到安全性與經濟性的平衡點，主要是當前我國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準還未建立起完善的經濟性與安全性的評判指標和方法體系。目前，在輸電工程規(guī)劃設計中，經濟性的評估較為容易，但在網架工程的規(guī)劃設計中，則較多關注于安全穩(wěn)定性方面，極容易造成安全穩(wěn)定性冗余，增加一些不必要的建設成本。因此，當前還應當針對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準進行更進一步的修訂和完善，深入分析和調整相關標準，明確具體內容、方法、數據標準、參數模型，加強安全性、穩(wěn)定性、經濟性相關指標方面的內容。

4、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準調度運行應用

4.1 運行控制方面的應用

在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準中，針對電力系統(tǒng)的運行控制環(huán)節(jié)給出了系統(tǒng)性、原則性的規(guī)定，并提供了大量操作性極強的技術指導內容。不過隨著我國電力系統(tǒng)的改變，出現了很多新的特點，整個電力系統(tǒng)特性越來越為復雜，尤其是大量間歇式新能源電力的接入、電網側層級的增多、大容量交直流混聯、多回直流密集落點等的增加，使得電力系統(tǒng)的一些故障很難通過簡單的措施來處理，以保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，給電力系統(tǒng)的運行控制帶來壓力。究其原因，在電力運行控制方面的標準制定中，不同控制措施間的協調配合未完全考慮，使得實際生產中制定的運行控制策略具有較大的隨意性，當出現一些復雜故障時無法協調控制。另一方面，目前電力系統(tǒng)有用三級防線，其中二、三級防線主要針對不同類別故障制定，兩級防線中有著清晰的界限，但這種界限使得兩級防線在一些故障的處理中不夠靈活，甚至造成大量切機、切負荷增加電網負荷損失的情況。

4.2 調度協調方面的應用

在電力系統(tǒng)中，網源是重要的動態(tài)元件，既承擔電力生產任務，又承擔安全穩(wěn)定運行的任務，是電力系統(tǒng)電壓、頻率穩(wěn)定的重要支撐，做好網源的調度協調，對保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定極為重要。在長期的電力系統(tǒng)運行中，我國形成了多個網源協調調度標準，不過這些標準主要針對具體電力設備的分散性，集中于發(fā)電設備自身的安全穩(wěn)定，而當電力系統(tǒng)發(fā)生異常狀態(tài)時，如何使多個網源共同支撐防范擾動，還缺乏相應的標準規(guī)范，在電力系統(tǒng)全局優(yōu)化上還有所不足。這種情況，尤其在可再生電源大規(guī)模并網之后，將會使得電力系統(tǒng)安全的網源協同壓力更為巨大。

5、建立仿真類模型標準

由于電力系統(tǒng)特殊的安全穩(wěn)定標準要求，某種程度上講，需要建立仿真類模型標準用于對電力系統(tǒng)中的數據格式、判別標準、歸類方法等各個方面進行規(guī)范，并給出相應的意見和建議。這類數據采集可主要參照《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算技術規(guī)范》、《電力系統(tǒng)分析計算用的電網設備參數和運行數據的規(guī)范》以及其他電廠主要設備參數的建模規(guī)范等。這樣建立起來的仿真類模型標準會在評估電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性、可靠性、選擇性方面對系統(tǒng)的網架結構、運行方式、安全控制措施等方面起到積極的作用。

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