電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制探析

潘 安

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211102）

0 引 言

在目前的電力系統(tǒng)中，控制安全技術直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與運行穩(wěn)定性。因此，需要電力公司采取有效方法提高穩(wěn)定性，確保生產質量，有效保障電力系統(tǒng)工作人員在安全、可靠的電力工作環(huán)境中工作，同時促進電力企業(yè)獲得良好的社會經濟效益。雖然目前電力系統(tǒng)中已經采用了一套自動化安全監(jiān)控系統(tǒng)，在對電力安全與運行的穩(wěn)定性保證方面已經取得了一些顯著效果，但還需要在具體規(guī)劃和實際應用中進一步加強安全控制。

1 概 述

為了更好地適應我國電網的快速變化和發(fā)展，確保電力運行設備的安全性與穩(wěn)定性，電力部門需要在技術方面加強把控。這種情況下電力企業(yè)需要進一步優(yōu)化輸配電經營管理網絡，提高其經營管理水平[1]。因為我國電力系統(tǒng)的運行非常復雜，通常由一種或多種類型的發(fā)電廠組成發(fā)電并網，通過輸電網和變電所的連接完成其電能的輸送與負荷變換，然后將其傳輸到整個配電網，根據每個電力用戶的實際需求將其電能和負荷進行合理分配。這個經營管理過程要求每個人在電力部門可以管轄的范圍內除了嚴格完成經營管理任務以外，還要注意保持其發(fā)電和負荷之間的平衡。所以，對于我國大型電力企業(yè)的操作和經營管理，要充分兼顧其自身的經營管理模式優(yōu)勢來規(guī)范經營運作，統(tǒng)籌其經濟利益關系，在其利益平衡的合理分配上，要求大型電力系統(tǒng)企業(yè)進一步明確各自的任務和經營管理責任，從而制定出一套可行的風險管控措施，并且建立完整的監(jiān)督管理和運營機制[2]。

2 安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)

2.1 計算與分析

保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，必須計算和分析整個安全系統(tǒng)。計算過程中要確定電路功率、損耗以及各種狀態(tài)下的穩(wěn)定性變化[3]。目前，很多專家和學者都在進行這一方面的研究。在具體的研究過程中，通過數學計算和數據分析，可以從理論層面分析實際電力傳輸過程中可能存在的問題。在電力系統(tǒng)的傳輸過程計算中采用了多種計算方法，設備的數學計算模型使用多層高階泰勒級數法進行求解，如功率等參數，以確定系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)以及可能出現的問題[4]。

2.2 相關要求

可靠性要求是電力系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性控制系統(tǒng)設計和運行的基礎要求。巨大的干擾和破壞不僅會直接損壞設備，還會降低系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。此外，操作人員對系統(tǒng)的誤操作可能導致系統(tǒng)單元和控制器負載的部分數據丟失，造成的后果不容忽視。所以，在對可靠性的要求中，要注意保證系統(tǒng)的設備安全性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一方面，當電力系統(tǒng)中部分機組發(fā)生較大故障和擾動時，為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定設備運行，需要及時控制部分安全穩(wěn)定機組和系統(tǒng)的負載。設備正常運行后，一旦安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)質量不能完全滿足所規(guī)定的前提條件，系統(tǒng)單元會直接處于完全不穩(wěn)定的狀態(tài)，從而無法穩(wěn)定進行控制。另一方面，對控制方式和對象進行過快速選擇。最常見的控制方式是快速通過輸出電力線來控制某些對象，這樣對于某些需要控制的對象來說作用效果較好。在一些長距離使用的輸電穩(wěn)定自動控制系統(tǒng)裝置中，電力線的上一級作為主要控制和保護范圍，可根據實際需要擴展電力線到下一級，對下一級設備進行控制和保護以減少損失。對于一些設備和網絡之間的安全穩(wěn)定性協調控制，通常直接利用網絡和設備間的特性關系進行協調控制。在特殊情況下，完全可以由火力發(fā)電廠特定的設備對網絡進行協調控制。

2.3 系統(tǒng)構成

當一個電力系統(tǒng)裝置受到較大擾動時，應該合理配置一些安全穩(wěn)定控制裝置，對其擾動進行合理保護和控制。管理人員必須針對具體的應用情況進行適當的處理和實施安全控制，使其在最短時間內迅速減少干擾，從而在基本層面上達到整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)主要廣泛應用于我國各區(qū)域電網以及其他區(qū)域電網之間互聯的安全控制中。該系統(tǒng)和裝置控制采用了系統(tǒng)的分層管理和分布式安全管理結構，能夠進行統(tǒng)一的管理，并且分層進行安全控制。將裝置軟件控制系統(tǒng)和裝置硬件控制系統(tǒng)合理搭配，具有結構靈活、兼容性強等優(yōu)點，能夠實現大規(guī)模生產對穩(wěn)定性的需求。

電力系統(tǒng)的安全控制系統(tǒng)主要由電力系統(tǒng)的主站、變電站和終端站3部分組成。電力系統(tǒng)主站主要是電力系統(tǒng)收集每個子終端站的信息，并根據每個子站的電力系統(tǒng)上傳的信息和異常操作控制參數進行故障處理，發(fā)出正確的電力系統(tǒng)控制命令。電力系統(tǒng)故障和異常運行控制參數的相關信息，將上載到電力系統(tǒng)主站。同時，它從電力系統(tǒng)終端站收集相關信息，并將電力系統(tǒng)終端站與變電站電力系統(tǒng)連接，將終端站信息上傳到變電站。電力系統(tǒng)的安全控制系統(tǒng)主要采用分級控制系統(tǒng)運行模式，主站根據連接的電力終端子站上載的數據和信息直接向子站發(fā)出正確的安全控制命令。此外，

同一連接的變電站還可以根據所有連接的電力終端站上載的數據和信息，直接向主站發(fā)出正確的安全控制命令。在運行過程中，安全控制工作可以在系統(tǒng)的每個工作區(qū)域中獨立完成。該系統(tǒng)的層控制方法極大地減輕了整個系統(tǒng)的負擔和工作量，并確保了高效率。

系統(tǒng)設備故障或停電對于下一級的影響變小，不會導致下一級無法工作，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 運行管理

3.1 確保安全運行

電網一旦安發(fā)生事故全，將可能直接導致電網大面積停電，對整個地區(qū)人們的正常生產和生活造成嚴重的影響。因此，要努力保證整個地區(qū)的電網安全、有效、正常運行，使得電網功率保持平衡，盡可能防止整個電網發(fā)生事故，減少經濟損失。電網的運行管理部門在停電前應采取及時相應的安全管理措施，以不發(fā)生任何影響供電安全正常運行事件為前提。如果在恢復正常供電的過程中發(fā)現有任何不利影響，應及時采取其他相應措施盡量減少影響。如果電網發(fā)生大量的供電設備和電源故障，導致電網大面積停電，必須盡可能縮小停電范圍，盡快恢復正常供電。

3.2 合理滿足負荷

隨著我國人民生產生活條件水平的不斷改善和提高，負荷側的用電需求不斷増長。因此，電力工業(yè)必須在充分保證其供電系統(tǒng)可持續(xù)性的基礎上，加快各種類型的光伏電站項目建設，大力發(fā)展風電場和大型光伏電站的建設規(guī)模。為統(tǒng)一管理平衡電氣發(fā)、送、配電系統(tǒng)，制定電氣設備的日常維護運行保養(yǎng)和臨時電氣設備維修的計劃，保證系統(tǒng)正常工作和運行。加強發(fā)電廠、變電站之間的溝通協調和進行線路的維護管理工作，是電氣設備的維護運行和管理的一項基本措施。

3.3 合理利用能源

目前我國的各種不可再生能源發(fā)展?jié)摿τ邢?，所以在發(fā)展電力建設和生產的過程中要充分考慮其經濟性，盡可能使其經濟效益最大化，前提是必須滿足電能質量和變電站能量損耗的基本要求，能確保其運行安全可靠。為了降低火力發(fā)電廠的運行效率和成本，控制每個火力發(fā)電廠與變電站之間的電流和能量消耗，在每個電廠的高溫高壓機組之間合理制定最優(yōu)負荷和分配方案，合理利用可再生能源，使整個火力發(fā)電網在其運營方式上能夠獲得最大的社會經濟效益。

3.4 制動系統(tǒng)改進

由于電力動力系統(tǒng)的特殊復雜性，如果動力系統(tǒng)在快速關閉蒸汽輪機的閥門和電動制動器的操作過程中被中斷，可能會導致發(fā)電機軸上出現功率不平衡問題，最終導致發(fā)電機故障。運行期間會發(fā)生強烈的相對運動，破壞電源系統(tǒng)的原始穩(wěn)定運行。在實際動力運行中，如果動力系統(tǒng)中原動機的調節(jié)更加敏感，則可以將原動力的變化調節(jié)到發(fā)動機電磁功率的速度，大大減少發(fā)電機軸的不平衡功率。在電力系統(tǒng)故障的情況下，發(fā)電機組的輸入功率降低，這時必須確保完全消除輸入功率和輸出功率。機器的調節(jié)閥快速關閉，有效控制了發(fā)電機與設備部分的共同角度檢測，將動力系統(tǒng)中發(fā)電機與設備的共同角度變化結合在一起，實現了開關閥的快速切換，減少了振動時間，最終實現了電源系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運行。

3.5 電力系統(tǒng)中相關設備的改進

在電力系統(tǒng)實際運行中，水力發(fā)電廠具有很大的慣性來調節(jié)閥門和水流。通過電力系統(tǒng)的長期實踐工作，無論電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性如何，在安全可靠的控制手段中總會有一些不可預測的因素。當這些要素自然重疊時，電力系統(tǒng)本身就會遭到破壞。因此，要有效控制這些不穩(wěn)定因素，考慮安全性和穩(wěn)定性。

3.6 引進先進技術

以PLC技術為例。PLC技術優(yōu)點突出，編程語言相對簡單，無需復雜、系統(tǒng)的學習就可以掌握，大大降低了維護工作難度。對于控制環(huán)境較差的工業(yè)生產，PLC技術代替了繼電器來整體控制生產活動，使生產過程更加安全可靠。在電氣工程自動化控制技術的創(chuàng)新和改進中，計算機技術的進步為PLC技術的發(fā)展奠定了堅實基礎。電氣工程自動化控制的高需求有助于提高生產效率，因此對PLC技術的需求也在不斷增加。為此，PLC技術必須能夠最大程度地完全控制生產過程，使系統(tǒng)簡單、方便，降低生產成本，并安全可靠地操作系統(tǒng)。在PLC技術的實際應用中，生產環(huán)境比較惡劣，易受到無線電波的干擾，影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，因此計算結果可能偏低。改善PLC技術的抗干擾功能可以有效減少電網的負面影響，進一步提高PLC技術的屏蔽功能，增強市場競爭優(yōu)勢，增加經濟和社會效益。

3.7 未來發(fā)展

考慮到電力系統(tǒng)的廣泛地理分布和瞬態(tài)過程的迅速發(fā)展，一種更合理的解決方案是開發(fā)具有集中管理功能的分層區(qū)域控制系統(tǒng)。即根據系統(tǒng)的結構和特性，整個系統(tǒng)分為幾個可能的子系統(tǒng)。根據各自的結構特征，每個子系統(tǒng)組成一個區(qū)域暫態(tài)穩(wěn)定控制裝置。該裝置綜合考慮穩(wěn)定運行要求，使用中央控制裝置與整個系統(tǒng)相關的綜合方式，協調每個區(qū)域控制裝置的運行。由于電力系統(tǒng)的運行模式和運行狀況不斷變化，故障狀況也在不斷變化，且由于系統(tǒng)參數的不準確性，控制策略表是根據系統(tǒng)的模型和參數從一組預期的事故中離線計算的。同步相位測量技術可以獲得有關整個系統(tǒng)的運行模式、運行狀態(tài)和運行參數的信息，從而消除系統(tǒng)模型和參數的不準確性。中心擺動軌跡的特性、穩(wěn)定邊界與控制量之間的關系軌跡信息等可以在故障后的一段時間內使用，以預測軌跡，實時識別互連系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，進行快速計算并采取各種控制措施避免系統(tǒng)不穩(wěn)定，實現電力系統(tǒng)的實時穩(wěn)定控制。

4 結 論

電力系統(tǒng)的安全可靠運行是人們日常用電的重要經濟保證。隨著中國電力系統(tǒng)的發(fā)展和電網的不斷擴展，電網結構變得越來越復雜和龐大。因此，電力公司需要進一步加強研究，以提高中國電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和運行效率，通過有效的安全控制措施，確保和加強電力系統(tǒng)的經濟安全，同時進一步提高其穩(wěn)定性，促進整個地區(qū)經濟可持續(xù)健康發(fā)展。