摘 要：介紹了國內(nèi)外電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題的研究現(xiàn)狀，供電力工程參考。?
關鍵詞：電力系統(tǒng)；安全穩(wěn)定；新進展?
當今，電力已作為現(xiàn)代社會的主要能源，與國民經(jīng)濟建設和人民生活有著極為密切的關系，供電不穩(wěn)定，特別是大面積停電事故所造成的經(jīng)濟損失和社會影響是十分嚴重的，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)的運行提出了更高的要求，既保證安全、可靠和經(jīng)濟地發(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)是一個由電能產(chǎn)生、輸送、分配和用電環(huán)節(jié)組成的大系統(tǒng)。同時，由于電能的發(fā)、送、變、配、用電各個環(huán)節(jié)是同時進行，這樣現(xiàn)代電力系統(tǒng)又是一個復雜的實時動態(tài)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)除了包括發(fā)電、送電、變電、配電和用電設備外，還包括監(jiān)測系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、遠動和自動調(diào)控設備等組成的二次系統(tǒng)[1-5]。
在這個大系統(tǒng)中，其設備眾多，分布區(qū)域很廣，要保證每一臺裝置設備或每一條輸電線路在任何時候都不發(fā)生任何故障是絕對不可能的。隨著社會生產(chǎn)技術的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)由于機組容量不斷提高，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電壓等級不斷提高，超高壓遠距離輸電以及互聯(lián)電網(wǎng)形成，使電網(wǎng)結(jié)構更加復雜，造成現(xiàn)代電力系統(tǒng)的控制管理極為困難，一個嚴重干擾都能波及全系統(tǒng)導致瓦解的嚴重后果。因此，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行是一個極端重要的問題，只有在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提下，才有可能進一步考慮運行的經(jīng)濟性等問題。當前的中國已步入大電網(wǎng)、高電壓和大機組的時代。隨著中國電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和擴大，電力系統(tǒng)安全穩(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)實時安全分析方法和安全穩(wěn)定控制技術的研究和應用，已成為電力生產(chǎn)、運行、科研和制造部門的重要任務，不管在任何情況下，電力調(diào)度運行部門都要把電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行放在首位[6-9]。?
1 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題?電力系統(tǒng)中各同步發(fā)電機間保持同步是電力系統(tǒng)正常運行的必要條件，如果不能使各發(fā)電機相互保持同步或在暫時失去同步后不能恢復同步運行，這就使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定。電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題最早應追溯到上世紀初。當同步電機由單機運行發(fā)展到與其它同步發(fā)電機并列運行后，就出現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題，特別是在發(fā)生故障情況下，有可能使發(fā)電機失去同步。電力系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，往往會導致系統(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)安全運行的必要條件。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究中，除了維持發(fā)電機間的同步運行的穩(wěn)定性外，還開展了電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定性問題的研究。
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用電負荷停電，停電最長時間13h，停電區(qū)域20萬km2，經(jīng)濟損失達1億美元，影響居民3000萬人。事故原因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。這次事故起因為大風暴造成輸電線路斷開，短時的供需不平衡，使電網(wǎng)電壓劇升，發(fā)電機超速解列。這次大停電引起貧民區(qū)的搶劫和縱火，華爾街上造成嚴重的社會問題。法國1978年12月19日大停電事故。當時由東部向西部送電的一條400?kV線路因過負荷跳閘，導致其他線路發(fā)生一系列的過負荷跳閘，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。事故中負荷停電8168MW，影響280萬用戶，停電時間長達3h21min，使兩個500kV變電站及一個275kV變電所全停，影響日本鐵路線13條線路停運，都市自來水中斷，銀行計算機系統(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，大量負荷轉(zhuǎn)移到一條與之環(huán)網(wǎng)運行的110kV線路上，造成穩(wěn)定破壞，系統(tǒng)劇烈振蕩，最后導致系統(tǒng)瓦解。事故發(fā)生后，甩負荷及停電320?MW，少送24萬kW·h電能，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會生活造成嚴重損失。?1972年7月20日浙江電網(wǎng)瓦解事故，是華東電網(wǎng)的一次嚴重穩(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、常州為中樞點的三角大環(huán)網(wǎng)。這個總長564?km的單回線大環(huán)網(wǎng)給系統(tǒng)運行帶來復雜性。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220?kV變電站，23個110?kV變電站，近100個35?kV變電所停電，全省甩負荷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)濟損失。發(fā)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)。
中國已進入高電壓、大電網(wǎng)、大機組時代，大區(qū)電力系統(tǒng)的裝機容量已達20000MW以上，中國電力系統(tǒng)已由以省內(nèi)為主，發(fā)展到跨省的大區(qū)電力系統(tǒng)并且大區(qū)電網(wǎng)之間也已開始互聯(lián)。但是，大電力系統(tǒng)對安全性的要求更高，對運行技術和管理水平要求也更嚴格。當大電力系統(tǒng)發(fā)生事故，特別是發(fā)生穩(wěn)定破壞和不可控的嚴重連鎖反應時，停電波及的范圍大，停電時間長，后果嚴重，特別當電網(wǎng)結(jié)構薄弱，管理不善而缺乏必要的技術防范措施時，則某一電氣設備故障可能發(fā)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，必須把保證大電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運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落后于發(fā)電工程，而發(fā)電工程又遠落后于負荷增長的需要，電網(wǎng)結(jié)構相對薄弱，面對中國電力系統(tǒng)的容量不斷增長，如何保證日益發(fā)展的大容量電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，是一項緊急而又重大的任務[20]。?
2 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定研究[20-42]?對電力系統(tǒng)而言，安全和穩(wěn)定都是系統(tǒng)正常運行所不可缺少的最基本條件。安全和穩(wěn)定是兩個不同的基本概念?！鞍踩笔侵高\行中的所有電力設備必須在不超過它們允許的電壓、電流和頻率的幅值和時間限額內(nèi)運行，不安全后果導致電力設備損壞?！胺€(wěn)定”是指電力系統(tǒng)可以連續(xù)向負荷正常供電的狀態(tài)，有三種必須同時滿足穩(wěn)定性要求：?①?同步運行穩(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)不能繼續(xù)向負荷正常供電，最終可導致系統(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50年代后期，一些西方工業(yè)化國家就開始把計算機應用在實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度為主要的目的上。60年代后期以來，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)濟損失和嚴重的社會影響使各方面深受震動，各國才開始重視電力系統(tǒng)實時安全穩(wěn)定分析的研究。
2.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析研究[20-28]?電力系統(tǒng)的同步穩(wěn)定問題一直是人們研究的重要課題。長期以來，無論是經(jīng)典的還是現(xiàn)代的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，不論在穩(wěn)定性機理、數(shù)學物理模擬、計算方法，還是在控制技術對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響方面，主要集中在系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的研究上，并且由于控制理論、計算機技術的飛速發(fā)展及
關鍵詞：電力系統(tǒng)；安全穩(wěn)定；新進展?
當今，電力已作為現(xiàn)代社會的主要能源，與國民經(jīng)濟建設和人民生活有著極為密切的關系，供電不穩(wěn)定，特別是大面積停電事故所造成的經(jīng)濟損失和社會影響是十分嚴重的，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)的運行提出了更高的要求，既保證安全、可靠和經(jīng)濟地發(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)是一個由電能產(chǎn)生、輸送、分配和用電環(huán)節(jié)組成的大系統(tǒng)。同時，由于電能的發(fā)、送、變、配、用電各個環(huán)節(jié)是同時進行，這樣現(xiàn)代電力系統(tǒng)又是一個復雜的實時動態(tài)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)除了包括發(fā)電、送電、變電、配電和用電設備外，還包括監(jiān)測系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、遠動和自動調(diào)控設備等組成的二次系統(tǒng)[1-5]。
在這個大系統(tǒng)中，其設備眾多，分布區(qū)域很廣，要保證每一臺裝置設備或每一條輸電線路在任何時候都不發(fā)生任何故障是絕對不可能的。隨著社會生產(chǎn)技術的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)由于機組容量不斷提高，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電壓等級不斷提高，超高壓遠距離輸電以及互聯(lián)電網(wǎng)形成，使電網(wǎng)結(jié)構更加復雜，造成現(xiàn)代電力系統(tǒng)的控制管理極為困難，一個嚴重干擾都能波及全系統(tǒng)導致瓦解的嚴重后果。因此，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行是一個極端重要的問題，只有在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提下，才有可能進一步考慮運行的經(jīng)濟性等問題。當前的中國已步入大電網(wǎng)、高電壓和大機組的時代。隨著中國電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和擴大，電力系統(tǒng)安全穩(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)實時安全分析方法和安全穩(wěn)定控制技術的研究和應用，已成為電力生產(chǎn)、運行、科研和制造部門的重要任務，不管在任何情況下，電力調(diào)度運行部門都要把電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行放在首位[6-9]。?
1 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題?電力系統(tǒng)中各同步發(fā)電機間保持同步是電力系統(tǒng)正常運行的必要條件，如果不能使各發(fā)電機相互保持同步或在暫時失去同步后不能恢復同步運行，這就使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定。電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題最早應追溯到上世紀初。當同步電機由單機運行發(fā)展到與其它同步發(fā)電機并列運行后，就出現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題，特別是在發(fā)生故障情況下，有可能使發(fā)電機失去同步。電力系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，往往會導致系統(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)安全運行的必要條件。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究中，除了維持發(fā)電機間的同步運行的穩(wěn)定性外，還開展了電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定性問題的研究。
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用電負荷停電，停電最長時間13h，停電區(qū)域20萬km2，經(jīng)濟損失達1億美元，影響居民3000萬人。事故原因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。這次事故起因為大風暴造成輸電線路斷開，短時的供需不平衡，使電網(wǎng)電壓劇升，發(fā)電機超速解列。這次大停電引起貧民區(qū)的搶劫和縱火，華爾街上造成嚴重的社會問題。法國1978年12月19日大停電事故。當時由東部向西部送電的一條400?kV線路因過負荷跳閘，導致其他線路發(fā)生一系列的過負荷跳閘，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。事故中負荷停電8168MW，影響280萬用戶，停電時間長達3h21min，使兩個500kV變電站及一個275kV變電所全停，影響日本鐵路線13條線路停運，都市自來水中斷，銀行計算機系統(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，大量負荷轉(zhuǎn)移到一條與之環(huán)網(wǎng)運行的110kV線路上，造成穩(wěn)定破壞，系統(tǒng)劇烈振蕩，最后導致系統(tǒng)瓦解。事故發(fā)生后，甩負荷及停電320?MW，少送24萬kW·h電能，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會生活造成嚴重損失。?1972年7月20日浙江電網(wǎng)瓦解事故，是華東電網(wǎng)的一次嚴重穩(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、常州為中樞點的三角大環(huán)網(wǎng)。這個總長564?km的單回線大環(huán)網(wǎng)給系統(tǒng)運行帶來復雜性。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220?kV變電站，23個110?kV變電站，近100個35?kV變電所停電，全省甩負荷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)濟損失。發(fā)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)。
中國已進入高電壓、大電網(wǎng)、大機組時代，大區(qū)電力系統(tǒng)的裝機容量已達20000MW以上，中國電力系統(tǒng)已由以省內(nèi)為主，發(fā)展到跨省的大區(qū)電力系統(tǒng)并且大區(qū)電網(wǎng)之間也已開始互聯(lián)。但是，大電力系統(tǒng)對安全性的要求更高，對運行技術和管理水平要求也更嚴格。當大電力系統(tǒng)發(fā)生事故，特別是發(fā)生穩(wěn)定破壞和不可控的嚴重連鎖反應時，停電波及的范圍大，停電時間長，后果嚴重，特別當電網(wǎng)結(jié)構薄弱，管理不善而缺乏必要的技術防范措施時，則某一電氣設備故障可能發(fā)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，必須把保證大電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運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落后于發(fā)電工程，而發(fā)電工程又遠落后于負荷增長的需要，電網(wǎng)結(jié)構相對薄弱，面對中國電力系統(tǒng)的容量不斷增長，如何保證日益發(fā)展的大容量電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，是一項緊急而又重大的任務[20]。?
2 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定研究[20-42]?對電力系統(tǒng)而言，安全和穩(wěn)定都是系統(tǒng)正常運行所不可缺少的最基本條件。安全和穩(wěn)定是兩個不同的基本概念?！鞍踩笔侵高\行中的所有電力設備必須在不超過它們允許的電壓、電流和頻率的幅值和時間限額內(nèi)運行，不安全后果導致電力設備損壞?！胺€(wěn)定”是指電力系統(tǒng)可以連續(xù)向負荷正常供電的狀態(tài)，有三種必須同時滿足穩(wěn)定性要求：?①?同步運行穩(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)不能繼續(xù)向負荷正常供電，最終可導致系統(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50年代后期，一些西方工業(yè)化國家就開始把計算機應用在實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度為主要的目的上。60年代后期以來，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)濟損失和嚴重的社會影響使各方面深受震動，各國才開始重視電力系統(tǒng)實時安全穩(wěn)定分析的研究。
2.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析研究[20-28]?電力系統(tǒng)的同步穩(wěn)定問題一直是人們研究的重要課題。長期以來，無論是經(jīng)典的還是現(xiàn)代的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，不論在穩(wěn)定性機理、數(shù)學物理模擬、計算方法，還是在控制技術對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響方面，主要集中在系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的研究上，并且由于控制理論、計算機技術的飛速發(fā)展及
環(huán)保知識
職業(yè)衛(wèi)生