电力系统安全稳定控制技术概述

电力系统安全稳定控制技术 概述丁卫东

南京南瑞集团公司稳定技术分公司2012-6-28

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电力系统性能的基本概念 电力系统安全稳定控制基本概念 电力系统安全稳定控制的基本原则 电力系统安全稳定控制的作用及措施 大停电事故案例

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电力系统性能的基本概念 电力系统的任务电力系统的任务就是不间断地向用户供 应质量(电压和频率等)合格的电能。保持电 力系统持续安全稳定运行就是必要条件。

电力系统的性能 描述电力系统的性能的重要指标包括可 靠性、安全性和稳定性。2013-8-9 3

IEEE/CIGRE的电力系统性能定义

IEEE——美国电气与电子工程师学会，是 美国一个较大的科学技术团体，由美国电 气工程师学会(AIEE)和美国无线电工程 师学会(IRE)合并而成，致力于电气、电 子、计算机工程和与科学有关的领域的开 发和研究。 CIGRE ——国际大电网会议，是电力系统 中覆盖技术、经济、环境、组织和管理方 面的最重要的世界性组织，总部设在法国， 已有90余年历史 。2013-8-9 4

电力系统的可靠性指的是长期符合要求运 行的概率，它表示连续地、长期不停电地 为用户提供充足的电力服务的能力。 电力系统的安全性指电力系统能够承受可 能发生的各种扰动而不会导致对用户供电 中断的风险程度。 电力系统的稳定性指的是扰动后系统保持 完整运行的持续性，取决于运行工况和扰 动性质。2013-8-9 5

DL/T 723-2000中有关电力系统性能的定义 DL/T 723-2000《电力系统安全稳定控制技术导 则》根据原电力工业部综科教[1998]28 号文《关于下达1997年修订电力行业标准计 划的通知》中所列项目任务《电力系统安全稳定 控制技术导则》而编制。 电力系统安全稳定控制是保证电力系统安全 稳定运行的重要措施。这类措施虽然已在电力系 统中有较普遍的应用，但尚缺乏较全面、系统的 技术规定来指导有关的科研、设计、制造和运行 工作。本标准即为了适应这一要求而制定。本标 准规定了电力系统安全稳定控制的功能、应用条 件、基本性能要求及主要技术指标等。 本标准适用于安全稳定控制系统的科研、设 计、制造和运行等领域。 2013-8-9

DL/T 723-2000《电力系统安全稳定控制技术导 则》给出若干电力系统性能的定义。

电力系统的可靠性电力系统供给所有用电点符合质量标准和所 需数量的电力的能力。

电力系统的安全性电力系统在运行中，如出现特定可承受事件， 不致引起损失负荷、系统元件的负载超出其定额、 母线电压和系统频率超越允许范围、系统稳定破

坏、电压崩溃或连锁反应的能力。可承受事件是 电力系统设计和运行时规定可承受的偶发事件。2013-8-9 7

电力系统的稳定性电力系统在扰动(如功率或阻抗变化) 后返回静态运行的能力。稳定性包括功角 稳定性、电压稳定性和频率稳定性。

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世界上多次大停电都是由电力系统的失稳 事故引起的，故电力系统稳定是关系电力 系统安全运行的首要问题。长期以来，大 多数系统的主要问题是暂态功角稳定问题， 随着互联电网规模的不断扩大，新技术的 出现和新控制手段的应用，系统逐渐运行 在重载状态下，各种失稳形态也相继出现， 如电压稳定、频率稳定等，充分了解各种 失稳现象及其相互关系，是合理设计和运 行电力系统的关键。2013-8-9 9

IEEE/CIGRE的电力系统稳定性定义和分类

电力系统稳定性是指电力系统在给定的初 始运行工况下受到一个物理扰动后重新回 到运行平衡点，且在该平衡点大部分系统 变量都未越限，从而整个系统保持完整性 的能力。

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功角稳定 功角稳定指的是互联电力系统中的同步发电机在正常运行状态下和受到扰动时维持同步运行的 能力。 功角稳定性取决于系统中各台发电机在电磁转矩 和机械转矩之间维持或恢复平衡的能力，失稳的 形式表现为某些发电机相对其它发电机的功角摆 动不断增大直至失去同步。功角稳定近一步分为 小干扰(或小信号)稳定和大干扰(或暂态)稳 定，前者指的是在小扰动情况下维持同步运行的 能力，后者指的是系统遭受大扰动时维持同步运 行的能力。2013-8-9 12

电压稳定 电压稳定指的是电力系统在正常运行状态下和受到扰动时，系统电压能够保持或恢 复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能 力。 电压稳定性取决于电力系统在负荷需求与 系统向负荷供电之间维持/恢复平衡的能力。 电压失稳的形式可表现为某些母线电压不 断上升或下降。引起电压失稳的主要因素 是系统不能够维持无功功率的平衡。2013-8-9 13

发生电压失稳的后果可以是损失区域负荷， 或保护系统动作引起输电线路和其它元件 跳闸，进而导致连锁故障。 小干扰电压稳定性指的是小扰动情况下 (如系统负荷逐渐增长时)系统对电压的 控制能力。大干扰电压稳定性指的是系统 在遭受大扰动(如系统故障或线路跳闸) 后维持稳态电压的能力。 研究电压稳定性的时间可从几秒到几十秒， 故电压稳定可以是短期或长期现象。2013-8-9 14

频率稳定 频率稳定指的是电力系统在遭受严重扰动后，发电与负荷需求出现较大不平衡后， (无论是否的导

致系统解列),系统频率 能够保持或恢复到允许的范围内，不发生 频率崩溃的能力。 频率稳定性取决于系统以最小的非计划负 荷损失维持/恢复发电和负荷之间平衡的能 力。频率失稳的形式是持续的频率振荡导 致发电机和负荷跳闸。2013-8-9 15

在频率波动过程中，过程和设备的典型时 间常数可从小于1s(如低频减负荷)到几 分钟(如原动机的能量转换系统和负荷电 压调节器的响应),因此频率稳定性可以 是短期现场，也可以是长期现象。 短期频率失稳现象：事故造成发电功率不 足的孤岛，而低频减负荷量又不够，导致 频率快速下降，几秒内引发孤岛停电。

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DL755-2001的电力系统稳定性定义和分类 DL755-2001《电力系统安全稳定导则》是对1981年颁发 的《电力系统安全稳定导则》进行了修订。 制定本标准的目的是指导电力系统规划、计划、设计、 建设、生产运行、科学试验中有关电力系统安全稳定的工 作。同时，为促进科技进步和生产力发展，要鼓励采用新 技术，例如，紧凑型线路、常规及可控串联补偿、静止补 偿以及电力电子等方面的装备和技术以提高电力系统输电 能力和稳定水平。 本标准描述了我国电力系统稳定性定义与分类。 电力系统稳定性是指电力系统受到事故扰动后保持稳定运 行的能力。其分类如下图：

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从上图可以看出，其分类与IEEE/CIGRE的分类 在本质上是一致的。两者都将电力系统稳定分为 三大类，但在子类的划分上有以下差别： (1) DL 755-2001近一步细化了功角失稳的不同 原因，将功角稳定细分为静态稳定(在小扰动下 由于同步力矩不足引起的小干扰功角稳定问题)、 小干扰动态稳定(在小扰动下由于阻尼力矩不足 引起的小干扰功角稳定问题)、暂态稳定(在大 扰动下由于同步力矩不足引起的大干扰功角稳定 问题)和大干扰动态稳定(在大扰动下由于阻尼 力矩不足引起的大干扰功角稳定问题)。2013-8-9 19

(2)DL755-2001将电压稳定分为静态电压 稳定和大干扰电压稳定，该静态稳定与 IEEE/CIGRE中的小干扰电压稳定是对应的， 只不过由于主要用于考察电力系统正常运 行和事故后运行方式下的电压静稳定储备 情况，为再从时间段上将静态电压稳定加 以区分。

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