《电力系统紧急控制》PPT课件

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1、电力系统紧急控制第一部分：设计准则和系统框架0引言电力工业的目标是满足用电需求，并尽可能降低价格和保证电能质量。为了达到这个目标，系统需要一定的备用容量。备用容量的多少取决于各个系统的主要特性和事故假设所决定的优化程度。在水、火电各占一半的系统中，备用容量应为装机容量的25～30%。因此，现代电力工业的主要特征是发展大型互联电力系统。它可以减少备用容量，相互进行功率支援，以最有效的方式利用经济的能源，从而提高系统的可靠性和经济性[1]。然而，互联电网的缺点是，由于对事故连锁反应，可能出现大面积停电[2，3]。1996年7月2日和8月10日美国西部大停电

2、事故的关键特征是，解列一条线路后，其余线路被迫承担被解列线路的负荷，而已失去一条线路的网络进一步过载，从而引起连锁反映和导致系统崩溃。经验表明，大多数这样的灾难性事故是因为对紧急控制缺乏应有的重视。估计发生这种事故的几率还将增加。随着电力市场的发展，电力系统的重构和解除管制，在主网基础上建立起来的现代互联网在区域之间传输的功率将日益增加。这种需求进一步增加了电力传输系统的压力。最明显的解决方法是新建输电线。但是新建线路投资高、除峰荷外利用率低，从环境保护的角度也对线路走廊提出了限制，因此新建线路的方案是缺乏吸引力的。在这种情况下，互联电网的可靠性只有借

3、助于发展紧急控制系统来予以保证[4，5]。与现代电力系统可靠性有关的问题很多而且非常复杂。这就必须弄清有哪些重要问题和需要什么新的控制功能来保证当前系统的可靠性。本文将较系统地综述与电力系统紧急控制有关的问题：紧急控制的定义及其主要目标、已有的紧急控制措施、集中紧急控制系统的框架和设计准则。而在相关的另一篇文章中进一步阐述有关紧急控制的理论研究和未来发展的趋势[6]。2电力系统的运行状态和稳定性电力系统的运行条件一般可用三组方程式来描述：一组微分方程式用来描述电力系统元件及其控制设备的动态行为；另两组代数方程式则分别构成电力系统运行的等式和不等式约束条

4、件。等式约束表示系统总的发电量和总负荷量的平衡；不等式约束表示某些系统变量，如电压和电流，不得超过物理设备的最大极限。根据这些约束条件是否满足，系统的运行分为5个状态，如图1所示[7，13，14]。在正常运行状态下，所有等式和不等式约束条件都满足，表明发电和负荷平衡，没有设备过载，有足够的备用储备使系统能承受一定的干扰而保持在适当的安全水平。当扰动概率增加，使系统安全水平逐步降低而进入警戒状态。此时，虽然所有约束条件仍然满足，但是备用储备减少，某些干扰可能导致不等式约束破坏（如设备过载），使系统安全受到威胁。在这种状态下，应采取预防控制使系统恢复到正常

5、状态。在采取预防控制之前，如果发生足够严重的干扰，系统就进入紧急状态。此时，不等式约束被破坏，系统安全水平为零。但是，系统仍然完整，应启动紧急控制使系统至少恢复到警戒状态。如果紧急控制措施未及时采取或失效，系统将解列和进入极端紧急状态。在极端紧急状态中，等式和不等式约束都被破坏，系统不再完整，系统大部分负荷丧失。紧急控制作用应尽可能多地挽救解列后的子系统，以避免整个系统的完全崩溃。一旦崩溃停止，如果仍有设备运行在额定容量之内，或某些设备紧跟崩溃而重新启动，则系统可能进入恢复状态。采取恢复控制措施，重新带上所有失去的负荷和连接系统，系统可能过渡到警戒状态

6、或正常状态则视情况而定。为了保证系统的可靠性，首先要对系统稳定性，即受到扰动后回到正常或接近正常运行条件，进行详细的研究。通常按扰动性质将稳定性进行分类[8]：(1)静态稳定或小干扰稳定性：由于负荷和发电的动力学性质，电力系统中任何一个地方相对小的扰动所引起的转子摇摆能够恢复。为了维持静态稳定性，必须严格约束运行参数——主要是电压水平和潮流。(2)暂态稳定性：系统遭受严重的暂态扰动，如输电线故障、切除发电机或大的负荷，引起发电机转子角、母线电压和其它系统变量大幅度波动，而能够维持同步运行的能力。如果系统的暂态稳定性比较脆弱，就要考虑附加的调节手段：多个

7、发电机的作用，或附加运行约束。对电力系统紧急控制而言，虽然在各种特定条件下产生紧急条件的扰动性质可能有极大的不同，但主要原因如下：l电力系统元件（线路、变压器、母线、发电机）短路；l将故障元件与主网隔离；由于运行员的错误，或由于继电保护或其自动化设备的误动，将无故障元件解列；互联电网的各区域中的有功平衡破坏；系统解列后形成有功或无功缺乏或过剩的孤岛。值得指出的是，从上述紧急状态的定义及其产生的原因可以看出，紧急控制虽然与暂态稳定密切相关，但不仅仅只是考虑暂态稳定问题，而应该从整个系统的要求出发。对于系统紧急状态来说，个别电机的不稳定性既不是必要条件，也

8、不是充分条件。系统演变到紧急状态，可能不会直接威胁个别电机的连续同步运行；危及个别电机连续稳定