电力安全防御系统的配置及其技术特点研究

2014-04-17秦涛

科技视界 2014年25期

关键词：系统安全防线导则

秦涛

（国网宁夏电力公司吴忠供电公司，宁夏吴忠751100）

0 引言

电力应急体系的构建一直是当前电网安全与防御方面研究的焦点内容。随着电力系统数字化和智能技术的发展，建立起广域防御电网事故的电力应急体系成为了必要。

1 电力安全防御系统的配置

在电力系统中采用合理的、性能完善的安全防御系统，是提高系统输送能力，保证系统安全稳定运行的重要措施，这一点已成为人们的共识。但是安全防御装置在系统中如何具体配置，如何整定和验算其控制效果等，则还存在许多不同看法

在某些极端严重故障或多种偶然因素影响下都要求保证系统稳定是不可能的，也是不合理的。但在这种情况下要求不致造成系统大面积停电则是可能的和合理的。又如有的人提出在当前控制技术和通信技术迅速发展的条件下，可以设置一个集中的灾变防治系统来全面处理各种紧急情况，这样做是现实和合理的吗?类似的问题还是很多的，这些都严重影响安全防御措施在系统中的设置原则和性能要求。因此，对这些问题进行必要的讨论，可能是有益的。

我国电力系统根据长期的运行经验，多次严重故障的教训，并吸取了国外电力系统一些大面积停电事故的教训，已经总结结出一套系统安全防御措施配置的原则和经验。这些原则和经验在DL 755-2001《电力系统安全稳定导则》和 DL/T 723-2000《电力系统安全稳定控制技术导则》中已表述很清楚。这些导则中明确指出，电力系统应根据故障的严重程度，可能发生的概率，合理设置三道防线来抗御相应的故障。每道防线的技术和结构特点应与其功能相适应。我国各系统贯彻执行了这些规定，尽管尚有某些不足之处，但系统性事故基本是逐年下降的，多年未发生大面积停电的系统崩溃事故。

我国电力系统三道防线的配置如下：

（1）第一道防线——符合导则规定的第一级安全稳定标准。

目标：在系统正常运行，承受第一类概率较大的单一元件故障时，保证系统正常供电，不损失负荷。系统各项参数不超出允许范围，不发生连锁反应和稳定破坏现象。系统如出现潜在不安全因素，如稳定储备不足，应能及时消除，恢复安全状态。

设施：第一道防线应主要由一次系统和常规二次保护装置实现。一次系统应建立合理的电网结构、配备完善的电力设施、安排合理的运行方式。二次系统应配备性能完善的继电保护系统迅速隔离和限制故障的发展。同时还应配备适当的预防性安全稳定控制措施，如潮流、电压等自动调节装置，当系统出现潜在安全危机时，能迅速恢复系统的安全性。

（2）第二道防线——符合导则规定的第二级安全稳定标准。

目标：在系统承受第二类较严重的故障时，防止系统稳定破坏和运行参数越限。

设施：设置防止稳定破坏的控制以保持系统的整体性，包括切机及切负荷等措施。这些措施可能损失部分负荷。

（3）第三道防线——符合导则规定的第三级安全稳定标准。

目标：在系统承受第三类极端严重的故障时防止系统崩溃造成大面积停电和对最重要负荷(包括厂用电)的灾害性停电。

设施：第三道防线应主要由二次系统的广域保护(系统保护、安全自动装置)和严重故障状态下的紧急控制实现，包括系统有计划解列，低频减负荷、低压减负荷和切机等，使负荷损失尽可能减到最小。

2 电力安全防御系统的特点

2.1 预防控制

按照电力系统安全准则，电力系统正常运行时出现上述第一类故障应能保持稳定和不损失负荷，即要求系统正常运行具有一定安全稳定裕度。如果由于某种原因使系统的安全稳定裕度低于规定值，则系统处于潜在不充裕或不安全的警戒状态。为提高充裕性和安全性使电力系统恢复正常安全运行而进行的控制称为预防控制。预防控制协同继电保护构成保证系统安全稳定的第一道防线。

预防控制内容包括：功角及潮流控制以保持稳定裕度和避免过负荷；频率控制以保持系统频率于规定范围和适当运行功率备用；电压控制以保持母线电压于规定范围和合理分配无功功率；改善阻尼特性控制以保持系统必要的阻尼水平。预防控制的措施包括发电机功率预防性控制、发电机励磁附加控制、并联和串联电容补偿控制、高压直流输电(HVDC)功率调制以及其他灵活交流输电(FACTS)控制等。需要特别指出的是PSS和FACTS等改善阻尼特性的控制，在正常运行和事故后均起作用，隶属于预防性控制。

预防控制的实现方法通常采用：监视运行参数并与目标值比较，如系统功角、线路潮流、母线电压、系统频率等实际运行参数与事先确定的运行目标值进行比较，如不一致则进行必要的控制以消除这种差异；通过在线仿真进行监视。根据系统在线运行状态，按当时或以后短时间内可能的变化情况，设定各种故障进行仿真。

2.2 防止暂态稳定破坏和参数越限的紧急控制

电力系统由于较严重故障(第二类大扰动)进人紧急状态，为防止系统暂态稳定破坏、运行参数严重超出规定范围及事故进一步扩大，需要采取相应的紧急控制，必要时，允许损失少量负荷。这类紧急控制构成保持系统稳定性和完整性的第二道防线。控制内容包括：防止稳定破坏的紧急控制；限制频率越限的紧急控制；限制电压越限的紧急控制；限制过负荷的紧急控制。

这类紧急控制的措施是：平衡送受两端的功率，包括送电端的切除发电机、汽轮机快速控制汽门(简称快控汽门)、动态电阻制动和受电端切负荷等；加强系统输送功率能力，包括发电机励磁紧急控制、输电网中串联或并联电容强行补偿和HVDC功率紧急调制等。

紧急控制的实现方法有两类：一类是基于扰动事件的控制方式，另一类是基于响应参数的控制方式。具体应用的控制方式与控制性质和内容有关。对于防止暂态稳定破坏的控制，由于要求速度快(控制命令发出时延一般要求小于100ms)，一般采用基于事件的控制方式。通常采用离线或在线故障前(准实时)进行仿真确定控制策略和参数。离线仿真需对所有可能的系统运行方式和设定的各种故障方式进行计算分析；在线准实时仿真是根据在线运行方式，设定各种故障并周期性(例如几分钟)进行计算分析，以更新控制策略和参数。故障发生时，根据检测的实际故障从预先计算确定的控制策略表中选取适当对策。在某些情况下，也可采用基于响应的方式，或“实时决策、实时控制”的方式，即在故障发生后根据短时段内的实际受扰轨迹，预测未来轨迹的稳定性。对于限制参数严重越限的紧急控制一般采用基于响应的方式，根据实时参数及其变化率按预先确定的控制对策进行控制。

2.3 防止系统崩溃的紧急控制

为防止电力系统承受极端严重故障或未预料到的故障(第三类大扰动)进入极端紧急状态时造成系统崩溃，应配备相应的紧急控制。此时，允许系统解列(失去完整性)和损失部分负荷，但不允许造成大面积停电。这类紧急控制构成防止系统崩溃的第三道防线。控制内容包括：制止失步状态的控制；制止过负荷连锁跳闸的控制；防止频率崩溃的控制；防止电压崩溃的控制。