面向风险的电力系统稳定标准对比分析

熊巍 长江工程职业技术学院

面向风险的电力系统稳定标准对比分析

熊巍 长江工程职业技术学院

围绕电力系统的风险评估，通过多角度、全方位对比分析我国与世界上一些主要发达国家和发展中国家电力系统稳定标准的主要特征，阐述电力系统稳定评价标准的重要意义和现实作用，进一步从防控风险角度为电力系统的风险稳定评价提出具体可行的建议措施。

电力系统 运行安全 稳定标准 可靠性 风险评估

随着我国经济社会的不断发展，全社会的用电需求也在与日俱增，伴随而来的就是电网建设规模和建设步伐的不断加快，一大批新型的输电技术得到广泛运用，这些都在一定程度上加深了我国电力网络的复杂性，也对我国电力系统的风险防控和稳定评价工作提出了新的更高的要求和挑战。从近年来全国以及全世界范围内所发生的大规模停电事件中我们可以看出，我们的电力系统以及电网运行的安全性和稳定性还存在着这样那样的缺陷和薄弱环节。因此，必须进一步加强电力系统稳定评价工作，深化稳定评价标准对比分析，采取切实可行的措施防控电力系统风险，避免大规模停电事故的发生，保障我国电力系统的安全性、稳定性。

1 我国电力系统稳定评价标准分析

1981年颁发的《电力系统安全稳定导则》，是我国电力系统安全稳定评价的主要标准，三十多年来，它为我国电力系统的安全稳定运行提供了基本遵循，为科学规划设计电力网络结构提供了重要参考，为进一步建立健全电力企业行业标准发挥了指导性作用，也为深化电力系统稳定评价工作以及风险防控工作提供了根本依据。

该导则从我国电力系统常见故障类型、严重等级等多个方面出发，明确了三个安全评价标准等级及其所包含的故障类型，每个等级在风险因素、故障发生概率等方面均存在差异性。具体来说，在第一等级，主要包括了发生发电机、变压器、输电线路等机械性故障，这类故障在我国电力系统中比较常见，但是其危害性较小，总体来说在可控范围之内，在这种情况下一般要求电力系统保持当前的稳定运行状态，不得随意变更各项参数；在第二等级，主要包括了母线故障、同塔线路跳闸等，这类故障虽然发生概率偏低，但是一旦发生危害性很大，势必会严重影响我国电力系统的运行，这种情况下，就必须及时调整系统负荷，从而保证其稳定性；在第三等级，主要包括了开关拒动等复合型故障，此类故障发生概率极低，但是所导致的后果非常严重，极有可能对电力系统造成毁灭性破坏，因此，必须采取有效措施，避免出现系统崩溃现象，防止负荷出现严重损失。

2 其他国家电力系统稳定评价标准分析

2.1 美国的电力系统稳定评价标准

在电力系统稳定评价工作方面，美国制定了《输电系统规划性能准则》，其与我国的《电力系统安全稳定导则》有着异曲同工之妙，同样是通过划分等级的方式对各类电力事故进行判断分析并采取有针对性的应对措施，从而保证电力系统能够安全可靠运行，避免各类事故的发生。与此同时，TPL-001-4准则，对科学规划电力系统、明确相关职能等做出了深入阐述和系统安排，对电力系统安全稳定标准、电网规划、风险评估等提出了更为详细的要求，对原有的四级稳定标准进行了创造性变革，结合最新的电网规划和事故校验标准开展评价。

依据不同类型的初始运行情况，在分析研究发生不同等级故障及其可能会造成的影响的基础上，将电力系统稳定评价标准划分为八种规划事件。如表1所示，其中，P0级代表无故障，P1-P7分别代表单一故障和多重故障，在多重故障中，又包括了开关拒动、继电保护装置动作错误、双元件故障、公用结构故障等等。与此同时，按照不同等级所对应的不同类型的故障，详细规定了稳定控制装置所切除负荷的大小。对于这八类规划性事件，要求电力系统均能够保持稳定运行，各项参数均保持在合理范围之内，避免发生连锁孤岛事件。

表1 TPL-001-4准则规划事件等级

2.2 英国的电力系统稳定评价标准

结合电力系统运行的实际情况，英国制定了《国家输电系统安全与供电质量标准》，将电力系统划分为海上输电系统和陆上输电系统两大类，并从运行、接入、设计等方面针对两套不同的系统设计了个性化的运行标准和设计标准。

英国的SQSS标准按照不同的电力系统运行情况，分别制定了正常运行准则和条件运行准则。在正常运行准则下，电网处于正常运行状态，当发生线路、发动机、母线等故障时，对系统线路负荷切除的限值进行明确规定，并要求系统必须保持当前的运行状态，避免相关设备和各项参数出现过载以及超限情况。针对单一元件故障，该标准依据不同的负荷大小明确规定了不懂的负荷切除量，如表2所示。

表2 发生安全事件允许最大负荷切除量

在条件运行准则下，主要考虑了英国电力系统运行的恶劣条件，针对事故应对措施和电网运行等方面做出了特殊的要求和规定，该准则将架空双合线故障定性为严重的电力安全事故，规定可以在避免经济损失的情况下在一定范围内切除负荷，保证系统以及电压的稳定。同时，该准则还规定，在事故高发易发期间，通过增加备用容量、减少远距离输电等措施，进一步防控电网跳闸风险，确保同塔双回线运行安全。

2.3 印度的电力系统稳定评价标准

印度采用《输电规划标准指南》，对电力系统规划和可靠运行进行规范标准指导。印度是一个大规模停电事件易发的国家，这在一定程度上说明了该国电网的脆弱性，已经远远无法满足日益增长的经济社会发展的需求。因此，对现有的指南进行调整修订势在必行。

该指南将电网运行分为N-0、N-1、N-1-1等三种情况，并分别提出了相应的稳定标准。其中，在N-0请款下，电网无故障，西宫正常运行。在N-1情况下，变压器、线路等设备发生单一元件故障，系统在稳态和暂态下应满足的要求。稳态下系统保持正常稳定运行，不发生切机切负荷；暂态则要求系统需承受主网单回线路的永久性故障、直流单极故障、单台发电机停运等故障形式所带来的不良影响。在N-1-1情况下，在发生N-1的情况的基础上，同时出现单回主网线路故障，在这种状态下，必须切除负荷，以便系统能够过渡到新状态。

3 中、美、英、印四国稳定标准对比分析

前文我们说明了中、美、英、印等四个国家在电网规划、系统设定、稳定运行等方面出台的文件。我国颁发的《电力系统安全稳定导则》主要根据不同电力事故类型及其严重程度，划分了不同等级的系统稳定要求，主要包括评估线路、发动机、变压器等关键输电设备在出现不同类型故障情况下的稳定性，并采取相应的措施避免由于开关拒动、继电保护装置故障等引起的系统崩溃。美国的TPL-001-4准则将电力系统稳定评价标准划分为八种规划事件，并根据系统不同的初始运行情况和开关拒动、继电保护装置失灵等因素，从P1-P7划分为七个等级。规划事件主要校验系统在发生N-1和N-2事故的情况下能保持稳定运行。英国的SQSS标准将电力系统划分为海上输电系统和陆上输电系统两大类。在陆上输电系统中，根据不同施工场景以及故障发生区域，提出了差异化的稳定评价标准。在正常情况下，当发生N-1故障时，系统运行参数能够继续保持在一个相对合理的范围之内，可以有条件的切除负荷。要求主网发生架空双回线N-2故障时，系统运行参数能够继续保持在一个相对合理的范围之内，同时将负荷损失降到最低。由此可见，英国的SQSS标准主要考察系统在发生N-1和N-2事故的情况下的稳定性，注重系统在故障条件下的安全稳定运行。印度的《输电规划标准指南》将电网运行分为N-0、N-1、N-1-1等三种情况，并分别提出了相应的稳定标准。N-1标准要求电力系统在线路、变压器、直流单级等单一元件发生故障后仍能够保持一定的运行水平并且避免负荷损失。N-1-1标准则是在N-1标准的基础上，线路同时发生三相故障，并根据故障类型采取切除负荷等方式将系统过过渡到新状态。

4 面向风险的稳定标准评价

4.1 充分关注系统初始运行情况

我国的《电力系统安全稳定导则》在设定标准的过程中，只对正常情况下所发生的故障造成的系统影响进行了分析。但在实际运行过程中，考虑到电网运行方式的千差万别，发生同一类型故障时多造成的系统影响也会不一样。需要特别指出的是，美国的TPL-001-4准则将发生故障的情况与开关拒动、继电保护装置失灵等情况紧密联系起来，从七个不同的事故等级进行划分，在实际的电力系统运行中更具有可操作性。因此，开展稳定评价工作和风险防控工作必须充分考虑系统初始运行情况，以便不断提高稳定评价标准的有效性和精确性。

4.2 将事故指标进行具体量化

我国的《电力系统安全稳定导则》在负荷切除量以及最大切除时间等方面缺乏明确的规定，仅仅要求在发生N-1故障的情况下，不得切除负荷，在第二、第三级标准下避免系统崩溃且最大限度降低负荷切除量。因此，从电网稳定运行和防控风险的角度出发，必须对相关事故指标进行具体量化，对事故评价标准进行统一，不断提高评估工作的有效性和说服力。

4.3 综合多角度因素进行校验

通过分析近年来发生的严重电力事故，我们可以发现，导致事故发生的原因是多种多样的，既有电力系统内部自身的原因，也有外部环境因素所造成的影响。我国的《电力系统安全稳定导则》在校核事故类型方面主要包含电力系统的主要设备，并对开关拒动、继电保护装置失灵等机械性故障原因进行了重点分析，这具有一定的局限性。开展稳定评价工作和风险防控工作，必须从多个角度、多重因素进行综合考量，不断提高系统风险和薄弱环节识别的准确性和全面性，进一步提高针对不同事故类型所制定的具体风险应对措施的可操作性和时效性，促进电力系统安全运行水平迈上一个新台阶。

5 结语

电力系统稳定评价标准包含了常见故障类型，并针对不同故障类型提出了具体运行要求。对比分析这些标准规范，可为我国电力系统开展稳定评价工作和风险防控工作提供积极有效的参考。本文围绕事故量化指标、发生故障元件等方面，深入分析对比中、美、英、印等四国的稳定评价标准，同时，结合各国标准的优点，从电网风险分析和安全稳定运行的角度提出了具体的改善意见。

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