基于执行可控孤岛解列防止迫近的大面积停电研究

邵红博　刘永民　刘万勋　苗福丰　王圆圆

摘 要：随着分布式新能源的大量接入及商业利益的驱使，输配电网长期处于重载运行状态，大面積停电事件席卷全球各个国家。通常情况下，当电力系统广泛采用的三道防线（预防控制、紧急控制和纠正控制）失效时，大停电事故就会迫近发生。由此，可控孤岛解列被提出，作为最后诉诸的方案来阻止迫近的大范围停电事故。基于此，本文主要探讨可控孤岛解列方案，并研究何时执行可控孤岛解列这个关键性问题。此外，由于级联断路是发生大停电事故的本质特征，为了能在复杂的电力系统动态仿真环境中模拟级联断路现象，也对电力系统网架和发电机保护系统进行建模。

关键词：大停电事故;级联断路;可控孤岛解列

中图分类号：TM712文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）26-0139-04

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目前，三道防线方案[1]已经被广泛应用于电力系统中，以防止系统停电事故发生。然而，在级联断路前期阶段，线路脱网速度比较缓慢，预防控制偶尔会因为二次保护系统的误动或者拒动而失效。在级联断路后期，线路脱网速度较快，紧急控制往往会由于复杂电网线路之间或者线路与发电机之间的保护缺少整合和协调配合而失效。在系统振荡阶段，由于低压切负荷、低频切负荷以及失步保护效果不佳，纠正控制起到的作用也较小。当三道防线所有的控制措施都用尽且无效时，迫近的大停电事故就会到来。例如，2003年的美国东北部大停电及意大利大停电。在这种情况下，可控孤岛解列被提出，当其他常规方法失效时，作为最后诉诸的方案来阻止大范围停电事故的发生[2-4]。

1 可控孤岛解列

1.1 选择适当的时间执行可控孤岛解列

在适当的时间执行可控孤岛解列至关重要，因为需要对潜在的误撤销和误警报进行处理。误撤销是指孤岛解列过晚，存在潜在不稳定性的电网系统仍然被允许运行，本可以恢复到稳定运行状态，却导致不可控的级联断路，从而引发大停电事故。误警报是指孤岛解列过早，原本就处在稳定运行状态的系统过早地被解列成几部分，导致不必要的系统扰动和经济损失。因此，为了降低大停电事故的风险和经济损失，找到系统由扰动进化为大停电早期可以识别的信号至关重要。在之前的研究中，基于对电力系统仿真数据的训练决策树来决定何时解列，但决策树方法不灵活，只能针对特定训练过的系统，且需要根据电网的变化而不断更新。另外，基于历史大停电事故提取的数据来决定新发生的级联断路是否会发生不可控的大停电事故，然而用基于概率论的方法在实时的电网运行中决定大停电事故仍存在较大风险。

1.2 优化孤岛解列方案

另外一个关键问题是在电网网架的什么位置优化孤岛解列方案，确保在解列后新组成的孤岛中基本实现电力供需平衡。由于孤岛解列对系统来说是相当大的一个扰动，还需要评估解列本身对系统和其他孤岛造成的稳定问题。图论的方法和潮流跟踪的方法在优化孤岛解列方案中被提出，用于识别划分孤岛，确保孤岛在解列前后能够稳定运行。

1.3 解列后持续维持孤岛内供电的可靠性

系统解列后，可以预见，新形成的孤岛的安全裕度非常小，需要实施相应的控制措施以维持岛内电力平衡，如切负荷或者减发电出力。这些预防性的控制方法要在解列孤岛之前就有预案，以能及时准确地响应孤岛解列后给系统带来的扰动。

致整个系统的扰动，造成多条线路过负荷。随后，线路14—15、9—39、3—18、17—27、16—24、1—2、4—5和14—15均过载并且相继被保护动作而脱网。

图4呈现出在级联断路过程中线路潮流的变化情况，对于在同一传输通道上的相邻线路，一条线路脱网，其线路潮流将被转移到相邻线路，继而造成其他线路过负荷并相继脱网，直到不可控大停电发生。图5展现了线路脱网对电压崩溃的影响。多条传输线路的脱网意味着系统上的无功功率无法传输到大负荷地区，加上就地无功补偿如果不能满足当地大负荷，电压将降低直至电压失稳而崩溃。图6是线路26—29被距离保护切掉时线路上电压和电流的变化。从图6可以看出，电流的增大和电压的下降导致距离保护测量到高电流低电压信号，进入到距离保护动作的整定值，继而继续加快级联断路过程。

4 结语

建模仿真了系统线路和发电机的保护设备，研究级联断路在大停电过程中的演化过程，探索大停电过程中可控孤岛解列的方案以阻止迫近的大停电事故。接下来，需要进一步研究找到级联断路过程中的系统指示信号，表明系统崩溃之前的不可逆节点，随之触发可控孤岛解列方案，进一步回答何时解列这一关键问题。

参考文献：

[1] Xue Y. Towards Space-time Cooperative Defence Framework against Blackouts in China[C]// Power Engineering Society General Meeting. IEEE，2007.

[2] Senroy N， Heydt G T. A Conceptual Framework for the Controlled Islanding of Interconnected Power Systems[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2015（2）：1005-1006.

[3] Senroy N， Heydt G T，Vittal V. Decision Tree Assisted Controlled Islanding[J]. IEEE Transactions on Power Systems，2006（4）：1790-1797.

[4] Mei K， Rovnyak S M. Response-based Decision Trees to Trigger One-shot Stabilizing Control[J]. IEEE Transactions on Power Systems， 2004（1）：531-537.