电力系统安全,可靠,稳定之间关系

一、概念上的关系

电力系统的可靠性指的是系统在长的运行周期中工作正常的概率，表示在相当长的时间内几乎不中断地为用户提供足够的电力供应的能力。它包括两方面的内容：即充裕度和安全性。前者是指电力系统有足够的发电容量和足够的输电容量，在任何时候都能满足用户的峰荷要求，表征了电网的稳态性能，后者是指电力系统在事故状态下的安全性和避免连锁反应而不会引起失控和大面积停电的能力，表征了电力系统的动态性能。

电力系统的安全性指的是电力系统在意外事件下不中断用户电力供应的能力的风险度，安全性与系统对意外事件的鲁棒性有关，并取决于系统的运行条件以及意外事件的发生概率。

电力系统的稳定性指的是扰动后系统整体性的维持能力，它取决于系统的运行条件和扰动的性质。包括功角稳定性、电压稳定性、频率稳定性。

可靠性、安全性和稳定性之间的差异：

1. 可靠性是系统设计和运行的总体目标。为保证可靠性，系统绝大部分时间必须是安

全的。为保证安全性，系统必须是稳定的，同时必须对其他不能归类为稳定问题的

偶然事件是安全的，如设备损坏、杆塔倒塌或者人为破坏等。

2. 从后果来区分安全性和稳定性: 两个具有相同稳定裕度的系统，如果一个系统失稳

的后果比另一个更差，则前者的安全性相对较差。

3. 安全性和稳定性是时变的，可以通过对特定运行方式的研究进行判断。可靠性是一

段时间内的平均性能，只能通过对一段时间内系统性能的整体考虑进行判断。

二、NERC（北美电力可靠性协会）的可靠性定义

可靠性是评估电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向用户供电的能力的度量指标，它包括充裕度和安全性两个方面。

充裕度是指电力系统考虑计划内和非计划内元件停运时，为用户不间断地提供电力和电量的能力。充裕度也常指静态可靠性，也就是在静态条件下电力系统满足用户电力和电量的能力。

安全性是指电力系统承受突然发生的扰动(例如突然短路或非计划地失去系统元件)的能力。安全性有时也称动态可靠性，也就是在动态条件下电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电量的能力。

三、电力系统安全性的分析方法

安全性分析即确定系统对预期发生的扰动的鲁棒性。

要求1：系统在扰动发生后能够达到新的运行状态，并且在该状态下满足所有必须的约束。

要求2：系统在向新的运行状态过渡的过程中不发生任何失稳现象。

对要求1的验证称为静态安全分析，对要求2的验证称为动态安全分析。因此，稳定性分析是安全性分析的一个组成部分，也进而是可靠性评估的一部分。

电力系统中目前的安全性分析基于确定性方法：设计和运行时要求系统能够承受一系列正常扰动——N－1准则；比正常扰动更严重的扰动依靠切机、切负荷以及解列等紧急控制措施。

四、电力系统的稳定性

稳定性在本质上是不同方向的作用力互相平衡的结果。电力系统作为一种高维、多

变量的动力系统来看，其动态过程受到网络拓扑、运行条件和扰动类型等多方面的影响，各种力的失衡有多种形式，表现为多种不稳定现象。

电力系统稳定分类：

Ⅰ、转子角稳定（功角稳定）：

互联系统中同步发电机在扰动下维持同步的能力。它取决于系统中每一台发电机维持或恢复其电磁转矩与机械转矩的平衡关系的能力。影响功角稳定问题的基本因素是同步发电机转子角变化时其电磁转矩的变化方式（功角关系），系统的稳定性取决于转子角的变化量能否产生足够的恢复转矩。

小扰动功角稳定：

1考虑充分小扰动时的功角稳定问题

2允许采用线性化的模型进行分析

3关心的时间尺度为扰动后10到20秒

大扰动功角稳定（暂态稳定）：

1考虑严重扰动（如短路故障）

2发电机转子角大幅变化，须采用非线性的功角关系

3系统是否失稳不仅取决于初始运行状态，而且取决于扰动的严重程度

4对具有明显的区间振荡模式的大型电力系统可将时间尺度延长到扰动后10到20秒

从时间尺度来看小扰动功角稳定和暂态稳定问题都应归类为短期稳定。

Ⅱ、电压稳定：

给定初始运行条件下发生扰动后电力系统维持其所有节点电压值的能力。

它取决于电力系统维持或恢复负荷需求和负荷供给之间的平衡关系的能力。电压失稳通常表现为部分节点电压逐渐下降或上升。小扰动电压稳定指微小扰动（如负荷增加）下系统维持电压的能力；大扰动电压稳定指大扰动（如系统故障、切机、断线等）下系统维持电压的能力。短期电压稳定的时间尺度为数秒，长期电压稳定的时间尺度为数分钟或数十分钟。

Ⅲ、频率稳定：

在导致系统发电量和负荷量出现明显不平衡现象的严重扰动发生后，系统维持频率的能力。它取决于在损失最小负荷的前提下系统维持或恢复发电量和负荷量之间的平衡关系的能力。频率失稳的现象是频率持续波动并导致切机和/或切负荷。

在频率偏移的过程中起作用的设备和调节过程的时间尺度可以是几分之一秒，如低频减载、发电机控制系统和保护系统，也可以是数分钟，如原动机功率调节系统和负荷电压调节系统。因此频率稳定过程既可能是短期现象，也可能是长期现象。