大停电事故及其教训

G
图4 由于低压减载的动作时间与过负荷保护动作时间不配合，切除了连接F母线 的另两条线路，损失F母线负荷16，并可能造成同步稳定性的破坏
一、国际大停电事故及其教训（8）
M1
P 8
6/1
G
12/10 7/1
P 3
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12/8 6/5
G
6/2
6/2
பைடு நூலகம்
P 2
3
3
10 7/1 M2 7/1
''
i
xcd xab X aa X bb 2 X ab
二、我国保障电网安全运行的“三道防线” （1）
第一道防线：高速、准确地切除故障元件的继电保护和 反应被保护设备运行异常的保护 被我国超高压电网普遍采用的装备



利用被保护元件两端的尽可能简单的信息； 超高压系统主保护动作速度10－25毫秒； 超高压系统主保护动作正确率99.82%; 利用被保护元件单端或两端故障暂态信息的继电保护 主保护动作速度2－5毫秒
省 大区电网
6 3 1 5 4 5 3 0
1994 1995 1996 1997 1998
0
1999
0
2000
0
2001
0
2002
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
我国电网规模升级与稳定破坏事故
1993
二、我国保障电网安全运行的“三道防线” （5）
“三道防线”建设中应该加强的研究：

备自投、事故减出力、自动切负荷、抽水改发电等：快速保 持稳态发输电能力与用电需求的平衡。 过负荷控制：连锁切机、切负荷，远方切机、切负荷等。保 持稳态输电能力与输电需求的平衡。 暂态稳定控制：逻辑式连锁切机、切负荷；利用局部量的稳 定性预测与紧急控制装置；基于离线或在线计算的区域性稳 定控制系统；用于保持动态输电能力和输电需求的的平衡。
瑞典丹麦
里，最长停电29小时，损失300亿美元。
2003.9.23
2003.9.28
瑞 典 － 丹 停电1800MW，影响500万人用电，停6.5小时 麦 意大利 6,400MW的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电19小时。
意大利
英国
马来西亚
2003.8.28
伦敦地铁
停电724MW，影响41万用户，50万乘客被困，停电37分钟～1小时
国际大停电事故及其教训
西安交通大学
2006/10/16
目
1. 2. 3. 4.
录
国际大停电事故及其教训 我国保障电网安全运行的“三道防线” 电力系统广域运行信息及其应用 结论
一、国际大停电事故及其教训（1）
国外03年发生的大停电事故－特大停电事故是现代社会的灾难
国家 美国 发生时间 2003.8.14 事故名称 事故后果 北 美 东 部 损失负荷61.8GW，停电8州1省5000万人，停电面积24000 平方公 网


二、我国保障电网安全运行的“三道防线” （3）
第三道防线：失步解列与频率、电压控制

失步解列：在互联电网失去同步后，在预定的地点解列，
以求各子网能独立满足供电需求。 频率控制：通过低周减载、开启备用机组等满足频率要求， 通过高周切机保证频率稳定、机组安全。 电压和无功控制：通过低压减载和增发无功维持电压水平， 防止电压崩溃。
已经建立，支撑着现代的电力生产。
这些信息反应电力系统的稳态运行情况，以分层分 布式信息流结构，数据更新周期为秒钟级。
三、电力系统广域运行信息及其可能的应用（2）
2、电力市场信息支持系统
电力市场化改革后，电能的商品属性日渐凸现，表达电能
因为电能在物理上的实时平衡特性，使得电能安全运行与经 成为市场环境下电力系统生产运行的基础信息系统。
一、国际大停电事故及其教训（3）
大停电的直接原因分析：

在部分元件停运检修状态下，局部发生故障； 故障切除后运行状态转移中部分输电元件运行异常或保护误 动； 后备保护和自动装置切除过载的输电元件；

连锁过载被切除后的输电通道转移及系统不稳定；
输电网络被大面积的无序断开后低周波、低电压、高周波等 自动装置分散动作使系统崩溃。

采用最佳重合闸技术，减少第二次故障冲击、尽可能减少网 络结构和潮流的变化，维持稳态输电能力、提高暂稳极限。 构建输电断面或网络的输电能力保护，协调和优化在元件运 行异常、特别是线路过负荷后采取的网络切换，保证网络的 稳态传输能力与负荷的平衡，防止元件连锁过载被切除。 研制自适应电力系统模型和参数的暂态稳定预测与紧急控制 系统，提高系统的暂态稳定极限，增加网络的输电能力。 研究自适应的失步解列与快速恢复控制系统，减少停电容量 和停电时间。
三、电力系统广域运行信息及其可能的应用（4）
4、电力系统广域动态运行信息的可能应用

快速切除故障元件的继电保护防线是不需要广域信 息的；广域信息下的集中协调控制系统是不可能取 代分散安装的继电保护装置的。
被保护的目标是单一设备，使用两端信息判别故障已经足 够了；保护的可靠性要求极高，越是简单越可靠；保护的 动作速度要求极高，广域信息速度不够；



三、电力系统广域运行信息及其可能的应用（1）
1、电力系统广域稳态运行信息
电力系统地域的广袤性、电力设备的众多性、电能传输的快 速性以及电能实时的平衡特性，决定了反应电力设备运行状态 和电力系统运行方式的实时信息系统，是保障电力系统安全、
可靠和经济运行的基础系统。经过几十年与电网建设同步的发
展，基于五级 SCADA 静态信息采集系统的电力调度自动化系统

一、国际大停电事故及其教训（12）
可吸取的教训：
元件的故障或扰动，在局部系统内部采取措施来消除影响， 不使其扩散到局部系统外； 区域系统之间输电断面上的故障，切除故障元件后尽量保持 输电断面的完整性；
反应元件运行异常的保护应与系统的安全自动装置协调动作， 保证网络连接的强壮性，尽量满足输电能力与输电需求的平 衡，切不可独立、无序乱动； 互联系统失稳后，应按功率尽可能平衡的原则有序解列，避 免大面积停电，并有利快速恢复。
一、国际大停电事故及其教训（5）
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12/10
12/8
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5/5 10 6/5
12/10 4
2"
3
3"
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4"
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16
7"
3
图2 在一条线停电检修时，另一条线路发生短路被保护切除
一、国际大停电事故及其教训（6）
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D
12/10
A 12/8
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C
G
2"
E 3 10 6/5 5/5 4
12/10
3"
一、国际大停电事故及其教训（11）
大停电事故的启示：
任意坚强的网络都存在较薄弱的运行方式和严重的运 行状态； 跟踪运行方式和适应运行状态的实时控制系统是不可 缺或的； 分散安装、独立动作的自动装置可能保护电网，也可 能切跨电网； 电网主网架结构的不安全，是大停电事故的直接原因； 电网的无序解列、开断造成了恢复的困难。
纽约大停电事故
1977.7.13
美国西部网大停电
1994.12.14
系统解列成东西南北四个大岛，事故影响到14
个州200万人的用电。
美国西部网大停电
1996.7.2
系统解列成五个孤岛，事故影响 14 个州 200 万 用户
美国西部网大停电
1996.8.10
系统解列成四个孤岛，事故影响9个州750万用
正在研究、未来可能装备电网的保护

以尽可能快的速度、在尽可能小的范围内切除故障，减 少系统产生的不平衡能量
二、我国保障电网安全运行的“三道防线” （2）
第二道防线：保障电网安全运行的安全自动装置 自动重合闸装置：除减少重合于永久故障时系统不平衡能量 外，尽量减少网络拓扑的变化，尽快恢复网络输电能力；


具备广域动态运行信息将使保障整个电力系统安全 运行的第二道、第三道防线的水平发生“质”的提 高。
谢谢大家！
四、输电断面安全性保护（1）
1. 输电断面安全性保护的任务
通过协调断面上的后备保护和自动装置的动作，避 免断面内的支路发生连锁过载跳闸，维持断面的输 电能力，防止断面潮流的大幅度转移。
预测出并行输电断面存在连锁过载跳闸的可能时， 通过安全稳定控制系统进行紧急控制，消除支路过 载。反之，则允许过负荷保护延时跳闸。
2003.9.1
马来西亚
马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小时。
一、国际大停电事故及其教训（2）
美国发生的其它大停电事故－预防特大停电事故是对现代科学技术的挑战
事故名称
美国东北部大停电
时间
1965.11.9
后果
最长停电时间达13h，影响居民3000万人，直 接经济损失达1亿美元。 停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫， 华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。
描述电力设备及电力系统动态行为的信息，利用这些信息
可以掌握和预计电力系统的动态变化规律，通过施加适当的 控制，调控电力系统向预定的目标变化。 例如：具有同步时钟、同时测量的电压、电流、功率和功 角信息及其高速的传递网络。 随着全球同步时钟的出现和高速信息网络的发展，建设电 力系统广域动态信息系统初步具备了条件。


争取各自平衡，尽量减少对用户的损失，维持各子网的安 全，创造并网条件。
二、我国保障电网安全运行的“三道防线” （4）
22 20 19.1 18 16 14 12 9.4 10 8 5 6 4 2 0
1981 1982 70-80
市－省级电网
14 12 8 9 10 8 4 5
Ê ¹ Â Ê ´ Î ý £ Ê º ´ Î /Ä ê
4
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4''
8/8
G
16
低 压 减 载
5
''
3
P 3
图5 M2断面先于M1断面失步而解列，解列后的系统功率极不平衡
一、国际大停电事故及其教训（9）
M1
P 8
6/1
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12/10 7/1
P 3
G
12/8 6/5
G
6/2
6/2
P 2
3
3
10 7/1 M2 7/1
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4
12/10
4''
8/8
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16
低 压 减 载
5
''
3
P 3
图6 M1断面再次失步解列，全系统解列成四片
一、国际大停电事故及其教训（10）
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M1
12/10
12/8
G
G
12/10
3
10/5
低 周 波 减 载
4
M2
4 ''
16
低 压 5 '' 减 载
12/8
G
3
图7 各发电厂功率过剩，高周波切机动作，全系统瓦解
四、输电断面安全性保护（3）
3. 实现输电断面安全性保护的关键技术
输电断面的在线快速搜索： 运行状态的变化，并行输电断面也会发生变化，研究的 基于图论的并行输电断面快速搜索算法有两种：
对于电源与负荷分布不均具有较明显断面的网络，简化 原始网络； 进行系统分区，建立系统状态图；在系统潮 流状态图上，寻找有相同电源区或负荷区的并行输电断 面。
价值、价格的实时经济信息成为决定电能交易的决定性信息。
济交易互相制约、密不可分。同时表征二者特性的信息系统，
这些信息反应电力市场的交易、电价、电费和电力系统的
稳态运行情况，以分层分布式信息流和点到点的信息流结构， 数据更新周期为秒钟级。
三、电力系统广域运行信息及其可能的应用（3）
3、电力系统广域动态运行信息
7/6 B 8/8 3
F
4"
16
7"
G
图3 故障切除后过负荷保护起动,由于没有正确调整潮流或调 整慢，致使切除一个输电断面，造成大范围潮流转移
一、国际大停电事故及其教训（7）
G
D
12/10
A 12/8
G
C
G
E 3 10
6/7
3
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4 F 低 压 减 载
12/10
4''
7/7 B 8/8 3 16
7''
一、国际大停电事故及其教训（4）
高周切机
G
12/10 各线路配置过负荷后备保护
D
失步解列M1 12/8
G
G
5/4
12/10
高周切机 3
C
10 低 周 减 载
E
6/4
2"
A
5/4 低 压 低 周 减 载 7 秒 动 作 4
高周切机
3 "
7/4
F
16
失步解列M2
B
G
4"
3
8/8
高周切机
图1 正常潮流状态及自动装置配置
对于电源与负荷分布均匀的多环路网络，并行输电通道 也许就不存在，对这样的网络提出了基于图论的最短路 径搜索算法，确定过载元件跳闸后最易遭受大功率转移 的线路。
四、输电断面安全性保护（4）
输电断面连锁过载的实时预测
在当前状态或元件过载的紧急状态下，利用直流潮流分布 系数法进行快速安全性评估：
j
四、输电断面安全性保护（2）
2. 实现安全性保护的信息条件
输电断面安全性保护需要实时获取系统级的信息，快速收 索当前的输电断面，快速评估线路开断后断面的潮流情况， 并给出可行的控制方案执行之。
提升SCADA/EMS系统的数据更新速度或利用快速动态信息系 统，刷新周期长短于1秒；将分散安装的过负荷保护和各种安 全自动装置联网，构成安全稳定紧急控制系统；完成对电网 的实时监视、实时计算真、实时控制。