电力系统安全性与稳定性

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N-1原则与可靠性分析相比较,它的计算简便, 不需搜集元件停运率等大量原始数据,是一种极为简 便的安全检查准则,在欧美一些电力公司得到了广泛 应用。
判断线路是否过负荷,通常使用线路发热条件的 载流量极限值。
局限性:需要量化评价时,须引入可靠性计算。
在我国,《电力系统安全稳定导则》(DL755-2001) 规定了保证电力系统安全稳定运行的基本要求、 安全稳定标准及安全稳定的计算方法。
稳定:指电力系统可以连续向负荷正常供电的 状态。保证稳定是电力系统安全运行的必要条件。
不稳定后果:系统崩溃。 安全:指运行中所有电气设备必须在不超过它们 允许的电压、电流和频率的幅值和时间限幅内运行。
不安全的后果:设备损坏。 安全性:表征系统短时间内抗干扰能力,属运行 范畴。
可靠性:长时间连续正常供电的概率,属规划 范畴。
④按电压等级划分,如500kV,220kV等。 已定义的故障可以放到一个故障组或多个故障组中。
故障集合:全部定义的故障组的总称。
各故障组在缺省条件下是激活的,可以对有关 故障组设置“停用”标志,在故障扫描中就会跳 过这些故障,只分析激活的故障组。
采用故障集合的方式,提高了预想故障分析的 有效性,节省了计算时间,又可灵活方便地设定 分析目标,优越性远胜于n-1扫描方式。
故障扫描: 也称故障筛选,对故障集合中的故障进行预处理。
目的:避免不必要的计算,加快预想故障分析的速度。 方法:
①直接法:快速计算故障后潮流。 直流潮流法:将交流潮流用等值的直流潮流代替,
甚至只用直流电路的解法分析有功潮流,忽略无功分布对有功 的影响,准确性差。
P-Q分解法 等值网络法:一般用Ward等值或REI等值。 分布系数法
P-V转换潮流
快速潮流(不重新进行网络分析和形成因子
表,对B’、B”快速修正)
故障定义
故障集合
解列故障
非解列故障
故障扫描
非连续 故障
非线性 故障
其它 故障
有害 故障
其中: N-1安全准则:正常运行方式下的电力系统 中任一元件无故障或因故障断开,电力系统应能 保证稳定运行和正常供电,其它元件不过负荷, 电压和频率均在允许值范围内。
应用:静态安全分析(单一元件无故障断开)
动态安全分析(单一元件故障后断开的稳定
性分析)
某些多个元件同时退出运行的事件也要考核。
安全性、稳定性、可靠性的关系
定义: 预想故障分析是指针对预先设定的电力系统元
件的故障及组合,确定它们对电力系统安全运行的 影响。
预想故障分析是能量管理系统(EMS)的重要 功能之一。一般的说,其包括故障定义与分类、故 障筛选和故障分析三部分。 主要功能:
①按调度员的需要方便地设置预想故障; ②快速区分各种故障对电力系统安全运行的危
② 在安全监视的基础上,用计算机对预想事故的
影响进行评估:分析电力系统当前的运行状态在发 生预想事故后是否安全;确定在出现预想事故后为
静态安全分析:只考虑预想事故后稳态运行的安 全性,而不考虑从当前运行状态向事故后稳定运行 状态的动态转移过程。判断是否会发生过负荷或电 压越限。
动态安全分析:包括事故后动态过程的安全分析。 目前动态安全分析还处在研究阶段。
据已有知识和运行经验设想:电力系统运行在某一情 况下出现异常情况时应如何处理;在另一种运行情况 时出现异常又该如何处理,等等。但人工预想的事故 只能是少量的,偏重于预想反事故措施。它对当前系
在电子计算机应用于电力系统调度之后,用计算 机代替人工事故预想,对电力系统进行安全监视(SM, Security Monitering)和安全分析(SA,Security Analysis)并提出安全控制对策,把电力系统调度自 动化推向了能量管理系统(EMS)阶段。一般说来,电 力系统安全分析与控制的主要内容包括以下几个方面。
预想故障集合的结构: 以物理分类方式按层次定义预想故障集合。
预想故 障集合
故障组
故障
---主开断元件 ---条件监视元件 ---条件开断元件 ---规则集
一个完整的故障由四部分组成:主开断元件、 条件监视元件、条件开断元件和规则集。 ①主开断元件:可以是电网中的任何元件。故障可
以是单一的,也可以是多重的。多重故障可以是 同类元件,也可以是几类元件的组合。 ②条件监视元件和条件开断元件:配合使用,可以 模拟继发性故障。实际系统中,某些元件故障将 引发其它元件的开断,需引入条件开断的概念。
是对电力系统按可接受的质量标准和所需 数量不间断地向电力用户供电能力的度量。 广义可靠性:包括充裕度和安全性二方面。
充裕度( adequancy,也称静态可靠性):指电力 系统维持连续供给用户总的电力需求和总电 量的能力,同时考虑到元件的计划停运及合 理的期望非计划停运。表征电网的稳态性能。
安全性:动态的可靠性。
电力系统安全性与稳定性 Power System Security and Stability
2011年秋季·研究生课程
第一章电力系统安全分析
主要内容
安全性、稳定性、可靠性概念 N-1安全准则 预想事故分析 安全约束调度
一、概述
① 指电力系统突然发生扰动(例如突然短路或 非计划失去电力系统元件)时不间断地向用户提供 电力和电量的能力;
预防性安全控制:是指在进行控制时电力系统并未 受到干扰,之所以对电力系统实行控制是因为安全 分析已经显示电力系统当前的运行状态在出现某种 事故时是不安全的。实行预防性安全控制之后会提 高电力系统的安全性。但是,安全分析时所假定的 事故可能出现,也可能不出现。如果为了预防这种 可能出现又不一定出现的不安全状态,需要使正常 运行方式和接线方式有很大改变而影响正常运行经 济性时,要由运行人员来作出判断,决定是否需要 进行这种预防性控制。

利用电力系统信息收集和传输系统所获得的电力 系统和环境变量的实时测量数据和信息,使运行人员 能正确而及时地识别电力系统的实时状态。
电子计算机自动校核实时电流或电压是否已到极 限。校核项目包括母线电压、注入有功和无功功率、 线路有功和无功功率、频率、断路器状态及操作次数 等。如果校核的结果是越限则报警,如果逼近极限值 则予以显示。
③ 安全控制是指在电力系统各种运行状态下,为了
保护电力系统安全运行所进行的各种调节、校正和控 制。
常规调度控制:电力系统正常运行状态下安全控 制的首要任务是监视不断变化着的电力系统状态,并 根据日负荷曲线调整运行方式和进行正常的操作控制, 使系统运行参数维持在规定的范围之内,以满足正常 供电的需要。
主开断元件动作
开断监视元件越限
条件开断元件动作
③规则集:描述主开断元件动作后,调度人员按规 定或经验所必须执行的操作。将专家系统的思想 引入预想事故分析。
故障组:具有某种特征的若干故障的集合。这些物 理特征可以是:
①按故障重数划分,如一重、二重、三重等;
②按开断元件类型划分,如线路、变压器等;
③按地区划分,如哈尔滨地区、佳木斯地区等;
E*CR*
紧急 控制
④瓦解状态
ECR*
安全 校正
③紧急状态
E*C*R*
EC*R*
①正常状态:满足全部三类条件,能满足全部 负荷又没有越限,而且能承受预想故障的冲击。
②警戒状态:能满足全部负荷又没有越限,但 承受不了预想事故的冲击。若针对预想故障采取预 防性控制,系统可以回到正常状态。
③紧急状态:能满足全部负荷但已出现支路或 电压越限。若及时采取安全校正措施,系统可以回 到警戒状态或正常状态;否则可能导致系统瓦解。
如何保证电力系统安全性:
①电力系统发展规划应与负荷增长相适应,并
②合理设计系统结构,使电力系统具有足够的 抗干扰能力。

①及时维护系统内各种设备,保证其完好性。 ②优化电力系统的运行结构和参数。
N-1安全准则: 判定电力系统安全性的一种准则。又称单一故障
安全准则。按照这一准则,电力系统的N个元件中的任 一独立元件(发电机、输电线路、变压器等)发生故 障而被切除后,应不造成因其他线路过负荷跳闸而导 致用户停电;不破坏系统的稳定性,不出现电压崩溃 等事故。当这一准则不能满足时,则要考虑采用增加 发电机或输电线路等措施。
但若进行n-2或n-3扫描方式,在技术上是不现 实的。
故采用预想故障集合方式代替n-1扫描方式。 优点:①方便、有效定义多重故障;
②只分析感兴趣故障组,提高计算效率; ③灵活、快速模拟和再现电网实际故障过程。
预想故障集合由调度或运行分析人员给出,它 包括各种可能的故障及其组合。并且可以规定监视 元件和条件故障以自动产生复杂故障。运行中使用 者可以激活感兴趣的故障组进行分析计算。
安全控制还包括紧急状态下的安全控制和事故后 的恢复控制。广义地理解安全控制也包括对电能质 量和运行经济性的控制。
二、预想故障分析
电力系统安全分析是分析运行中的电力系统在出 现事故时是否能够继续保持正常状态运行。这里所谓 的事故是根据运行人员的经验假定的事故。这些事故 的结果,或者使一条或几条电力线路断开,或使变压 器、发电机、负荷断开,或者发生以上情况的组合。 确定出现事故时系统是否安全就是通过计算机计算在 发生以上各种假定的事故时,是否有线路过负荷或超 过允许传输极限,是否有节点过电压,系统是否会失 去稳定等。如果不会出现上述情况,系统的当前运行 状态就是安全的,否则就是不安全的。
害程度; ③准确分析严重故障后系统的状态,实现可
视化。
故障定义与分类:
目的:①提高预想故障分析的准确程度; ②降低预想故障分析的计算量; ③改善预想故障分析的灵活性。
在定义预想故障集时,采用物理分类方式; 在分析过程中,对故障按危害程度分类。
早期只进行n-1式故障选择和分析,随着电网 结构的增强和规模的扩大,调度人员更重视多重 故障分析。
④瓦解状态:全部三类条件破坏,不能满足全 部负荷需求。采取紧急控制防止事故扩大,过渡到 恢复状态。
⑤恢复状态:事故不再扩大,网络元件越限解 除,但许多用户尚未恢复供电,通过恢复控制,使 系统回到正常状态。
可以理解为系统承受偶发性事故冲击而不致破坏 的能力。在实际运行中,一般用安全储备系数和干扰
①与事故概率有关。 ②与其是否有足够的安全储备有关。 安全储备可以理解为备用容量 ,包括有功备用、 无功备用和线路传输能力备用等。 备用容量能否发挥作用与电力系统的运行方式 有密切关系。
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
不存在绝对安全的电力系统。
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。
②间接法,又称性能指标法。不直接计算潮流,
仅利用产生故障时的某些数据进行排队,快速性好精
度低。
性能指标有三类:基于支路有功潮流;基于母线
电压;基于母线电压和无功注入。
例如:有功行为指标:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
P I p

N L Wl
l1
2
Pl Pl m
ax

支路l的有功
支路l的权重
支路l的极限有功
②指电力系统的整体性,即电力系统维持联合 运行的能力。 电力系统安全运行应满足以下三类条件:
①系统负荷需求(用E表示) ②运行约束(无潮流和电压越限,用C表示) ③可靠性约束(预想事故分析,用R表示) 针对这三类条件电力系统可分为五种状态:
① 正常状态 ECR
恢复 控制
⑤恢复状态
预防 控制
②警戒状态
故障判断:
①系统解列判断:按快速P-Q分解法得到节点
电纳矩阵B’后,因子表对角线有零元素判为解列,
因为B’秩小于n-1;
②非线性故障(如电压无功类故障) ;
③非连续故障(如变压器分接头变化

或机组无功越限 ) ;
④故障性能指标。其他故障可用性能指标近似
判断对电力系统安全的危害程度。
故障详细分析:
全潮流分析

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。
主要不足之处
– 认为所有的扰动具有相同的发生概率和相同程度的 后果
发展方向:基于风险的安全性评估

考虑运行方式和事件发生的概率,定量分析和研究 系统的风险

对电力系统面临的不确定性因素,给出可能性与严 重性的综合度量。
电力系统安全分析与控制的主要内容 电力系统调度要实行“事故预想”制度。这是根
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