第五章 稳定控制

三、电力系统稳定控制分类
（1）按电网运行状态稳定控制分为：预防性控制、 紧急控制、失步控制、解列后控制及恢复性控制； （2）按控制范围划分：局部稳定控制、区域电网 稳定控制、大区互联电网稳定控制； （3）按稳定类型分为： 暂态稳定控制； 动态稳定控制； 频率紧急控制； 电压紧急控制； 失步控制（解列）；设备过负荷控制（热稳定）
电力系统ຫໍສະໝຸດ Baidu全控制的分类
安全控制：指系统工作在某一运行状态时，为 了提高其安全性，所拟订的防止事故，预防事 故的对策措施 。
预防控制（Preventive Control）
校正控制（Corrective Control）
紧急控制（Emergency Control） 恢复控制（Restorative Control）
分布系数法；
提供最大载荷能力法；
2、动态安全分析
概念：对事故动态过程的分析，着眼于系统 在假象事故中有无失去稳定的危险。
离线稳定计算：分段数值积分法，实时性差。目前 快速判断稳定性无好办法 模式识别法 ；
Lyapunov直接法 ；
扩展等面积法；
电力系统稳定控制技术
一、我国电力系统的发展 及安全稳定方面存在的问题
我国电力系统的发展 及安全稳定方面存在的问题
（5）安全自动装置的管理体制不够健全，现场误操 作引起自动装置的误切机、切负荷事故多次发生; 尚未形成全国统一的安全稳定控制装置的技术条 件、运行与检验标准，稳控装置误动作的事件仍 有发生。
（6）电网安全自动装置培训工作有待加强，应该看 到我国电网每年事故也不少，某些事故也曾与大 停电擦肩而过，上述问题如不切实注意解决，就 难免不会发生类似“814”大停电的灾难事故。
受故障扰动的能力。通过两个特征表征：（ 1）
满足，设备不过负荷、母线电压、系统频率在
允许范围内。
•电力系统充裕性： 是指电力系统在静态条件 下，并且系统元件负载不超出定额、电压与频 率在允许范围内，考虑元件计划和非计划停运 情况下，供给用户要求的总的 电力和电量的 能力。 •电力系统稳定性： 是电力系统受到事故扰动 （例如功率或阻抗变化）后保持稳定运行的能 力。包括功角稳定性、电压稳定性、频率稳定 性。
二、电力系统的预防性控制

预防性控制：是指将电力系统的正常运行情 况调整到这样一种状态，使之不但在当前的 正常运行情况下满足各种约束条件，而且在 预想事故情况下，仍能满足相应的约束条件， 并在此前提下使系统实现最经济运行。所以 从数学模型来说，预防控制实际上相当于在 最优潮流问题的基础上增加相应于各种预想 事故情况的约束条件。
电力系统承受大扰动能力的标准
《电力系统安全稳定导则》规定我国电力系统承受大扰动能 力的标准分为三级： ● 第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电[出现概率 较高的单一故障]； ● 第二级标准：保持稳定运行，但允许损失部分负荷[出现 概率较低的单一严重故障]; ● 第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系 统崩溃，并尽量减少负荷损失[出现概率很低的多重性严 重事故]。 为满足三级标准的要求，首先应规划、建设一个结构 合理的电网，好的网架是电力系统运行的基础，同时在我 国多年来已经形成了“三道防线”的概念，电网的建设应 按三道防线进行规划和配置，电网安全运行应按三道防线 调度管理。
二、电力系统安全性及三道防线
可靠性－安全性－稳定性
电力系统可靠性： 是在所有可能的运行方式、 故障下，供给所有用电点符合质量标准和所 需数量的电力的能力。是保证供电的综合特 性（安全性和充裕性）。可靠性是通过设备 投入、合理结构及全面质量管理保证的。
•电力系统安全性： 是指电力系统在运行中承 电力系统能承受住故障扰动引起的暂态过程并 过渡到一个可接受的运行工况，不发生稳定破 坏、系统崩溃或连锁反应； （ 2）在新的运行工况下，各种运行条件得到

电力系统是由电源、输电网、配电网和用户组成的， 安全经济控制的任务是在满足安全要求和质量要求 的条件下实现运行的经济性，即实现目标最优。使 用最多的目标是追求运行费用最少或燃料消耗最少， 在运行费中除了燃料费之外，还包括人工费和设备 维修、折旧费。但燃料费占运行费的极大部分。因 此两者基本上可以认为相同。安全经济运行的求解 按数学方法可分为经典法、最优潮流法和网流法。
支路开 断模拟
补偿法。
直流法；
发电机开 断模拟
发电量转移分布系数法 广义发电量分布系数法； 计及系统频率变化的发电机开断模拟；
自动故障选择
传统方法是逐一地对所有可能预想事故用完全AC 潮流计算分析，从计算结果评定系统的安全性； 事先根据运行人员的经验和离线计算的结果，得 到一个预想事故一览表，实时分析时，只对这个 表中的事故进行评估； 由于经验的不足而遗漏一些关键性的预想事故， 或者由于系统现状不同于离线模拟的运行状态， 使得一览表不能准确反映系统的真实情况 ； 按每一个可能的预想事故对系统导致的后果严重 程度进行排序，动态形成一览表。再对事件表中的 预想故障进行分析
预想故障分析的主要功能是： (1)按调度员的需要方便地设定预想故障； (2)快速区分各种故障对电力系统安全运行的危 害程度； (3)准确分析严重故障后的系统状态，并能方便 而直观展示结果。
预想事故评定
自动事故选择
预防控制
预想故障评定
•故障的定义
在早期的预想故障分析中，一般只进行n-1扫描 式的故障选择和分析，即分别开断系统的每个网络 元件，计算其后的电网状态。
正常状态下的安全稳定控制－预防性控制
预防性控制的目标：正常运行状态下，通过调 度手段让电力系统保持必要的安全稳定裕度以 抵御可能遭遇的干扰。要实现预防性控制，首 先应掌握当前电力系统运行状态的实时数据和 必要的信息，并及时分析电网在发生各种可能 故障时的稳定状况，如存在问题，则应提示调 度人员立即调整运行方式，例如重新分配电厂 有功、无功出力，限制某些用电负荷，改变联 络线的送电潮流等，以改善系统的稳定状况。
第五章 电力系统稳 定控制技术
主讲：何柏娜
山东理工大学

电力系统正常运行安全控制包括三个方面：
一是针对正常运行状态的安全经济控制；二
是针对预想事故集的预防性控制(或称预防性
再安排)；三是针对存在不安全的某个事故后
状态的校正控制(对存在不安全的预想事故则 称为校正对策分析)。
一、电力系统的安全经济控制
自适应的预想事故处理器（事件扫描）
预想事故对系统所致后果的严重程度，用各种 行为指标（Performance Index--PI）表征。不同 的预想事故自动选择算法，其PI有不同的表达式。 相应的终止判据也不同。几种捕获率高有代表性的 算法是： FDLF-1（快速解耦潮流的第一次迭代解）； 负荷卸除法；
电力系统的安全分析与控制
网络安全分析是在安全监视的基础上对实 时状态及预测的未来状态作出分析和判断；
安全分析的功能是确定系统当前的运行状态
在出现事故时是否安全；
预防性安全分析就是在一组假设事故分析
的基础上确定系统的安全性, N-1, N-2；
安全控制:正常监控、越限报警与预调整、
事故隔离与紧急控制、恢复控制。

为保证电力系统的安全稳定运行，首 先应建立合理的电网结构、具有预防性控 制的调度手段，配备性能完善的继电保护 系统、并根据电网具体情况设置安全稳定 控制装置和相应的失步解列、频率与电压 紧急控制装置，组成一个完备的电网安全 防御体系，保持电网运行中必要的安全稳 定裕度，抵御各种扰动事故，确保电网的 安全稳定运行。
目前电网运行方式主要靠调度运行方式人员预 先安排，一般只能兼顾几种极端运行方式，且往往 以牺牲经济性来确保安全性。调度员按照预先的安 排和运行经验监视和调整电网的运行状态，但他并 不清楚当前实际电网的安全裕度，也就无法通过预 防性控制来增强电网抗扰动的能力。因此，实现电 力系统在线安全稳定分析和决策，得出当前电网的 稳定状况、存在问题、以及相应的处理措施，明确 地提示给调度员或将新的控制策略下发给有关厂站 的稳控装置，即实现预防性控制，这对电网的调度 运行来说是很迫切很有意义的。
近年来，我国电力系统迅猛发展，目前正在实施“西电 东送、南北互济、大区联网”的战略方针。由于电力部门 贯彻《电力系统安全稳定导则》、配置了多种安全自动装 置，使我国自1997年至今没有发生大范围的停电事故。但 由于电网的建设滞后于电源的建设，输电能力不足的问题 日益突出，加剧了电网与电源发展不协调的矛盾，对照 “814”等国外大停电事故，应该看到我国电网还比较薄弱， 也存在国外电网类似问题，甚至更加严峻： （1）我国大区电网之间采用弱联网，某些电网存在结构上 的不合理；电网的枢纽点及负荷中心电压支撑不足；一些 电网的500kV与220kV高低压电磁环网仍在运行；电网负荷 越来越重，大城市空调负荷比重已占高峰负荷30%～40%， 高峰备用严重不足（尤其无功更不足）。 （2）某些电网的规划设计中过于依赖二次系统，一些工程 把稳控装置作为正常方式送电的基本措施。
我国电力系统的发展 及安全稳定方面存在的问题
（3）近年来高压微机保护装置动作可靠性有了显著提高，但 还存在一些问题，例如，保护级差时间过长、保护的距离 三段定值的配合问题（有的躲不过严重过载）、某些进口 保护振荡闭锁不完善等。
（4）不少电网尚未按导则要求建立起三道防线的防御体系， 例如，只考虑N-1事故，没有N-2、N-3时的对策；高低压环 网运行，高压电网解开时低压电网措施准备不足；不少电 网没有设置合适的解列点，甚至没有配备解列装置；防止 电压崩溃的基本措施——低电压切负荷装置没有配或没有 投或不知如何整定；低频、低压减载的容量没有随电网负 荷的增长相应增加
什么是三道防线？
为了分析的方便，我们把电力系统运行状态分为：正常状 态，警戒状态，紧急状态，失步状态，恢复状态。见下页 在正常与警戒状态下采取有效的预防性控制措施可保证电 力系统具有足够的安全裕度，能够抵御各种扰动。 针对电网可能遇到的扰动设置三道防线 ： 第一道防线：快速可靠的继电保护快速切除故障元件，确保 电网发生常见的单一故障时稳定运行和正常供电； 第二道防线：采用稳定控制装置及切机、切负荷等稳定控制 措施，确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持 稳定运行； 第三道防线：设置失步解列、频率及电压紧急控制装置，当 电网遇到多重严重事故而稳定破坏时，依靠这些装置防止 事故扩大、防止出现大面积停电。
1、静态安全分析
概念：只考虑预想事故后系统稳定运行状态 的安全性（即越限），不考虑当前的运行状 态向事故后的稳态运行状态的动态转移。 所谓预想故障分析指的是针对预先设定的 电力系统元件（如：线路、变压器、发电机、 负荷和母线等）的故障及其组合，确定他们 对电力系统安全运行产生的影响。
预想故障分析
三、电力系统的校正控制

校正控制通常包括两种情况，一种是预防控制所形 成的数学模型无解，针对某个使电力系统处于不安 全的预想事故(假想紧急状态)，进行校正控制计算 (或称为校正对策分析)。另一种是当电力系统发生 某个事故而使约束条件受到破坏后所施行的控制， 其目的是使系统尽快恢复到正常运行状态，即使得 所有的约束条件重新得到满足。对于后一种校正控 制，显然在控制过程中系统安全性应居于首位，其 次才是经济性，即首先解决安全性问题，然后再解 决经济性问题。

无论是安全经济控制、顶防性控制还是校正控制， 为满足在线要求，对计算的主要目标都是保证足够 精度下的算法快速和收敛可靠，为此，通常将整个 控制问题分解为有功功率控制和无功功率控制两个
子问题。前者通过对发电机有功出力的重新分配来
主要解决元件的过载和有功最优潮流问题；后者是 通过对发电机的无功出力的重新分配和改变有载调 压变压器分接头位置，以解决节点电压模的越限和 无功最优潮流问题。
90年代初出现了以预想故障集合方式代替n-1扫 描方式，其特点是能方便灵活地定义多重故障，因 此是最实用的方式。预想故障集合是由有经验的调 度人员和运行分析人员给出的，它包括各种可能的 故障及其组合，并且可以规定监视元件及条件故障 以自动产生复杂故障。
•预想事故评定的方法
直流法； 分布系数法； 与Newton潮流算法结合的直接法； 与快速解耦潮流算法相结合的直接法；