电力系统安全稳定控制技术及其应用分析

摘要：近年来，伴随着经济社会的快速发展，电力系统规模的不断扩大使得电网体系的结构日趋复杂，电力设备单机容量逐步提高，与之相关的电力系统安全稳定问题也不断涌现。积极研究和运用先进的安全稳定控制技术不但可以使电力系统运行的可靠性大大提高，而且可以直接带来可观的经济效益。从电力系统安全稳定的相关概念入手分析了电力系统安全稳定控制的相关技术，然后就这些技术在电力系统中的实际应用进行了说明，旨在为电力部门提高安全稳定控制水平提供参考。

关键词：电力系统；安全稳定；控制技术；应用

作者简介：张晋（1985-），男，土家族，贵州思南人，贵州南方电网贵州送变电工程公司，工程师。（贵州 贵阳 550002）

中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0236-02

电力作为当今社会最主要的能源，与人民生活和经济建设息息相关。供电系统如果不稳定，往往导致大面积、长时间的停电事故，造成严重的经济损失及社会影响。因此，学习电力系统安全稳定控制理论并研究适应时代发展要求的新的电力系统安全稳定控制技术对于实现当前电力资源的合理配置、提高我国现有电力系统的输电能力和电网的安全稳定运行具有十分重要的意义。

一、电力系统安全稳定控制概述

1.电力系统稳定的相关概念

电力系统的主要任务就是向用户提供不间断的、电压和频率稳定的电能。它的性能指标主要包括安全性、可靠性和稳定性。电力系统可靠性是指符合要求长期运行的概率，它表示长期连续不断地为用户提供充足电力服务的能力。安全性指电力系统承受可能发生的各种扰动而不对用户中断供电的风险程度。稳定性是指经历扰动后电力系统保持完整运行的持续性。

2.电力系统安全稳定控制模式的分类

按照信息采集和传递以及决策方式的不同，电力系统安全稳定控制模式可以分为以下几种：一是就地控制模式。在这种控制模式中，控制装置安装在各个厂站，彼此之间不进行信息交换，只能根据各厂站就地信息进行切换和判断，解决本厂站出现的问题。二是集中控制模式。这种控制模式拥有独立的通信和数据采集系统，在调度中心设置有总控，对系统运行状态进行实时检测，根据系统的运行状态制定相应的控制策略表，发出控制命令并实施对整个系统的安全稳定控制。三是区域控制模式。区域控制型稳定控制系统是针对一个区域的电网安全稳定问题而安装在多个厂站的安全稳定控制装置，能够实现站间运行信息的相互交换和控制命令的传送，并在较大范围实现电力系统的安全稳定控制。

二、电力系统安全稳定控制的关键技术

1.电力系统安全稳定控制的常用技术

（1）低频控制技术。低频振荡与系统网络结构、运行状况及发电机磁系统参数密切相关，产生的原因主要包括远距离的输电电路发生功率摆动、大区间联系弱、大机组系统阻尼变弱、远距离输电线路中部或受端的电压不足等。在安全稳定控装置内增加低频检测判据和控制策略就可实现对低频振荡进行及时的检测和控制。具体措施包括增强网架、串联补偿电容、采用直流输电方案和在远距离输电线路中部装设同步调相机以加强电压支撑的作用。

（2）低压控制技术。电压不稳定是促使低压控制技术产生的重要动力因素，因为电压不稳定往往导致整个系统的不稳定。电压崩溃是伴随电压不稳定导致电力系统大面积、大幅度的电压下降的过程，致使大范围内停电。低压控制技术能利用相关的信息管理系统采集当前系统运行是的各种数据，同时还可以针对可能造成电压崩溃的预想事故进行暂态电压稳定（小于10秒）和中期電压稳定（10～30秒）分析计算，提出电压预防性控制措施。

（3）过频控制技术。如果送电联络线发生跳闸，相关的电网就会因为功率过剩导致发电机加速和电网频率的升高，而过高的频率是导致电网不稳定的重要因素。过频切机是目前电网系统所普遍采用的防止频率过高的防护措施。过频切机的运行机制就是根据电网电源的分布情况合理配置过频切机装置和这些装置的动作值。为了提高动作的可靠性，应设有频率启动级和频率变化率闭锁，具体的过频控制工作原理如图1所示。

2.基于光电传感器的新技术

与传统的电压和电流互感器相比，新型光学电流和电压互感器具有非常明显的优势，譬如良好的绝缘性能、较强的抗电磁干扰能力等。与现代数字信号处理器（DSP）技术紧密结合的光电传感器成为电力系统安全稳定控制技术的新导向，同时将其应用于全球定位系统（GPS）中可以使广域中采集实时量的统一时标问题得到有效的解决。这一问题的解决对促进继电保护技术的进一步发展发挥了至关重要的作用。

3.自适应稳定控制技术

使控制系统对未建模部分的动态过程以及对过程参数的变化变得不敏感是自适应控制的最终目标。其作用原理是这样的：当系统控制过程发生动态变化时，自适应控制系统就能及时捕捉到这一变化并实时调节控制策略和相关的控制器参数，从而实现系统的稳定控制。除此之外，为了使控制操作更为精确，安装有自适应稳定控制系统的电力系统主站或调度中心还可以根据其所接收的电网实测数据及时完成紧急控制策略的自动优化，从而有效实现电力系统的自适应稳定控制，同时还具备相关的事故自动处理功能。目前，自适应稳定控制技术与电力系统紧急控制在线决策技术以及广域测量技术的有效结合实现了电力系统安全稳定的广域测量分析控制一体化，为实现电力系统安全稳定提供了极为重要的技术支撑。

三、电力系统安全稳定控制技术应用分析

1.电力系统安全稳定控制体系的构建

在进行电力系统规划设计时要把电力系统的安全性放在首要位置，确保电力系统的持续安全稳定。因此，运用电力系统安全稳定控制技术构建合理的、具有预防性控制调度手段的电网结构，组成一个完备的电网安全防御体系是预防电力系统动荡因素和大停电事故的有效方式。电力系统安全稳定控制体系是一个综合性的系统工程，涉及电网结构设计、电力系统运行方式规划、安全稳定控制和系统自动控制等方面。电力系统安全稳定控制体系可以分为受扰动前的电力系统安全保障体系和受扰动后的电力系统安全稳定控制体系。系统的体系结构如图2所示，整个体系由三道防线构成。

第一道防线：用于保证系统正常运行和承受各类电力系统大扰动的安全要求。在发生安全故障时该防线可以借助继电保护机制安全快速切除故障元件，确保电网发生常见的单一故障时能够正常稳定运行。该防线主要应用了继电保护、一次性系统设备以及安全稳定预防性控制技术等措施。

第二道防线：该防线借助稳定控制装置及切机、切负荷等稳定控制、功率紧急调制以及串联补偿等技术措施来有效预防稳定破坏，实现系统参数发生严重越限时的紧急控制，从而确保在发生严重故障时电网能继续保持稳定运行。

第三道防线：该防线采用系统解列、再同步以及频率及电压紧急控制等技术实现系统崩溃时的紧急控制，从而当电网遇到多重严重事故而稳定破坏时可以有效防止事故扩大，从源头上杜绝电力供应中大面积停电的出现。

2.电力系统安全稳定控制过程分析

电力系统作为一个极其复杂的非线性的动态大系统，由于系统的电气量变化范围相对比较大，而且持续的时间短，分析计算又相对比较繁琐，决定了电力系统安全稳定控制过程实现起来也相对较为复杂，为了更好地保证电力系统的安全稳定控制效果，要求相关安全控制策略的分析計算应在事故发生前做好相关充分的准备工作。解决这一问题的方法一般有两种：一是在线方式。该方法主要是根据当时电网的实时运行状态由在线决策系统的服务器对可能发生的相关故障进行稳定分析计算，从而形成当前电网的稳定控制策略表。需要指出的是，该方法的实现需要当前电网的运行状态和大量相关的数据信息，实现起来比较困难，在实际的分析计算中很少采用该方法。二是离线方式。它是人为通过对电网不同运行状态下可能遇到的故障进行稳定计算分析后形成的电网的稳定控制策略表的一种分析计算方法。相比较在线方式，该方法实现起来比较简单，缺点是计算、维护工作量大，对电网发展变化的适应性较差。

电力系统安全稳定控制过程的核心就是要生成电网的稳定控制策略表，而系统稳定控制决策的主要任务就是通过不断计算分析当前这些控制策略表内容以形成新的控制策略，从而不断刷新稳控装置的策略表的控制策略。然后在事故发生时这些稳控装置就可以根据事故前电网运行方式、有关参数及故障类型查找预先存放在装置内的控制策略表，采取相应的措施，保障电力系统的安全稳定运行。

四、结语

充分发掘与综合运用信息技术和计算机网络以及控制领域的先进技术来为电力系统安全稳定控制服务是提升电力安全系统稳定控制水平的有效方式。电力工作者应该努力探索应用新的电力安全控制技术及其运用的合理模式确保电力系统的安全稳定运行。

参考文献：

[1]李宝兴.电力系统安全稳定控制的分析与展望[J].西北电力技术，2005，（5）.

[2]刘念.电力系统安全稳定问题研究[J].四川电力技术，2004，（1）.

[3]汤涌.电力系统安全稳定综合防御体系框架[J].电网技术，

2012，（8）.

（责任编辑：王祝萍）