基于响应的电力系统广域安全稳定控制

曾帅

摘 要：历年来，全球各地所发生的电力系统大面积停电的事件警醒着所有的电力企业，大面积的停电所带来的社会损失，一次又一次地给人们敲响警钟。从这一点上看充分证明了电力系统的安全稳定控制系统还有许多问题有待去完善，在此之前，為解决电力系统类似于大面积断电这样的事件发生，通常采取三项基本措施来抵制其中的风险，但事实证明，这三项基本措施还并不能从根源上排除这些隐患，对此出现了基于响应的电力系统安全稳定控制系统。

关键词：响应；电力系统；广域；安全稳定控制

电能是支持社会发展的基础能源，也是因为社会各层对电能的强烈需求，电力系统中陆续的引进了大规模的电力装置，我们再看到其向更大方向发展的同时，也深刻认识到电力系统所承受的压力和影响，这里面方方面面的因素都对电力系统的安全运行构成了严重的威胁。长期以来，电力系统安全稳定运行的问题一直都没有办法进行根治，对此开发了基于响应的电力系统广域安全稳定控制系统来控制各项隐患问题的继续蔓延。

一、控制电力系统安全稳定运行的三项基本措施分析

（一）基本措施之一

快速切除故障元件是电力系统中可采取的第一项基本措施，采用切除故障元件的方式将隐患在第一步就切断，防止问题在电力系统中蔓延扩散，要达到这一目的主要采用的是继电保护装置，也就是目前发展已经相对成熟的继电保护技术。尽管如此，继电保护技术的切除仍然存在不完美的地方，从继电保护装置的工作原理分析来看，继电保护器就相当于是一个开关按钮，但是这一开关动作也会受到时间上的限制，其存在一定的延缓性，也许如果能够提升继电器的开合时间可以提升电网系统输送功率的水平。除此之外，继电保护装置自身还存在一些故障问题，比如说继电器内部结构装置的定值设置不合要求的话就很容易发生误动作，这样的故障也是引发电网系统大面积断电的诱因。

（二）基本措施之二

保证电力系统安全稳定运行所采取的第二道措施便是安全稳定控制措施，这是一系列断开故障源的措施的统称，具体的细节应包括，断开设备、断开运行负荷等等，在采取这一控制措施时，要求一系列的动作要可靠迅速，对此在这一控制措施中选用了计算机仿真系统来配合完成。但是这一计算机仿真系统也并非是安全有效的，其在时间计算和精度计算上还不能说是完全的准确，所以具体运用起来也具有一定的风险。

（三）基本措施之三

第三项基本措施是在系统失去稳定后，为防止发生大面积停电，尽可能地缩小事故的影响范围，而采取的一切紧急措施。主要由失步解列、高频切机、低频切负荷、低压切负荷等自动装置和调度运行人员采取的紧急措施构成，要求能够有效防止大面积停电。由于此项基本措施需要在全系统所有可能发生稳定破坏的地点（如输电断面、负荷母线、发电厂或局部电网等）安装相应的自动控制装置，才能保证充分发挥作用。由于系统稳定破坏的形式和地点随着系统运行方式和故障形态的不同而变化，很难通过仿真计算找出全系统所有可能的稳定破坏形式和地点，并配置使用这第三项基本措施。所以，目前基于就地信息的第三项基本措施存在失效的风险。

二、基于响应的广域安全稳定控制系统框架分析

由于上文分析的三种基本措施都存在着失效的风险，面对现今的电力系统运行，已经无法满足其安全稳定运行的要求，所以，目前采用的方式是构建基于响应的电力系统广域安全稳定控制系统，实现“实时决策，实时控制”，基于相量测量装置的广域测量系统已经日趋完善。借助高速通信网络，能够实现测量数据空间上的广域和时间上的实时同步，为基于响应的电力系统广域安全稳定控制奠定了基础。主要由实时广域信息监测、系统关键特征量提取、受扰轨迹预测、系统稳定性判别、主导失稳模式识别、控制措施量化计算，发送控制信号等环节构成。基于响应的暂态稳定控制本质上就是一种“实时决策、实时控制”策略，因此，基于响应的电力系统安全稳定控制不依赖于离线或在线仿真计算、无需预想运行方式和故障集合，不局限于就地信息，可有效避免安全稳定控制措施失效的风险，确保电力系统安全稳定运行和防止大面积停电。

三、基于响应的广域安全稳定控制的关键技术分析

（一）基于响应的功角稳定判别技术

数值预测技术是用来判别电力系统功角稳定的重要技术，此类方法主要是利用实测相应信息，然后在通过各类数学方法对发电机的功角摇摆曲线进行预测。数值预测技术主要是运用数值序列的排列方式进行分析从而发现有效数据，不用依赖电力系统的数学模型和参数，只通过数学的三角函数拟合、多项式拟合以及泰勒级数等方式便可对系统的暂态稳定性作出判别。如可以运用响应数据作为判定基础，对量测数据进行插值运算或是进行曲线拟合等数值运算，进而得到发电机的转子角与角速度的高阶导数，从而获得暂态稳定性的有效数据。

（二）基于响应的暂态电压稳定判别技术

运用戴维南等值跟踪系统能够有效的对暂态电压下的稳定状态进行很好的判别，并通过与实时测量信息的结合实现对对系统的稳定控制与分析。在电力系统中只需将任意负荷点在任意时间等值为一个电势源等值阻抗向该节点负荷供电的一个单机系统，就是戴维南等值。若电力系统中的这一负荷节点电压出现崩溃现象，造成电压出现大幅下降但戴维南等值的电势却变化不大，则电压处于失稳状态。

参考文献：

[1]朱家卯，邓建林，郎张帅子.基于响应的电力系统暂态稳定控制技术探讨[J].科技展望，2016，06：116.

[2]王菲，余贻鑫.基于广域测量系统的电力系统热稳定安全域[J].中国电机工程学报，2011，10：33-38.endprint