电网安全控制理论研究与技术剖析范金强

范金强

随着电力规模的不断扩大以及电力行业的迅速发展，进一步增加了电网结构的复杂程度和单机容量，由于会在一定程度上受到经济和环境的影响，电力系统安全问题变得更加重要，一旦发生安全问题，就会造成长时间、大范围停电，因此，需要不断研究电力系统安全控制，促进电力行业的发展。

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。因此电力系统安全控制理论应当适应时代发展要求。

目前山西电网与华北主网的联系更加密切，跨区互联电网大范围资源优化配置需求日益突出，大规模新能源集中接入后稳定运行压力持续增强。在这种情况下，继续探索电网安全控制新理论，构建适应新能源接入的电网安全稳定协调优化控制体系，提高连锁故障防控能力，提升电网安全稳定控制水平，保障大电网安全稳定经济运行。总之，电网发展迫切需要：

1.提升安全稳定控制基础理论研究水平

电网结构的日趋复杂决定了电网的安全稳定控制方式已不能依靠单一目标、单一的安全稳定控制装置来解决，而更多地依赖于多目标、多稳定安全控制装置及区域控制方式。同时随着快速稳定分析方法的发展及计算机、通讯技术的不断提高，使得基于大系统理论的分级递阶与分散控制方法的区域电网稳定控制系统的研制开发成为可能。传统仿真计算无法穷尽所有运行方式及故障，存在仿真计算与实际运行不匹配的问题，需要研究基于扰动后电网动态响应的安全稳定控制技术；电网风险及脆弱性评估基础理论不完善，技术实用性不强，难以考虑不确定性因素影响，需要研究电网脆弱性机理和风险评估方法；特高压直流快速发展，多回直流密集落点负荷中心，需要研究多直流换相失败对交直流系统的影响及直流送受端故障传导机理。

2.推动大电网在线和广域控制技术的实用化

当前电网运行限额依靠离线预想方式计算设定，大电网可用传输容量在线预测评估技术未达到实用化水平，仍需完善；山西现有电网及规划电网中仍然存在由于动态稳定性水平低限制关键断面输电能力，且通过优化机组PSS参数难以大幅提高阻尼的问题，需要研究综合利用各类控制器提高系统阻尼的广域阻尼控制技术及外送特高压串补系统近区发电机组阻尼控制技术；大停电事故发生的风险与关键电气设备的故障概率强相关，若要准确评估电网发生大停电事故的风险，提出有效的应对措施，需要研究基于设备级广域信息的电力系统分析与运行控制技术；智能电网自动化与互动化的特点要求稳定控制措施具备很高的灵活性和自适应能力，传统的离线整定在线匹配甚至在线整定、在线匹配的控制方式难以适应这一需求，需要进一步发展智能电网环境下的稳定控制技术。目前投入运行的在线监控系统在电网运行状态缓慢恶化过程中无法给出直观、有效的稳定态势预警信息，也没有根据电网扰动轨迹给出自适应防控措施，需要进一步研究电网广域时空量测信息的深度挖掘和有效利用问题。

3.实现不同区域之间的优化协调控制

山西北部电网电源密集，属送出型电网，大量电力需通过500kV系统向华北电网及山西中南部电网输送。中部电网是北电南送、西电东送的重要通道，500kV电网形成日字形环网运行。南部电网是山西重要的负荷中心，大负荷方式下需从北、中部电网吸收大量电力。电网互联和远距离输电使得区域电网之间的电气联系大大加强，全局性电力平衡的格局伴随着电网稳定特性的复杂化，电网互联、跨区输电和新能源接入对电网协调控制技术提出了更高要求。

4.提高大电网应急与恢复控制的智能化水平

根据特高压年度交易计划，山西通过长南线送华中电力3000MW。，特高压工程投产后，南部电网作为特高压近端，潮流、电压波动及稳定水平均发生一定变化。这使得山西电网动态特性复杂，交流系统和直流系统均存在连锁故障风险。需要开展电网连锁故障防控实用化关键技术研究，提出应对连锁故障的协调防御策略，确保特高压电网安全稳定运行。大停电事故发生后，如何快速有序恢复供电，减少停电损失是调度人员面临的一个难题，目前的黑启动方案是在事故前制定的，无法针对不同的停电模式建立更为高效的恢复路径，需要开展停电模式快速识别及恢复控制技术研究。

在电网安全控制技术方面，主要存在以下问题：

（1）在电网安全稳定控制基础理论方面，传统仿真计算无法穷尽所有运行方式及故障，可能存在仿真计算与实际运行不匹配的问题；在电网风险及脆弱性评估方面存在基础理论不完善，技术实用性不强，难以考虑不确定性因素影响等问题；山西电网正处于特高压直流快速发展期，交直流系统的影响仍存在大量问题需要研究；山西电网的特点已经发生了巨大的变化，省内特高压交直流混联已经成为电网的主要特征，如何在维持电网安全稳定运行的前提下开展电力交易，实现安全性和经济性的统一需要开展深入研究。

（2）在大电网在线和广域控制方面，当前电网运行限额依靠离线预想方式计算设定，大电网可用传输容量在线预测评估技术未达到实用化水平，仍需完善；本省电网及规划电网中仍然存在特殊运行方式阻尼比不满足要求、常规阻尼控制方法无法提高阻尼的问题；随着物联网、设备在线监测技术的发展，对电力系统的测控能力已经发展到设备级，因此对基于设备级广域信息的电力系统分析与运行控制技术提出了更高的要求；目前联络线精细化控制方面仍然存在频率偏差系数确定比较粗略，且频率和联络线功率数据采用SCADA数据，数据无法保证同步等问题；现有的稳控装置策略表均为离线设定，这种离线策略表的方式，不能满足电网运行方式复杂多变、极端运行方式多的要求；当前投入使用的在线安全评估与防御系统对大电网海量时空量测信息挖掘的深度和广度不足，远远没有达到“实时评估、实时控制”的智能化在线安全防御目标。

（3）在大电网优化协调控制方面，跨区互联电网和远距离输电使得区域电网之间的电气联系加强。区域电网事故和控制动作的跨区域影响加剧，稳定形态容易发生连锁性转换，基于电力电子技术的新型控制手段和无功电压控制对控制时序的广域配合提出了更高要求；存在单个扰动触发多个控制设备同时动作的可能性，需要考虑新型控制设备之间及其与传统控制手段的协调。随着风电基地和光伏基地逐步建成，需要精确掌握新能源基地故障特性，考虑新能源主动控制与大电网控制措施间协调策略。此外，还要考虑分布广泛、远离主干网架的新能源基地的采用柔性直流输电方式外送问题。

（4）在大电网应急与恢复控制方面，随着特高压交直流电网建设，山西电网呈现特高压交直流混合接入的格局，连锁故障发生的风险加剧。传统三道防线控制措施在配置时没有考虑到电网中可能发生的关键连锁故障序列，因此无法防控连锁故障。现有的电网调度运行控制中缺少有效阻隔连锁故障的技术手段。在恢复控制方面，目前主要针对黑启动方案开展研究，通过离线计算事先制定恢复路径，难以应对不同停电模式对快速恢复供电的需要。

总之，电网安全控制技术的研究为构建智能电网综合安全防御体系奠定了坚实的理论基础，为大规模交直流混联电网的安全稳定运行提供了理论依据，提高了大电网抵御极端外部灾害及大面积停电事故的能力，显著提升了大电网对新能源的接纳能力。目前国内外电网安全控制技术研究主要集中在坚强智能电网安全防御体系、电网安全稳定控制基础理论、电网协调优化控制技术、大电网应急与恢复控制技术、电网智能充裕度分析与辅助决策等研究方向。电网安全控制理论研究为构建智能电网综合安全防御体系奠定了坚实的理论基础，为大规模交直流混联电网的安全稳定运行提供理论依据，提高了大电网抵御极端外部灾害及大面积停电事故的能力，显著提升了大电网对新能源的接纳能力。

参考文献：

[1]余贻鑫，王成山等.电力系统稳定性理论与方法[M].北京：科学出版社.1999

[2]林舜江，刘明波，周欣，潮铸.暂态电压安全紧急切负荷控制优化研究[J].电力系统保护与控制.2010（11）

[3]刘梦欣，徐磊，杨鹏.特高压交流电网建成后华东电网的安全稳定性分析[J].高电压技术.2010（01）