電力系統(tǒng)安全性及防治措施

電力系統(tǒng)安全性及防治措施

I引言

伴著社會經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步及人民生活水平的不斷提

高，人們對電力的需求和依靠性越來越大，對安全穩(wěn)定供電的要求越來

越強。然而，由于受到電力系統(tǒng)自身原因和外部干擾的影響，電網(wǎng)事故

時有發(fā)生，這不但使電力經(jīng)營企業(yè)的經(jīng)濟效益受到損失，而且對電力用

戶和整個社會都將造成嚴峻的影響。自20世紀6020XX年X月以來，

世界各國均發(fā)生過因電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞而導(dǎo)致的大面積停電事故。

20XX年7?8月西部接連2次大停電事故,息統(tǒng)認為停電事故已“危及工

20XX年下半年在北美和加拿大、英國倫敦、瑞典-丹麥、意大利都先后

發(fā)生過大面積停電事故，震驚世界。特別是，20XX年8月14日美加

大停電涉及50()0萬人口的供電范圍，造成重大經(jīng)濟損失，是歷史上最

嚴峻的停電事故。

在我國，近20年來，各大電網(wǎng)發(fā)生的大停電事故有XXX余起。

在西電東送，南北互聯(lián)的條件下，我國將形成全國聯(lián)網(wǎng)的巨型電力系統(tǒng),

假如顯現(xiàn)電力系統(tǒng)重大事故，其規(guī)模和造成的損失有可能大幅度增加。

因此，保證大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行是一個重大而

迫切的問題，必需作為一個重大戰(zhàn)略問題來解決。

2電力系統(tǒng)的安全性問題

2.1現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全性問題

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電力系統(tǒng)的安全性是指系統(tǒng)在發(fā)生故障情況下，系統(tǒng)能保持穩(wěn)定

運行和正常供電的風(fēng)險程度。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全性主要是在發(fā)生故

障情況下，研討電力系統(tǒng)本身的動態(tài)特性，包括系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性、電

壓穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性、系統(tǒng)解列、熱過載等。這類研討一般是針對單

一故障的，而大面積停電事故則通常是連鎖大事的冗雜序列。

伴著現(xiàn)代通訊技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，為了保障大電網(wǎng)的安全和

經(jīng)濟運行，各種信息系統(tǒng)，如調(diào)度自動化(SCADA/EMS)配電網(wǎng)自動

化系統(tǒng)(DA)和變電站綜合自動化系統(tǒng)(SA),電力市場技術(shù)支持系

統(tǒng)等在電力系統(tǒng)領(lǐng)域里得到了廣泛應(yīng)用。圖1給出了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的

整體構(gòu)架，電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)已經(jīng)融合成為高度集成的混

雜系統(tǒng)，電力系統(tǒng)的監(jiān)測和掌握越來越依靠于信息系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的

牢靠運行。信息系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng)是核心，計算機系統(tǒng)的維護不當(dāng)是

8.14美加大停電的根本原因之一。一個關(guān)鍵通信系統(tǒng)發(fā)生故障會使整

個系統(tǒng)陷于癱瘓，進而失去可控性和可觀測性。因此，必需把電力系統(tǒng)

安全性的概念加以拓展。最近一些研討人員提出了電力系統(tǒng)脆弱性

(Vulnerability)的概念，作為電力系統(tǒng)動態(tài)安全評估的一種新的框架。

脆弱性一詞常常顯現(xiàn)在環(huán)境、生態(tài)、計算機網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的有關(guān)文獻中，

用來描述相關(guān)系統(tǒng)及其組成要素易于受到影響和破壞，并缺乏抗拒干

擾、恢復(fù)初始狀態(tài)(自身結(jié)構(gòu)和功能)的力量。它們在不同的學(xué)科中有

不同的含義。對于電力系統(tǒng)脆弱性，可定義為：電力系統(tǒng)因人為干預(yù)、

信息、計算機(軟、硬件)通信、電力系統(tǒng)元件和愛護掌握系統(tǒng)等因素，

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而埋伏著大面積停電的災(zāi)難性事故的危險狀態(tài)。系統(tǒng)脆弱性與系統(tǒng)安

全性的水平和在系統(tǒng)參數(shù)改變時系統(tǒng)安全性水平的改變趨勢這兩類信

息親密相關(guān)。在這個概念中，人們對它們設(shè)定一個可被接受的基準值，

當(dāng)系統(tǒng)安全現(xiàn)狀被評估后，系統(tǒng)安全性水平和它的改變趨勢也就被確

定下來。系統(tǒng)是否脆弱取決于它們是否高于或低于設(shè)定的基準值。

2.2電力系統(tǒng)安全性問題的影響因素

影響電力系統(tǒng)安全性的因素許多，對于組成現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)

設(shè)備而言，可分為內(nèi)部因素和外部因素。

（1）內(nèi)部因素：

1）電力系統(tǒng)主要元件故障：發(fā)電機、變壓器、輸電線故障；

2）掌握和愛護系統(tǒng)故障：愛護繼電器的隱性故障、斷路器誤動作、

掌握故障或誤操作等；

3）計算機軟、硬件系統(tǒng)故障；

4）信息、通信系統(tǒng)故障：與EMS系統(tǒng)失去通信、不能進行自動掌

握和愛護、信息系統(tǒng)的故障（造成信息的缺損或者得到的信息不行靠）

或擁塞、外部侵入信息/通信系統(tǒng)（如黑客的入侵）；

5）電力市場競爭環(huán)境的因素：電力市場中各參與者間的競爭與不

協(xié)調(diào)、在更換舊的掌握和愛護系統(tǒng)或發(fā)電裝置上缺少主動性；

6）電力系統(tǒng)不穩(wěn)定：靜態(tài)/暫態(tài)/電壓/振蕩/頻率不穩(wěn)定等。

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（2）外部因素：

1）自然災(zāi)害和氣候因素：地震、冰雹、雷雨、風(fēng)暴、洪水、熱浪、

森林火災(zāi)等；

2）人為因素：操作人員誤操作，掌握和愛護系統(tǒng)設(shè)置錯誤、蓄意

破壞（包括戰(zhàn)爭或活動）等。

3電力系統(tǒng)安全性的防治措施

3.1強化電網(wǎng)建設(shè)，降低事故概率

電力工業(yè)是需要長期和超前投資的工業(yè)，大的發(fā)電廠的建設(shè)要

5?10年，壽命約為30年。所以，要求廠（發(fā)電廠）網(wǎng)（電網(wǎng)）協(xié)調(diào)、

統(tǒng)一規(guī)劃、超前建設(shè)、合理結(jié)構(gòu)，以保證電力系統(tǒng)的安全運行。特別要

強化電網(wǎng)建設(shè)（強化遠距離輸電網(wǎng)、受端電網(wǎng)和二次系統(tǒng)）以提高電網(wǎng)

安全牢靠性，降低事故概率，削減停電損失。

在20XX年8月14日發(fā)生的美加大停電事故中官方提出電力供應(yīng)

網(wǎng)的“古老和陳舊“，也就是裝備的老化問題，是電力系統(tǒng)發(fā)生故障的嚴

峻隱患。據(jù)統(tǒng)計，在興旺國家中，發(fā)電裝備的壽命在30年以上的自

20XX年的12增加到20XX年的31,估計到20XX年將到達50。同樣

地，在輸電和配電領(lǐng)域，很大一部分的基礎(chǔ)設(shè)備的壽命已接近70年。

另一方面，許多幾十年前設(shè)計的裝備已不順應(yīng)先進的數(shù)字化技術(shù)。所以,

電力裝備老化問題是興旺國家普遍存在的問題。更換老化了的裝備需

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要新的大規(guī)模投資。但是，電力工業(yè)市場化后，市場參與者關(guān)懷的是今

天和明天的利益，而不是20年以至30年的利益。在過去的十年中，

由于競爭的壓力、市場的不完備和管制的不確定性，在一些進行電力工

業(yè)改革的國家中的投資已保持在一個較低的水平，以和瑞典為例，發(fā)電

的頂峰備用已由20XX年的20降到20XX年的10。所以，對于電力系

統(tǒng)的建設(shè)要有全面規(guī)劃，要建立肯定的監(jiān)管制度和投資鼓勵機制，使電

力工業(yè)的發(fā)展能滿意電力系統(tǒng)運行安全性的要求。

3.2強化電力系統(tǒng)監(jiān)控和管理

電力系統(tǒng)的互聯(lián)使得在廣闊的地域內(nèi)進行資源的優(yōu)化配置，互通

有無，互相增援成為可能。但是，在緊密相連的互聯(lián)電力系統(tǒng)中，一個

局部故障能快速向全系統(tǒng)傳播，會導(dǎo)致大面積停電。所以，在事故處理

上，要求反應(yīng)快速，高效統(tǒng)一。以為例，從20XX年西部兩次大停電和

20XX年8月14日大停電事故的情況來看，的電力系統(tǒng)監(jiān)控和管理方

面有許多值得改進的地方。在有3000多家電力公司在廣袤的北美大地

上各自經(jīng)營著總?cè)萘考s900GW的電力工業(yè)，雖然3000多家電力公司

的電網(wǎng)是互聯(lián)的，形成北美巨大的電力系統(tǒng)，但它們的調(diào)度和管理則是

各自為政的，也沒有一個監(jiān)控全國或一個大區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)的組織

和機構(gòu)來統(tǒng)一負責(zé)和協(xié)調(diào)全系統(tǒng)的安全運行和事故后的故障處理。在

一個互聯(lián)電力系統(tǒng)的某一部分顯現(xiàn)故障后，互聯(lián)的電力系統(tǒng)的其他部

分在故障涉及從前往往還不明白事故的發(fā)生。所以，在一個互聯(lián)的電力

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系統(tǒng)中，統(tǒng)一電網(wǎng)管理，統(tǒng)一電網(wǎng)調(diào)度，建立完善的安全運行制度是保

證電力系統(tǒng)安全牢靠運行的重要條件。要通過定期的培訓(xùn)來不斷提高

調(diào)度和運行人員的素養(yǎng)，特別是應(yīng)對突發(fā)大事的力量。Grid20XX研討

計劃的研發(fā)工程中，建議20XX年建成國家電網(wǎng)掌握中心，強調(diào)輸配電

電網(wǎng)和通信信息網(wǎng)的結(jié)合。

為了改善電網(wǎng)的運行環(huán)境，削減外力和自然界對電力系統(tǒng)裝備的

破壞，要做好日常的維護工作，例如，按時修剪輸電走廊的樹枝，以免

發(fā)生幾次大停電事故中因?qū)Ь€與樹枝間發(fā)生閃絡(luò)而誘發(fā)的大面積停電

事故。

3.3強化與電力系統(tǒng)安全緊密相關(guān)的基礎(chǔ)研討

由不同容量發(fā)電機、不同電壓等級和長度的輸配電線路以及不同

容量和特性負荷組成的電力系統(tǒng)是一個典型的冗雜大系統(tǒng)，呈現(xiàn)高維、

非線性、時變、信息的不完全性、廣域（大范圍跨越時空）互聯(lián)性和微

分代數(shù)的冗雜特性。這個大系統(tǒng)的時空運行歷來就是一個非常困難的

學(xué)術(shù)和工程問題。目前急需建立新的理論和方法體系（建模、分析、模

擬、仿真、預(yù)測、和掌握方法），有效地解決冗雜電力系統(tǒng)所面臨的關(guān)

鍵問題，比方跨區(qū)域電力系統(tǒng)長期動態(tài)行為分析與仿真，系統(tǒng)連鎖故障

防備與掌握等等課題，以保證電力系統(tǒng)的安全、牢靠的管理和運行。

要及早研討和開發(fā)廣