PDF《1.1 稳定问题的提出和研究内容》

20 世纪

60 年代以后,北美、欧洲和日本的电力系统多次发生大面积停电事故,给这些国家和地区的国民经济和人 民生活带来了巨大影响,迫使社会各界和电力部门对电力系统安全稳定问题高度重视,先 后投入了大量的人力、物力和财力来研究电力系统安全稳定问题的分析方法和控制手段, 并取得了许多成效,加深了对电力系统安全稳定问题的认识,改善了电力系统安全稳定运 行水平. 在中国,从20 世纪

70 年代初开始,电力系统逐步由彼此独立的 110kV 和220kV 地 区电网互联形成 220kV 以上的省级电网,由于供电距离和供电面积增大,加上当时全国长 期严重缺电,在相当长的时间内电力系统的稳定问题十分突出.据统计,我国从

1970 年到1980 年共

11 年间, 年平均发生电力系统稳定事故近

20 起, 其中既有功角稳定事故, 也 有电压稳定和频率稳定事故,还包括造成全网大面积停电的电网崩溃瓦解事故.在此背景 下,1981 年由电力工业部制定并颁布实施了《电力系统安全稳定导则》 [1] ,对电力系统规 划、 计划、 设计、 建设、 运行和科学试验中涉及安全稳定的工作提出了明确要求, 保障了电 网的合理建设,促进了安全稳定措施的应用,提高了我国电力系统的安全稳定水平,明显 降低了恶性安全稳定事故的发生次数.到90 年代后期, 我国电力系统中实际发生的稳定破 坏事故已经十分罕见,但因为当时输电系统的建设仍落后于电源建设,高低压电磁环网结 构较多,且某些电网间联系较薄弱,暂态稳定性破坏事故发生的风险仍然较大,并且在一 些关键输电断面, 暂态稳定性约束是导致输电线路传输容量和发电厂出力受限的主要原因, 所以保证系统具有充分的安全稳定性依然是规划和运行中重点考虑的因素. 进入

21 世纪以来,由于国家经济实力的增强和对电网在国民经济基础设施中的地位 和作用的认识进一步加深,电网建设的投入逐步加大,电网发展十分迅速,不仅电网覆盖 第1章概述

3 范围迅速扩大,装机容量和发电量快速上升,而且电网的运行管理水平也大幅提升.目前 我国电网的电网规模、电压等级、网架结构合理性、调度运行水平和安全防御能力等均居 于世界前列,抵御传统稳定事故的能力显著增强.但是,随着电网规模的增大和新技术的 不断应用推广, 一些新的稳定现象开始引起行业的广泛关注, 如连锁故障发生机理和防范、 交直流混联系统分析和控制方法、大电网振荡监测和抑制、可再生能源发电接入和微电网 运行控制等,同时类似柔性交流输电 (FACTS)、广域量测系统 (WAMS) 和直流调制等新 技术又为维持系统安全稳定运行提供了新的手段,对这些新的现象和手段的研究是目前电 力系统安全稳定研究的重要内容. 1.1.3 稳定研究的内容 如前所述,电力系统是由小到大、由单电源到多电源、由单地区到多地区通过互联而 逐步发展起来的. 对早期如图 1.1 所示的单机带负荷系统, 只要输送线路的容量允许, 发电 机组就可以按其额定功率向负荷供电,基本上不存在系统的稳定问题① .一旦在受端投入 另一台机组形成如图 1.2 所示的简单互联系统时,由于必须保持两台机组的同步运行,便 出现了一些最基本的稳定问题, 如: (1) 发电机组是否仍能按额定功率 PN = UNIN cos ?N 顺利地送出功率,如果不能,应 该如何确定发电机的最大允许输出功率? (2) 线路可以传送的功率是否仍然只受经济电流密度和最大允许电流 (热稳定极限) 限制, 如果不是, 应该如何确定线路允许的最大传送功率? (3) 线路出现短路或跳闸等事故时系统能否仍然正常运行, 如果不能, 应该引入什么样 的保护装置和/或稳定控制装置? 对这些问题的回答实际上就形成了早期电力系统稳定研究的基本内容.其后,随着电 网互联规模越来越大,又不断出现了大量新的稳定问题,使电力系统稳定研究的内容越来 越丰富, 例如: (1) 如何防止由于某一设备或线路的故障产生连锁反应,并进而威胁全系统的稳定 运行? (2) 如何防止交直流混联电网中交流部分和直流部分互相影响导致的事故扩大? (3) 如何防止由于长距离重负荷联络线或者其他因素引起的大范围低频振荡现象? (4) 如何防止由于大型互联电网中频率维持能力弱化可能引起的频率稳定问题? (5) 如何防止带负荷调压变压器和无功功率不足可能引起的电压稳定问题? 等等. 对电力系统稳定问题的研究发展至今,已形成一个研究内容日新月异、研究方法多种 多样、 应用领域十分广阔的综合性研究领域.本书主要介绍电力系统稳定问题的基本知识, 通过对典型稳定问题的特点、机理和分析方法的介绍,帮助读者建立电力系统稳定问题的 基本概念, 了解电力系统稳定分析和控制的基本方法. ① 严格地说,这种单机带负荷系统的受端存在出现电压稳定的风险,但是电压稳定问题受到广泛关注是到了