電力系統安全控制

隨着電力規模的不斷擴大以及電力行業的迅速發展，進一步增加了電網結構的複雜程度和單機容量，由於會在一定程度上受到經濟和環境的影響，電力系統安全問題變得更加重要，一旦發生安全問題,就會造成長時間、大範圍停電，因此，需要不斷研究電力系統安全監測控制，促進電力行業的發展。 ^[2] 

電力作為當今社會最主要的能源，與人民生活和經濟建設息息相關。供電系統如果不穩定，往往導致大面積、長時間的停電事故，造成嚴重的經濟損失及社會影響。因此，學習電力系統安全穩定控制理論並研究適應時代發展要求的新的電力系統安全穩定控制技術對於實現當前電力資源的合理配置、提高我國現有電力系統的輸電能力和電網的安全穩定運行具有十分重要的意義。 ^[3] 

通過研究發現，充分利用電力系統控制技術，加強對電力系統的安全穩定控制，不僅可以提高其可靠性和安全性，還能為電力發展提供直接的經濟效益，這也是最有效和最經濟的手段。要想保障電力系統的安全穩定，需要採取的控制措施主要包括兩個方面的內容：首先是合理安排電網結構和加強電網建設；再者是採用的安全穩定控制措施要完善並有效。由於電力系統安全穩定控制的重要性，對其安全穩定控制系統進行合理的配置，不僅能夠提高我國現有網絡的輸電能力，還能保證我國電網的完全穩定運行。 ^[4] 

電力系統的主要任務就是向用户提供不間斷的、電壓和頻率穩定的電能。它的性能指標主要包括安全性、可靠性和穩定性。電力系統可靠性是指符合要求長期運行的概率，它表示長期連續不斷地為用户提供充足電力服務的能力。安全性指電力系統承受可能發生的各種擾動而不對用户中斷供電的風險程度。穩定性是指經歷擾動後電力系統保持完整運行的持續性。 ^[3] 

經過不斷研究我們可以發現，合理利用控制電力系統的技術，提高系統安全監測的控制，不但可以增加系統的安全性和可靠性，還能夠促進電力系統行業發展，是一種十分有效的經濟方式。如果想要保障系統具有合理的安全性,需要使用的控制方式為以下兩方面：(1)利用有效和完善的安全監測控制方式；(2)加強電網的建設和合理安排電網結構。電力系統安全監測控制具有一定的重要性，合理安排配置，可以在一定程度上提高輸電能力，並且保證系統穩定安全地運行。 ^[2] 

從作用時機方面來説,可以把電力系統安全監測控制分為三種,包括恢復控制、預防控制以及緊急控制,分別對應於供電中斷以後的恢復、故障以前的平衡狀態以及故障之後的暫態過程。依據不同的控制決策、傳遞、採集信息的方式可以分為以下三種控制方式:(1)就地控制模式。可以把就地性控制合理地安裝到每一個控制站,並且相互之間不會出現影響，只是依據就地信息來切換以及判斷主站、母線出現的故障。(2)集中式控制方式。此控制方式具有獨立數據採集系統以及通信系統，在調度中心設置控制中心,以便於能夠實時監測系統的狀態，並且依據實際運行狀態來合理地更改控制策略、故障情況,發出一定的控制命令,達到安全監測的目的。(3)區域控制模式。區域穩定控制系統主要就是保障電網可以安全穩定運行而安裝的控制設置,通過通信接口和通道設施進行連接。 ^[2] 

影響電力系統安全的主要原因就是破壞了電力系統內部無功功率和有功功率之間的平衡,而且不可以進行恢復,所以促進電力系統安全運行的主要方式就是基於以上原理進行分析的。現階段,根據電力系統安全的情況來説,使用最廣泛的就是負荷切除、切除發電機、汽輪機快關汽門、系統解列、電氣制動以及發電機勵磁附加穩定控制等方式。

通過分析電力系統極限功率的表達式P、一Ev/x可以看出,如果可以有效地降低發電機的電抗能,就能夠顯著地增加電力系統的輸送能力和功率極限。利用發電機相對加速度公式a一Wn△Mu/T」可以發現,如果可以減小加速度a,就能夠有效降低受到干擾之後發電機相對動能變化情況,從而可以在一定程度上提高系統的穩定性。如果可以降低發電機電抗以及提高發電機慣性常數,也會適當提高消耗材料的數量,此外,還會增加電力重量和尺寸,所以這種方式不是十分適合。可以通過改變發電機勵磁調節系統來改變發電機特性,不但可以增加功率極限,還可以保障有效的擴大系統範圍,因此,這種方式一般都是使用在安裝自動勵磁調節裝置的電力系統中。

切除發電機又可以被叫做切機,這種保證電力系統穩定性的方式具有很多年的研究歷史。切除發電機實際上就是在電力系統出現短路故障和輸電線路斷開的時候,為了儘可能避免由於加速導致電力系統失去安全性,相關技術人員需要儘快切除部分發電機組。使用這種技術的時候,需要相關操作人員全面分析功率的供需平衡問題。

經過分析表明,電力系統負荷一般都是處在經常變化的情況下,為了可以保障電力系統傳輸功率的質量,需要合理利用控制系統頻率,以便於得到合理控制負荷的目的。此外,一旦電力系統運行中失去電源,想要保障系統的穩定性,就需要合理地切除部分負荷。

如果正在運行的電力系統遭受到一定的大幹擾,就會使得發電機軸上形成不平衡的功率,從而促使發電機形成比較劇烈的運動,破壞了電力系統的穩定性。在運行的時候,如果調節原動機非常靈敏,需要保證能夠符合電磁功率的實際變化情況,可以在一定程度上降低不平衡的發電機功率,導致電力系統失去應有的穩定性。想要保障在出現故障之後具有比較小的輸入功率,就需要完全消除輸出功率和輸入功率之間出現的不平衡,相關操作人員需要合理地利用再熱式汽輪機組,控制發電機功角檢測裝置、汽輪發電機快速調節氣門以及微機控制的高速系統,充分分析功角變化實際情況,然後快速交替開、關氣門,儘可能降低震盪時間,達到系統安全穩定的運行。

在電力系統運行的時候,一部分水流以及水電廠調節閥門擁有一定的慣性,因此,需要把電氣制動看作一種可以很好地提高水電廠穩定性、安全性的重要方式。

經過長期的發展,電力系統不管是嚴格依據相關穩定、安全的運行,還是全面控制和分析電力系統的安全,總會在不知道的情況下出現偶然。在許多偶然因素經過疊加以後,會在一定程度上破壞系統的安全性,如果不能進行及時處理故障,就可能出現十分嚴重的後果,例如,長時間、大範圍停電。所以,失步解列裝置對於降低電力系統造成的影響具有很大作用,可以避免大面積停電。 ^[2] 

電力系統作為一個極其複雜的非線性的動態大系統，由於系統的電氣量變化範圍相對比較大，而且持續的時間短，分析計算又相對比較繁瑣，決定了電力系統安全穩定控制過程實現起來也相對較為複雜，為了更好地保證電力系統的安全穩定控制效果，要求相關安全控制策略的分析計算應在事故發生前做好相關充分的準備工作。解決這一問題的方法一般有兩種：一是在線方式。該方法主要是根據當時電網的實時運行狀態由在線決策系統的服務器對可能發生的相關故障進行穩定分析計算，從而形成當前電網的穩定控制策略表。需要指出的是，該方法的實現需要當前電網的運行狀態和大量相關的數據信息，實現起來比較困難，在實際的分析計算中很少採用該方法。二是離線方式。它是人為通過對電網不同運行狀態下可能遇到的故障進行穩定計算分析後形成的電網的穩定控制策略表的一種分析計算方法。相比較在線方式，該方法實現起來比較簡單，缺點是計算、維護工作量大，對電網發展變化的適應性較差。電力系統安全穩定控制過程的核心就是要生成電網的穩定控制策略表，而系統穩定控制決策的主要任務就是通過不斷計算分析當前這些控制策略表內容以形成新的控制策略，從而不斷刷新穩控裝置的策略表的控制策略。然後在事故發生時這些穩控裝置就可以根據事故前電網運行方式、有關參數及故障類型查找預先存放在裝置內的控制策略表，採取相應的措施，保障電力系統的安全穩定運行。 ^[3] 

按照信息採集和傳遞以及決策方式的不同，電力系統安全穩定控制模式可以分為以下幾種：一是就地控制模式。在這種控制模式中，控制裝置安裝在各個廠站，彼此之間不進行信息交換，只能根據各廠站就地信息進行切換和判斷，解決本廠站出現的問題。二是集中控制模式。這種控制模式擁有獨立的通信和數據採集系統，在調度中心設置有總控，對系統運行狀態進行實時檢測，根據系統的運行狀態制定相應的控制策略表，發出控制命令並實施對整個系統的安全穩定控制。三是區域控制模式。區域控制型穩定控制系統是針對一個區域的電網安全穩定問題而安裝在多個廠站的安全穩定控制裝置，能夠實現站間運行信息的相互交換和控制命令的傳送，並在較大範圍實現電力系統的安全穩定控制。 ^[3] 

總而言之，研究電力系統安全性對於電力系統的發展具有十分重要的作用,隨着電力事業的不斷延伸和擴張，使得電力系統變得更加複雜和龐大,逐漸開始顯現一些安全問題。為了保證電力系統能夠安全穩定地運行，合理地提出安全控制的有效措施，不僅提高了系統的穩定性和安全性，也具有一定的經濟效益。 ^[2]