电力系统安全稳定运行概述

电力系统安全稳定运行概述不谋全局者不足以谋一域不谋万世者不足以谋一时

内容提要

1电力系统的主要特性2湖北电网概述3电网安全运行的三个层次4湖北电网安全运行风险5国内外重大电力系统事故介绍

6结语1.电力系统的主要特性关于电力系统

迄今为止最庞大最复杂的人造系统组成元件多分布范围广运行参数高运行特性复杂

发供用同步进行

频率和电压频率对应有功电压对应无功潮流的概念电网体系输电发电配电变电用电调度新能源间歇性互动性2.湖北电网概述

（一）湖北省电力公司基本情况经营区域：12个地级市、1个自治州、4个省直管单位，供电面积18.59万平方公里供电客户数:1550万户供电服务客户人数：5724万人公司员工：4.85万人2010年公司售电量1017亿千瓦时,统调最大负荷22067兆瓦。

全社会用电量：1330亿千瓦时（全国第11位），“十一五”年均增长11%；人均用电量:2325千瓦时/人,比全国平均水平少900千瓦时/人。电源装机容量：4906万千瓦（全国第7位），“十一五”年均增长12.3%；其中火电装机：1815万千瓦，水电装机：3085万千瓦，风电装机：5.72万千瓦。（二）湖北电网2010年基本情况省内水能资源得到充分开发火电机组“上大压小”成果显著接入500千伏的大型机组增多，同时出现首台直接接入220千伏的60万千瓦火电机组清洁能源规划和建设得到逐步推进白莲河抽水蓄能电站“十一五”全部建成投运

（三）“十一五”湖北电源发展状况电网规模不断扩大，有力支撑湖北经济社会发展

“十一五”末的全省110千伏及以上线路和变电容量分别是2005年的1.8倍和2.1倍，电网结构和规模均发生了显著变化，“十一五”相当于再造了一个湖北电网。建成了全国第一个1000千伏输变电工程和覆盖全省的500千伏主体网架，各级电网协调发展。满足了“十一五”全省新增电源装机2164万千瓦上网和全社会新增用电542亿千瓦时的需求，保证了经济社会的快速发展。（四）“十一五”湖北电网发展成就2005年500千伏电网规模火电厂水电厂抽蓄电站500kV变电站500kV开关站500kV换流站500kV交流线路±500kV直流线路图例宜都至华东白鹤襄樊二期荆门三期咸宁木兰阳逻三期渔峡恩施至重庆右二右一道观河大吉大别山荆门特高压十堰朝阳至南阳光谷白莲河抽蓄军山钢都2010年500千伏电网规模火电厂水电厂抽蓄电站500kV变电站500kV开关站500kV换流站500kV交流线路±500kV直流线路图例

新增500kV变电站新增1000kV变电站新增500kV交流线路新增1000kV交流线路新增±500kV直流线路湖北电网的经典描述Ⅰ湖北电网已经成为一个以500千伏电网为骨干、以220千伏电网为主体、110千伏及以下电网覆盖全省城乡、供电人口达到5700多万的现代化大电网，是三峡外送的起点、西电东送的通道、南北互供的枢纽、全国联网的中心。湖北电网的经典描述Ⅱ加快构建省内“一大三受”骨干网架，即建设以接纳特高压电力为主的一个500千伏电能交换中部大网架，分别建设以武汉、宜昌、襄樊为中心的三个500千伏电力受端电网，并在此基础上加强输电和配电网络建设，使湖北电网具备更强的电力供需平衡和优化配置能力。对武汉城市圈，必须研究进一步优化500千伏电网，将鄂东500千伏双环网扩建成“目”字形环网，实现大型电源分散接入，保证负荷中心电力供应安全。对“宜荆荆”地区，必须研究进一步完善电网功能，保证丰水期能消纳本地水电资源，枯水期能通过特高压电网接受外部电力资源。对“襄十随”地区，必须进一步研究既保证水电资源外送，又满足本地负荷增长需求，形成水火互补的供电格局。湖北电网的经典描述Ⅲ湖北缺煤、少油、乏气，发电用煤的97%需要从外省购入，水电资源基本开发完毕，大型水电厂发电量按照国家统一计划大量外送其他省市，全省用电量的60%以上依靠火电厂发电。这种能源结构导致电力供应长期受电煤制约，每年枯水季节供用电形势严峻。

3.电网安全运行的三个层次18电力系统给排水系统运输通讯系统医院消防系统能源供给生命线工程与功能电网安全是电网发展的生命线

——帅军庆[1]DL755-2001《电力系统安全稳定导则》自从出现电力系统以来，如何保证其安全稳定运行，就成为一个永恒的课题。是我国电力系统设计、建设、运行和管理的一件大事。为如何保障电力系统的安全稳定制定了明确的规范。行业强制性标准[2]《电力安全事故应急处置和调查处理条例》[3]

《输电网安全性评价》和《城市电网安全性评价》三个重要文献小扰动

正常运行大扰动后大扰动电网主设备的故障（N-1）具有一定概率的严重故障（N-2）不确定的严重故障扰动类型电力系统稳定性是指电力系统受到事故扰动后保持稳定运行的能力。将稳定性的研究划分：静态稳定、暂态稳定、动态稳定、电压稳定和频率稳定。静态稳定：电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。暂态稳定：电力系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。动态稳定：电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。电压稳定:电压稳定是指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压失稳的能力。电压失稳可表现为静态失稳、大扰动暂态失稳及大扰动动态失稳或中长期过程失稳。稳定性定义与分类的说明为了分析的方便，我们把电力系统运行状态分为：正常状态，警戒状态，紧急状态，极端紧急（失步）状态，恢复状态（电力系统稳定控制技术导则）。电网运行状态第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电三级安全稳定标准第二级标准：保持稳定运行，但允许损失部分负荷第三级标准：当系统不能稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失电力系统安全稳定运行三道防线电力系统安全稳定运行三道防线第一道防线—（合理的电网结构）快速可靠的继电保护、有效的预防性控制措施，确保电网在发生常见的单一故障时保持电网稳定运行和电网的正常供电，不损失电源和负荷；第二道防线—采用稳控装置及切机、切负荷等措施，确保电网在发生概率较低的严重故障时继续稳定运行，但允许损失部分电源和负荷；第三道防线—设置失步解列、频率及电压紧急控制装置，当电网遇到概率很低的多重严重事故而稳定破坏时，依靠这些装置防止事故扩大、防止大面积停电，并尽量减少负荷损失。特性分析：网络结构、潮流分布、电气距离分析、短路容量分析、静态稳定极限分析，给出输电能力和网架强度的评价，指出稳定性质和影响因素

总体评价：是否满足三道防线要求

控制策略：根据系统的稳定特性，提出必须采用的安全稳定控制策略和相应的控制措施。安全稳定性总体评价和建议

确定系统某一元件（或断面）最终的运行限额时，应以各项稳定限额中的最小值为准，并在留出一定的运行裕度。根据系统的稳定特性，提出必须采用的安全稳定控制策略和相应的控制措施。在规划设计阶段，还应分析对电网规划方案的影响。安全稳定性总体评价和建议输电网安全性评价安全性评价是系统梳理电网安全隐患、有效防范电网安全风险的重要手段。近年来，随着电网快速发展，输电网结构和特征发生了重大变化。输电网安全性评价供对220千伏及以上电压等级的电网进行安评。输电网安全性评价2011年版对2003年版进行了换版。2011年版更加注重电网安全基础和物理因素的评价，以对现存的安全隐患和薄弱环节进行系统梳理，有计划地落实规划发展、建设改造、调度运行、生产维护等整改治理和预防预警措施，实现超前防范大面积停电、重大设备损坏等事故风险。输电网安全性评价第二章：电网结构与现状电源电网结构短路电流静态安全水平稳定水平无功补偿工频过电压风电输电网安全性评价第三章：调度运行与计划调度运行分析电网负荷预测检修计划工作电能计划工作安全校核和风险评估输电网安全性评价第四章：运行方式运行方式及稳定管理电网安全自动装置无功及电压管理发电机组、发电厂机网协调4.湖北电网安全运行风险湖北电网安全运行十大风险（一）低频振荡问题更为复杂

（二）多重复杂故障应对能力不强

（三）特高压电网建设初期尚不坚强

（四）电磁环网诱发相继故障

（五）局部短路电流超标

湖北电网安全运行十大风险（六）过渡方式下电网稳定水平下降

（七）机组涉网安全技术不完善

（八）局部电网抵御自然灾害能力不强

（九）二次设备引起电网事故扩大

（十）自动化水平不适应电网运行控制要求

湖北电网典型风险湖北电网的几种典型风险例举如下。1、供电能力不足

为满足鄂州电网供电要求，2012年鄂州二期接凤变的一台60万千瓦机组需改回光谷变，届时，凤咸片最大供电能力285万千瓦（=凤变2×75+咸变2×75+蒲圻厂2×30-75），稳控极限为274万千瓦。

2010年凤咸片最大负荷225万千瓦，预计2012年最大负荷285万千瓦（年均增长12.5%），超过稳控极限。（一）凤凰山、咸宁供区运行风险孙田2、凤珞Ⅰ、Ⅱ回双回同塔风险

珞珈山变两回电源均从凤凰山变引接，线路长度2×23公里，为架空电缆混合线路，其中双回同塔线路长度2×9公里，存在全停风险。珞珈山凤凰山图示绿色区域为单回架设，红色区域为同杆双回架设，黄色区域为电缆敷设。（一）凤凰山、咸宁供区运行风险

3、凤关ⅠⅡ回输送压力大

运行极限为52万千瓦。2010年最大潮流46万千瓦；预计2012年巡司河、关山两变电站（含转供）负荷最大负荷超过70万千瓦，凤关双回最大潮流为50万千瓦；2013年最大潮流为55万千瓦，超极限。（一）凤凰山、咸宁供区运行风险极限：522010年潮流：462012年潮流：502013年潮流：55单位：万千瓦（二）光谷、钢都供区运行风险1、短路电流超标受短路容量限制，2009年光钢供区与凤咸供区解环;2011年鄂州电网与黄石电网解环。1、新洲、麻城、红安三县（市、区）供电断面受限

考虑金台Ⅰ母故障，以阳金Ⅱ回输送能力为热稳极限（该线路为-2×300导线，最大输送能力43万千瓦）。

2010年三县负荷44万千瓦；预计2012年负荷55万千瓦，超极限。（三）武汉江北供区运行风险单位：万千瓦极限：432010年潮流：442012年潮流：551、兴隆供区供电能力不足

目前稳控极限为93万千瓦。2010年荆州东部最大负荷114万千瓦，兴隆下网97万千瓦；预计2012年荆州东部负荷135万千瓦，需兴隆下网115万千瓦；2013年兴隆下网130万千瓦。（四）兴隆、江陵、双河供区运行风险3、监利、洪湖两县市供电断面受限

N-1极限为24万千瓦。

2010年监利、洪湖两县市最大负荷26万千瓦；预计2012年、2013年最大负荷分别为32万千瓦、36万千瓦，均超极限。2、京山、天门两县市供电断面受限

N-1极限为48万千瓦。2010年京山、天门两县市最大负荷37万千瓦；预计2012年、2013年最大负荷分别为46万千瓦、52万千瓦，2013年超极限。极限：482010年潮流：372012年潮流：462013年潮流：52

兴隆供区极限：932010年潮流：972012年潮流：1152013年潮流：130极限：242010年潮流：262012年潮流：322013年潮流：36单位：万千瓦新港40+31.5路口变乌龙40+20回龙20+20杨鹰岭20宝塔40黄州31.5+25黄州区至浠水变大吉变至薄刀峰至阳逻电厂城北黄州牵引站20五甲50+50南湖2+2堵城3.15+2陶店3.15+2运行问题N－1影响网络问题变电站（线路）对策分析解决时间城北220kV禹王变新建（里程碑）2012-11变电站（线路）N-1故障类别对策分析

路城线110线路220kV禹王变新建※“N-1”故障可能引起大面积停电的问题※重载变电站和线路网络结构问题110kV变电站35kV变电站单线宝塔堵城、陶店、南湖单变城北、宝塔、杨鹰岭83%损失负荷15MW禹王变180+180县域电网风险分析5.国内外重大电力系统事故介绍46

受暴风雨和雷电袭击，伊泰普水电站交流送出系统中的两回750千伏输电线跳闸，然后由于过载第三回线路几