三道防线建设确保电网的安全稳定运行

三道防线建设确保电网的安全稳定运行《电力系统安全稳定导则》规定我国电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级：第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电[单一故障(出现概率较高的故障)]；第二级标准：保持稳定运行，但允许损失部分负荷[单一严重故障(出现概率较低的故障)]；第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失[多重严重故障(出现概率很低的故障)]。我们设置三道防线来确保电力系统在遇到各种事故时的安全稳定运行：第一道防线：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；第二道防线：采用稳定控制装置及切机、切负荷等紧急控制措施，确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行；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。三道防线的概念很清晰、明确，易于操作实施。近年来我国电网没有出现全网性事故和大范围停电，应该说得益于三道防线的建设。设置三道防线是我国电网安全稳定运行成功的经验，但还应进一步采取有效措施，加强三道防线建设，不断提高电网的安全稳定运行水平。在此提出以下建议：(1)精心进行电网规划设计，既要加强一次电网的建设，使电网结构符合电力系统稳定导则与技术导则的要求，又要加强二次系统的配套建设，按三道防线的要求配置继电保护与安全自动装置。(2)在厂网分开、电力市场等电力体制改革情况下，更要强调电力系统的统一调度和协调的重要性。对于有关电网安全稳定的大事应立足全网大局统筹考虑，做好应付各种紧急事故的预案。(3)加强二次设备管理，尤其是继电保护与安全自动装置的管理。建议对继电保护及安全自动装置进行一次全面检查，落实反措的执行情况，确保装置在各种可能情况下正确动作，有效制止事故时的连锁反应。(4)按新稳定导则要求，加强电网运行方式和稳定状况的分析，及时发现电网存在的问题，提出解决的方案和有效措施，做好应对重大事故的预案。(5)对重要联络线的跳闸必须考虑有效的控制对策。当联络线送电功率占该电网总负荷的比例达20%以上时，应该立即采取联络线跳闸联切措施，即联络线跳闸同时在受端网切除相应数量的负荷(或送端电网联切相应容量的机组)，使系统内功率迅速重新平衡。(6)切实重视系统内由于设备跳闸、潮流突然转移引起线路、变压器的过载问题，消除设备严重过载的最有效措施是用过载控制装置根据过载情况自动切除相应数量的电源或负荷。(7)在电网遇到多重性故障，如断路器拒动、保护误动或拒动、多回线相继跳闸引起断面断开等严重事故，应依靠第三道防线的措施，即：①配置失步解列装置，当系统失去同步时在预定的解列点将系统解列为两个部分，防止事故扩大，但需注意解决各解列装置之间的协调配合；网间联络线还应根据需要配置低频解列及低压解列的装置，以便在紧急状态下隔离事故电网；②配置足够的低频减载装置，在系统有功功率缺额时自动切负荷；配置过频切机装置，在有功功率过剩时自动切机；③配置低电压自动切负荷装置，在系统无功功率缺额时自动切除相应的负荷，维持系统的电压稳定。(8)加强对继电保护及安全自动装置运行技术人员的培训，制定严格的运行管理规程和规定，做好装置的运行维护工作，确保装置动作的正确性。(9)重视电网安全稳定控制方面新技术的研究和应用。例如在线稳定控制决策系统，实现电力系统在线安全稳定分析和决策控制，并为电力系统调度运行人员提供预防性控制的提示及紧急事故处理的建议。三道防线：构筑大电网安全屏障近年来，美国、加拿大、俄罗斯等国发生的大面积停电，引起了国际社会对电网安全的高度关注。党中央、国务院领导高度重视我国电网的安全稳定问题，多次作出重要批示，要求电力部门加强防范，保证电网安全和电力的有序供应。国家电网公司作为关系国家安全和国民经济命脉的国有重点能源企业，长期以来坚持把确保国家电网的安全和稳定作为首要工作来抓：组织专家学者对我国电网安全问题进行分析和经验总结，针对国外大停电事故进行反思；组织科研力量开展大量科技研发，提升了我国大电网分析和控制的能力；编制《国家电网公司“十一五”科技发展规划》和《大电网安全关键技术研究框架》等，确定了未来较长一段时间的科研攻关项目和研究目标。经验和启示合理规划：电网安全的物质基础保证电网安全首先必须保证电网规划安全。加强电网建设、合理规划电网是电网安全的第一步。国家电网公司提出的发展特高压电网，加强城网建设的发展目标，将为电网安全奠定坚实的物质基础。合理规划网架、建设结构清晰的网架结构，坚持分层分区，加强受端电网建设，送端电源合理接入受端电网等技术原则，是国家电网公司在长期电网规划中取得的宝贵经验。管理机制：电网安全的保障参与电网的各利益主体，包括发电公司、电网公司、用户等都必须为电网的安全承担责任和义务。为此，要制定适合我国国情的电力市场模式和具有合理利润回报的电价体系，建立公正、合理的激励约束机制，促进电厂和电网的同步发展；在管理方面，要坚持统一规划、统一调度；在电网运行方面，要制定强制性技术标准，规范电网参与者的责任和义务，严格执行调度命令。8·14美加大停电后，美国开始着手将原来仅起指导性作用的电力系统可靠性准则转变成强制性技术标准，我国自1981年执行《电力系统安全稳定导则》后停电事故明显减少，这些都说明了强制执行的安全稳定技术标准对于保障电网安全的重要性。分析、监控技术：电网安全的第一道防线由于我国电网结构相对比较薄弱，电网设备故障和外力破坏事故较多，所以，国家电网一直以来都很重视继电保护和安全自动装置的合理配置。电力系统安全稳定装置的配置以电力系统分析为基础，要使电力系统安全稳定控制系统能切实发挥有效作用，完善的电力系统分析工具，准确的电力系统分析模型是必不可少的，为此，国网公司在电力分析软件开发、电力系统元件建模研究方面给予了大力支持，取得了很多重要成果。目前，我国在“三道防线”建设，继电保护和安全稳定自动装置的优化配置，继电保护装置和稳定控制技术，电力系统分析领域，都已达到世界先进水平，为保障我国电网安全发挥了重要的作用。成就斐然电网互联和特高压国家电网的规划建设为实现资源优化配置，满足日益增长的负荷需求，改善电力系统安全稳定性能，提高供电可靠性和经济性，以及符合环境保护的要求，电网互联是电网发展的必然趋势，世界范围内均在形成规模越来越大的大电网。我国从上世纪90年代开始系统化地研究大电网特性，包括：1990年至1995年开展的中国电网发展规划研究；1995年至1998年开展的全国联网和更高一级交流电压等级研究；1999年至2002年开展的全国互联电力系统计算分析研究及全国大区电网互联关键技术研究；2002年至2003年开展的全国联网规划深化研究及全国联网规划补充研究；2003年至2004年开展的全国联网技术研究及全国联网同步网构建方案研究；2004年开始至今开展了1000千伏级交流输电关键技术研究及±800千伏级直流输电系统关键技术研究，以及国家电网规划等研究工作。其中，研究了不同阶段电网发展规划目标、全国电网互联的格局、大区电网互联方式、电网互联基本原则，提出大区互联电网安全稳定性评价方法，研究特大规模交、直流系统特有机理，研究保证电网安全稳定运行和防止大面积停电的技术措施。从研究的技术问题上看，研究了特高压在电力系统中的实际作用和影响，多个大容量直流线路在受端电网集中落点问题，直流联网送、受端电网的相互影响问题，电网交流互联后电网内部的安全稳定水平可能发生变化的问题等。研究成果对全国联网的规划设计及工程实施提供了必要的基础研究成果，对特高压国家电网的发展起到了促进和技术支撑的作用。电力系统分析技术一、电力系统仿真分析软件开发及完善在电力系统分析控制理论和方法的研究方面，开发了国内应用范围最为广泛的电力系统分析程序软件包，如电力系统潮流及暂态稳定程序、电力系统全过程动态仿真程序、电力系统电压稳定分析程序等众多电力系统分析软件。在我国西电东送、南北互供、全国联网及特高压国家电网的规划设计及科研工作中，这些软件发挥了重要作用，在多项大区电网互联工程和直流输电工程中发现、研究、解决了大量的系统关键技术问题，在电力系统暂态稳定、电压稳定、小干扰动态稳定等领域积累了丰富的理论和实际经验。1998年至2002年，立项开展了电力系统仿真软件开发项目，形成了电力系统全过程动态仿真软件、大型电力系统电力电子和灵活交流输电（FACTS）装置电磁暂态仿真软件包，基本实现了具有自主知识产权的从暂态过程至中长期过程的仿真功能，并为全过程仿真的电磁暂态过程仿真奠定了一定的基础。二、大电网仿真模型研究及应用电力系统各元件的数学模型以及由其构成的全系统数学模型是电力系统数字仿真的基础，模型的准确与否直接影响着仿真结果和以此为基础的决策方案。在大区互联电网出现后，负荷模型参数和励磁系统模型参数对稳定计算结果有显著影响的问题，曾一度困扰着我国电力界。国家电网公司组织科研单位开展了针对负荷建模方法的基础研究，并在东北电网成功实施了三相短路试验，开展了典型大机组的励磁模型及参数测试工作。所取得的研究成果在国家电网公司实施的提高电网输送能力工程中发挥了重要作用，取得了显著的社会和经济效益。三、电力系统仿真中心建设为了提高大电网研究分析的仿真能力和水平，国家电网公司还投入大量资金，建设了亚洲规模最大的电力系统仿真中心，在三峡输电系统、全国联网和重大交、直流输电系统的规划、建设、调试和运行的试验研究和技术服务中发挥了重要作用。四、电力系统实时仿真和并行计算分析超大规模电力系统异常动态行为的一个关键问题是电力系统仿真的理论和算法。在国家973计划和国家电网公司重大项目的支持下，该项目已完成了电力系统全数字实时仿真的研究开发工作，解决了基于高性能集群服务器的大规模电力系统实时和超实时同步并行计算问题，为实现大电网在线安全评估提供了有力的分析和仿真工具。该项目为进一步在调度控制中心进行在线动态安全分析奠定了坚实的基础。大电网监测和控制技术一、电力系统稳定器（PSS）在提高电网动态稳定性中的研究和工程实施跨大区电网互联后，动态稳定问题变得很突出，国家电网公司组织开展了PSS提高电网动态稳定性的研究和工程实施工作，在国家电网200多台发电机上配置了PSS，有效地提高了互联电网的动态稳定性。通过该项目研究，我国在PSS配置领域取得了重要的突破：针对跨大区联网出现的0.1Hz左右超低频振荡问题，研究提出了PSS协调配置和参数整定的改进方法，证明了PSS阻尼超低频功率振荡的有效性；研究出一套适合我国的PSS参数整定、调试的规范化方法；在西门子所提供三峡机组PSS几经改进仍不能符合系统要求的情况下，中国电力科学院自行研制了采用双输入信号的PSS2A改进型加速功率信号PSS，解决了我国超大规模同步互联电网安全稳定运行的一个难题。二、灵活交流输电（FACTS）技术在FACTS技术研究和应用领域，国家电网公司系统也取得了很重要的研究成果：基本掌握了串补和可控串补在系统设计和装置集成方面的关键技术，我国第一个国产化的固定串补加可控串补工程已于2004年10月在甘肃成县220千瓦变电站建成，并投入运行；已具备输电系统静止无功补偿器（SVC）的生产能力，国内自行生产的第一套SVC已投入商业运行；完成了500千伏短路电流限制器的前期研究。三、广域测量系统（WAMS）上世纪90年代初，我国电力系统开始进行应用相量测量单元（PMU）动态相量测量的研究；近两年，国内一些单位相继开发成功新一代PMU装置及广域测量系统（WAMS）主站并应用于实际电力系统，为进一步研究基于广域动态信息的安全预警、控制理论和方法提供了系统软件和PMU硬件的基础。四、区域电网及跨区电网安全稳定监控系统目前已完成了区域电网及跨区电网安全稳定监控系统的可行性研究。根据对现有国网公司系统调度自动化系统的现状，分析了建设区域电网及跨区域电网安全稳定监控系统的必要性，针对我国目前监控技术现状和需求，研究了区域电网和跨区域电网安全稳定监控系