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1、电力系统安全自动装置的概念及作用,张 保 会,西安交通大学 2006/04/15,参考教材,袁季修 编 书号：TM712/6 题名 电力系统安全稳定控制 中国电力出版社李光琦 编 书号：TM711/6(95)题名 电力系统暂态分析 水利电力出版社王梅义 编 书号：TM71/1 题名 大电网系统技术 水利电力出版社苏M.A.别尔柯维奇 编 书号：T664/8 题名 电力系统安全自动装置 水利电力出版社沈善德 编书号：T667/44 题名 现代电力系统的保护和安全自动装置 水利电力出版社刘笙 编 书号：TM712/5 题名 电力系统暂态稳定的能量函数分析 上海交通大学出版社韩祯祥 编 书号：TM7
2、6/4 题名 电力系统自动控制 水利电力出版社,学习报告提纲,要求：请根据自己对该课程的学习体会，结合以下几个方面，写出不少于2万字的读书报告，并于9月10日前交来。一、简述电力系统安全自动装置的基本概念和分类。二、简述电力系统同步稳定性及提高稳定性的措施。三、举例说明李雅普诺夫直接法及其在暂态稳定性估计中的 应用。四、以单机无穷大母线系统为例，说明实时预测暂态不稳定 的计算方法及控制量实时算法。五、陈述多机电力系统紧急控制方法及存在的主要困难。,目 录,电力系统的运行状态电力系统安全自动装置的概念从国际大停电事故看安全自动装置的重要性目前安全自动装置的配置及存在的问题我国电网发展对安全自动装
3、置的要求电力系统广域运行信息及其可能的应用,电力系统的运行状态（1）,电力系统正常运行状态,电力系统的运行状态（2）,电力系统异常运行状态：不等式约束部分不满足；避免或调控消除异常状态；主要依靠安全自动装置。电力系统故障状态：部分等式和不等式约束不满足；切除故障元件消除故障，使系统过渡到正常状态。主要依靠继电保护。,电力系统安全自动装置的概念（1）,概念 反应电力系统及其部件运行异常，并能自动控制其在尽可能短的时间内恢复到正常运行状态的控制装置或系统。可能的系统或元件不正常状态：因为切除故障或误动造成的发电功率与输用电功率不平衡。可采用备用电源或设备自动投如、事故紧急减出力、抽水改发电、水轮发
4、电机自动启动或调相改发电等，快速保持稳态发输电能力与用电需求的平衡。,电力系统安全自动装置的概念（2）,1、保持供电连续性和输电能力的自动重合闸装置：母线重合闸、变压器重合闸、线路重合闸保证供电连续性的：单侧电源的重合闸保持输电能力的重合闸：双侧电源线路重合闸尽快恢复供电、输电设备的运行，尽量减少网络拓扑的变化，尽快恢复网络暂态和稳态输电能力；同时考虑减少重合于永久故障时系统产生的不平衡能量，提高暂态稳定能力。,电力系统安全自动装置的概念（3）,2、保持稳态输电能力与输电需求的平衡 过负荷控制与报警：根据离线计算和运行经验已知某些元件跳开后输电能力不足肯定过负荷时，采用连锁切机、切负荷，远方切
5、机、切负荷等。当难于有明显的唯一措施时，报警由运行人员控制。3、用于保持动态输电能力和输电需求的平衡 暂态稳定控制：逻辑式连锁切机、切负荷；利用局部量的稳定性预测与紧急控制装置；基于离线或在线计算的区域性稳定控制系统；,电力系统安全自动装置的概念（4）,4、保持频率在安全范围内的自动装置 当发电能力过剩或不足时，系统频率会升高或降低，参见负荷的频率特性和调速器的调频特性。在动态过程中，一般采用频率继电器控制切负荷和发电机，如低周减载、高周切机等保持频率的动态平衡。通过频率及其变化率的定值，继电器执行控制。在系统中如何配置和配合频率继电器，是主要问题；保安的高周波切机与系统频率控制的切机是不同的
6、。,电力系统安全自动装置的概念（5）,5、保持无功功率紧急平衡的自动控制装置 防止扰动后无功不平衡、电压不合格，设置电压紧急控制装置。常见的有：强行励磁、电容器强补；切除并联电抗器、切负荷（低压减载）。,电力系统安全自动装置的概念（6）,6、失步解列装置 将失步后的系统解列成几个独立的子系统，并能让各子系统尽可能功率平衡，通过控制保持或恢复到稳定运行状态。失步解列装置：直接或间接反应失步系统间的功角，当确实失步后，跳开失步系统间的联络线（断面）。配合：低周减载、低压减载、高周切机等，保持或恢复子系统的稳定运行。,从大停电事故看安全自动装置重要性（1）,国外03年发生的大停电事故特大停电事故是现
7、代社会的灾难,从大停电事故看安全自动装置重要性（2）,美国发生的其它大停电事故预防特大停电事故是对现代科学技术的挑战,从大停电事故看安全自动装置重要性（3）,大停电的直接原因分析：在部分元件停运检修状态下，局部发生故障；故障切除后运行状态转移中部分输电元件运行异常或保护误动；后备保护和自动装置切除过载的输电元件；连锁过载被切除后的输电通道转移及系统不稳定；输电网络被大面积的无序断开后低周波、低电压、高周波等自动装置分散动作使系统崩溃。,目前安全自动装置的配置及存在的问题（1）,目前安全自动装置的配置及存在的问题（2）,目前安全自动装置的配置及存在的问题（3）,目前安全自动装置的配置及存在的问题
8、（4）,目前安全自动装置的配置及存在的问题（5）,目前安全自动装置的配置及存在的问题（6）,目前安全自动装置的配置及存在的问题（7）,目前安全自动装置的配置及存在的问题（8）,大停电事故的启示：任意坚强的网络都存在较薄弱的运行方式和严重的运行状态；跟踪运行方式和适应运行状态的实时控制系统是不可缺或的；分散安装、独立动作的自动装置可能保护电网，也可能切跨电网；电网主网架结构的不安全，是大停电事故的直接原因；电网的无序解列、开断造成了恢复的困难。,目前安全自动装置的配置及存在的问题（9）,可吸取的教训：元件的故障或扰动，在局部系统内部采取措施来消除，影响，不使其扩散到局部系统外；区域系统之间输电断
9、面上的故障，切除故障元件后尽量保持输电断面的完整性；反应元件运行异常的保护应与系统的安全自动装置协调动作，保证网络连接的强壮性，尽量满足输电能力与输电需求的平衡，切不可独立、无序乱动；互联系统失稳后，应按功率尽可能平衡的原则有序解列，避免大面积停电，并有利快速恢复。,我国电网发展对安全自动装置的要求（1）,0,2002,2020,9.5亿千瓦,中国：世界第二,美国：世界第一,我国电网发展对安全自动装置的要求（2）,2020年西电东送方案,京津唐,长江三角洲,珠江三角洲,传输功率1.2亿千瓦,我国电网发展对安全自动装置的要求（3）,西北,华北,东北,山东,川渝,华中,华东,南方,福建,海南,西藏
10、,AC,Back to back or DC,Back to back,AC,AC,DC,3DC,AC,DC,AC,Back to back,DC,Back to back,sea cable,2003.9联网,新疆,中国大区电网互联基本框架,我国电网发展对安全自动装置的要求（4）,第一道防线：高速、准确地切除故障元件的继电保护和 反应被保护设备运行异常的保护被我国超高压电网普遍采用的装备利用被保护元件两端的尽可能简单的信息；超高压系统主保护动作速度1025毫秒；超高压系统主保护动作正确率99.82%;正在研究、未来可能装备电网的保护利用被保护元件单端或两端故障暂态信息的继电保护主保护动作速度
11、25毫秒以尽可能快的速度、在尽可能小的范围内切除故障，减少系统产生的不平衡能量,我国电网发展对安全自动装置的要求（5）,第二道防线：保障电网安全运行的安全自动装置自动重合闸装置：除减少重合于永久故障时系统不平衡能量外，尽量减少网络拓扑的变化，尽快恢复网络输电能力；备自投、事故减出力、自动切负荷、抽水改发电等：快速保持稳态发输电能力与用电需求的平衡。过负荷控制：连锁切机、切负荷，远方切机、切负荷等。保持稳态输电能力与输电需求的平衡。暂态稳定控制：逻辑式连锁切机、切负荷；利用局部量的稳定性预测与紧急控制装置；基于离线或在线计算的区域性稳定控制系统；用于保持动态输电能力和输电需求的的平衡。,我国电网
12、发展对安全自动装置的要求（6）,第三道防线：失步解列与频率、电压控制失步解列：在互联电网失去同步后，在预定的地点解列，以求各子网能独立满足供电需求。频率控制：通过低周减载、开启备用机组等满足频率要求，通过高周切机保证频率稳定、机组安全。电压和无功控制：通过低压减载和增发无功维持电压水平，防止电压崩溃。争取各自平衡，尽量减少对用户的损失，维持各子网的安全，创造并网条件。,我国电网发展对安全自动装置的要求（7）,市省级电网,省 大区电网,我国电网规模升级与稳定破坏事故,我国电网发展对安全自动装置的要求（8）,“三道防线”建设中应该加强的研究：采用最佳重合闸技术，减少第二次故障冲击、尽可能减少网络结
13、构和潮流的变化，维持稳态输电能力、提高暂稳极限。构建输电断面或网络的输电能力保护，协调和优化在元件运行异常、特别是线路过负荷后采取的网络切换，保证网络的稳态传输能力与负荷的平衡，防止元件连锁过载被切除。研制自适应电力系统模型和参数的暂态稳定预测与紧急控制系统，提高系统的暂态稳定极限，增加网络的输电能力。研究自适应的失步解列与快速恢复控制系统，减少停电容量和停电时间。,电力系统广域运行信息及其可能的应用（1）,1、电力系统广域稳态运行信息 电力系统地域的广袤性、电力设备的众多性、电能传输的快速性以及电能实时的平衡特性，决定了反应电力设备运行状态和电力系统运行方式的实时信息系统，是保障电力系统安全
14、、可靠和经济运行的基础系统。经过几十年与电网建设同步的发展，基于五级SCADA静态信息采集系统的电力调度自动化系统已经建立，支撑着现代的电力生产。这些信息反应电力系统的稳态运行情况，以分层分布式信息流结构，数据更新周期为秒钟级。,电力系统广域运行信息及其可能的应用（2）,2、电力市场信息支持系统 电力市场化改革后，电能的商品属性日渐凸现，表达电能价值、价格的实时经济信息成为决定电能交易的决定性信息。因为电能在物理上的实时平衡特性，使得电能安全运行与经济交易互相制约、密不可分。同时表征二者特性的信息系统，成为市场环境下电力系统生产运行的基础信息系统。这些信息反应电力市场的交易、电价、电费和电力系
15、统的稳态运行情况，以分层分布式信息流和点到点的信息流结构，数据更新周期为秒钟级。,电力系统广域运行信息及其可能的应用（3）,3、电力系统广域动态运行信息 描述电力设备及电力系统动态行为的信息，利用这些信息可以掌握和预计电力系统的动态变化规律，通过施加适当的控制，调控电力系统向预定的目标变化。例如：具有同步时钟、同时测量的电压、电流、功率和功角信息及其高速的传递网络。随着全球同步时钟的出现和高速信息网络的发展，建设电力系统广域动态信息系统初步具备了条件。,电力系统广域运行信息及其可能的应用（4）,4、电力系统广域动态运行信息的可能应用快速切除故障元件的继电保护防线是不需要广域信息的；广域信息下的集中协调控制系统是不可能取代分散安装的继电保护装置的。被保护的目标是单一设备，使用两端信息判别故障已经足够了；保护的可靠性要求极高，越是简单越可靠；保护的动作速度要求极高，广域信息速度不够；具备广域动态运行信息将使保障整个电力系统安全运行的第二道、第三道防线的水平发生“质”的提高。,谢谢大家！,
