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：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；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；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。814 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 系统的可行性，提出了区域电网和跨区域电网安全稳定监控系统的总体结构及配置方案， 为我国区域电网和跨区域电网安全稳定监控系统的建设和发展奠定了重要的基础。 五、电力系统二、三道防线的建设 切机、切负荷等措施，解列等措施作为电力系统第二、三道防线，在我国电网已有较 多应用，我国自主开发的 PAC-1000 快速解列装置已应用到区域间联络线上，这些控制技 术的应用对于提高大电网的安全稳定性起到了重要作用。 大电网运行和管理技术 一、调度自动化系统支撑平台 具有动态监测和控制功能的新一代调度自动化系统接入的信息量大，系统开放性、可 扩展性、实时性和可靠性要求高，为满足要求必须使用软件支撑平台。目前一批自主开发 、拥有独立知识产权的调度自动化系统（如 CC-2000 及 OPEN-2000 等）在国网公司国家 电网调度中心和部分网、省电力调度中心得到广泛应用，为新一代电力系统自动化系统支 撑平台的研究、开发和实际应用提供了基础。 国家电网公司承担的国家 863 项目“国家电网调度中心安全防护体系研究及示范 ”，于 2004 年 6 月 24 日通过科技部检查，科技部领导给予此项目以高度评价，认为它解决 了电力应用系统的世界级难题。 二、大电网安全稳定管理 国网公司发布了电网稳定管理和稳定计算两个规定，为全国各规划、设计、科研、调 度部门间尽快统一电网稳定控制技术标准和策略，为规划和运行决策提供了科学、准确、 指导性强的依据，由此建立起了国网公司稳定管理的新机制。 前瞻研究 国家电网公司在广泛征求专家意见的基础上，组织编写了大电网安全关键技术研究 框架，提高电网输送能力关键技术研究框架、柔性输电技术研究框架等，对电 网安全稳定研究领域需要进行攻关的科研项目进行了统一的，系统化的部署。主要包括： 一、大电网基础理论研究 将在同步电网规模及其影响因素、大规模特高压交直流混合同步电网系统特性和大规 模同步电网事故相互影响及安全防御体系、特高压交直流并列运行同步电网交直流相互影 响及控制技术等几个方面开展研究。 二、受端电网特性及控制技术研究 拟将研究开发交直流大受端系统综合电压安全稳定监控系统；还将开展受端系统广义 负荷特性分析及动态等值、受端系统暂态电压稳定机理及动态安全评估理论研究。 三、电力系统分析和仿真技术手段 1.仿真手段建设和交直流混合输电系统试验研究 将完成大规模交直流输电系统电磁暂态和机电暂态混合仿真系统的开发和完善研究 ；提高电力系统仿真计算程序的自动化和智能化水平的研究；建立基于并行计算的全数字 实时仿真和数模混合仿真相结合的大规模仿真系统。 还将开展交直流混合电网安全稳定协调控制技术的研究，具体包括：交、直流混合输 电系统的相互影响及协调控制技术、多回路直流协调控制技术、直流对交流系统紧急功率 支援时调制信号和控制策略等。 2.电力系统模型及参数辨识技术的研究 开展提高电力系统计算模型及其参数的准确性和适应性的电网模型参数辨识技术研究 ；在东北电网大扰动试验及负荷模型研究基础上，继续开展负荷模型深化研究，研究提出 适合国家电网各区域、省电网适用的仿真用负荷模型参数；开展调速器模型参数实测建模 研究等。3.超导设备及新型 FACTS 设备等模型研究 研究应用于电力系统的超导设备的原理，根据现有仿真软件及设备的技术条件和水平 ，相应形成仿真模型，初步建立形成参数库，为研究超导设备应用于电力系统所带来的影 响等分析研究工作打下基础。 根据工程项目的研究需要，完善准稳态直流模型，在基于电磁暂态模型的环境下，形 成 FACTS 设备如可控串联补偿器（TCSC）、静止同步串联补偿器（SSSC）、可控高抗等 模型，为我国特高压电网的发展和建设及提高电网输电能力奠定基础。 4.开发建设全国互联电网大型数据库 开发适用于电网规划、调度和科研工作需要，以及安全可靠、界面友好、用于计算分 析及设备管理的基础数据库。 研究建立适应各区域电网负荷特性的典型负荷参数库。建立可靠性分析累积数据库。 四、安全稳定控制技术研究 1.互联电网重大事故预防及恢复技术 全国互联电网中薄弱环节及抵御严重故障能力分析。研究跨大区交流互联电网间低频 振荡问题，提出抑制措施。研究电网出现严重故障（包括多重故障）时避免电网瓦解崩溃 的措施。开展互联电网崩溃后的恢复策略和黑启动方案优化研究。 2.安全稳定实时预决策系统技术研究 分析研究建立跨大区电力系统、区域电力系统和省级电力系统实时动态稳定监控系统 技术原则、实施路线、相互协调配合等关键技术。研究电力系统在线动态安全评估和预警 系统。 3.短路电流抑制技术研究 研究抑制短路电流的相关系统技术；研究短路电流抑制器的技术原理、技术路线，并 开发相应装置。 五、联网技术领域 1.特高压电网出现后关键技术研究 滚动研究全国互联电网，分析研究特高压试验示范工程形成及特高压电网发展过程中 ，20102020 年间全国大区互联规划电网可能面临的重大技术问题和解决措施。 2.新型直流输电技术研究 研究多端直流输电控制技术及工程应用的可行性。研究轻型直流输电控制技术、适用 范围，以及工程应用的可行性。 六、大电网应急处理技术研究 在大电网应急处理技术研究领域，主要研究大电网黑启动原则，研究大电网分区黑启 动方案制定的标准、规范，以及黑启动恢复过程的技术要求；研究国家电网应对自然灾害 的技术措施；研究城市电网应急能力评价指标体系等。 七、技术储备型研究 1.大电网连锁故障机理及预防控制技术研究 研究互联电网故障发展过程、动态特性、连锁故障的机理和预防控制技术。 2.互联电网安全稳定协调控制技术研究 研究互联电网的运行特性、预防控制与紧急控制的协调技术、控制器参数与安全措施 配置的协调优化技术、互联电网联络线功率控制与调