三道防线：构筑大电网安全屏障

三道防线 构筑大电网安全屏障三道防线 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 2010 2020 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 络线功率控制与调度运行技术 多直流输电系统协调控制技术 大发电机组 群 和大电网协调控制技术 3 电网安全稳定实时控制技术研究 研究建立安全稳定实时控制系统的关键技术 实施的技术 方案和路线等 4 新型设备与控制技术研究 研究开发新型继电保护技术及安全自动装置 开发集测量 保护 控制 分