IEC TS 63384-12023 电力系统稳定性控制.第1部分电力系统稳定控制框架设计指南标准立项发展报告

电力系统稳定性控制第1部分：电力系统稳定控制框架设计指南标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PowerSystemStabilityControl-Part1:GuidelineforFrameworkDesignofPowerSystemStabilityControl摘要随着全球能源转型进程加速推进，高比例可再生能源接入、高压直流输电大规模应用以及电力电子设备广泛渗透，电力系统的动态特性日趋复杂，稳定控制面临前所未有的技术挑战。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2023年3月正式发布IECTS63384-1:2023《电力系统稳定性控制第1部分：电力系统稳定控制框架设计指南》。该标准作为IEC63384系列的首个技术规范，系统性地提出了电力系统稳定控制框架的设计原则、架构要求与实施路径，填补了国际标准在该领域的空白。本标准首次从系统层面将功角稳定、频率稳定和电压稳定三类控制需求纳入统一的框架设计体系，提出了分层分布式的控制架构和协调配合机制，对提升跨区域互联电网的安全稳定运行水平具有重要指导意义。本报告系统梳理了该标准的编制背景、主要内容和技术特征，深入分析了其对电力行业技术发展的影响，并对相关企事业单位的参与情况进行了介绍，旨在为标准应用推广和后续系列标准研制提供参考。关键词：电力系统稳定性；稳定控制框架；IEC标准；功角稳定；频率稳定；电压稳定；分层分布式控制；技术规范Keywords:PowerSystemStability;StabilityControlFramework;IECStandard;RotorAngleStability;FrequencyStability;VoltageStability;HierarchicalDistributedControl;TechnicalSpecification1引言1.1标准编制背景电力系统是现代经济社会运行的基础性支撑设施，其安全稳定运行直接关系国家安全和民生保障。近年来，全球范围内电力系统正经历着深刻的技术变革：一方面，以风电、光伏为代表的可再生能源装机容量持续快速增长，其出力具有显著的间歇性和波动性，导致系统等效惯量下降、调频能力减弱；另一方面，特高压交直流混联电网的快速发展使得区域电网之间的电气耦合更加紧密，局部扰动可能迅速波及全网。此外，电力电子变换器在发电、输电、配电和用电各环节的大规模应用，深刻改变了传统电力系统的动态响应特性，使得基于传统同步发电机假设的稳定分析与控制方法面临适用性挑战。国际大电网会议（CIGRE）和各国电力科研机构的研究表明，近年来全球范围内发生的多起大停电事故，其根本原因均不同程度地指向稳定控制手段不足或协调配合失当。例如，2019年英国“8·9”大停电事故中，雷击引发分布式电源大规模脱网后，系统频率快速跌落至触发低频减载动作阈值，暴露出传统稳定控制策略对高比例电力电子化系统的适配不足；2016年澳大利亚“9·28”大停电事故中，极端天气导致多条输电线路跳闸后，风电出力骤降与系统惯量不足的叠加效应引发了系统振荡失稳；2011年日本“3·11”地震引发的东部电网大停电，以及2012年印度“7·30”大停电，均进一步印证了事故链演进中跨区域稳定控制的协同缺陷。这些事故表明，亟需从系统工程层面建立一套统一、协调、适应新型电力系统特征的稳定控制框架体系，以规范控制系统架构设计，提升控制策略的适应性。在此背景下，IEC启动并完成了IECTS63384-1的编制工作。1.2标准编制意义IECTS63384-1:2023作为电力系统稳定控制领域首个系统性国际技术规范，其发布具有里程碑意义。该标准突破了以往仅针对单一稳定问题（如仅关注功角稳定或仅关注频率稳定）制定导则的局限，首次提出了一体化的稳定控制框架设计方法论，为各国电力系统规划、设计和运行提供了统一的技术指引。标准的实施将有助于：（1）提高跨区域互联电网的稳定控制协调水平；（2）促进稳定控制装置和系统的互联互通与互操作；（3）为新型电力系统条件下的稳定控制技术发展奠定标准基础；（4）支持发展中国家电力系统稳定控制能力的快速提升。2标准概况2.1标准基本信息IECTS63384-1:2023《电力系统稳定性控制第1部分：电力系统稳定控制框架设计指南》由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）发布，标准状态为现行有效。该标准属于IEC第8技术委员会（IECTC8：电能供应系统）的工作范畴，分类号为“遥控、遥测”，正式发布日期为2023年3月28日，标准语言为英语。表1列出了该标准的基本信息：|项目|内容||------|------||标准编号|IECTS63384-1:2023||标准名称|电力系统稳定性控制第1部分：电力系统稳定控制框架设计指南||英文名称|Powersystemstabilitycontrol-Part1:Guidelineforframeworkdesignofpowersystemstabilitycontrol||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||标准类型|技术规范（TechnicalSpecification,TS）||发布日期|2023年3月28日||国别|国际组织||语言|英语||ICS分类|遥控、遥测|需要说明的是，IECTS63384-1采用技术规范（TechnicalSpecification）而非国际标准（InternationalStandard）的形式发布，这反映了该领域技术仍在快速发展、部分内容尚需实践验证的客观现状。技术规范的发布周期较国际标准更为灵活，便于根据技术发展及时修订更新，为后续转化升级为完整的国际标准预留了空间。2.2标准制定过程IECTS63384-1:2023的制定工作经历了系统而严谨的流程。该标准提案由IECTC8于2019年前后正式立项，组建了由中国、德国、美国、日本、韩国、法国等多个国家成员体专家参与的工作组，历时近四年完成编制。标准制定过程中，工作组广泛收集了各国在电力系统稳定控制领域的技术标准、工程实践案例和科研成果，充分吸纳了CIGRE技术报告、IEEE相关标准以及各国电网运行经验。经过多轮工作会议讨论、草案征求意见和成员国投票等阶段，最终于2023年3月形成发布版本。该标准的发布体现了国际社会在电力系统稳定控制框架设计方面达成的基本共识。3标准主要内容3.1标准适用范围与定位IECTS63384-1:2023聚焦于电力系统稳定控制系统的框架设计层面，适用于输电系统运营商、配电系统运营商、系统规划人员、设备制造商、研究机构等相关各方。该标准重点关注高压和超高压输电系统中的稳定控制问题，同时也兼顾了含高比例分布式电源的配电系统对电网稳定运行的影响。标准的核心定位在于提供框架性、原则性的设计指南，而非具体的控制装置技术规范，因此其内容侧重于控制系统的功能架构设计、控制策略配置原则、控制装置间的协调机制等宏观层面的技术指引。在标准架构的设计逻辑上，IECTS63384-1:2023采用了“控制目标识别—控制空间划分—控制功能配置—控制时序协调”的递进式框架结构，每一章节分别对应框架设计的一个关键环节，共同构成一个完整的方法论闭环，如图1所示。3.2电力系统稳定性分类与控制需求分析标准首先系统梳理了电力系统稳定性的分类体系，在继承传统功角稳定、频率稳定、电压稳定三大类划分的基础上，结合新型电力系统的技术特征进行了拓展和完善。标准将功角稳定进一步细分为小扰动功角稳定和暂态功角稳定；将频率稳定区分为短期频率稳定和长期频率稳定；将电压稳定划分为小扰动电压稳定和大扰动电压稳定。同时，标准特别关注了由电力电子接口电源大规模接入所引发的次同步振荡、宽频振荡等新型稳定问题，指出稳定控制框架设计应充分考虑这些新型稳定风险。针对每一类稳定问题，标准详细分析了其物理机理、失稳模式、影响因素和控制需求，明确了各类稳定控制在时间尺度上的差异和空间尺度上的耦合关系。例如，标准的控制时序设计逻辑如图2所示：暂态功角稳定控制通常需要在故障后数百毫秒内完成决策和动作；短期频率稳定控制的响应时间窗口为秒级；电压稳定控制和长期频率稳定控制则在数十秒至分钟级时间尺度上发挥作用。标准强调，框架设计应统筹考虑不同时间尺度控制之间的协调配合关系，避免控制动作的冲突和不利交互。3.3稳定控制系统架构设计标准的核心理念之一是提出了分层分布式的稳定控制系统架构。该架构将整个稳定控制系统划分为三个层次：（1）站控层：位于厂站端，负责就地采集信息和执行控制命令；（2）区域控制层：位于区域控制中心，负责区域内多厂站协调控制策略的实施；（3）系统控制层：位于国家级或跨区域控制中心，负责全局性的稳定控制决策和跨区协调。这一分层架构的设计充分体现了“分层决策、分级控制、协调配合”的原则。各层之间通过可靠的信息通信通道实现数据交互和指令下达，同时每一层都具备独立运行能力，确保上层失效时下层仍能执行预设的紧急控制功能。标准对每一层的功能定位、硬件配置要求、通信接口规范和信息安全要求均给出了原则性规定。3.4稳定控制策略配置与协调标准详细规定了各类稳定控制策略的配置原则。对于功角稳定控制，标准推荐采用“预防控制为主、紧急控制为辅”的策略组合，以“离线预决策、实时匹配”作为紧急控制的基本实现模式，同时探索“在线预决策、实时匹配”的优化模式，兼顾电网运行方式的变化；对于频率稳定控制，标准强调一次调频、二次调频和紧急频率控制的三道防线配合，提出应充分考虑高比例可再生能源接入条件下的系统惯量下降问题，建立适应低惯量系统的频率稳定控制策略；对于电压稳定控制，标准推荐采用自动电压控制（AVC）与紧急电压控制相结合的配置方案，注重无功补偿设备的优化配置和动态无功备用管理。在控制策略协调方面，标准提出了“优先级+时序配合+动作量协调”的三维度协调框架，以避免不同控制功能之间的不利交互。同时，标准引入了自适应控制理念，建议控制系统能够根据电网实时运行工况在线调整控制策略参数，以提高控制策略对运行方式变化的适应能力。3.5性能评估与验证要求为保证稳定控制系统设计的有效性，标准提出了系统的性能评估与验证要求。评估内容涵盖控制系统的可靠性、可用性、响应速度、协调性和适应性等多个维度。标准推荐采用数字仿真、硬件在环测试和现场试验相结合的方式对控制系统进行全面验证，并建立了“设计—仿真验证—现场测试—运行评估”的全流程验证链条，确保控制系统在实际运行环境中的有效性。针对广域测量系统（WAMS）在稳定控制中的应用，标准还提出了基于同步相量测量数据的在线稳定监视和预警功能设计要求，为构建广域稳定控制系统提供了技术指引。3.6关键技术问题与未来方向在标准的编制过程中，若干关键技术问题成为讨论焦点：一是高比例可再生能源接入后系统惯量水平下降带来的频率稳定控制难题；二是电力电子设备与同步发电机动态特性差异对稳定控制模型适应性的挑战；三是面向新型电力系统的宽频振荡稳定控制架构设计；四是广域控制中通信延时对控制效果的影响及其补偿方法。针对这些问题，标准在框架设计层面给予了方向性指引，并在附录中提供了参考案例。此外，标准论证了未来引入人工智能、机器学习等数据驱动方法提升控制系统自适应能力的可行性，指出智能化稳定控制将是IEC63384系列标准后续版本的重要演进方向之一。4参与编制的主要单位介绍中国电力科学研究院有限公司（以下简称“中国电科院”）深度参与了IECTS63384-1:2023的编制工作。中国电科院成立于1951年，是国家电网有限公司直属的综合性科研机构，长期致力于电力系统规划、运行控制、安全稳定分析等领域的基础性、前瞻性研究，在电力系统稳定控制理论方法、分析工具和工程应用方面积累了深厚的技术底蕴。在IECTC8的工作框架下，中国电科院专家作为工作组核心成员，牵头承担了标准中稳定控制架构设计、控制策略协调机制等关键章节的起草工作，并组织国内高校、电网公司、制造企业等单位开展多轮技术研讨和意见征集。在标准编制过程中，该院将自主研发的电力系统安全稳定量化分析理论与方法、广域阻尼控制技术、多直流协调控制技术等创新成果融入标准内容，积极推动将中国在特高压电网稳定控制、大电网安全防御等方面的工程实践经验上升为国际标准。通过该标准的编制，中国电科院进一步提升了在国际电力标准化领域的话语权和影响力，为后续主导相关国际标准研制奠定了坚实基础。5标准实施影响与展望5.1行业影响分析IECTS63384-1:2023的发布实施将对全球电力行业产生深远影响。首先，该标准为各国电力系统稳定控制系统的规划、设计、建设和运维提供了统一的技术框架，有助于提升跨国跨区互联电网的协调控制水平。其次，标准的实施将促进稳定控制装备的标准化设计，有利于降低设备制造成本、提高设备互操作性。再次，该标准对新型电力系统条件下稳定控制技术路线的系统性阐述，为各国应对高比例可再生能源接入带来的稳定挑战提供了有益借鉴。5.2后续标准展望根据IECTC8的工作规划，IEC63384系列标准将持续拓展完善。后续版本拟涵盖以下方向：（1）稳定控制系统的具体技术要求与试验方法（第2部分）；（2）面向高比例可再生能源电网的稳定控制专项指南（第3部分）；（3）稳定控制系统的信息交互与通信协议规范等。同时，随着人工智能、数字孪生等新技术在电力系统中的应用日益深入，智能化稳定控制技术有望成为该系列标准未来修订的重要方向。6结论IECTS63384-1:2023《电力系统稳定性控制第1部分：电力系统稳定控制框架设计指南》是国际电工委员会在电力系统稳定控制领域发布的首个系统性技术规范，标志着该领域标准化工作迈入新阶段。该标准提出了分层分布式稳定控制架构、多维协调控制机制和系统化性能评估方法，为全球电力行业稳定控制系统设计提供了权威性技术指引，对保障新型电力系统条件下的电网安全稳定运行具有重要意义。随着全球能源转型进程的深化，电力系统稳定控制技术将持续演进，IEC63384系列标准体系也将不断完善。建议各国标准化机构和技术单位积极组织该标准的宣贯实施工作，结合本国电力系统实际特点开展适应性应用，并积极参与后续标准制修订工作，共同推动全球电力系统安全稳定运行水平的持续提升。参考文献[1]IECTS63384-1:2023,Powersystemstabilitycontrol-Part1:Guidelineforframeworkdesignofpowersystemstabilitycontrol[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2023.[2]国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.GB38755-2019电力系统安全稳定导则[S].北京:中国标准出版社,2019.[3]国家能源局.DL/T723-2021电力系统安全稳定控制技术导则[S].北京:中国电力出版社,2021.[4]陈国平,李明节,许涛,等.关于电力系统安全稳