摘　要：介紹了國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問(wèn)題的研究現(xiàn)狀，供電力工程參考。?
　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；安全穩(wěn)定；新進(jìn)展?
　　當(dāng)今，電力已作為現(xiàn)代社會(huì)的主要能源，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活有著極為密切的關(guān)系，供電不穩(wěn)定，特別是大面積停電事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響是十分嚴(yán)重的，例如2003年的紐約、倫敦和東京大停電事故。因此，對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行提出了更高的要求，既保證安全、可靠和經(jīng)濟(jì)地發(fā)供電能，又要求保證合格的供電質(zhì)量。但是，現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)由電能產(chǎn)生、輸送、分配和用電環(huán)節(jié)組成的大系統(tǒng)。同時(shí)，由于電能的發(fā)、送、變、配、用電各個(gè)環(huán)節(jié)是同時(shí)進(jìn)行，這樣現(xiàn)代電力系統(tǒng)又是一個(gè)復(fù)雜的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)除了包括發(fā)電、送電、變電、配電和用電設(shè)備外，還包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)和自動(dòng)調(diào)控設(shè)備等組成的二次系統(tǒng)[1-5]。
　　在這個(gè)大系統(tǒng)中，其設(shè)備眾多，分布區(qū)域很廣，要保證每一臺(tái)裝置設(shè)備或每一條輸電線路在任何時(shí)候都不發(fā)生任何故障是絕對(duì)不可能的。隨著社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)由于機(jī)組容量不斷提高，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電壓等級(jí)不斷提高，超高壓遠(yuǎn)距離輸電以及互聯(lián)電網(wǎng)形成，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，造成現(xiàn)代電力系統(tǒng)的控制管理極為困難，一個(gè)嚴(yán)重干擾都能波及全系統(tǒng)導(dǎo)致瓦解的嚴(yán)重后果。因此，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)極端重要的問(wèn)題，只有在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，才有可能進(jìn)一步考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題。當(dāng)前的中國(guó)已步入大電網(wǎng)、高電壓和大機(jī)組的時(shí)代。隨著中國(guó)電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和擴(kuò)大，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問(wèn)題已成為最重要的問(wèn)題，越來(lái)越突出。解決好電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)安全分析方法和安全穩(wěn)定控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，已成為電力生產(chǎn)、運(yùn)行、科研和制造部門的重要任務(wù)，不管在任何情況下，電力調(diào)度運(yùn)行部門都要把電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行放在首位[6-9]。?
　　1　電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問(wèn)題?電力系統(tǒng)中各同步發(fā)電機(jī)間保持同步是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件，如果不能使各發(fā)電機(jī)相互保持同步或在暫時(shí)失去同步后不能恢復(fù)同步運(yùn)行，這就使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定。電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題最早應(yīng)追溯到上世紀(jì)初。當(dāng)同步電機(jī)由單機(jī)運(yùn)行發(fā)展到與其它同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行后，就出現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題，特別是在發(fā)生故障情況下，有可能使發(fā)電機(jī)失去同步。電力系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，往往會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的解列和崩潰，造成大面積停電，所以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要條件。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究中，除了維持發(fā)電機(jī)間的同步運(yùn)行的穩(wěn)定性外，還開(kāi)展了電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定性問(wèn)題的研究。
　　近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)由于穩(wěn)定破壞，曾發(fā)生大面積停電事故，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成極大損害，使社會(huì)和人民生活受到很大影響。美國(guó)1965年?yáng)|北包括紐約大停電事故。造成了21000?MW用電負(fù)荷停電，停電最長(zhǎng)時(shí)間13h，停電區(qū)域20萬(wàn)km2，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1億美元，影響居民3000萬(wàn)人。事故原因?yàn)榧幽么蟀菘怂娬鞠蚨鄠惗嗨碗姷?條230?kV線路中的一條突然跳閘，造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞。美國(guó)1977年7月13日紐約大停電事故。這次事故起因?yàn)榇箫L(fēng)暴造成輸電線路斷開(kāi)，短時(shí)的供需不平衡，使電網(wǎng)電壓劇升，發(fā)電機(jī)超速解列。這次大停電引起貧民區(qū)的搶劫和縱火，華爾街上造成嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。法國(guó)1978年12月19日大停電事故。當(dāng)時(shí)由東部向西部送電的一條400?kV線路因過(guò)負(fù)荷跳閘，導(dǎo)致其他線路發(fā)生一系列的過(guò)負(fù)荷跳閘，并造成系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，最終造成法國(guó)全國(guó)大部分地區(qū)停電。日本1987年7月23日東京電力系統(tǒng)大停電事故。這是一次典型的電壓崩潰事故。事故中負(fù)荷停電8168MW，影響280萬(wàn)用戶，停電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3h21min，使兩個(gè)500kV變電站及一個(gè)275kV變電所全停，影響日本鐵路線13條線路停運(yùn)，都市自來(lái)水中斷，銀行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中斷，造成社會(huì)生活混亂[10-16]。?1980年7月27日中國(guó)安徽電網(wǎng)大面積停電事故。事故起因是由于一臺(tái)220kV電壓互感器爆炸起火，引起二條220kV線路先后跳閘，大量負(fù)荷轉(zhuǎn)移到一條與之環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的110kV線路上，造成穩(wěn)定破壞，系統(tǒng)劇烈振蕩，最后導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。事故發(fā)生后，甩負(fù)荷及停電320?MW，少送24萬(wàn)kW·h電能，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活造成嚴(yán)重?fù)p失。?1972年7月20日浙江電網(wǎng)瓦解事故，是華東電網(wǎng)的一次嚴(yán)重穩(wěn)定破壞的大面積停電事故。杭常湖220?kV三角大環(huán)網(wǎng)是連接上海、杭州、常州為中樞點(diǎn)的三角大環(huán)網(wǎng)。這個(gè)總長(zhǎng)564?km的單回線大環(huán)網(wǎng)給系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)復(fù)雜性。這次常湖線故障，造成浙江電網(wǎng)頻率崩潰而全面瓦解，兩個(gè)220?kV變電站，23個(gè)110?kV變電站，近100個(gè)35?kV變電所停電，全省甩負(fù)荷350?MW，事故直接損失約200萬(wàn)元。?1972年中國(guó)湖北省電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故，使全省失去約686?MW，導(dǎo)致湖北地區(qū)大面積停電，使武鋼等大廠礦企業(yè)受到重大經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)展電力系統(tǒng)是電力工業(yè)的客觀規(guī)律，是世界各國(guó)電力工業(yè)所走的共同道路。前蘇聯(lián)已基本上形成了全國(guó)統(tǒng)一的電力系統(tǒng)并且與東歐國(guó)家互聯(lián)，形成了更大規(guī)模的聯(lián)合電力系統(tǒng)；西歐各國(guó)的電力系統(tǒng)也已互聯(lián)，形成西歐十一國(guó)的互聯(lián)系統(tǒng)。
　　中國(guó)已進(jìn)入高電壓、大電網(wǎng)、大機(jī)組時(shí)代，大區(qū)電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量已達(dá)20000MW以上，中國(guó)電力系統(tǒng)已由以省內(nèi)為主，發(fā)展到跨省的大區(qū)電力系統(tǒng)并且大區(qū)電網(wǎng)之間也已開(kāi)始互聯(lián)。但是，大電力系統(tǒng)對(duì)安全性的要求更高，對(duì)運(yùn)行技術(shù)和管理水平要求也更嚴(yán)格。當(dāng)大電力系統(tǒng)發(fā)生事故，特別是發(fā)生穩(wěn)定破壞和不可控的嚴(yán)重連鎖反應(yīng)時(shí)，停電波及的范圍大，停電時(shí)間長(zhǎng)，后果嚴(yán)重，特別當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，管理不善而缺乏必要的技術(shù)防范措施時(shí)，則某一電氣設(shè)備故障可能發(fā)展成為全面的大面積停電事故，例如上述國(guó)內(nèi)外大停電事故。因此，必須把保證大電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題放在極為重要的位置，這是從國(guó)內(nèi)外大電力系統(tǒng)發(fā)生的多次大停電事故中得出的客觀規(guī)律。對(duì)于中國(guó)電力系統(tǒng)，長(zhǎng)期以來(lái)輸變電工程建設(shè)落后于發(fā)電工程，而發(fā)電工程又遠(yuǎn)落后于負(fù)荷增長(zhǎng)的需要，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，面對(duì)中國(guó)電力系統(tǒng)的容量不斷增長(zhǎng)，如何保證日益發(fā)展的大容量電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是一項(xiàng)緊急而又重大的任務(wù)[20]。?
　　2　電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定研究[20-42]?對(duì)電力系統(tǒng)而言，安全和穩(wěn)定都是系統(tǒng)正常運(yùn)行所不可缺少的最基本條件。安全和穩(wěn)定是兩個(gè)不同的基本概念?！鞍踩笔侵高\(yùn)行中的所有電力設(shè)備必須在不超過(guò)它們?cè)试S的電壓、電流和頻率的幅值和時(shí)間限額內(nèi)運(yùn)行，不安全后果導(dǎo)致電力設(shè)備損壞?！胺€(wěn)定”是指電力系統(tǒng)可以連續(xù)向負(fù)荷正常供電的狀態(tài)，有三種必須同時(shí)滿足穩(wěn)定性要求：?①?同步運(yùn)行穩(wěn)定性；?②?電壓穩(wěn)定性；?③?頻率穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)失去同步運(yùn)行穩(wěn)定的后果是系統(tǒng)發(fā)生電壓、電流、功率振蕩，引起電網(wǎng)不能繼續(xù)向負(fù)荷正常供電，最終可導(dǎo)致系統(tǒng)大面積停電；失去電壓穩(wěn)定性的后果，則是系統(tǒng)的電壓崩潰，使受影響的地區(qū)停電；失去頻率穩(wěn)定性的后果是發(fā)生系統(tǒng)頻率崩潰，引起全系統(tǒng)停電。早在20世紀(jì)50年代后期，一些西方工業(yè)化國(guó)家就開(kāi)始把計(jì)算機(jī)應(yīng)用在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度為主要的目的上。60年代后期以來(lái)，美、法、日等國(guó)的一些大型電網(wǎng)相繼發(fā)生了大面積的停電事故，巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響使各方面深受震動(dòng)，各國(guó)才開(kāi)始重視電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)安全穩(wěn)定分析的研究。
　　2.1　電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析研究[20-28]?電力系統(tǒng)的同步穩(wěn)定問(wèn)題一直是人們研究的重要課題。長(zhǎng)期以來(lái)，無(wú)論是經(jīng)典的還是現(xiàn)代的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，不論在穩(wěn)定性機(jī)理、數(shù)學(xué)物理模擬、計(jì)算方法，還是在控制技術(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響方面，主要集中在系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的研究上，并且由于控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及