導(dǎo)語：電力系統(tǒng)災(zāi)變防治分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：電力系統(tǒng)災(zāi)變的特點(diǎn)、災(zāi)變原因及災(zāi)變防治策略。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)災(zāi)變特點(diǎn)災(zāi)變原因防治策略

一．電力系統(tǒng)災(zāi)變概況

電力是國家的支柱能源和經(jīng)濟(jì)命脈。目前我國電網(wǎng)裝機(jī)容量2.5億千瓦，居世界第二位。隨著三峽等大型電廠建成，必將出現(xiàn)超大規(guī)模的聯(lián)合電力系統(tǒng)。我國計(jì)劃在2010～2020年間建成安全可靠、滿足電能傳輸和市場化運(yùn)作的全國范圍聯(lián)合大電網(wǎng)。如何保證其安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是一個(gè)及其重大和迫切的研究課題。

而自60年代以來，在世界范圍內(nèi)已發(fā)生了多起災(zāi)變性的重大電力系統(tǒng)事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。如美國1965.11的東北停電事故，停電2100千瓦，停電面積達(dá)20萬平方公里；1977.7美國東北停電25h；1978.12法國停電75％，時(shí)間7h；1982.12加拿大魁北克州全停；1983.12瑞典停電67％，時(shí)間6～7h；1987.8東京大停電，時(shí)間6h；1996.9馬來西亞全國大停電；1996.8美國西部大停電，損失3200萬千瓦負(fù)荷，停電時(shí)間7h。這些事故的起因均為某一局部故障，但由于控制措施采取不當(dāng)或不及時(shí)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不合理、繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，或者是上述多種因素的綜合作用,最終導(dǎo)致了系統(tǒng)的連鎖性故障以致于大面積停電，即所謂災(zāi)變的發(fā)生。大區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)和電力市場機(jī)制的引進(jìn)在給人們帶來巨大利益的同時(shí)，也帶來了潛在的威脅，電網(wǎng)的運(yùn)行增加了更多的不可預(yù)知性，電網(wǎng)運(yùn)行在穩(wěn)定極限邊緣的可能性也大為增加。這些事實(shí)告訴我們，只按現(xiàn)有的可靠性準(zhǔn)則來保證電力系統(tǒng)的安全是不夠的。應(yīng)建立電力系統(tǒng)的第三道安全穩(wěn)定防線，即必須對系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最壞情況做好準(zhǔn)備。盡早開展電力系統(tǒng)災(zāi)變防治系統(tǒng)的研究，避免災(zāi)難的重演已成為目前電力系統(tǒng)研究的當(dāng)務(wù)之急。

二．電力系統(tǒng)災(zāi)變的特點(diǎn)

現(xiàn)實(shí)的電力系統(tǒng)同復(fù)雜的甚至是不可預(yù)測的環(huán)境相聯(lián)系，它隨時(shí)都可能受到來自自然或人為因素的干擾，要完全防止事故的發(fā)生是不可能的。電力系統(tǒng)災(zāi)變是指電力系統(tǒng)主要由連鎖性事故導(dǎo)致的電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞而發(fā)生的大面積停電。電力系統(tǒng)事故可分為兩大類：一是可逆性事故，即電力系統(tǒng)受干擾后，能從一種正常工作狀態(tài)走向另一種或回到原來的工作狀態(tài)。二是不可逆事故。即電力系統(tǒng)受干擾后，電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定破壞，或電壓穩(wěn)定破壞即電壓崩潰，或頻率穩(wěn)定破壞即頻率崩潰，或三者中的任意二者或全部破壞，電力系統(tǒng)瓦解，大量損失負(fù)荷。

下面例舉了電力系統(tǒng)的一類災(zāi)變的發(fā)生發(fā)展過程。

圖1為一個(gè)三機(jī)四母線的電力系統(tǒng)。

圖1說明災(zāi)變過程的4節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

1．假設(shè)

l事故前潮流如圖1所示，且節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3聯(lián)絡(luò)開關(guān)通過功率很大；線路1～2，1～4接近穩(wěn)定限制功率運(yùn)行。

l線路配置較完整的繼電保護(hù)和重合閘，且線路1～2，1～4跳閘可聯(lián)切電源1號(hào)機(jī)組和分別聯(lián)切節(jié)點(diǎn)2、4部分負(fù)荷，但事故當(dāng)時(shí)聯(lián)切裝置停運(yùn)檢修中。

l變壓器配有常規(guī)保護(hù)；發(fā)電廠配有常規(guī)保護(hù)和自動(dòng)控制裝置。

l電源節(jié)點(diǎn)2與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)有振蕩解列、低電壓解列聯(lián)系；節(jié)點(diǎn)3與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)有振蕩解列、低頻率解列聯(lián)系。

2．災(zāi)變發(fā)生和發(fā)展過程

（1）線路1～4永久故障，兩側(cè)保護(hù)正確動(dòng)作掉閘。1號(hào)電源因離故障點(diǎn)近，沖擊較大。

（2）線路1～4負(fù)荷轉(zhuǎn)移至線路1～2，1～3，線路4～3潮流反向。

（3）電源1，3間功角穩(wěn)定破壞，系統(tǒng)振蕩，1號(hào)電源側(cè)頻率大幅上升，3號(hào)電源側(cè)頻率大幅下降；電源1，3之間聯(lián)絡(luò)阻抗二分之一處（電源2附近）為振蕩中心，電壓穩(wěn)定破壞。

（4）1號(hào)電源部分發(fā)電機(jī)過速解列停機(jī)。2號(hào)電源與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)振蕩解列、低電壓解列供電地區(qū)，但因事故前該地區(qū)受進(jìn)功率很大，事故時(shí)電壓很低，低頻切負(fù)荷裝置啟動(dòng)功率不足，大都未動(dòng)，故解列以后，頻率陡降，最終該地區(qū)所有發(fā)電廠被迫解列，部分停機(jī)，局部系統(tǒng)瓦解。3號(hào)電源與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)振蕩解列、低頻解列動(dòng)作供電地區(qū)，但因事故前所在局部系統(tǒng)功率外送較大，加之在系統(tǒng)振蕩過程中部分低頻減載動(dòng)作，解列后功率過剩，頻率上升，部分發(fā)電機(jī)組被迫減出力或解列停機(jī)。負(fù)荷節(jié)點(diǎn)4，因在振蕩過程中頻率很低，低頻減載動(dòng)作，大部分負(fù)荷損失。

災(zāi)變最終結(jié)局是：2、3號(hào)電源解列，系統(tǒng)損失大量負(fù)荷，全網(wǎng)和局部系統(tǒng)2均瓦解，局部系統(tǒng)3解列后也幾近瓦解。

由上述簡單系統(tǒng)災(zāi)變的示例以及結(jié)合多次實(shí)際電力系統(tǒng)災(zāi)變事故經(jīng)驗(yàn)，可將電力系統(tǒng)災(zāi)變的主要特點(diǎn)總結(jié)如下：

1.具有極強(qiáng)的綜合性。電力系統(tǒng)災(zāi)變幾乎涉及到電力系統(tǒng)中的所有重要問題，幾乎每一起電力系統(tǒng)災(zāi)變事故均與系統(tǒng)失去穩(wěn)定有關(guān)，災(zāi)變是系統(tǒng)失去穩(wěn)定并導(dǎo)致大面積停電的結(jié)果。因此在研究中必然會(huì)遇到電力系統(tǒng)原有的眾多難題，如系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)等值與簡化、穩(wěn)定判據(jù)的選擇、負(fù)荷的動(dòng)態(tài)模型難以獲得、控制方法的適應(yīng)性以及系統(tǒng)的強(qiáng)非線性和時(shí)變性等問題。

2.連鎖性故障是導(dǎo)致電力系統(tǒng)災(zāi)變發(fā)生的主要原因,它表現(xiàn)為一系列線路和電源的連鎖反應(yīng)跳閘,并最終發(fā)展為系統(tǒng)的解列、頻率或電壓崩潰。連鎖性故障往往由極其罕見的嚴(yán)重事故造成,具有偶然性和不可預(yù)測性。典型的嚴(yán)重事故包括同一走廊的輸電線路全部同時(shí)斷開、樞紐變電所全?；蛘枷到y(tǒng)容量較大的一個(gè)發(fā)電廠全停等。目前人們對連鎖性故障發(fā)生的機(jī)理只有一些定性的認(rèn)識(shí),對連鎖性故障發(fā)生機(jī)理的系統(tǒng)性研究仍不多見。

3.連鎖性故障發(fā)生時(shí)的控制方式及策略與常規(guī)情形不同，要求在災(zāi)變研究中應(yīng)考慮罕見嚴(yán)重故障發(fā)生時(shí)的控制方式和策略，這與以往的基于個(gè)別故障發(fā)生后采用的控制方式和策略明顯不同，目前這方面的研究還很少見諸于文獻(xiàn)。

三．電力系統(tǒng)災(zāi)變原因

仔細(xì)考察過去發(fā)生的多起重大電力系統(tǒng)災(zāi)變事故，可知導(dǎo)致事故擴(kuò)大的原因大體可分為以下幾種：

a)輸電線路過負(fù)荷或故障跳閘,引起大量負(fù)荷轉(zhuǎn)移,最終造成一系列線路和電源的連鎖反應(yīng)跳閘。1961年英國東北部、1965年美國東北部和1967年美國東部的大停電等事故均是由上述原因引起。

b)負(fù)荷增長過快,系統(tǒng)無功不足而導(dǎo)致電壓崩潰。1978年法國和1987年日本大停電事故便是由這一原因造成的。

c)系統(tǒng)元件的保護(hù)或自動(dòng)裝置拒動(dòng)或誤動(dòng)。

d)線路多重多次故障,導(dǎo)致一系列跳閘,最終發(fā)展成穩(wěn)定破壞事故。

e)大機(jī)組跳閘,引起連鎖反應(yīng),最終發(fā)展成穩(wěn)定破壞事故。

f)不可抗拒的自然災(zāi)害或人為因素(如地震、戰(zhàn)爭等)。

災(zāi)變是系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的結(jié)果，根據(jù)系統(tǒng)失穩(wěn)的特征不同，穩(wěn)定問題包括功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定以及電力系統(tǒng)非管制后所呈現(xiàn)的電力市場穩(wěn)定問題。

l電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定

所謂電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定就是要求保持電力系統(tǒng)中所有同步發(fā)電機(jī)并列同步運(yùn)行。交流電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行條件是各發(fā)電機(jī)按同一供電頻率同步運(yùn)行以保證為用戶提供統(tǒng)一頻率的電能。電力系統(tǒng)失去功角穩(wěn)定的原因是在運(yùn)行中不斷受到內(nèi)部和外界的干擾，使電氣連接在一起的各同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩于電磁轉(zhuǎn)矩失去平衡，出現(xiàn)各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不同程度的加速和減速，以及各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對功率角的變化，如果這種變化隨時(shí)間增大，則最后將使發(fā)電機(jī)失去同步運(yùn)行。由于各發(fā)電機(jī)的頻率不相同，電力系統(tǒng)中的電流和電壓將發(fā)生很大幅度的振蕩，用戶得不到正常供電，保護(hù)裝置動(dòng)作，一般要斷開受影響的發(fā)電機(jī)、線路等元件，有可能使系統(tǒng)解列為幾個(gè)子系統(tǒng)并不得不切除負(fù)荷及發(fā)電機(jī)，從而導(dǎo)致全系統(tǒng)的崩潰。失去穩(wěn)定的現(xiàn)象可能是發(fā)生一臺(tái)發(fā)電機(jī)與其余發(fā)電機(jī)間，或者發(fā)生在幾群發(fā)電機(jī)間，每群發(fā)電機(jī)內(nèi)還是同步運(yùn)行的。

l電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定

電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)維持負(fù)荷電壓于某一規(guī)定的運(yùn)行極限之內(nèi)的能力，它與電力系統(tǒng)中的電源配置，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式、負(fù)荷特性等因素有關(guān)。在電力需求不斷增加，受端系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，負(fù)荷容量不斷集中，而電源又是遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的情況下，以及輸電系統(tǒng)帶重負(fù)荷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電壓不可控制連續(xù)下降的電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象，即電壓崩潰。它往往由于電力系統(tǒng)電壓的擾動(dòng)（如發(fā)生短路，大容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，沖擊負(fù)荷等）、線路阻抗突然增大（斷開線路或變壓器）、無功功率減小（斷開發(fā)電機(jī)或無功補(bǔ)償裝置）或節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的增大而誘發(fā)，使大量用戶斷開和大面積停電。

l電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定

在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，全系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)出力和負(fù)荷（包括線損）是平衡的，電力系統(tǒng)頻率是一個(gè)全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù)。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)干擾使發(fā)電機(jī)的總出力和負(fù)荷的總功率出現(xiàn)不平衡時(shí)，相應(yīng)地將導(dǎo)致各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和頻率的變化。在頻率變化的第一階段調(diào)速器和調(diào)頻系統(tǒng)還沒有動(dòng)作，系統(tǒng)的平均頻率將下降或增大，各發(fā)電機(jī)間將產(chǎn)生振蕩；第二階段發(fā)電機(jī)的調(diào)頻系統(tǒng)以及負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)有功出力以及負(fù)荷的變化，隨著電力系統(tǒng)容量的增大，頻率的微小偏移均將發(fā)生很大的有功潮流波動(dòng)和調(diào)整，如果電力系統(tǒng)頻率進(jìn)行的監(jiān)視和調(diào)節(jié)不夠，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的進(jìn)一步惡化，這又將導(dǎo)致系統(tǒng)電廠中鍋爐出力的變化，以及電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化，使得電力系統(tǒng)的出力和頻率進(jìn)一步變化，最終使系統(tǒng)走向頻率崩潰，一致全系統(tǒng)大面積停電。

l電力市場穩(wěn)定性

當(dāng)前電力市場化浪潮席卷諸多國家，我國也在積極推行市場化改革。先進(jìn)國家電力工業(yè)走向市場的經(jīng)驗(yàn)表明：電力系統(tǒng)的市場化運(yùn)作由于打破了壟斷，引入了有序競爭機(jī)制一般將使發(fā)電成本降低30％，電價(jià)降低26％左右，這對降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品競爭力具有特別重要的意義。但是電力市場的發(fā)展在帶來明顯經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性提出了新的課題，即電力市場經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性。從而電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性將由兩部分組成，即前述的電力系統(tǒng)物理穩(wěn)定性和電力市場經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性，而且兩種穩(wěn)定性緊密交織在一起，災(zāi)變發(fā)生的可能性將大為增加。比如1996年發(fā)生的兩次美國西部大停電以及馬來西亞大停電就是市場化改革帶來的慘痛教訓(xùn)。

電力市場穩(wěn)定性指電力市場必須保證其經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的穩(wěn)定性。政府部門和電力市場的各參與方都希望評估影響電力市場穩(wěn)定性的各種因素，了解電力市場在受到預(yù)想擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)行為和穩(wěn)定程度，并希望可靠的算法支持其決策，防止市場的崩潰。

影響電力市場穩(wěn)定的因素有：

1）市場經(jīng)濟(jì)下的系統(tǒng)運(yùn)行工況將由市場需求來決定，系統(tǒng)間大量的電能交換和交易、不可預(yù)測的潮流和線損等因素都增加了運(yùn)行調(diào)度的不確定因素，更容易遇到離線分析未考慮的工況。

2）電力市場下，發(fā)電、輸電、供電將各自成為獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)實(shí)體，電網(wǎng)公司將不再具有在傳統(tǒng)垂直一體化電力結(jié)構(gòu)下的調(diào)度能力，網(wǎng)絡(luò)的安全問題將更為突出。

3）在宏觀經(jīng)濟(jì)方面，能源政策、環(huán)境法規(guī)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢的調(diào)整

4）在微觀經(jīng)濟(jì)方面電力市場規(guī)則的修改，各參與者的博弈

5）在技術(shù)方面，電力系統(tǒng)的物理特性、安全穩(wěn)定導(dǎo)則、穩(wěn)定傳輸極限引起的阻塞、分析技術(shù)和控制技術(shù)

電力市場穩(wěn)定性的研究內(nèi)容是：

1）在市場均衡價(jià)格下，研究市場價(jià)格微小偏離市場均衡價(jià)格時(shí)的市場穩(wěn)定性

2）研究市場在大擾動(dòng)情況下，系統(tǒng)是否能夠保持足夠多的發(fā)電公司、充裕的可發(fā)電容量及可輸電容量，也即電力市場的大擾動(dòng)穩(wěn)定性問題。美國加州電力市場崩潰時(shí)發(fā)電成本上漲和發(fā)電容量不足，造成加州批發(fā)電力市場價(jià)格飛速上漲，而當(dāng)時(shí)的用電端是按照凍結(jié)電價(jià)售電的，這樣就失去了電價(jià)調(diào)節(jié)的杠桿作用，用戶的用電彈性作用完全喪失，市場價(jià)格失衡

3）研究電力市場的動(dòng)態(tài)品質(zhì)問題，如電價(jià)的漸進(jìn)性、對振蕩的阻尼等。

四．電力系統(tǒng)災(zāi)變防治策略

電力系統(tǒng)災(zāi)變防治研究是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合性工作，涉及到電力系統(tǒng)的方方面面，尤其是在連鎖性故障的機(jī)理及其發(fā)生時(shí)的控制方式和策略、電力系統(tǒng)隱患的探測和預(yù)防、決策準(zhǔn)確性與快速性的兼顧以及完善預(yù)警系統(tǒng)的建立等方面存在的諸多問題。

電力系統(tǒng)災(zāi)變防治系統(tǒng)（PowerSystemCollapsePreventionSystem，縮寫為PSCPS）研究的目標(biāo)

1)準(zhǔn)確地進(jìn)行判斷并給出正確的控制措施是對PSCPS的基本要求。電力系統(tǒng)擾動(dòng)發(fā)生后，要求PSCPS能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成對系統(tǒng)的有效控制。在緊急情況下，只有準(zhǔn)確的決策和快速的執(zhí)行才能有助于電力系統(tǒng)狀態(tài)或性能的改善，否則會(huì)加劇系統(tǒng)的崩潰。然而,目前研究中采用的算法和方法多數(shù)仍難以滿足PSCPS的實(shí)時(shí)性要求?？焖傩院蜏?zhǔn)確性要求一直是電力系統(tǒng)研究中的一對矛盾，同時(shí)滿足快速性和可靠性要求的安全及穩(wěn)定控制算法才具有實(shí)用價(jià)值，機(jī)理可行而缺少實(shí)時(shí)性的算法雖具有研究價(jià)值，但卻不宜采用。

2)PSCPS應(yīng)具有魯棒性和適應(yīng)性，不應(yīng)受到某些虛假現(xiàn)象的影響而產(chǎn)生誤判。電力系統(tǒng)的時(shí)變性要求采用的控制方法和策略具有適應(yīng)性和魯棒性，即要求針對不同的問題采用不同的控制方法和策略以確?？刂频臏?zhǔn)確性。電力系統(tǒng)的擾動(dòng)具有不確定性，危險(xiǎn)形式也千差萬別。不同的擾動(dòng)和危險(xiǎn)方式具有各自不同的特點(diǎn)，需要各自不同的判定方法和控制策略。PSCPS必須能正確地識(shí)別各種危險(xiǎn)發(fā)生或即將發(fā)生時(shí)系統(tǒng)的相應(yīng)特點(diǎn)，并做出合理的決策。此外，PSCPS還應(yīng)能正確識(shí)別系統(tǒng)正常的擾動(dòng)和真正的危險(xiǎn)，并做到“去偽存真”。

3)PSCPS的算法應(yīng)能反映系統(tǒng)的實(shí)際，采用的假設(shè)應(yīng)具有合理性，其對系統(tǒng)危險(xiǎn)指標(biāo)的判據(jù)應(yīng)是充要的。這主要體現(xiàn)在研究中采用模型的適應(yīng)性、系統(tǒng)等值的準(zhǔn)確性、預(yù)想事故集篩選的合理性以及判定方法的選取等多方面。在PSCPS研究中，針對不同的問題應(yīng)采用更接近實(shí)際的系統(tǒng)模型。首先，假設(shè)應(yīng)是合理的，在做系統(tǒng)簡化和等值時(shí)，需使簡化后的系統(tǒng)符合實(shí)際的未簡化系統(tǒng)，或者保證簡化引起的誤差不使PSCPS做出虛假或錯(cuò)誤的判斷；其次，所采用的預(yù)想事故篩選原則應(yīng)是準(zhǔn)確的，不應(yīng)遺漏任何具有潛在危險(xiǎn)的預(yù)想事故。

4)PSCPS包括的一系列重要穩(wěn)定裕度指標(biāo)如電壓穩(wěn)定、功角穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定指標(biāo)等應(yīng)是基于參數(shù)空間的，且具有可操作性和直觀性。它能回答諸如某條或某幾條母線上可同時(shí)增加的負(fù)荷有功和無功功率數(shù)量，某條或某幾條輸電線上可同時(shí)增加的有功傳輸功率等具有實(shí)際物理意義的問題?；谙到y(tǒng)狀態(tài)空間的性能指標(biāo)雖然具有一定的理論意義，但常常缺少實(shí)際可操作性。

5)在緊急或事故情況下，PSCPS給出的控制決策除了要考慮系統(tǒng)安全性外，還應(yīng)使控制代價(jià)最小。保守的決策雖能保證系統(tǒng)的安全,但卻會(huì)帶來不必要的損失，因此要求PSCPS具有優(yōu)化控制決策的功能。

6)在電力市場環(huán)境下，PSCPS應(yīng)能準(zhǔn)確在線度量當(dāng)前市場的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和有界穩(wěn)定性，基于發(fā)電及用戶側(cè)的市場報(bào)價(jià)，解決含動(dòng)態(tài)穩(wěn)定約束的阻塞問題，優(yōu)化調(diào)度，以及提供高質(zhì)量的各種輔助服務(wù)決策。

因此電力系統(tǒng)災(zāi)變防治急需解決以下問題：

1)電力物理大系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論

包括建立電力物理大系統(tǒng)的整體建模；電力大系統(tǒng)全局穩(wěn)定性的定量測度理論，研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，失穩(wěn)模式及其演化規(guī)律；電力大系統(tǒng)穩(wěn)定性的在線快速評價(jià)方法體系。

2)電力市場穩(wěn)定性理論

建立電力市場的動(dòng)力學(xué)模型，研究電力市場競價(jià)、交易、調(diào)度運(yùn)營等動(dòng)態(tài)行為對市場穩(wěn)定性的影響，研究物理系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的交互關(guān)系。

3)連鎖性故障發(fā)生的機(jī)理和控制策略

研究連鎖性故障發(fā)生的條件和特征，探索研究連鎖性故障的理論和方法，制定反連鎖性故障的相應(yīng)措施。

4)電力大系統(tǒng)的非線性優(yōu)化控制和優(yōu)化調(diào)度理論

研究電力大系統(tǒng)的非線性魯棒控制原理，使得系統(tǒng)具有魯棒穩(wěn)定性和高干擾抑制能力；研究混雜系統(tǒng)復(fù)合控制理論，解決非線性高維、分塊、多層、連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)并存的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及求解方法；研究混雜系的調(diào)度策略。

5)電力大系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真決策系統(tǒng)

建立全新概念的發(fā)電廠與電網(wǎng)控制與調(diào)度的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)，即需研究電力大系統(tǒng)整體和各個(gè)組成部分的實(shí)時(shí)仿真決策系統(tǒng)，分層分塊地建立運(yùn)行中各發(fā)電廠與整個(gè)電力系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)仿真決策系統(tǒng)，它可實(shí)時(shí)給出潮流調(diào)度最優(yōu)方案和反事故緊急措施的合理建議等。

6)建立電力市場的實(shí)時(shí)仿真決策系統(tǒng)。

五、電力系統(tǒng)災(zāi)變防治策略示例——先進(jìn)勵(lì)磁控制技術(shù)運(yùn)用

電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（依托清華大學(xué)）在國家自然科學(xué)基金資助下，在中電聯(lián)合水力發(fā)電學(xué)會(huì)自動(dòng)化專委會(huì)推動(dòng)幫助下，與長辦機(jī)電處、水科院自動(dòng)所、華中電力集團(tuán)公司、內(nèi)蒙電力公司、廣東電力集團(tuán)公司以及葛洲壩能達(dá)公司等單位合作，經(jīng)過近十年的努力，已成功地研制了GEC-I性全數(shù)字式非線性最優(yōu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，并已投運(yùn)于豐滿水電廠、海渤灣電廠、沙角電廠（A）、焦作電廠、沙嶺子電廠等十多臺(tái)機(jī)組，提高了有關(guān)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，產(chǎn)生了重大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。近期內(nèi)豐滿第二臺(tái)和廣東連州、韶關(guān)、華北大同一電廠以及浙江鎮(zhèn)海等電廠的該型裝置即將投入運(yùn)行。目前，該國家實(shí)驗(yàn)室在東北電力集團(tuán)公司支持下，研制了雙工控機(jī)，具有彩色平板數(shù)據(jù)和波形顯示器（PPC）的新型非線性最優(yōu)控制裝置GEC-II，可望于1999年三季度以前投入白山水電廠30萬kW機(jī)組試運(yùn)行，為三峽機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)國產(chǎn)化作進(jìn)一步技術(shù)準(zhǔn)備。

上述勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，從理論、軟件到結(jié)構(gòu)完全具有我國自主產(chǎn)權(quán)。其理論上的領(lǐng)先地位已為國際有關(guān)專家公認(rèn)；對提高和改善電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要作用不僅被理論和仿真證明，而且已為內(nèi)蒙電網(wǎng)實(shí)際發(fā)生的故障所驗(yàn)證；也為華中、西北、浙江、四川等電網(wǎng)科技人員獨(dú)立進(jìn)行的物理和數(shù)字仿真（用“綜合穩(wěn)定程序”）所證實(shí)。本文將對這已具有我國完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高科技裝置從理論優(yōu)勢、裝置特點(diǎn)、仿真結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行等方面作扼要闡述。

5.1理論上的創(chuàng)新性

首先讓我們對勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)發(fā)展過程作簡要的回顧。

5.1.1單參量輔助控制

60年代，隨著美國電力系統(tǒng)的發(fā)展，特別是發(fā)電機(jī)快速勵(lì)磁（自并勵(lì)方式）的廣泛應(yīng)用，工程控制論中的一對最基本的矛盾即控制系統(tǒng)的靈敏性與穩(wěn)定性的矛盾便日益顯露出來。美國一些電網(wǎng)產(chǎn)生了多起“低頻振蕩”（LFO，Low-FrequencyOscillations），這種LFO現(xiàn)象從物理觀念上可歸為“欠阻尼”問題。約30年前（1969年）美國deMelloF等人提出了可用輔助勵(lì)磁控制（SEC，SupplementaryExcitationControl）來提高系統(tǒng)阻尼[1]，并給出了輔助勵(lì)磁控制通道的具體傳遞函數(shù)為：

式中，是輔助控制環(huán)節(jié)的輸出；是轉(zhuǎn)速偏差。

由于轉(zhuǎn)速的導(dǎo)數(shù)近似地與發(fā)電機(jī)有功功率成正比，故上式中的反饋量亦可換成，當(dāng)然傳遞函數(shù)亦應(yīng)作相應(yīng)的改變。

以上這種單參量（或）輔助控制環(huán)節(jié)，發(fā)明者將其稱為PSS（PowerSystemStabilizer）。從那以后北美大多機(jī)組都裝上了“PSS”，隨后其他國家和我國也不同程度上引用這項(xiàng)技術(shù)。

國際勵(lì)磁控制界權(quán)威學(xué)者，加拿大溫哥華B.C大學(xué)終身教授YuYaonan（余耀南），對PSS做過精細(xì)深的研究，發(fā)展了deMello等人的方法，提出了一套算法和設(shè)計(jì)方法，其成果載于他的ELECTRICPOWERSYSTEMDYNAMICS（《電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)學(xué)》）這本名著中[2]。雖然不少學(xué)者就按單機(jī)系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)的PSS在多機(jī)系統(tǒng)如何協(xié)調(diào)問題上想了不少辦法，但仍然存在著如上述著作第3和第4章中所指出的問題：①盡管北美大多數(shù)電廠裝有PSS，但LFO現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生；②由于設(shè)計(jì)方法本質(zhì)上是單機(jī)單參量的相位補(bǔ)償法，其所適應(yīng)的系統(tǒng)振蕩頻帶相當(dāng)狹窄。

我國華南電力系統(tǒng)原打算采用“PSS”來提高系統(tǒng)小干擾的穩(wěn)定性，

但在計(jì)算中發(fā)現(xiàn)難以用一種不變的PSS參數(shù)來適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化。

5.1.2線性最優(yōu)化勵(lì)磁控制（LOEC）

為了對勵(lì)磁控制技術(shù)作進(jìn)一步改進(jìn)，余耀南教授于1970年在IEEE期刊上發(fā)表了他在電力系統(tǒng)線性最優(yōu)控制領(lǐng)域的開篇文獻(xiàn)[3]，隨即在國際電工界掀起了線性最優(yōu)勵(lì)磁控制（LOEC，LinearOptimalExcitationControl）研究熱潮。這種控制理論與技術(shù)和以往相比，主要有以下兩點(diǎn)革新：第一，將單參量輔助反饋改進(jìn)為多參數(shù)反饋（反饋量為電壓，功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電壓。）；第二，運(yùn)用“線性、二次型、黎卡梯”，（LQR）這一成熟的控制方法，求得多個(gè)反饋量之間的最恰當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)匹配關(guān)系，因而實(shí)現(xiàn)“最優(yōu)化控制”。

70年代后期和80年代初，本文第一作者等在高景德教授、余耀南教授指導(dǎo)下，在LOEC的設(shè)計(jì)理論的系統(tǒng)化和工程實(shí)用化等方面做了大量的研究工作。這種以LQR方法為理論基礎(chǔ)的線性優(yōu)化勵(lì)磁控制裝置從1986年第一臺(tái)在碧口水電廠試驗(yàn)并成功投運(yùn)后。在國內(nèi)得到了推廣與運(yùn)用，該技術(shù)被成功地用于紅石和劉家峽等水電廠（調(diào)節(jié)器由洪山電工所制造）。在國外，法國EDF比我國約晚5年，也獨(dú)立的研制出線性多變量優(yōu)化勵(lì)磁控制器，稱為“四通道控制”，解決了法國電力系統(tǒng)的低頻振蕩（LFO）問題。

由于LOEC有如上所述的兩點(diǎn)革新，故顯著拓寬了所適用的振蕩頻帶（亦即增強(qiáng)了對振蕩頻率變化的魯棒性）；更加有效地抑制LFO，這一點(diǎn)不僅為動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)字仿真所反復(fù)證實(shí)，也被碧口水電廠和紅石水電廠令人信服的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果所驗(yàn)證。1990年清華大學(xué)進(jìn)一步改進(jìn)的線性優(yōu)化控制——“零動(dòng)態(tài)最優(yōu)勵(lì)磁控制”，在微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上得以實(shí)現(xiàn)。至此，我國已從理論和裝置上占據(jù)線性化勵(lì)磁控制技術(shù)的制高點(diǎn)。

5.1.3近似線性化模型的局限性

上述兩種控制方式雖有種種差異。但它們本質(zhì)上部是基于單機(jī)系統(tǒng)在一個(gè)特定的平衡點(diǎn)（即特定潮流）處近似線性化的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)的。雖然PSS模型是以傳遞函數(shù)G（S）表示的，LOEC是以線性定常系數(shù)微分方程組表示的。但我們知道，傳遞函數(shù)只是線性微分方程的拉氏變換形式而已。

電力系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)強(qiáng)非線性的系統(tǒng)，其中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)有以下模

型：

（1）

式中，—皆為常數(shù)，和分別為轉(zhuǎn)速和暫態(tài)電勢；為轉(zhuǎn)子電壓，是控制量。和是關(guān)于和的非線性函數(shù)，分別為：

（2）

式中，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角；為常數(shù)。

把非線性函數(shù)在某一特定狀態(tài)下近似線性化后，代入原方程即可得近似線性化數(shù)學(xué)模型。其近似線性化的處理方法是把和在某一特定狀態(tài)處按臺(tái)勞多項(xiàng)式展開后只保留首項(xiàng)，而把二次方和高次方項(xiàng)統(tǒng)統(tǒng)忽略。該處理方法在微分學(xué)中稱為“以非線性函數(shù)在某一特定點(diǎn)處的全微分代替其在該點(diǎn)處的增量”。用幾何學(xué)的觀點(diǎn)來看，即以狀態(tài)空間中在點(diǎn)處某曲面的切平面代替其曲面（參見圖1）。

圖1以處的切平面近似代替曲面示意圖

問題很清楚，這種近似只是在當(dāng)實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)點(diǎn)離開點(diǎn)很近時(shí)才是對的。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)必然會(huì)遠(yuǎn)離初狀態(tài)。由圖可知，這時(shí)近似線性化的數(shù)學(xué)模型就完全不對了。因此按這種模型設(shè)計(jì)的勵(lì)磁控制器，在大干擾下控制效果將會(huì)大大削弱，甚至產(chǎn)生負(fù)作用。為此PSS環(huán)節(jié)的輸出必須加嚴(yán)格限幅（美國學(xué)者堅(jiān)持限幅在土5％）；LOEC雖尚未發(fā)現(xiàn)有負(fù)作用產(chǎn)生，但對提高暫態(tài)穩(wěn)定作用甚微。

5..1.4非線性最優(yōu)勵(lì)磁控制

目前我國電網(wǎng)，低頻振蕩和小干擾穩(wěn)定性的改善固然重要，但更具重要意義的是要提高其暫態(tài)穩(wěn)定水平，為此迫切需要發(fā)展直接按多機(jī)系統(tǒng)精確非線性模型設(shè)計(jì)的最優(yōu)勵(lì)磁控制器。在過去的十年里，國際上基于微分幾何方法的非線性系統(tǒng)控制理論有了較系統(tǒng)的發(fā)展，美國將其用于如飛行器和機(jī)器人等控制系統(tǒng)。在我國，本文作者首先將其用于復(fù)雜電力系統(tǒng)，并發(fā)展了這種理論，在IEEE/PES，1989年第一期上發(fā)表了該領(lǐng)域的開篇文獻(xiàn)[4]；隨后MIT的Ilic教授和多國學(xué)者在該領(lǐng)域進(jìn)行了跟蹤研究。1993年科學(xué)出版社出版了《電力系統(tǒng)非線性控制》專著[5]，奠定了基于微分幾何方法的電力系統(tǒng)控制理論基礎(chǔ)。1996年11月IEEE電力系統(tǒng)卷發(fā)表了本文作者的“分散非線性最優(yōu)勵(lì)磁控制”一文[6]，該文在國際上首次給出了關(guān)于這類非線性控制解最優(yōu)性質(zhì)嚴(yán)格數(shù)學(xué)證明，使這種理論上升到“非線性最優(yōu)”的高度。論文為SCI收錄，被各國學(xué)者多次引用，使我國在該前沿學(xué)科領(lǐng)域占有國際上一席之地。

90年代初，IEEE自動(dòng)化學(xué)會(huì)主席華盛頓大學(xué)TarnTJ教授對我國學(xué)者這一成果是這樣評價(jià)的：對非線性系統(tǒng)微分幾何方法的發(fā)展有重要意義，且這種理論和方法開辟了一個(gè)嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域。他們明確指出：研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)方法相比，這種非線性控制方法在改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)品質(zhì)優(yōu)化方面有著突出的優(yōu)越性。最后他得出結(jié)論：中國這方面在國際上處于領(lǐng)先地位。美國科學(xué)院院士ZoborszkyJ教授熱情評論道：非線性幾何方法是一種高新而精深的科學(xué)方法，加之電力系統(tǒng)模型的極其復(fù)雜性，中國作者成果是一個(gè)通過精確與博識(shí)的分析使問題得到明澈無疑解決的范例，是一項(xiàng)極具吸引力與挑戰(zhàn)的新貢獻(xiàn)。

其實(shí)這種理論和方法的主要思路是相當(dāng)簡單明了的。

電力系統(tǒng)中運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型有以下形式（具體模型見（1））：

（3）

式中，是狀態(tài)量；是的非線性函數(shù)向量；是常數(shù)向量；是勵(lì)磁控制量。

方法是要求找到一組非線性坐標(biāo)變換：

（4）

同時(shí)又找到非線性控制律（狀態(tài)量非線性反饋）（5）

這里都是的非線性函數(shù)。使得發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁控制模型（3）精確地在全動(dòng)態(tài)過程意義上轉(zhuǎn)化為Z坐標(biāo)下的線性系統(tǒng)（故稱作“通過反饋的精確非線性化”方法）：

（6）

根據(jù)線性優(yōu)化原理很容易找到（6）式中最優(yōu)的，將代入（5）式，即可得到非線性勵(lì)磁控制策略。

（7）

上述結(jié)果已由本文作者在1996年IEEE上發(fā)表的論文證明：以上非線性控制解對原非線性系統(tǒng)(3)也是最優(yōu)的。

用以上方法得到的非線性最優(yōu)勵(lì)磁控制規(guī)律為：（8）

式中，分別為發(fā)電機(jī)有功功率、無功功率、端電壓、轉(zhuǎn)速，其它皆為這臺(tái)發(fā)電機(jī)本身的參數(shù)。

勵(lì)磁控制規(guī)律（8）有以下特點(diǎn)：第一，其中僅含有受控發(fā)電機(jī)可測的狀態(tài)變量，所以實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制；第二，僅含有受控機(jī)組本身的參數(shù)等，故對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化有完全的自適應(yīng)能力（魯棒性）；第三，由于在求解該控制律中，未對模型作近似線性處理，該控制規(guī)律對“小干擾”和“大干擾”同樣適用；第四，文獻(xiàn)[6]業(yè)己證明，該控制規(guī)律對一類二次型性能指標(biāo)是最優(yōu)的。

應(yīng)指出（8）式所示的是發(fā)電機(jī)全狀態(tài)量非線性最優(yōu)反饋策略，這種策略對電力系統(tǒng)起著鎮(zhèn)定（Stabilizing）作用（無論對于小干擾還是大干擾）。從這個(gè)意義上可以說它是：全狀態(tài)量非線性最優(yōu)PSS（PowerSystemStabilizer）。

5.2．裝置的先進(jìn)性

由我國自主開發(fā)的高科技產(chǎn)品GEC-I型微機(jī)非線性勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置是在先進(jìn)理論指導(dǎo)下

設(shè)計(jì)的并采用現(xiàn)代微機(jī)技術(shù)，集先進(jìn)性與可靠性于一身，專為大、中型發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。

通過近十個(gè)電廠中的運(yùn)行，顯示出該裝置除采用了先進(jìn)的勵(lì)磁控制理論外，還有諸多的特點(diǎn)：

(1)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化設(shè)計(jì)。該勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置從交流輸入到控制脈沖全部實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，完成了交流采樣、數(shù)控脈沖等一系列先進(jìn)的微機(jī)技術(shù)，取消了模擬環(huán)節(jié)和電位器調(diào)整環(huán)節(jié)，在硬件結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了最小系統(tǒng)配置，提高了裝置的可靠性和調(diào)節(jié)精度。

(2)實(shí)現(xiàn)了國際標(biāo)準(zhǔn)化的軟件設(shè)計(jì)。該勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置在實(shí)現(xiàn)了最小系統(tǒng)配置的條件下，保護(hù)與調(diào)節(jié)功能均采用軟件設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，如TV（電壓互感器）斷線保護(hù)、強(qiáng)勵(lì)反時(shí)限保護(hù)、低勵(lì)限制保護(hù)、V/F限制保護(hù)，以及功能齊全的調(diào)節(jié)方式，如非線性最優(yōu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式，線性最優(yōu)調(diào)節(jié)方式，PSS方式以及PID調(diào)節(jié)方式，恒無功和恒功率因素方式也在考慮之列。

(3)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備調(diào)試智能化。該裝置具有方便直觀的人機(jī)接口；運(yùn)行中不僅能直觀地了解裝置的工作狀態(tài)和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，而且一切調(diào)試均能由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能鍵完成，如零起升壓、土10％階躍響應(yīng)。調(diào)節(jié)器參數(shù)和保護(hù)參數(shù)的整定均能由加有密碼的鍵盤來完成。

（4）實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)元件板的故障自診斷功能。整個(gè)調(diào)節(jié)裝置在運(yùn)行過程中，具有完整的故障自診斷系統(tǒng)，一旦故障出現(xiàn)能明確地指出故障板，使之可達(dá)到最快修復(fù)的目的。

（5）故障信息記錄也是該勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置較為突出的優(yōu)點(diǎn)之一。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或操作人員誤操作引起的故障，以及裝置本身故障都可由故障信息記錄系統(tǒng)查明原因，對于分析故障原因起到十分重要的作用。

5．3．非線性勵(lì)磁控制對提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的重要作用

同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要作用早在四五十年代就已引起了充分重視，非線性最優(yōu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)對提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定方面己發(fā)表了多篇研究論文。從計(jì)算機(jī)仿真研究、動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)研究、直至現(xiàn)場故障的實(shí)際動(dòng)作行為都證實(shí)了非線性最優(yōu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的重要作用。在上述研究的基礎(chǔ)上，己完成了華中電網(wǎng)、西北電網(wǎng)、新疆電網(wǎng)、浙江電網(wǎng)的仿真研究，華北電網(wǎng)和廣東電網(wǎng)以及西南電網(wǎng)仿真工作正在進(jìn)行中。仿真研究是基于電科院電力系統(tǒng)分析綜合程度（PASSP）進(jìn)行的，幾個(gè)系統(tǒng)的仿真結(jié)果如下。

5.3.1對提高西北電網(wǎng)穩(wěn)定性的仿真研究

西北電網(wǎng)包括陜西、甘肅、青海、寧夏四省。截止1996年底全網(wǎng)統(tǒng)調(diào)容量1300萬kW。西北電網(wǎng)主網(wǎng)架為330kV電壓等級。主網(wǎng)聯(lián)接是一個(gè)環(huán)形網(wǎng)，其環(huán)網(wǎng)總長度近2000km，而東西部之間的輸電距離為500km.，位于北部的寧夏網(wǎng)是通過雙回線以三角環(huán)網(wǎng)的形式與主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)，西北電網(wǎng)的接線示意圖參閱文獻(xiàn)［7］。

就運(yùn)行的穩(wěn)定性而言，目前西北電網(wǎng)存在以下主要問題：

（1）西電東送方式存在弱阻尼現(xiàn)象，動(dòng)穩(wěn)極限僅為80萬kW，無法滿足功率交換的要求；

（2）東電西送時(shí)存在暫態(tài)穩(wěn)定問題。暫穩(wěn)極限僅為73萬kW；

（3）區(qū)域網(wǎng)的局部穩(wěn)定問題也較突出，特別是寧夏網(wǎng)、陜南網(wǎng)和漢中網(wǎng)都存在電壓穩(wěn)定性問題亟待解決。

通過對西北電網(wǎng)詳細(xì)的仿真研究，可得出以下結(jié)論：西北電網(wǎng)在安康、渭河、碧江、清遠(yuǎn)、龍羊峽、大壩、大武口7個(gè)電廠中裝設(shè)非線性最優(yōu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，西電東送的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限可由原80萬kW提高到100萬kW。東電西送的暫態(tài)穩(wěn)定極限由73萬kW提高到80萬kW，對區(qū)域網(wǎng)中的各局域網(wǎng)的穩(wěn)定水平和電壓水平也有顯著的改善。典型的仿真結(jié)果參閱文獻(xiàn)［7］。

5.3.2R4華中電網(wǎng)穩(wěn)定性改善的仿真研究

在華中電網(wǎng)中，由于湖北電網(wǎng)與江西電網(wǎng)之間的弱聯(lián)系，當(dāng)500kV葛鳳線發(fā)生三相短路后，葛洲壩大江機(jī)組對南昌機(jī)組的功角搖擺出現(xiàn)等幅（甚至增幅）的低頻振蕩，鄂東下陸至江西柘林線路的有功潮流出現(xiàn)等增幅的低頻振蕩。研究表明，若在葛洲壩電廠、漢川電廠和南昌電廠的機(jī)組上裝設(shè)非線性最優(yōu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，不僅可有效抑制上述的低頻振蕩問題，而且還可改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，其仿真結(jié)果見圖2所示。

葛洲壩大江機(jī)組對南昌機(jī)組功角搖擺曲線

虛線為常規(guī)控制實(shí)現(xiàn)為NOEC控制

圖2華中電網(wǎng)仿真結(jié)果

從以上幾個(gè)系統(tǒng)仿真結(jié)果可以看出，發(fā)電機(jī)非線性勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對于同時(shí)改善電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)、定暫態(tài)穩(wěn)定和電莊穩(wěn)定均能起到重要的作用。

5.4．結(jié)論

“一個(gè)沒有創(chuàng)新的民族是沒有希望的”。我國政府強(qiáng)調(diào)要特別重視“研制開發(fā)出一批具有我國知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高技術(shù)產(chǎn)品”。本節(jié)所介紹、評述的全數(shù)字化非線性最優(yōu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；從理論到裝置具有完整的我國知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

本節(jié)所介紹、推薦的控制裝置是在我國的基礎(chǔ)理論研究成果電力系統(tǒng)非線性控制理論指導(dǎo)下設(shè)計(jì)的。該理論在電力系統(tǒng)小干擾和大于擾穩(wěn)定控制的統(tǒng)一性，控制對于電力網(wǎng)參靈敏和結(jié)構(gòu)改變的魯棒性，各發(fā)電機(jī)控制所需反饋量的獨(dú)立性以及控制規(guī)律的最優(yōu)性這4個(gè)長期希望解決但未能解決的問題方面，取得了突破性進(jìn)展，在國際一領(lǐng)域起著“挑頭”作用。

裝置實(shí)現(xiàn)了從采樣到脈沖輸出的全數(shù)字化和100％的冗余度，并且以國際上最可靠的工控機(jī)總線為硬件核心和依托，可靠性高；新改進(jìn)的產(chǎn)品具有彩色平板顯示器，可顯示和記錄運(yùn)行狀態(tài)和波形，這一點(diǎn)也比國外同類產(chǎn)品先進(jìn)。在我國目前已有24套裝置投入運(yùn)行。

國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)同志和三峽總公司的負(fù)責(zé)同志對三峽發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和二次系統(tǒng)國產(chǎn)化問題十分重視。鑒于三峽電廠的特殊重要性，我們在為三峽而研制的勵(lì)磁控制器中除其硬件核心部分采用國際上最可靠的工控機(jī)外（這一點(diǎn)已做到），其它部件，包括開關(guān)、插件、端子等所有零部件也應(yīng)采用國際上最先進(jìn)可靠的產(chǎn)品。這樣做與自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)絲毫也不矛盾。如果我們在硬件上采用國際最先進(jìn)可靠的產(chǎn)品，在理論和軟件上我國已經(jīng)領(lǐng)先，二者結(jié)合起來，就能使整個(gè)產(chǎn)品跨入到國際先進(jìn)水品行列。

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