在过去的10多年间, 电力工业发生了一些比较深刻的变化, 跨大区（甚至跨国家）联网、新能源开发与并网发电以及大量电动汽车的广泛应用等，使得电力系统的装机组成、结构及协调控制更加庞杂，系统运行的安全性、稳定性与经济性等问题愈加突出。在上述背景下, 以容纳高渗透率间歇性可再生能源发电、电动汽车广泛应用为主要特征的智能电网建设已经成为现代电力系统的主要发展方向。

智能电网以安全可靠、经济高效、节能环保为运行目标，具有自愈、坚强、兼容、优化、开放、支持电力市场等特征，有望解决当前电力系统发展遇到的一些重要问题。考虑到由于温室气体排放引起全球气候变暖进而导致极端气候和自然灾害增多、通过二次系统或采用虚假数据对实际电力系统人为攻击事件不时发生、近年来在国际某些区域和国内一些地区凸显的社会不稳定因素所引发的恐怖袭击、电力系统中间歇性可再生能源发电的渗透率趋于提高、电动汽车有望规模化发展等, 电力系统规划和运行所面对的不确定性因素增多、不确定程度加大，发生大规模停电事故的可能性依然存在。在这些因素的共同推动下，电力系统朝着智能电网环境下的弹性电力系统(Resilient Power System)方向发展。弹性电力系统可以充分利用基于电力电子的柔性电力装备与现代先进通讯与控制技术等，有效增强抗击重大自然灾害、人为攻击和恐怖袭击等大扰动事件, 提高整个电力系统规划和运行的弹性水平，确保电力系统安全稳定运行。

“弹性电力系统”的建设，有赖于合理的电力网架结构和电源结构、完善的系统运行和控制策略、准确的故障诊断和定位方法、有效的停电事故应急处理和系统恢复机制等。在弹性电力系统中，需要考虑电力系统发展目标的多元化，以适应可再生能源接入、社会经济发展和极端自然条件和极端事件等因素对电力系统规划的新要求，增强系统抵御强干扰的能力。在系统运行方面，弹性电力系统强调在系统面临无法避免的大扰动时，能有效利用各种资源灵活应对相关运行风险，维持满足要求的系统运行性能。在系统发生故障的情况下，弹性电力系统综合利用多源异构警报信息，提高故障诊断准确性，减少故障处理时间；充分利用智能测量与通信系统、分布式电源、储能装置、电动汽车等可调度资源与需求侧管理等, 提高系统恢复能力，减少停电时间和停电损失。

电力系统暂态稳定紧急控制措施

针对系统中影响较大，导致系统失稳的一些故障，需要采取相应的安全稳定紧急控制措施，以保持系统稳定。电力系统中的紧急控制手段主要包括：切除发电机、切除负荷、快关汽门、发电机励磁调节、无功补偿、电气制动、直流输电调制、解列系统等。

提高暂态稳定的控制措施可以分为以下三类。

1.加快故障切除速度及进行适当的重合闸，如三相重合闸、单相重合闸以及多相（按相）重合闸。

2.提高对系统输送能力的控制，保持和提高系统各节点的电压，减小输电系统的阻抗等。常用方法如发电机和调相机的强行励磁、串（并）联电容强补偿和切除并联电抗器等。

3.减小送受两端的功率不平衡程度，如送端切机、汽轮机快关汽门、受端切负荷、电气制动和直流输电系统调制等。

以上各类措施可单独采用，也可结合采用。第1类措施的费用低且效果好，应优先采用；第2类措施主要是控制电压和无功功率，容易灵活实现控制，特别是随着电力电子技术的迅速发展，使得有条件更广泛和灵活地实现这类控制；第3类控制主要是控制有功功率，在暂态过程中大幅度改变有功功率实现起来较困难，对电力系统影响也较大，通常是前两类控制不能满足要求时才采用。

上述控制措施多数是开环离散控制，这是由于暂态稳定问题是大扰动引起的，其对控制措施的作用要求较强、对控制速度的要求快。有些暂态稳定控制措施也采用闭环连续控制，如发电机和调相机的励磁、静止无功补偿等。

1.电力系统紧急控制装置

按照装置的组成和分布范围，可以将安全稳定装置分为本地型和区域型。本地型稳定控制装置单独安装在各个厂站，相互之间不交换信息，没有通信联系，解决的是本厂站元件故障时出现的稳定问题。区域型稳定控制指的是为解决一个区域电网内的稳定问题而安装在两个以上厂站的稳定控制装置，经通道和通信设备联系在一起组成稳定控制系统，相互间交换运行信息，传送控制命令，在较大范围内实施稳定控制。

此外，按照紧急控制策略表的存放位置，安全自动装置又分为本地决策方式、分散决策方式和集中决策方式。

2.电力系统紧急控制策略表形成方式

安全稳定控制系统是利用调度自动化和通信系统，采集受控区域系统运行的信息，确定系统运行方式，然后根据系统潮流方式、网络接线方式以及故障情况确定控制决策。但由于电力系统是一个非常复杂的大规模非线性系统，地理分布很广，要在短时间内从广大的地域内采集信息，计算出准确的控制决策，再将控制信息送到广大的地域中去执行，是十分困难的。而安全稳定控制又要求控制速度非常快，一般要求动作时间不大于0.2~0.3，否则将难以维持系统稳定，或需要花费较大的控制代价。为了使安全稳定控制系统同时满足控制精度和控制速度的要求，通常采用控制策略表来确定控制决策。根据电网运行的要求和技术发展状况，控制策略表的形成方案有“离线预决策，实时匹配”“在线预决策，实时匹配”和“实时决策，实时控制”三种方式。由于“实时决策，实时控制”这种控制方式比较理想，现阶段难以应用于实际的电力系统，下面仅对“离线预决策，实时匹配”和“在线预决策，实时匹配”这两种控制方式的优缺点进行分析。

“离线预决策，实时匹配”技术成熟，易于实现，并且可以加入技术人员经验。但是缺点同样明显，数据量大，离线计算量大，耗费大量时间。且电网运行状态常常改变，该决策方法对电网变化的适应性明显不足，判据偏保守，对预想外的事故无法处理。

“在线预决策，实时匹配”改进了离线方式，对电网工况变化的适应能力明显增强，根据实时数据不断刷新策略表，节约大量离线计算时间。但计算速度要求高；要求合适的自动生成预想故障集算法，防止漏选不稳定的预想故障，而若预想故障过多，又会导致计算量激增，难以满足在线计算要求；对设备的要求高于离线方式，需要实时获取电网信息。

世界上第一套用于多机系统的基于详细数学模型进行在线暂态稳定计算的稳定控制系统，已在日本中部电力公司投入运行。该系统首先用简化模型和减速功率指标，按预想故障集对系统进行在线动态安全分析，筛选出不稳定的预想故障。然后用详细模型进行暂态稳定计算。稳定控制的切机策略计算方法是对每一种可能使系统失稳的预想故障不断进行暂态稳定计算，每计算1次暂态稳定，切除1台失稳时刻加速能量最大的机组，直至计算到系统稳定，便可得出该预想故障下的切机控制策略。为了提高计算速度，该系统采用了并行处理技术，每5分钟刷新一次策略表。

此外，国内的南瑞公司也推出了以薛禹胜院士提出的EEAC理论为基础的OPS-1在线预决策暂态稳定控制系统，是直接法在稳控领域的典型应用。该系统针对某一预想故障场景和某一控制措施，取得与当前工况相对应的系统潮流，计算程序首先进行全过程积分（可处理任意复杂模型），得到全过程的系统动态轨迹。然后EEAC进一步从这些轨迹中抽取系统稳定性的定量信息，得到稳定裕度。在此基础上考虑所用控制措施的控制代价，就可计算出沿这种控制方向增加控制量的性能代价比，从而为在候选控制措施集中选择下一个控制提供搜索方向。搜索过程一直进行到系统的稳定裕度满足要求，所得到的控制措施应为使系统稳定且控制代价最小的最佳控制策略。

3.电力系统紧急控制决策算法

常用的在线安全稳定分析方法有人工智能法、数值积分灵敏度法等。

基于人工智能的在线安全稳定分析方法包括模式识别、专家系统、诱导推理、人工神经网络或模糊神经网络等。基于人工智能的方法首先对预想故障进行大量的离线仿真计算。从中获得系统动态行为中重要的稳定性特征。然后构造一个分类器用来在线地对新的、不可预见的偶然事故进行正确分类。

数值积分灵敏度法基于最优控制理论，通过求解描述系统暂态过程的微分代数方程组和一组协状态微分代数方程组，求得暂态稳定约束相对于控制量的梯度和对应的灵敏度，解决以控制代价最小为目标和以维持系统安全稳定性为约束条件的最优控制问题。由于各种常用安全稳定控制的控制量或者为常数，或者可以描述为某些参数的函数，因此这类最优控制问题实质上就是最优参数选取问题。

本文由李文超摘编自甘霖、刘育权、文福拴等著《弹性电力系统及其恢复策略研究的理论与实践》（北京：科学出版社，2016.11）前言和第一章部分，内容略有删节改动。

ISBN：978-7-03-050678-8

随着电力工业的持续发展，跨大区（甚至跨国家）联网趋于紧密，新能源并网发电及电动汽车应用的规模不断增大，电力市场化改革逐步深化，电力系统运行环境更加复杂。极端气候和自然灾害时有发生，电力系统规划和运行的外部环境趋于恶化， 电力系统发生大规模停电事故的威胁依然存在。在此背景下，如何建设能够应对系统运行环境更加复杂、极端气候和自然灾害发生更加频繁情形的弹性电力系统, 就成为受到广泛关注的重要研究领域。《弹性电力系统及其恢复策略研究的理论与实践》系统介绍了弹性电力系统及其恢复策略研究的理论与实践，主要内容包括弹性电力系统理论、国内外典型停电案例及启示、弹性电力系统的建设实践、新技术和新形势下的弹性电力系统建设展望等。

本书适于从事电力系统规划和运行相关工作的管理、科研和工程技术人员使用，也可作为高等院校电力系统相关专业教师和学生的参考书。

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