配电网技术丛书 配电网标准化抢修

电力系统安全性理论是对电力系统受扰动后的演变过程、客观规律和风险的认知、仿真、分析、评估以及应对方法和技术的总结，是电力系统基本理论的核心部分。本书系统地论述电力系统安全性理论。 

《配电网技术丛书 配电网标准化抢修》分五个章节，主要阐述了配网抢修优质服务的内涵、要求和规范；故障抢修的业务流程及抢修平台的基本操作；故障抢修管理考核办法；配网抢修常见故障的分析和诊断；配电抢修作业车的基本功能及配置以及标准化配网抢修的基本技能。

国网浙江省电力公司培训中心是浙江省公司下属的培训机构，开展线电网各专业的岗位技能培训。本教材由钟晖担任主编，毛嬿萍担任副主编，参与编写的同志都具有丰富的现场和教学经验

目 录序前 言第1章 电力系统安全性概论 11.1 电力系统安全性定义 11.2 电力系统安全的复杂性 31.2.1 复杂系统的概念 31.2.2 电力系统崩溃临界态 91.3 电力系统大停电事件概述 10第2章 电力系统安全性评价体系 132.1 电力系统可靠性分类 132.1.1 发电系统充裕性 132.1.2 输电系统充裕性 152.1.3 电力系统稳定性 162.1.4 电力系统电压安全性 182.1.5 电力系统频率安全性 292.1.6 充裕性、稳定性与安全性的关系 362.2 电力系统安全性相关标准简介 372.2.1 国外电力系统安全性相关标准简介 372.2.2 国内电力系统安全性相关标准简介 472.2.3 系统安全性标准比较 532.3 电力系统安全性概率性评价指标 552.3.1 电力系统规划相关安全性概率评价指标 552.3.2 电网运行相关安全性评价指标 56第3章 电力系统停电事件分析 603.1 电力系统大停电事件统计 603.1.1 停电规模与概率分布 603.1.2 大停电事件一览表 623.2 电力系统大规模停电的机理 623.2.1 电力系统自组织临界特性 623.2.2 电力系统电压崩溃过程和机理 723.2.3 电力系统大停电主要影响因素 763.3 电力系统大停电过程仿真方法 793.3.1 电力系统长过程动态仿真方法 793.3.2 电力系统长过程仿真模型 893.3.3 电力系统长过程仿真软件 133第4章 电力系统安全性评估 1434.1 电力系统安全性评估概述 1434.2 电力系统规划方案安全性评估方法 1444.2.1 静态安全性评估方法 1444.2.2 暂态稳定性概率评估方法 1484.2.3 全过程安全风险评估方法 1514.3 电力系统运行安全性评估方法 159第5章 电网规模、结构与安全性 1635.1 小型同步电网的安全性 1635.2 大规模同步电网的安全性 1655.3 交直流混联大同步电网的安全性 1695.3.1 交直流混联大同步电网安全性关键问题 1695.3.2 直流参与稳定控制主要技术 1715.3.3 影响特高压直流送端电网电压安全的主要因素 1785.4 多直流馈入独立受端电网的安全性 191第6章 大电网安全防御 1966.1 电网安全防御体系概述 1966.1.1 电网安全保护监控系统的组成和功能分类 1966.1.2 电网在线安全预警分析系统概述 1976.2 现有安全防御体系存在的问题 1996.2.1 电力系统安全稳定三道防线存在的问题 1996.2.2 电网在线安全预警分析系统存在的问题 2006.3 提高电网安全水平的部分措施 2016.3.1 规划阶段提高电网安全水平的对策 2016.3.2 电力系统安全稳定三道防线增强措施 2026.3.3 电力系统在线安全监控增强措施 2036.3.4 抑制低频振荡控制措施的配置 2036.3.5 低频保护和低频减负荷的协调配合 2066.3.6 高频切机、高频保护和发电机组OPC的协调配合 2076.3.7 过励磁限制、过励磁保护、转子过负荷保护和低压减负荷的 协调配合 2086.3.8 进相能力、低励磁限制和失磁保护的协调配合 2096.3.9 过励磁能力、伏赫兹限制和过励磁保护的协调配合 2106.4 电网运行安全防御系统功能结构 2116.4.1 电网运行安全防御系统功能新需求分析 2116.4.2 电网运行安全防御系统的扩展方案 212第7章 电力系统安全其他相关问题 2187.1 继电保护和安全稳定控制系统隐性故障问题 2187.2 自然灾害问题 2197.3 电力基础设施安全问题 2207.4 黑启动问题 222附录 1965～2012年大停电事件一览表 225索引 232目 录序前 言第1章 电力系统安全性概论 11.1 电力系统安全性定义 11.2 电力系统安全的复杂性 31.2.1 复杂系统的概念 31.2.2 电力系统崩溃临界态 91.3 电力系统大停电事件概述 10第2章 电力系统安全性评价体系 132.1 电力系统可靠性分类 132.1.1 发电系统充裕性 132.1.2 输电系统充裕性 152.1.3 电力系统稳定性 162.1.4 电力系统电压安全性 182.1.5 电力系统频率安全性 292.1.6 充裕性、稳定性与安全性的关系 362.2 电力系统安全性相关标准简介 372.2.1 国外电力系统安全性相关标准简介 372.2.2 国内电力系统安全性相关标准简介 472.2.3 系统安全性标准比较 532.3 电力系统安全性概率性评价指标 552.3.1 电力系统规划相关安全性概率评价指标 552.3.2 电网运行相关安全性评价指标 56第3章 电力系统停电事件分析 603.1 电力系统大停电事件统计 603.1.1 停电规模与概率分布 603.1.2 大停电事件一览表 623.2 电力系统大规模停电的机理 623.2.1 电力系统自组织临界特性 623.2.2 电力系统电压崩溃过程和机理 723.2.3 电力系统大停电主要影响因素 763.3 电力系统大停电过程仿真方法 793.3.1 电力系统长过程动态仿真方法 793.3.2 电力系统长过程仿真模型 893.3.3 电力系统长过程仿真软件 133第4章 电力系统安全性评估 1434.1 电力系统安全性评估概述 1434.2 电力系统规划方案安全性评估方法 1444.2.1 静态安全性评估方法 1444.2.2 暂态稳定性概率评估方法 1484.2.3 全过程安全风险评估方法 1514.3 电力系统运行安全性评估方法 159第5章 电网规模、结构与安全性 1635.1 小型同步电网的安全性 1635.2 大规模同步电网的安全性 1655.3 交直流混联大同步电网的安全性 1695.3.1 交直流混联大同步电网安全性关键问题 1695.3.2 直流参与稳定控制主要技术 1715.3.3 影响特高压直流送端电网电压安全的主要因素 1785.4 多直流馈入独立受端电网的安全性 191第6章 大电网安全防御 1966.1 电网安全防御体系概述 1966.1.1 电网安全保护监控系统的组成和功能分类 1966.1.2 电网在线安全预警分析系统概述 1976.2 现有安全防御体系存在的问题 1996.2.1 电力系统安全稳定三道防线存在的问题 1996.2.2 电网在线安全预警分析系统存在的问题 2006.3 提高电网安全水平的部分措施 2016.3.1 规划阶段提高电网安全水平的对策 2016.3.2 电力系统安全稳定三道防线增强措施 2026.3.3 电力系统在线安全监控增强措施 2036.3.4 抑制低频振荡控制措施的配置 2036.3.5 低频保护和低频减负荷的协调配合 2066.3.6 高频切机、高频保护和发电机组OPC的协调配合 2076.3.7 过励磁限制、过励磁保护、转子过负荷保护和低压减负荷的 协调配合 2086.3.8 进相能力、低励磁限制和失磁保护的协调配合 2096.3.9 过励磁能力、伏赫兹限制和过励磁保护的协调配合 2106.4 电网运行安全防御系统功能结构 2116.4.1 电网运行安全防御系统功能新需求分析 2116.4.2 电网运行安全防御系统的扩展方案 212第7章 电力系统安全其他相关问题 2187.1 继电保护和安全稳定控制系统隐性故障问题 2187.2 自然灾害问题 2197.3 电力基础设施安全问题 2207.4 黑启动问题 222附录 1965～2012年大停电事件一览表 225索引 232

前 言2003～2012年，北美互联电网、欧洲大陆互联电网、俄罗斯电网、印度尼西亚电网、巴西电网和印度电网相继发生了特大规模停电事件。在此期间，我国电网也发生过较大规模的停电事件，例如2005年9月26日我国海南电网发生了全网崩溃型的大停电，2006年7月1日我国华中电网发生了影响范围较大的失稳和停电事件。大停电事件影响到上千万甚至上亿人的工作和生活，使国民经济遭受巨大损失。电力系统大停电还会增大核电站发生核事故的风险，有可能给世界带来灾难。因此，近年来电力系统的安全性备受各界的关注。近年来，我国交、直流特高压大电网的规划建设也涉及特大规模电力系统的安全问题，该问题备受政府、国内外相关专家和学者的关注。大家对一些基本问题的认识仍然存在较大的分歧，其原因之一是电力系统安全性的基础理论存在不足。影响电力系统安全性的首要因素是电力系统的稳定性。在电网形成的早期，电网结构比较薄弱，这一时期较大的停电事件通常是由功角失稳导致的。局部电压失稳问题则主要出现在放射型结构的配电系统中。但后来在电网结构加强以及相邻地区电网互联形成大规模电力系统后，许多大规模停电事件却不是由功角失稳或个别负荷节点电压失稳引发的。这些大规模停电事件通常会经历一个长过程，这一长过程含有系统状态逐步恶化、连锁反应导致系统瓦解崩溃的过程，涉及的系统安全性问题并不局限于系统暂态稳定性、动态稳定性以及负荷节点电压稳定性所涵盖的内容。电力系统可看作开放的复杂巨系统中的一个子系统，而复杂巨系统所含子系统的种类多、相互关系复杂，其中的各个子系统对外开放，从属于更大的系统，呈多层次结构。上述复杂系统的变化具有混沌性、不确定性、突变性和开放性，通过仿真模拟很难精确地还原、预测和评估其过程及后果，因此需要进一步完善原有的安全理论和安全防御方法以及探讨新的理论方法。 从20世纪40年代苏联学者马尔柯维奇提出电压稳定概念及判据至今，对电力系统电压稳定理论的研究已有70多年的历史，但学术界对电力系统电压崩溃的机理未达成一致的认识。早期的电压失稳问题一般主要出现在放射型结构配电系统的负荷节点上，因此电力系统电压稳定理论以负荷节点电压失稳临界点为理论基础，主要关注负荷节点运行点的平衡稳定问题。后来发生的大停电事件中出现了大规模系统电压崩溃现象，不少人仍认为这是由某些负荷节点失去了稳定的平衡点引发的，因此大多数电压稳定计算主要关注各个负荷节点的电压稳定裕度。然而，从电力系统电压崩溃的记录曲线看，电力系统电压崩溃过程一般并没有呈现电压失稳临界点特征。电力系统现场试验结果和电力系统大停电过程表明，部分用电器在电压降低时会自动跳闸，从而使负荷节点电压下降过程被中止和逆转，具有自愈特性。上述过程并没有进一步推动电力系统的电压崩溃，相反暂时缓解了系统的危机。再者，对于电力系统主体安全而言，上述个别节点的电压急降和回升只不过是零星的局部问题，并不是导致其后电力系统大规模电压崩溃的原因。那么，电力系统大规模电压崩溃究竟是如何发生和扩展的呢？其电压安全防御的重点应该放在什么地方呢？这些问题是本书要重点讨论的内容。 近年来，电力系统安全防御领域在基于电网预想故障仿真的在线预警分析方面已取得很大的进展。但从实际发生的大停电事件发展过程看，当电网进入危急状态时，基于电网在线仿真计算分析的安全防御系统在应急响应和实时控制方面仍存在不足。另外，远距离、大规模输电系统的形成和间歇性电源入网渗透率的提高，也使电力系统安全面临新的挑战。因此，电力系统安全防御的理论和方法也有待进一步发展和完善。在电力系统安全性评估方面，国内外普遍采用技术条款和事件校核的方法评价输电网规划方案的可靠性，其中安全性一般采用确定性事件校核准则，即采用规定的扰动故障集校核输电方案的系统安全性。确定性事件校核准则的缺陷是没有定量表述不同输电方案发生事件的概率及其经济性后果。而停电风险评估能够为安全性和经济性之间提供联系，因此应在电力系统规划中推广应用，以弥补上述不足。在上述背景下，本书对电力系统安全性理论进行梳理，力求全面、系统地论述电力系统安全性理论。本书通过分析国内外电力系统大停电事件发生、发展的过程，基于作者在电力系统规划、运行、安全分析和评估、事故仿真、工程应用等方面多年的技术积累，结合国内外电力系统安全性理论、安全标准及相关复杂系统理论，全面阐述电力系统安全性评价体系、电力系统复杂性理论、电压安全性理论、大规模停电的机理、频率安全性、大停电过程仿真方法、安全性评估方法、大电网结构安全特性、交直流混联大同步电网的安全性、大电网安全防御对策和技术等内容。本书可供电力系统专业学生和从事电力系统分析、运行管理的工作者阅读，对从事电力系统教研工作的人员也有一定的参考价值。本书由中国电力科学研究院系统所的相关专家编写，其中：电力系统安全性概论，安全性评价体系，大停电事件一览表，大停电机理分析，电力系统电压安全性理论，全过程安全风险评估方法，电网规模、结构与安全性，电力系统安全防御体系存在的问题及改进方案，电力系统安全其他相关问题等内容由杨海涛撰写；电力系统长过程继电保护和安全稳定控制建模与仿真技术由吴国旸撰写；电力系统长过程动态仿真方法和仿真软件介绍由宋新立撰写；电力系统静态安全性和暂态稳定性概率评估方法由宋云亭撰写；交直流混联大同步电网的安全性由郑超撰写；电力系统自组织临界特性由贺庆撰写；提高电网安全水平的部分措施由杨海涛、王青和吴国旸撰写。全书由杨海涛担任主编并负责统稿工作。本书在频率安全性方面，引用了中国电力科学研究院孙华东、刘明松和山东大学张恒旭、侯智圆等人完成的研究报告《大型互联电网旋转备用优化布局原则及实施方案研究》的部分内容。此外，本书经中国科学院院士周孝信、中国电力科学研究院胡学浩教授和哈尔滨工业大学于继来教授等学者的推荐，获得了国家电网公司电力科技专著出版项目资金资助。中国工程院院士、天津大学教授余贻鑫审阅了本书的部分章节，并针对一些问题提出了修改建议。在此，谨向上述所有学者表示衷心的感谢。 作 者 2016年4月前 言2003～2012年，北美互联电网、欧洲大陆互联电网、俄罗斯电网、印度尼西亚电网、巴西电网和印度电网相继发生了特大规模停电事件。在此期间，我国电网也发生过较大规模的停电事件，例如2005年9月26日我国海南电网发生了全网崩溃型的大停电，2006年7月1日我国华中电网发生了影响范围较大的失稳和停电事件。大停电事件影响到上千万甚至上亿人的工作和生活，使国民经济遭受巨大损失。电力系统大停电还会增大核电站发生核事故的风险，有可能给世界带来灾难。因此，近年来电力系统的安全性备受各界的关注。近年来，我国交、直流特高压大电网的规划建设也涉及特大规模电力系统的安全问题，该问题备受政府、国内外相关专家和学者的关注。大家对一些基本问题的认识仍然存在较大的分歧，其原因之一是电力系统安全性的基础理论存在不足。影响电力系统安全性的首要因素是电力系统的稳定性。在电网形成的早期，电网结构比较薄弱，这一时期较大的停电事件通常是由功角失稳导致的。局部电压失稳问题则主要出现在放射型结构的配电系统中。但后来在电网结构加强以及相邻地区电网互联形成大规模电力系统后，许多大规模停电事件却不是由功角失稳或个别负荷节点电压失稳引发的。这些大规模停电事件通常会经历一个长过程，这一长过程含有系统状态逐步恶化、连锁反应导致系统瓦解崩溃的过程，涉及的系统安全性问题并不局限于系统暂态稳定性、动态稳定性以及负荷节点电压稳定性所涵盖的内容。电力系统可看作开放的复杂巨系统中的一个子系统，而复杂巨系统所含子系统的种类多、相互关系复杂，其中的各个子系统对外开放，从属于更大的系统，呈多层次结构。上述复杂系统的变化具有混沌性、不确定性、突变性和开放性，通过仿真模拟很难精确地还原、预测和评估其过程及后果，因此需要进一步完善原有的安全理论和安全防御方法以及探讨新的理论方法。 从20世纪40年代苏联学者马尔柯维奇提出电压稳定概念及判据至今，对电力系统电压稳定理论的研究已有70多年的历史，但学术界对电力系统电压崩溃的机理未达成一致的认识。早期的电压失稳问题一般主要出现在放射型结构配电系统的负荷节点上，因此电力系统电压稳定理论以负荷节点电压失稳临界点为理论基础，主要关注负荷节点运行点的平衡稳定问题。后来发生的大停电事件中出现了大规模系统电压崩溃现象，不少人仍认为这是由某些负荷节点失去了稳定的平衡点引发的，因此大多数电压稳定计算主要关注各个负荷节点的电压稳定裕度。然而，从电力系统电压崩溃的记录曲线看，电力系统电压崩溃过程一般并没有呈现电压失稳临界点特征。电力系统现场试验结果和电力系统大停电过程表明，部分用电器在电压降低时会自动跳闸，从而使负荷节点电压下降过程被中止和逆转，具有自愈特性。上述过程并没有进一步推动电力系统的电压崩溃，相反暂时缓解了系统的危机。再者，对于电力系统主体安全而言，上述个别节点的电压急降和回升只不过是零星的局部问题，并不是导致其后电力系统大规模电压崩溃的原因。那么，电力系统大规模电压崩溃究竟是如何发生和扩展的呢？其电压安全防御的重点应该放在什么地方呢？这些问题是本书要重点讨论的内容。 近年来，电力系统安全防御领域在基于电网预想故障仿真的在线预警分析方面已取得很大的进展。但从实际发生的大停电事件发展过程看，当电网进入危急状态时，基于电网在线仿真计算分析的安全防御系统在应急响应和实时控制方面仍存在不足。另外，远距离、大规模输电系统的形成和间歇性电源入网渗透率的提高，也使电力系统安全面临新的挑战。因此，电力系统安全防御的理论和方法也有待进一步发展和完善。在电力系统安全性评估方面，国内外普遍采用技术条款和事件校核的方法评价输电网规划方案的可靠性，其中安全性一般采用确定性事件校核准则，即采用规定的扰动故障集校核输电方案的系统安全性。确定性事件校核准则的缺陷是没有定量表述不同输电方案发生事件的概率及其经济性后果。而停电风险评估能够为安全性和经济性之间提供联系，因此应在电力系统规划中推广应用，以弥补上述不足。在上述背景下，本书对电力系统安全性理论进行梳理，力求全面、系统地论述电力系统安全性理论。本书通过分析国内外电力系统大停电事件发生、发展的过程，基于作者在电力系统规划、运行、安全分析和评估、事故仿真、工程应用等方面多年的技术积累，结合国内外电力系统安全性理论、安全标准及相关复杂系统理论，全面阐述电力系统安全性评价体系、电力系统复杂性理论、电压安全性理论、大规模停电的机理、频率安全性、大停电过程仿真方法、安全性评估方法、大电网结构安全特性、交直流混联大同步电网的安全性、大电网安全防御对策和技术等内容。本书可供电力系统专业学生和从事电力系统分析、运行管理的工作者阅读，对从事电力系统教研工作的人员也有一定的参考价值。本书由中国电力科学研究院系统所的相关专家编写，其中：电力系统安全性概论，安全性评价体系，大停电事件一览表，大停电机理分析，电力系统电压安全性理论，全过程安全风险评估方法，电网规模、结构与安全性，电力系统安全防御体系存在的问题及改进方案，电力系统安全其他相关问题等内容由杨海涛撰写；电力系统长过程继电保护和安全稳定控制建模与仿真技术由吴国旸撰写；电力系统长过程动态仿真方法和仿真软件介绍由宋新立撰写；电力系统静态安全性和暂态稳定性概率评估方法由宋云亭撰写；交直流混联大同步电网的安全性由郑超撰写；电力系统自组织临界特性由贺庆撰写；提高电网安全水平的部分措施由杨海涛、王青和吴国旸撰写。全书由杨海涛担任主编并负责统稿工作。本书在频率安全性方面，引用了中国电力科学研究院孙华东、刘明松和山东大学张恒旭、侯智圆等人完成的研究报告《大型互联电网旋转备用优化布局原则及实施方案研究》的部分内容。此外，本书经中国科学院院士周孝信、中国电力科学研究院胡学浩教授和哈尔滨工业大学于继来教授等学者的推荐，获得了国家电网公司电力科技专著出版项目资金资助。中国工程院院士、天津大学教授余贻鑫审阅了本书的部分章节，并针对一些问题提出了修改建议。在此，谨向上述所有学者表示衷心的感谢。 作 者 2016年4月