1、电工材料 2023 No.1康森等：电力系统的安全性及防治措施电力系统的安全性及防治措施康森，周力行（长沙理工大学，长沙 410000）摘要：随着社会经济的快速增长，我国各行各业实现了快速发展。与此同时，对于电能的需求也逐步增长。电能作为人们生产和生活中不可缺少的能源之一，在经济发展和人民生活等方面发挥的作用不可替代。电力需求的猛增，意味着我国电力负荷将会不断增大，而电力系统在实际运行的过程中，相关内容也会日益复杂，变得更详细，使电力系统运行和维护过程中隐藏的危险性和风险更加复杂。如何提高电力系统的运行和维护质量，已成为电力公司和相关研究人员的长期研究课题。关键词：电力系统；隐患风险；应对措施
2、中图分类号：TM73 DOI：10.16786/ki.1671-8887.eem.2023.01.021Security and Prevention Measures of Power SystemKANG Sen,ZHOU Lixing(Changsha University of Science and Technology,Changsha 410000,China)Abstract:With the rapid growth of social economy,all walks of life in China have achieved rapid development;At
3、the same time,the demand for electric energy is also gradually increasing.As one of the indispensable energy sources in peoples production and life,electric energy plays an irreplaceable role in economic development and peoples life.The surge in demand means that Chinas power load will continue to i
4、ncrease,and the relevant contents will become more and more complex and more detailed in the actual operation of the power system,which makes the hidden dangers and risks in the operation and maintenance of the power system more complex.How to improve the quality of power system operation and mainte
5、nance has become a long-term topic for power researchers.Key words:power system;hidden danger risk;responses引言随着社会经济的快速发展，民众的物质生活水平实现了快速提升，而对于电力的需求也在日益增长，这对电力系统的稳定性提出更高的要求。对于电力系统而言，由于内外部因素的干扰，一定程度上会影响到稳定性，一旦稳定性受到影响，不仅可能造成经济损失，甚至还会对电力用户和整个社会造成重大影响1。20世纪60年代之后，很多国家都因为电力系统不稳定的问题而引发规模停电，例如，20世纪末，美国西部发生过
6、两次大规模连续性停电。21世纪初期，美国、加拿大、瑞典、丹麦、意大利持续大规模停电。特别是2003年8月14日，美国和加拿大切断了50万人的电源，造成了巨大的经济损失。中国在过去 20年里也发生了大大小小 100多次停电事故。在从西向东的输电和南北互连的条件下，中国电力系统的规模日益增大，全国系统联系在一起，一旦系统出现故障，如果没有应急处置方案，那么将可能引发较大的事故，所带来的损失无法估量。基于此，为了能够充分保障电力系统的稳定性、安全性，需要人们共同努力。1电力系统安全性问题分析1.1现代电力系统的安全性问题概述安全性对于电力系统而言极为重要。导致电力系统出现各类故障的危险因素，通常会对
7、系统安全性、稳定性产生影响。电力系统的传统安全性是研究功率角度稳定性、电压稳定性、频率稳定性、系统断线、热过载及其他故障情况下电力系统本身的动态特性2。这种研究通常集中在单一故障上，但区域停电的大部分是级联事件的复杂序列。随着现代通信技术和信息技术的发展，可采用作者简介：康森（1997-），男（汉族），湖南新化人，助理工程师，主要从事电力系统及其自动化的研究。收稿日期：2022-04-1994电工材料 2023 No.1康森等：电力系统的安全性及防治措施SCADA/EMS、DA、SA等信息系统来监视整个电力网。在电力系统领域，电力市场技术支持系统被广泛使用。电力系统、信息系统和通信系统集成到高
8、度集成的混合系统中，其中监控发挥着非常重要的作用，主要是依赖通信系统以及信息系统的功能发挥，由核心系统通过监测发现问题，并及时介入控制。因此，系统维护存在问题将可能导致大规模停电。20世纪初期，加拿大大规模停电其中一个原因就是因为系统维护不恰当。因此，必须扩展电力系统的安全概念。1.2关于安全性问题的影响因素分析1.2.1内部因素内部因素包括：系统故障构成要素，可引发的主要故障有输电线路故障、变压器故障、发电机故障等；控制系统以及保护系统故障，这部分故障属于隐藏的故障，具体包括控制故障、断路器的误动作等；软件及硬件故障；通信系统故障，通常表现为监测不流畅、自动控制失败、外部入侵导致系统出现问题
9、（包括黑客等不法分子的入侵）等；系统稳定性不足，具体表现为频率、振荡、电压、瞬态、静态不够稳定等。1.2.2外部因素外部因素包括：气候因素以及自然灾害，例如火灾、热浪、洪水、雷暴、风暴、暴雨、地震等；人为因素，如工作人员操作失误、工作态度懈怠以及外部人为因素，例如战争等。2加强电力系统安全性的措施2.1对电网建设进行完善，从源头将事故发生概率降低对于电力产业而言，从无到有，需要很长的时间，而且投资很大。一个大型发电厂建设时间为510年，使用年限约30年。因此，为了确保电力系统的安全运行，需要协调发电站网络、统一计划、高度构建、合理的结构。特别应加强构建输电网，优化接收端功率网；要完善二次系统，
10、这在一定程度上能够提升电网的可靠性以及安全性，可以从源头上降低事故发生概率，减少损失。众所周知，电力网的设备老化是电力系统严重隐患，因为设备过于老旧，一些先进的数字技术无法适用于设备，所以需要结合实际情况对整个电力系统建设重新规划，有针对性引进先进设备以及先进技术，确保设备与技术能够满足实际需求。2.2加强电力系统监控和管理通过电力系统的互连，可以优化广域的资源分配，交换所需的资源，相互支持。但是对于紧密相连的电力系统而言，一旦某个区域出现故障，且没有及时维护，将可能导致故障扩大到整个系统，这就可能引发大规模的停电。因此，对于故障处理提出了更高的要求，需要高效、统一、快速的应急处置方案，才能充
11、分应对各种问题。20世纪末期，美国西部大规模停电以及21世纪初期美国、加拿大的大规模停电，其中一个原因就是应对不足，意味着当时的美国电力监测以及控制等方面还需要加大改进。北美大约拥有总容量900 GW的电力产业，其中包括3000家电力公司，电力公司之间的电力网全部相连，形成了规模非常庞大的电力系统，但是其派遣和管理是独立的。局部电力系统一旦出现故障，如果没有及时进行有效控制，故障将可能从局部蔓延到其他地区，因为整个电力系统是相互连接的，所以，需要加大员工数量的派遣，并且需要派遣高素质的人才，这样才能灵活应对各种问题。对于人才团队而言，需要定期开展应急能力培训，并且对培训进行考核，从而保障培训质
12、量，确保人才团队能够有效应对各种问题。现阶段，美国的电力网格管理日益完善，计划在2030年，让电力网格调度更加统一，并强调了输电配电网格与通信信息网络的组合，建议建立全国网格控制中心。2.3人为破坏以及自然灾害对电力系统安全性的影响从电力系统运行实际情况来看，民众等社会活动与电力供给之间有着非常密切的关系，如果电力供给存在问题，那么将可能影响到民众的生活，会涉及到各个领域，例如，公共卫生系统、控制系统、军事秩序、通信系统、防灾系统等，都将可能受到不同程度的影响。而这些系统与社会公共安全、日常生活、国民经济有着非常密切的关系。因此，电力系统是国家非常重要的组成部分，如果遭到人为（例如战争）破坏，
13、或者遭到自然灾害的破坏，都将可能影响到系统的稳定性。因此，需要结合地方电力系统影响因素的实际情况，对可能受到这些影响因素地区制定应急处理方案，这样才能有效应对各种问题，将影响程度以及损失降到最低3。3关于电力系统安全性的基础研究方向概述3.1加强 IECSA 以及广域电力系统建模的研究力度从电力系统安全性研究领域来看，关于大规模电力系统动态行为的研究已经比较成熟。然而，由于功率网格互连，多输入AC/DC混合传输模式的出现，高输出功率电子器件的应用，电力系统中的超95电工材料 2023 No.1康森等：电力系统的安全性及防治措施低频振动等各种动态行为和特性对电力网的安全操作有很大的影响。当务之急
14、是进一步理解其机制，推进控制方法和对策。电力系统的传统研究方法难以处理这样的复杂系统，如果要最大限度保障电力系统安全、稳定运行，那么必须解决电力系统复杂问题，必须从建模、分析、模拟、预测、控制的角度建立新的理论和方法系统。在研究过程中，需要对通信系统、计算机系统、信息系统、电力系统之间的相互作用进行深入剖析。以建模为例，需要充分考虑多个网络的并行性，例如，多种类型的组件，或者是多个物理过程的组件。为了提升研究的实用性，要加强对实时监测信息的应用，需要对分布式实时计算进行深入开发以及应用。美国电力网格计划在2030年构建IECSA（综合能源以及通信系统架构）。评估电力系统安全性的过程中，需要深入
15、研究系统建模，然后加强故障计算力度，但是不需要考虑密切相关的通信系统模型以及信息系统。之所以建议这个思路，考虑到这两个系统的模型目前还没有建立起来，电力系统与信息系统之间的相互作用缺乏彻底的研究。当务之急是应用复杂的相互作用系统和分散人工智能理论，对应随着连续电力系统的扩展而产生的复杂度，开发新的电力系统的安全评价理论。在电力系统中，网络的每个成员被用作分布式自律代理，其可以自主地完成一些任务，然后通过多个代理的相互作用和协调来实现每个成员的角色的相互调整，这样便可以达到整体控制的目标。对于功率系统而言，可以将其划分成为消耗系统、配电系统、输电系统、发电系统。从整个电力市场环境来看，其中涉及到
16、多个代理结构，而这些代理结构的发电机、辅助服务商、传输服务提供商等都是独立的，这是基于传统层级技术实现的，相互之间存在差异性。对于信息系统以及通信系统而言，还有比较特殊的建模工具以及建模方法，例如，通信系统、信息系统均各自对应通信代理。这种分类方法建立了多代理层结构中不同层次之间相互作用的准确模拟基础。多代理系统非常适合模拟、控制、分析、评估任务，如大规模电力系统的复杂系统的资源共享，容易扩展，具有强大的可靠性、灵活性和良好的实时性能的特性。预期将能够提供一种全局协调控制方法以及能够实现广域功率系统的实时分析方法。3.2关于广域电力系统的研究广域电力系统具有信息丰富以及信息分布广泛的特征。层级化、区域化的高度可靠的信息系统能够保证广域信息的及时、正确传输，快速、有效地处理信息，并达到全面实时监控系统的目标，这样就能诊断故障，并可以预测将来可能的故障。通过构建全国电力数据网络（spdnet），开发和普及分片自动化（scada/ems），各种信息管理系统（生产管理系统、市场营销管理系统）、地理信息系统（gis）的应用，电力系统的电力网技术支持系统和电力系统的其他信息系统显示信息技术更大程度