关于交流同步电网安全稳定的基本机理和《电力系统安全稳定导则》的基本内涵

　　交流同步电网安全稳定的基本机理

　　功角稳定问题。电网正常运行时，各发电机功角（出力）虽有摆动但相对是稳定的，各发电机处于同步状态。如电网受到大故障扰动，电网输入能量（发电机出力）和输出能量（负荷等）发生大的不平衡，发电机功角（出力）变动超出了稳定范围即功角失稳 ，系统可能发生振荡。如电网架构合理，继电保护、安稳装置等处理得当，系统振荡后有可能再恢复同步稳定状况，处理不当则系统崩溃瓦解。

　　在大电网系统中或二大电网间交流弱联状况时可能发生一种称为"低频弱阻尼振荡"。前者称区域内即本地发电机与电网其他发电机间功角（出力）低频振荡，振荡频率在1HZ左右。后者称区域间低频弱阻尼振荡，振荡频率在0.1至1HZ，这种振荡机理是，在二大电网交流弱联，不同区域中集团发电机间低频阻尼变弱甚至负阻尼，造成发电机间功角（出力）振荡甚至可能振荡幅度愈来愈大而失稳。

　　发电机功角稳定问题本质上是电网系统供需有功功率静态或动态的平衡、不平衡问题。

　　电压稳定问题。电网在各种扰动下发生潮流变动或转移，电网中的电压相应也在波动中，电压波动又会造成负荷和电源出力变动，在电源和系统无功装置调节作用下，电压波动可处于稳定状态，但当扰动过大、调节不力或系统振荡，电压不能保持稳定即电压失稳。

　　电压失稳的基本起因是电动机负荷，在故障时电压降低，此时电动机所需无功反而增加，如电网无功供给不足，形成电压和无功恶性循环，最后导致电压崩溃。电网电压稳定问题本质上是电网中无功功率的平衡、失衡问题。

　　电网连锁反应大停电问题。电网系统具有很强的保持稳定运行的能力，仅是N-1或N-2故障条件下采取切机、切负荷等措施，甚至己发生系统振荡，电网也可能不会瓦解崩溃的，仅是局部停电并能较快恢复。但在故障或多重故障扰动时，又由于电网结构缺陷包括运行方式影响，潮流大幅变动或转移，再加上偶然因素如开关拒动、保护安稳装置整定有误或失灵、自然环境条件、人为因素等，事故扩大，发生连锁跳闸时才可能发生系统瓦解大停电事故，每次连锁反应大停电事故因素各不相同。电网实际发生连锁反应大停电概率不高但高于传统可靠性理论分析的结果，造成社会巨大灾难，四十多年来世界范围内平均二年发生一次（负荷损失超过800万千瓦），充分说明了这是一个没有很好解决的电网重大安全问题。

　　电力系统安全稳定标准是电网规划设计必须遵守的、调度运行时必须执行的，但不等于讲满足N-1标准的电网就是安全稳定的。当今电网安全管理的重点除要满足安稳标准外，主要是研究应对电网故障连锁反应大停电事故的策略、措施。

　　科学合理的电网架构问题。科学合理的电网架构功能应包括，一是能适应供需要求、大规模经济输送分配电力。现代电网结构是技术经济优化的结构，能适应供需要求，有冗余但又不能过大。二应是具有较好抑制电网故障连锁反应的性能，网架不能阻止故障发生但可以减小故障对其他支路潮流的影响，在大故障扰动下非故障支路潮流和电压不要变动过大而造成次生故障、恶性循环的连锁跳闸。

　　国际上公认科学合理的电网架构是电力系统安全稳定运行的基础，基本要求就是坚强的受端系统和合理分散的外部电源，电网架构中主网（受端网）、输电网要有明显区分，即要求电网架构能承受较大故障冲击但又不要构成过大故障概率。

　　受端系统是指以负荷集中地区为中心，包括区内和邻近电厂在内，用较密集的电力网络将负荷和这些电源连接在一起的电力系统。受端系统通过接受外部及远方电源输入的有功电力和电能，以实现供求平衡。受端系统应作为实现合理电网结构的关键环节予以加强，从根本上提高整个电力系统的安全稳定水平。 

　　受端网是受端系统中重要组成部分，一般是上述电力网络中最高电压等级的，成双向互援环状结构，正常运行时负载率不高，外部及远方电源经相对独立的输电回路呈放射状与受端网相接。

　　中国六大区域网也称大区主网是若干受端网的交流强联，大区主网规模要综合合理控制，适应较大外部电力输入、控制短路电流及应对连锁反应大停电 。主网、受端网是电网的核心，主网间联网是为了取得联网效益而不是单向输电。

　　 《电力系统安全稳定导则》的基本内涵

　　《电力系统安全稳定导则》从交流同步网的结构、无功平衡、防系统崩溃、电力系统全停后的恢复，安全稳定标准等方面提出了为保证电力系统安全稳定的基本要求。以下仅做简要说明：

　　电网结构

　　"受端系统是电网结构的关键环节"原则。《导则》指出"受端系统是整个电力系统的重要组成部分，应作为实现合理电网结构的一个关键环节予以加强。"《导则》要求受端系统要加强内部最高一级电压的网络联系、有足够容量的电厂和足够的无功补偿容量等。受端系统是判断电网结构好坏的重要环节，即能否安全、可靠、经济承受故障冲击和接受分配电力，也是处理故障中安全级别最高的电网核心部分。

　　"分层分区"原则。合理分层，将不同规模发电厂和负荷接到相适应的电压网络上；合理分区，以受端系统为核心，将外部电源接到受端系统，形成供需基本平衡的区域，经联络线与相邻区域相连，分区电网应尽可能简化。其中要求不构成不同电压等级电磁环网，除避免了环流损失外，电磁环网是一种承受故障潮流转移差的电网结构，易激发故障连锁反应。

　　当今，针对世界上电网连锁反应大停电问题，合理"分区"可看为，一旦因电网故障连锁反应而系统崩溃，控制大停电损失大小的重要措施。交流同步网没有一个特定的规模，只是规模（功能）、效率、可承受的电网建设成本和连锁反应大停电损失之间的综合选择。针对交流同步网规模增大必须控制电网短路电流问题，合理"分区"包括区域性分区、"双色网"等成为有效控制的重要措施。

　　"外部电源宜经独立的送电回路接入受端系统"原则。此原则明确了输电网与主网（受端网）区分要求，此原则拓朴结构即"放射型架构"，这种架构故障激发连锁反应的作用较弱。

　　无功平衡补偿

　　"无功分层分区和就地平衡"原则。避免因长距离线路或多级变压器传送无功功率，除减少网损外，一旦发生故障后不因无功功率问题扩大故障甚至造成电压稳定问题。

　　"受端系统应有足够的动态无功备用容量"原则。避免大电源和重载线路事故时，电网因无功功率大量缺失而造成电压稳定问题。

　　防止系统崩溃

　　"设置解列点"原则。《导则》明确必须在适当地点设置解列点要求，电网稳定破坏时，要迅速合理地将原电网系统解列成二个或几个部分，防止系统崩溃，减小停电范围和损失。

　　"低周波、低电压有计划自动切负荷"原则。电网故障后，周波、电压下降至规定值后，有计划切除部分负荷，保证重要负荷供电，防止系统崩溃。

　　电力系统安全稳定标准

　　电力系统静态稳定标准。保证电力系统有功、无功的合理冗余度的标准。

　　电力系统承受大扰动能力的三级安全稳定标准。

　　第一级安稳标准，俗称N-1原则。即N个元件（发电机、变压器、输电线等）组成的电网，其中一个元件故障，采取相应措施但不切机、不切负荷，电网仍保持稳定运行和正常供电。

　　第二级安稳标准，俗称N-2原则。即较严重故障扰动后，如二个元件故障等状况，需要切机、切负荷方能保持系统稳定运行。

　　第三级安稳标准。如多重故障等状况下，稳定破坏，为防止系统崩溃，采取必要措施，使负荷损失尽可能减少，并尽快恢复正常运行。