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隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術的進步及人民生活水平的不斷提高，人們對電力的需求和依賴性越來越大，對安全穩(wěn)定供電的要求越來越強。然而,由于受到電力系統(tǒng)自身原因和外部干擾的影響，電網(wǎng)事故時有發(fā)生,這不但使電力經(jīng)營企業(yè)的經(jīng)濟效益受到損失,而且對電力用戶和整個社會都將造成嚴重的影響。自20世紀60年代以來，世界各國均發(fā)生過因電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞而導致的大面積停電事故。1996年7~8月美國西部接連2次大停電事故，美國總統(tǒng)認為停電事故已“危及國家安全”。2003年下半年在北美和加拿大、英國倫敦、瑞典-丹麥、意大利都先后發(fā)生過大面積停電事故，震驚世界。特別是，2003年8月14日美加大停電波及5000萬人口的供電范圍，造成重大經(jīng)濟損失，是美國歷史上最嚴重的停電事故。
在我國，近20年來，各大電網(wǎng)發(fā)生的大停電事故有100余起。在西電東送，南北互聯(lián)的條件下，我國將形成全國聯(lián)網(wǎng)的巨型電力系統(tǒng)，如果出現(xiàn)電力系統(tǒng)重大事故，其規(guī)模和造成的損失有可能大幅度增加。因此，保證大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行是一個重大而迫切的問題，必須作為一個重大戰(zhàn)略問題來解決。
2電力系統(tǒng)的安全性問題
2.1現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全性問題
電力系統(tǒng)的安全性是指系統(tǒng)在發(fā)生故障情況下,系統(tǒng)能保持穩(wěn)定運行和正常供電的風險程度。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全性主要是在發(fā)生故障情況下，研究電力系統(tǒng)本身的動態(tài)特性，包括系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性、系統(tǒng)解列、熱過載等。這類研究一般是針對單一故障的，而大面積停電事故則通常是連鎖事件的復雜序列。
隨著現(xiàn)代通訊技術和信息技術的發(fā)展，為了保障大電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行，各種信息系統(tǒng)，如調(diào)度自動化（SCADA/EMS）、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)（DA）和變電站綜合自動化系統(tǒng)（SA），電力市場技術支持系統(tǒng)等在電力系統(tǒng)領域里得到了廣泛應用。圖1給出了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的整體構架，電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)已經(jīng)融合成為高度集成的混雜系統(tǒng)，電力系統(tǒng)的監(jiān)測和控制越來越依賴于信息系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的可靠運行。信息系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng)是核心，計算機系統(tǒng)的維護不當是8.14美加大停電的基本原因之一。一個關鍵通信系統(tǒng)發(fā)生故障會使整個系統(tǒng)陷于癱瘓，進而失去可控性和可觀測性。因此，必須把電力系統(tǒng)安全性的概念加以拓展。 最近一些研究人員提出了電力系統(tǒng)脆弱性（Vulnerability）的概念，作為電力系統(tǒng)動態(tài)安全評估的一種新的框架。脆弱性一詞經(jīng)常出現(xiàn)在環(huán)境、生態(tài)、計算機網(wǎng)絡等領域的有關文獻中,用來描述相關系統(tǒng)及其組成要素易于受到影響和破壞,并缺乏抗拒干擾、恢復初始狀態(tài)（自身結構和功能）的能力。它們在不同的學科中有不同的含義。對于電力系統(tǒng)脆弱性，可定義為：電力系統(tǒng)因人為干預、信息、計算機（軟、硬件）、通信、電力系統(tǒng)元件和保護控制系統(tǒng)等因素，而潛伏著大面積停電的災難性事故的危險狀態(tài)。系統(tǒng)脆弱性與系統(tǒng)安全性的水平和在系統(tǒng)參數(shù)變化時系統(tǒng)安全性水平的變化趨勢這兩類信息密切相關。在這個概念中,人們對它們設定一個可被接受的基準值,當系統(tǒng)安全現(xiàn)狀被評估后，系統(tǒng)安全性水平和它的變化趨勢也就被確定下來。系統(tǒng)是否脆弱取決于它們是否高于或低于設定的基準值。
2.2電力系統(tǒng)安全性問題的影響因素
影響電力系統(tǒng)安全性的因素很多，對于組成現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基礎設施而言,可分為內(nèi)部因素和外部因素。
?。?）內(nèi)部因素：
1）電力系統(tǒng)主要元件故障：發(fā)電機、變壓器、輸電線故障；
2）控制和保護系統(tǒng)故障：保護繼電器的隱性故障、斷路器誤動作、控制故障或誤操作等；
3)計算機軟、硬件系統(tǒng)故障；
4）信息、通信系統(tǒng)故障：與EMS系統(tǒng)失去通信、不能進行自動控制和保護、信息系統(tǒng)的故障（造成信息的缺損或者得到的信息不可靠）或擁塞、外部侵入信息/通信系統(tǒng)（如黑客的入侵）；
5）電力市場競爭環(huán)境的因素：電力市場中各參與者間的競爭與不協(xié)調(diào)、在更換舊的控制和保護系統(tǒng)或發(fā)電裝置上缺少主動性；
6）電力系統(tǒng)不穩(wěn)定：靜態(tài)/暫態(tài)/電壓/振蕩/頻率不穩(wěn)定等。
?。?）外部因素：
1）自然災害和氣候因素：地震、冰雹、雷雨、風暴、洪水、熱浪、森林火災等；
2）人為因素：操作人員誤操作，控制和保護系統(tǒng)設置錯誤、蓄意破壞（包括戰(zhàn)爭或恐怖活動）等。
3電力系統(tǒng)安全性的防治措施
3.1加強電網(wǎng)建設，降低事故概率
電力工業(yè)是需要長期和超前投資的工業(yè)，大的發(fā)電廠的建設要5~10年，壽命約為30年。所以，要求廠（發(fā)電廠）網(wǎng)（電網(wǎng)）協(xié)調(diào)、統(tǒng)一規(guī)劃、超前建設、合理結構，以保證電力系統(tǒng)的安全運行。特別要加強電網(wǎng)建設（加強遠距離輸電網(wǎng)、受端電網(wǎng)和二次系統(tǒng)）以提高電網(wǎng)安全可靠性，降低事故概率，減少停電損失。
在2003年8月14日發(fā)生的美加大停電事故中美國官方提出電力供應網(wǎng)的“古老和陳舊”，也就是設備的老化問題，是電力系統(tǒng)發(fā)生故障的嚴重隱患。據(jù)統(tǒng)計，在發(fā)達國家中，發(fā)電設備的壽命在30年以上的自1990年的12增加到2000年的31，預計到2010年將達到50。同樣地，在輸電和配電領域，很大一部分的基礎設施的壽命已接近70年。另一方面，很多幾十年前設計的設備已不適應先進的數(shù)字化技術。所以，電力設備老化問題是發(fā)達國家普遍存在的問題。更換老化了的設備需要新的大規(guī)模投資。但是，電力工業(yè)市場化后，市場參與者關心的是今天和明天的利益，而不是20年以至30年的利益。在過去的十年中，由于競爭的壓力、市場的不完備和管制的不確定性，在一些進行電力工業(yè)改革的國家中的投資已保持在一個較低的水平，以美國和瑞典為例，發(fā)電的高峰備用已由1990年的20降到2000年的10。所以，對于電力系統(tǒng)的建設要有全面規(guī)劃，要建立一定的監(jiān)管制度和投資激勵機制，使電力工業(yè)的發(fā)展能滿足電力系統(tǒng)運行安全性的要求。
3.2加強電力系統(tǒng)監(jiān)控和管理
電力系統(tǒng)的互聯(lián)使得在廣闊的地域內(nèi)進行資源的優(yōu)化配置，互通有無，相互支援成為可能。但是，在緊密相連的互聯(lián)電力系統(tǒng)中，一個局部故障能迅速向全系統(tǒng)傳播，會導致大面積停電。所以，在事故處理上，要求反應迅速，高效統(tǒng)一。以美國為例，從1996年美國西部兩次大停電和2003年8月14日大停電事故的情況來看，美國的電力系統(tǒng)監(jiān)控和管理方面有很多值得改進的地方。在美國有3000多家電力公司在廣袤的北美大地上各自經(jīng)營著總容量約900GW的電力工業(yè)，雖然3000多家電力公司的電網(wǎng)是互聯(lián)的，形成北美龐大的電力系統(tǒng)，但它們的調(diào)度和管理則是各自為政的，也沒有一個監(jiān)控全國或一個大區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)的組織和機構來統(tǒng)一負責和協(xié)調(diào)全系統(tǒng)的安全運行和事故后的故障處理。在一個互聯(lián)電力系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)故障后，互聯(lián)的電力系統(tǒng)的其他部分在故障波及以前往往還不知道事故的發(fā)生。所以，在一個互聯(lián)的電力系統(tǒng)中，統(tǒng)一電網(wǎng)管理，統(tǒng)一電網(wǎng)調(diào)度，建立完善的安全運行制度是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要條件。要通過定期的培訓來不斷提高調(diào)度和運行人員的素質(zhì)，特別是應對突發(fā)事件的能力。美國Grid2030研究計劃的研發(fā)項目中，建議2010年建成國家電網(wǎng)控制中心，強調(diào)輸配電電網(wǎng)和通信信息網(wǎng)的結合。
為了改善電網(wǎng)的運行環(huán)境，減少外力和自然界對電力系統(tǒng)設備的破壞，要做好日常的維護工作，例如，及時修剪輸電走廊的樹枝，以免發(fā)生美國幾次大停電事故中因?qū)Ь€與樹枝間發(fā)生閃絡而誘發(fā)的大面積停電事故。
3.3加強與電力系統(tǒng)安全緊密相關的基礎研究
由不同容量發(fā)電機、不同電壓等級和長度的輸配電線路以及不同容量和特性負荷組成的電力系統(tǒng)是一個典型的復雜大系統(tǒng)，呈現(xiàn)高維、非線性、時變、信息的不完全性、廣域（大范圍跨越時空）互聯(lián)性和微分代數(shù)的復雜特性。這個大系統(tǒng)的時空運行歷來就是一個非常困難的學術和工程問題。目前急需建立新的理論和方法體系（建模、分析、模擬、仿真、預測、和控制方法），有效地解決復雜電力系統(tǒng)所面臨的關鍵問題，比如跨區(qū)域電力系統(tǒng)長期動態(tài)行為分析與仿真，系統(tǒng)連鎖故障防御與控制等等課題，以保證電力系統(tǒng)的安全、可靠的管理和運行。
要及早研究和開發(fā)廣域的、智能的、自適應的電力系統(tǒng)的保護和控制系統(tǒng)，它集成了電力系統(tǒng)、廣域保護和控制以及通信基礎設施（包括GPS技術），能提供實時的關鍵和廣泛信息，預見可能出現(xiàn)的問題，迅速地評價系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，及時完成基于系統(tǒng)分析的自愈合和自適應重構動作等的防御措施，將形成全國復雜聯(lián)合電力系統(tǒng)的強大反事故能力。
