电力系统安全控制

随着电力规模的不断扩大以及电力行业的迅速发展，进一步增加了电网结构的复杂程度和单机容量，由于会在一定程度上受到经济和环境的影响，电力系统安全问题变得更加重要，一旦发生安全问题,就会造成长时间、大范围停电，因此，需要不断研究电力系统安全监测控制，促进电力行业的发展。

电力作为当今社会最主要的能源，与人民生活和经济建设息息相关。供电系统如果不稳定，往往导致大面积、长时间的停电事故，造成严重的经济损失及社会影响。因此，学习电力系统安全稳定控制理论并研究适应时代发展要求的新的电力系统安全稳定控制技术对于实现当前电力资源的合理配置、提高我国现有电力系统的输电能力和电网的安全稳定运行具有十分重要的意义。

通过研究发现，充分利用电力系统控制技术，加强对电力系统的安全稳定控制，不仅可以提高其可靠性和安全性，还能为电力发展提供直接的经济效益，这也是最有效和最经济的手段。要想保障电力系统的安全稳定，需要采取的控制措施主要包括两个方面的内容：首先是合理安排电网结构和加强电网建设；再者是采用的安全稳定控制措施要完善并有效。由于电力系统安全稳定控制的重要性，对其安全稳定控制系统进行合理的配置，不仅能够提高我国现有网络的输电能力，还能保证我国电网的完全稳定运行。

电力系统的主要任务就是向用户提供不间断的、电压和频率稳定的电能。它的性能指标主要包括安全性、可靠性和稳定性。电力系统可靠性是指符合要求长期运行的概率，它表示长期连续不断地为用户提供充足电力服务的能力。安全性指电力系统承受可能发生的各种扰动而不对用户中断供电的风险程度。稳定性是指经历扰动后电力系统保持完整运行的持续性。

经过不断研究我们可以发现，合理利用控制电力系统的技术，提高系统安全监测的控制，不但可以增加系统的安全性和可靠性，还能够促进电力系统行业发展，是一种十分有效的经济方式。如果想要保障系统具有合理的安全性,需要使用的控制方式为以下两方面：(1)利用有效和完善的安全监测控制方式；(2)加强电网的建设和合理安排电网结构。电力系统安全监测控制具有一定的重要性，合理安排配置，可以在一定程度上提高输电能力，并且保证系统稳定安全地运行。

从作用时机方面来说,可以把电力系统安全监测控制分为三种,包括恢复控制、预防控制以及紧急控制,分别对应于供电中断以后的恢复、故障以前的平衡状态以及故障之后的暂态过程。依据不同的控制决策、传递、采集信息的方式可以分为以下三种控制方式:(1)就地控制模式。可以把就地性控制合理地安装到每一个控制站,并且相互之间不会出现影响，只是依据就地信息来切换以及判断主站、母线出现的故障。(2)集中式控制方式。此控制方式具有独立数据采集系统以及通信系统，在调度中心设置控制中心,以便于能够实时监测系统的状态，并且依据实际运行状态来合理地更改控制策略、故障情况,发出一定的控制命令,达到安全监测的目的。(3)区域控制模式。区域稳定控制系统主要就是保障电网可以安全稳定运行而安装的控制设置,通过通信接口和通道设施进行连接。

影响电力系统安全的主要原因就是破坏了电力系统内部无功功率和有功功率之间的平衡,而且不可以进行恢复,所以促进电力系统安全运行的主要方式就是基于以上原理进行分析的。现阶段,根据电力系统安全的情况来说,使用最广泛的就是负荷切除、切除发电机、汽轮机快关汽门、系统解列、电气制动以及发电机励磁附加稳定控制等方式。

电力系统安全控制发电机励磁附加稳定控制

通过分析电力系统极限功率的表达式P、一Ev/x可以看出,如果可以有效地降低发电机的电抗能,就能够显著地增加电力系统的输送能力和功率极限。利用发电机相对加速度公式a一Wn△Mu/T」可以发现,如果可以减小加速度a,就能够有效降低受到干扰之后发电机相对动能变化情况,从而可以在一定程度上提高系统的稳定性。如果可以降低发电机电抗以及提高发电机惯性常数,也会适当提高消耗材料的数量,此外,还会增加电力重量和尺寸,所以这种方式不是十分适合。可以通过改变发电机励磁调节系统来改变发电机特性,不但可以增加功率极限,还可以保障有效的扩大系统范围,因此,这种方式一般都是使用在安装自动励磁调节装置的电力系统中。

电力系统安全控制切除发电机

切除发电机又可以被叫做切机,这种保证电力系统稳定性的方式具有很多年的研究历史。切除发电机实际上就是在电力系统出现短路故障和输电线路断开的时候,为了尽可能避免由于加速导致电力系统失去安全性,相关技术人员需要尽快切除部分发电机组。使用这种技术的时候,需要相关操作人员全面分析功率的供需平衡问题。

电力系统安全控制切除负荷

经过分析表明,电力系统负荷一般都是处在经常变化的情况下,为了可以保障电力系统传输功率的质量,需要合理利用控制系统频率,以便于得到合理控制负荷的目的。此外,一旦电力系统运行中失去电源,想要保障系统的稳定性,就需要合理地切除部分负荷。

电力系统安全控制汽轮机快关汽门

如果正在运行的电力系统遭受到一定的大干扰,就会使得发电机轴上形成不平衡的功率,从而促使发电机形成比较剧烈的运动,破坏了电力系统的稳定性。在运行的时候,如果调节原动机非常灵敏,需要保证能够符合电磁功率的实际变化情况,可以在一定程度上降低不平衡的发电机功率,导致电力系统失去应有的稳定性。想要保障在出现故障之后具有比较小的输入功率,就需要完全消除输出功率和输入功率之间出现的不平衡,相关操作人员需要合理地利用再热式汽轮机组,控制发电机功角检测装置、汽轮发电机快速调节气门以及微机控制的高速系统,充分分析功角变化实际情况,然后快速交替开、关气门,尽可能降低震荡时间,达到系统安全稳定的运行。

电力系统安全控制电气制动

在电力系统运行的时候,一部分水流以及水电厂调节阀门拥有一定的惯性,因此,需要把电气制动看作一种可以很好地提高水电厂稳定性、安全性的重要方式。

电力系统安全控制电力系统的失步解列装置

经过长期的发展,电力系统不管是严格依据相关稳定、安全的运行,还是全面控制和分析电力系统的安全,总会在不知道的情况下出现偶然。在许多偶然因素经过叠加以后,会在一定程度上破坏系统的安全性,如果不能进行及时处理故障,就可能出现十分严重的后果,例如,长时间、大范围停电。所以,失步解列装置对于降低电力系统造成的影响具有很大作用,可以避免大面积停电。

电力系统作为一个极其复杂的非线性的动态大系统，由于系统的电气量变化范围相对比较大，而且持续的时间短，分析计算又相对比较繁琐，决定了电力系统安全稳定控制过程实现起来也相对较为复杂，为了更好地保证电力系统的安全稳定控制效果，要求相关安全控制策略的分析计算应在事故发生前做好相关充分的准备工作。解决这一问题的方法一般有两种：一是在线方式。该方法主要是根据当时电网的实时运行状态由在线决策系统的服务器对可能发生的相关故障进行稳定分析计算，从而形成当前电网的稳定控制策略表。需要指出的是，该方法的实现需要当前电网的运行状态和大量相关的数据信息，实现起来比较困难，在实际的分析计算中很少采用该方法。二是离线方式。它是人为通过对电网不同运行状态下可能遇到的故障进行稳定计算分析后形成的电网的稳定控制策略表的一种分析计算方法。相比较在线方式，该方法实现起来比较简单，缺点是计算、维护工作量大，对电网发展变化的适应性较差。电力系统安全稳定控制过程的核心就是要生成电网的稳定控制策略表，而系统稳定控制决策的主要任务就是通过不断计算分析当前这些控制策略表内容以形成新的控制策略，从而不断刷新稳控装置的策略表的控制策略。然后在事故发生时这些稳控装置就可以根据事故前电网运行方式、有关参数及故障类型查找预先存放在装置内的控制策略表，采取相应的措施，保障电力系统的安全稳定运行。

按照信息采集和传递以及决策方式的不同，电力系统安全稳定控制模式可以分为以下几种：一是就地控制模式。在这种控制模式中，控制装置安装在各个厂站，彼此之间不进行信息交换，只能根据各厂站就地信息进行切换和判断，解决本厂站出现的问题。二是集中控制模式。这种控制模式拥有独立的通信和数据采集系统，在调度中心设置有总控，对系统运行状态进行实时检测，根据系统的运行状态制定相应的控制策略表，发出控制命令并实施对整个系统的安全稳定控制。三是区域控制模式。区域控制型稳定控制系统是针对一个区域的电网安全稳定问题而安装在多个厂站的安全稳定控制装置，能够实现站间运行信息的相互交换和控制命令的传送，并在较大范围实现电力系统的安全稳定控制。

总而言之，研究电力系统安全性对于电力系统的发展具有十分重要的作用,随着电力事业的不断延伸和扩张，使得电力系统变得更加复杂和庞大,逐渐开始显现一些安全问题。为了保证电力系统能够安全稳定地运行，合理地提出安全控制的有效措施，不仅提高了系统的稳定性和安全性，也具有一定的经济效益。 2100433B

安全控制系统发展过程主要依赖于逻辑控制单元的发展过程。逻辑控制单元的发展也像人类进定义域化一样，经历了一个从简单到复杂，从低级到高级的过程。从简单的继电器到固态电路逻辑系统，再到以微处理器为核心的安全控制系统。

1863 年继电器的问世使得世界上形成了第一个以继电器为核心部件的安全控制系统，这个安全控制系统一直延续了100 多年，直到1969 年美国数字设备公司( DEC) 研制出了世界上第一台PDP － 14型PLC，开创了将程序化手段用于工业控制的新纪元。1975 年，Honeywell 公司根据PLC 对离散控制存在的问题最先推出第一代集散控制系统( DCS) ，即TDC － 2000 系统。从此，控制系统发展方向分成了2 条线: PLC 控制系统的发展过程；DCS 控制系统的发展过程。

PLC 控制系统的发展

根据PLC 的容量、I/O 点数和扫描的速度，PLC的发展过程主要分为3 个阶段。

第1 阶段: PLC 容量较小，I/O 点数小于120点，扫描速度为20 ～ 50 ms /kB。这个阶段的PLC 控制系统只具有一些简单逻辑运算、定时、计数的功能。

第2 阶段: PLC 容量有所扩展，I /O 点数达到512 ～ 1 024 点，扫描速度为5 ～ 6 ms /kB。此时的PLC 控制系统除了具有第一阶段的PLC 控制系统的功能外，还增加了算术运算指令、比较指令、模拟量的控制和梯形图编程语言。

第3 阶段: 随着集成电路规模的不断扩大，由16 位和32 位微处理器构成的PLC 控制系统得到了更大的发展。此时PLC 容量很大，大型PLC 控制系统I /O 点数达到4 000 ～ 8 000 点，扫描速度为0． 47ms /kB。在第二阶段的基础上增加了算术浮点运算指令、PLC 调节功能指令、图形组态功能指令、网络、通信指令和顺序功能语言。

DCS 控制系统的发展

自从1975 年Honeywell 公司研制出了第一台DCS 控制系统，随着人们对于DCS 要求的不断提高，DCS 控制系统的发展经历了4 代。

第1 代: 1975—1980 年间推出，此时的DCS 控制系统的设计重点是现场控制站。各个公司所研发的系统都采用了最先进的微处理器来构成现场控制站。这个时期的DCS 在功能上和仪表控制系统很接近。

第 2 代: 1980—1985 年前后推出，它引入了局域网作为系统骨干，开始摆脱仪表控制的影响，逐步趋向计算机系统。此时的DCS 控制系统功能更加完善，实现了一些优化控制和生产管理，同时人们能够在控制室里了解到更多的生产现场信息和控制系统的信息。

第3 代: 以1987 年Foxboro 公司推出的I /A Series为标志。各个生产厂家在组态都采用了IEC61131 － 3 所定义的5 种组态语言，克服了第2代产品出现的“自动化孤岛”现象，实现了不同厂家生产产品之间的数据连通。

第4 代: 在20 世纪90 年代初出现，此时的DCS 控制系统以管控一体化为主要特点，它能够很好地解决DCS 系统的集中管理和信息的管理、通信。

所谓安全控制系统，指的是能提供一种高度可靠的安全保护手段的系统，可以最大限度地避免相关设备的不安全状态，防止恶性事故的发生或在事故发生后尽可能地减少损失，保护生产装置及最重要的人身安全。

安全控制系统能在生产装置开车、停车、出现工艺扰动等状况和正常维护操作期间对设备提供安全保护，一旦设备出现危险情况，安全控制系统能够立即做出反应并输出正确信号，使得设备处于安全状态或停机。在化工行业中，安全控制系统一般被称为ESD（紧急停车系统）或SIS（安全仪表系统）。从严格意义上来说，ESD指的是SIS中的逻辑运算器、即控制系统硬件和相应的软件，而SIS还包括了外围的仪表传感器和最终执行元件等。