电力系统安全性的防治措施
2015-2-7 20:37:47 点击：
3.1 加强电网建设，降低事故概率
电力工业是需要长期和超前投资的工业，大的发电厂的建设要5~10年，寿命约为30年。所以，要求厂（发电厂）网（电网）协调、统一规划、超前建设、合理结构，以保证电力系统的安全运行。特别要加强电网建设（加强远距离输电网、受端电网和二次系统）以提高电网安全可靠性，降低事故概率，减少停电损失。
在2003年8月14日发生的美加大停电事故中美国官方提出电力供应网的“古老和陈旧”，也就是设备的老化问题，是电力系统发生故障的严重隐患。据统计，在发达国家中，发电设备的寿命在30年以上的自1990年的12%增加到2000年的31%，预计到2010年将达到50%。同样地，在输电和配电领域，很大一部分的基础设施的寿命已接近70年。另一方面，很多几十年前设计的设备已不适应先进的数字化技术。所以，电力设备老化问题是发达国家普遍存在的问题。更换老化了的设备需要新的大规模投资。但是，电力工业市场化后，市场参与者关心的是今天和明天的利益，而不是20年以至30年的利益。在过去的十年中，由于竞争的压力、市场的不完备和管制的不确定性，在一些进行电力工业改革的国家中的投资已保持在一个较低的水平，以美国和瑞典为例，发电的高峰备用已由1990年的20%降到2000年的10%。所以，对于电力系统的建设要有全面规划，要建立一定的监管制度和投资激励机制，使电力工业的发展能满足电力系统运行安全性的要求。
3.2 加强电力系统监控和管理
电力系统的互联使得在广阔的地域内进行资源的优化配置，互通有无，相互支援成为可能。但是，在紧密相连的互联电力系统中，一个局部故障能迅速向全系统传播，会导致大面积停电。所以，在事故处理上，要求反应迅速，高效统一。以美国为例，从1996年美国西部两次大停电和2003年8月14日大停电事故的情况来看，美国的电力系统监控和管理方面有很多值得改进的地方。在美国有3000多家电力公司在广袤的北美大地上各自经营着总容量约900 GW的电力工业，虽然3000多家电力公司的电网是互联的，形成北美庞大的电力系统，但它们的调度和管理则是各自为政的，也没有一个监控全国或一个大区域互联电力系统的组织和机构来统一负责和协调全系统的安全运行和事故后的故障处理。在一个互联电力系统的某一部分出现故障后，互联的电力系统的其他部分在故障波及以前往往还不知道事故的发生。所以，在一个互联的电力系统中，统一电网管理，统一电网调度，建立完善的安全运行制度是保证电力系统安全可靠运行的重要条件。要通过定期的培训来不断提高调度和运行人员的素质，特别是应对突发事件的能力。美国Grid2030研究计划的研发项目中，建议2010年建成国家电网控制中心，强调输配电电网和通信信息网的结合。
为了改善电网的运行环境，减少外力和自然界对电力系统设备的破坏，要做好日常的维护工作，例如，及时修剪输电走廊的树枝，以免发生美国几次大停电事故中因导线与树枝间发生闪络而诱发的大面积停电事故。
3.3 加强与电力系统安全紧密相关的基础研究
由不同容量发电机、不同电压等级和长度的输配电线路以及不同容量和特性负荷组成的电力系统是一个典型的复杂大系统，呈现高维、非线性、时变、信息的不完全性、广域（大范围跨越时空）互联性和微分代数的复杂特性。这个大系统的时空运行历来就是一个非常困难的学术和工程问题[6-16]。目前急需建立新的理论和方法体系（建模、分析、模拟、仿真、预测、和控制方法），有效地解决复杂电力系统所面临的关键问题，比如跨区域电力系统长期动态行为分析与仿真，系统连锁故障防御与控制等等课题，以保证电力系统的安全、可靠的管理和运行。
要及早研究和开发广域的、智能的、自适应的电力系统的保护和控制系统，它集成了电力系统、广域保护和控制以及通信基础设施（包括GPS技术），能提供实时的关键和广泛信息，预见可能出现的问题，迅速地评价系统的薄弱环节，及时完成基于系统分析的自愈合和自适应重构动作等的防御措施，将形成全国复杂联合电力系统的强大反事故能力，以避免发生灾难性的事故，保障电力系统的安全稳定运行。
世界各国非常重视电力系统安全性方面的研究。在美国，由美国国防部陆军研究办公室（Army Research Office）和EPRI联合资助的复杂交互网络/系统创新项目（Complex Interactive Networks/ Systems Initiative，CIN/SI），是政府和工业联合资助为期5年的3000万美元大型研究项目，共有28个大学和2个电力单位参加这个项目，这个项目从1999年春天开始，研究的目的旨在探索新的技术环境下电力系统安全运行的新理论与新方法。
在这方面，欧洲正在进行两个大项目OMASES（Open Market Access and Security Assessment System）和EXaMINE（Power Security in the New Market Environment）。其中OMASES是由欧盟部分支持的工业研究项目，从2001年开始进行，参加人员包括工业界、研究单位、大学和系统运行人员。这项目的内容有：暂态稳定评估，EMS运行人员的培训仿真器，市场仿真器。准备接入现有的EMS系统或在新的EMS中应用。目前正在意大利和希腊进行现场测试和验证。
2003年7月，美国能源部主持召开了“美国电力传输技术展望”专题研讨会。会议提出了美国电网发展的Grid2030研究计划，会议主要提出将建立国家电网作为Grid2030的目标。研发项目中还建议2010年建成国家电网控制中心，达成了实现全国联网的一致观点。
在我国，由国家重大基础研究计划（973计划）所资助的首批10个重大项目中，就有电力系统灾变防治与经济运行重大科学问题的研究项目[9,10]，并组织国内诸多单位进行了研究，取得了许多成果，已于2003年通过验收。目前，有关部门正在进一步组织电力系统安全性的重大研究项目。
与电力系统安全性紧密相关的基础研究，需要长期的，持续的，高额的投入。建立（类似资助基础研究的）国家的或电力企业的研究基金，是一种有效的办法。基础研究将为平时和特殊条件（如战争）下的电力系统安全运行提供理论和实践的成果；要列入国家中、长期科研发展规划；要开展国际间的合作，从已发生的事故中吸取有益的教训。
3.4 研究自然灾害和人为破坏（包括战争和恐怖活动）对电力系统安全运行的影响
在现代化社会中，由于社会活动和人民生活与电力供应密切相关，电力工业与灾害防御系统、通信系统、军事命令和控制系统、公共卫生系统等一样，应列入有严重后果的国家基础设施，这些系统的安全和可靠的运行是国家经济、安全和生活质量的根本。所以，作为国家的主要（或关键）基础设施之一，要研究自然灾害和人为破坏（包括战争）对电力系统安全运行的影响，科学地区分各种预警和紧急状态，建立相应的反应灵敏、高效统一的应对策略和应急措施。
电力工业是需要长期和超前投资的工业，大的发电厂的建设要5~10年，寿命约为30年。所以，要求厂（发电厂）网（电网）协调、统一规划、超前建设、合理结构，以保证电力系统的安全运行。特别要加强电网建设（加强远距离输电网、受端电网和二次系统）以提高电网安全可靠性，降低事故概率，减少停电损失。
在2003年8月14日发生的美加大停电事故中美国官方提出电力供应网的“古老和陈旧”，也就是设备的老化问题，是电力系统发生故障的严重隐患。据统计，在发达国家中，发电设备的寿命在30年以上的自1990年的12%增加到2000年的31%，预计到2010年将达到50%。同样地，在输电和配电领域，很大一部分的基础设施的寿命已接近70年。另一方面，很多几十年前设计的设备已不适应先进的数字化技术。所以，电力设备老化问题是发达国家普遍存在的问题。更换老化了的设备需要新的大规模投资。但是，电力工业市场化后，市场参与者关心的是今天和明天的利益，而不是20年以至30年的利益。在过去的十年中，由于竞争的压力、市场的不完备和管制的不确定性，在一些进行电力工业改革的国家中的投资已保持在一个较低的水平，以美国和瑞典为例，发电的高峰备用已由1990年的20%降到2000年的10%。所以，对于电力系统的建设要有全面规划，要建立一定的监管制度和投资激励机制，使电力工业的发展能满足电力系统运行安全性的要求。
3.2 加强电力系统监控和管理
电力系统的互联使得在广阔的地域内进行资源的优化配置，互通有无，相互支援成为可能。但是，在紧密相连的互联电力系统中，一个局部故障能迅速向全系统传播，会导致大面积停电。所以，在事故处理上，要求反应迅速，高效统一。以美国为例，从1996年美国西部两次大停电和2003年8月14日大停电事故的情况来看，美国的电力系统监控和管理方面有很多值得改进的地方。在美国有3000多家电力公司在广袤的北美大地上各自经营着总容量约900 GW的电力工业，虽然3000多家电力公司的电网是互联的，形成北美庞大的电力系统，但它们的调度和管理则是各自为政的，也没有一个监控全国或一个大区域互联电力系统的组织和机构来统一负责和协调全系统的安全运行和事故后的故障处理。在一个互联电力系统的某一部分出现故障后，互联的电力系统的其他部分在故障波及以前往往还不知道事故的发生。所以，在一个互联的电力系统中，统一电网管理，统一电网调度，建立完善的安全运行制度是保证电力系统安全可靠运行的重要条件。要通过定期的培训来不断提高调度和运行人员的素质，特别是应对突发事件的能力。美国Grid2030研究计划的研发项目中，建议2010年建成国家电网控制中心，强调输配电电网和通信信息网的结合。
为了改善电网的运行环境，减少外力和自然界对电力系统设备的破坏，要做好日常的维护工作，例如，及时修剪输电走廊的树枝，以免发生美国几次大停电事故中因导线与树枝间发生闪络而诱发的大面积停电事故。
3.3 加强与电力系统安全紧密相关的基础研究
由不同容量发电机、不同电压等级和长度的输配电线路以及不同容量和特性负荷组成的电力系统是一个典型的复杂大系统，呈现高维、非线性、时变、信息的不完全性、广域（大范围跨越时空）互联性和微分代数的复杂特性。这个大系统的时空运行历来就是一个非常困难的学术和工程问题[6-16]。目前急需建立新的理论和方法体系（建模、分析、模拟、仿真、预测、和控制方法），有效地解决复杂电力系统所面临的关键问题，比如跨区域电力系统长期动态行为分析与仿真，系统连锁故障防御与控制等等课题，以保证电力系统的安全、可靠的管理和运行。
要及早研究和开发广域的、智能的、自适应的电力系统的保护和控制系统，它集成了电力系统、广域保护和控制以及通信基础设施（包括GPS技术），能提供实时的关键和广泛信息，预见可能出现的问题，迅速地评价系统的薄弱环节，及时完成基于系统分析的自愈合和自适应重构动作等的防御措施，将形成全国复杂联合电力系统的强大反事故能力，以避免发生灾难性的事故，保障电力系统的安全稳定运行。
世界各国非常重视电力系统安全性方面的研究。在美国，由美国国防部陆军研究办公室（Army Research Office）和EPRI联合资助的复杂交互网络/系统创新项目（Complex Interactive Networks/ Systems Initiative，CIN/SI），是政府和工业联合资助为期5年的3000万美元大型研究项目，共有28个大学和2个电力单位参加这个项目，这个项目从1999年春天开始，研究的目的旨在探索新的技术环境下电力系统安全运行的新理论与新方法。
在这方面，欧洲正在进行两个大项目OMASES（Open Market Access and Security Assessment System）和EXaMINE（Power Security in the New Market Environment）。其中OMASES是由欧盟部分支持的工业研究项目，从2001年开始进行，参加人员包括工业界、研究单位、大学和系统运行人员。这项目的内容有：暂态稳定评估，EMS运行人员的培训仿真器，市场仿真器。准备接入现有的EMS系统或在新的EMS中应用。目前正在意大利和希腊进行现场测试和验证。
2003年7月，美国能源部主持召开了“美国电力传输技术展望”专题研讨会。会议提出了美国电网发展的Grid2030研究计划，会议主要提出将建立国家电网作为Grid2030的目标。研发项目中还建议2010年建成国家电网控制中心，达成了实现全国联网的一致观点。
在我国，由国家重大基础研究计划（973计划）所资助的首批10个重大项目中，就有电力系统灾变防治与经济运行重大科学问题的研究项目[9,10]，并组织国内诸多单位进行了研究，取得了许多成果，已于2003年通过验收。目前，有关部门正在进一步组织电力系统安全性的重大研究项目。
与电力系统安全性紧密相关的基础研究，需要长期的，持续的，高额的投入。建立（类似资助基础研究的）国家的或电力企业的研究基金，是一种有效的办法。基础研究将为平时和特殊条件（如战争）下的电力系统安全运行提供理论和实践的成果；要列入国家中、长期科研发展规划；要开展国际间的合作，从已发生的事故中吸取有益的教训。
3.4 研究自然灾害和人为破坏（包括战争和恐怖活动）对电力系统安全运行的影响
在现代化社会中，由于社会活动和人民生活与电力供应密切相关，电力工业与灾害防御系统、通信系统、军事命令和控制系统、公共卫生系统等一样，应列入有严重后果的国家基础设施，这些系统的安全和可靠的运行是国家经济、安全和生活质量的根本。所以，作为国家的主要（或关键）基础设施之一，要研究自然灾害和人为破坏（包括战争）对电力系统安全运行的影响，科学地区分各种预警和紧急状态，建立相应的反应灵敏、高效统一的应对策略和应急措施。
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