劉念，謝馳，滕福生
(四川大學(xué)，四川成都610065)
摘要：介紹了國內(nèi)外電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題的研究現(xiàn)狀，供電力工程參考。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；安全穩(wěn)定；新進(jìn)展
Abstract:This paper introduces the study status of safety and stability problems for power systems at home and abroad, and it is very useful for electrical engineering reference.
Key words：power system； safety and stability；new development
當(dāng)今，電力已作為現(xiàn)代社會的主要能源，與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活有著極為密切的關(guān)系，供電不穩(wěn)定，特別是大面積停電事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響是十分嚴(yán)重的，例如2003年的紐約、倫敦和東京大停電事故。因此，對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行提出了更高的要求，既保證安全、可靠和經(jīng)濟(jì)地發(fā)供電能，又要求保證合格的供電質(zhì)量。但是，現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個由電能產(chǎn)生、輸送、分配和用電環(huán)節(jié)組成的大系統(tǒng)。同時，由于電能的發(fā)、送、變、配、用電各個環(huán)節(jié)是同時進(jìn)行，這樣現(xiàn)代電力系統(tǒng)又是一個復(fù)雜的實時動態(tài)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)除了包括發(fā)電、送電、變電、配電和用電設(shè)備外，還包括監(jiān)測系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)動和自動調(diào)控設(shè)備等組成的二次系統(tǒng)［1-5］。
在這個大系統(tǒng)中，其設(shè)備眾多，分布區(qū)域很廣，要保證每一臺裝置設(shè)備或每一條輸電線路在任何時候都不發(fā)生任何故障是絕對不可能的。隨著社會生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)由于機(jī)組容量不斷提高，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電壓等級不斷提高，超高壓遠(yuǎn)距離輸電以及互聯(lián)電網(wǎng)形成，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，造成現(xiàn)代電力系統(tǒng)的控制管理極為困難，一個嚴(yán)重干擾都能波及全系統(tǒng)導(dǎo)致瓦解的嚴(yán)重后果。因此，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是一個極端重要的問題，只有在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，才有可能進(jìn)一步考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等問題。 當(dāng)前的中國已步入大電網(wǎng)、高電壓和大機(jī)組的時代。隨著中國電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和擴(kuò)大，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題已成為最重要的問題，越來越突出。解決好電力系統(tǒng)實時安全分析方法和安全穩(wěn)定控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，已成為電力生產(chǎn)、運(yùn)行、科研和制造部門的重要任務(wù)，不管在任何情況下，電力調(diào)度運(yùn)行部門都要把電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行放在首位［6－9］。
1 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題
電力系統(tǒng)中各同步發(fā)電機(jī)間保持同步是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件，如果不能使各發(fā)電機(jī)相互保持同步或在暫時失去同步后不能恢復(fù)同步運(yùn)行，這就使電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定。電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題最早應(yīng)追溯到上世紀(jì)初。當(dāng)同步電機(jī)由單機(jī)運(yùn)行發(fā)展到與其它同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行后，就出現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題，特別是在發(fā)生故障情況下，有可能使發(fā)電機(jī)失去同步。電力系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，往往會導(dǎo)致系統(tǒng)的解列和崩潰，造成大面積停電，所以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要條件。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究中，除了維持發(fā)電機(jī)間的同步運(yùn)行的穩(wěn)定性外，還開展了電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定性問題的研究。
近幾十年來，國內(nèi)外電力系統(tǒng)由于穩(wěn)定破壞，曾發(fā)生大面積停電事故，對國民經(jīng)濟(jì)造成極大損害，使社會和人民生活受到很大影響。
美國1965年東北包括紐約大停電事故。造成了21 000 MW用電負(fù)荷停電，停電最長時間13 h，停電區(qū)域20萬km2，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1億美元，影響居民3 000萬人。事故原因為加拿大拜克水電站向多倫多送電的5條230 kV線路中的一條突然跳閘，造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞。
美國1977年7月13日紐約大停電事故。這次事故起因為大風(fēng)暴造成輸電線路斷開，短時的供需不平衡，使電網(wǎng)電壓劇升，發(fā)電機(jī)超速解列。這次大停電引起貧民區(qū)的搶劫和縱火，華爾街上造成嚴(yán)重的社會問題。
法國1978年12月19日大停電事故。當(dāng)時由東部向西部送電的一條400 kV線路因過負(fù)荷跳閘，導(dǎo)致其他線路發(fā)生一系列的過負(fù)荷跳閘，并造成系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，最終造成法國全國大部分地區(qū)停電。
日本1987年7月23日東京電力系統(tǒng)大停電事故。這是一次典型的電壓崩潰事故。事故中負(fù)荷停電8 168 MW，影響280萬用戶，停電時間長達(dá)3 h 21 min，使兩個500 kV變電站及一個275 kV變電所全停，影響日本鐵路線13條線路停運(yùn)，都市自來水中斷，銀行計算機(jī)系統(tǒng)中斷，造成社會生活混亂［10-16］。
1980年7月27日中國安徽電網(wǎng)大面積停電事故。事故起因是由于一臺220 kV電壓互感器爆炸起火，引起二條220 kV線路先后跳閘，大量負(fù)荷轉(zhuǎn)移到一條與之環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的110 kV線路上，造成穩(wěn)定破壞，系統(tǒng)劇烈振蕩，最后導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。事故發(fā)生后，甩負(fù)荷及停電320 MW，少送24萬kW·h電能，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會生活造成嚴(yán)重?fù)p失。
1972年7月20日浙江電網(wǎng)瓦解事故，是華東電網(wǎng)的一次嚴(yán)重穩(wěn)定破壞的大面積停電事故。杭常湖220 kV三角大環(huán)網(wǎng)是連接上海、杭州、常州為中樞點(diǎn)的三角大環(huán)網(wǎng)。這個總長564 km的單回線大環(huán)網(wǎng)給系統(tǒng)運(yùn)行帶來復(fù)雜性。這次常湖線故障，造成浙江電網(wǎng)頻率崩潰而全面瓦解，兩個220 kV變電站，23個110 kV變電站，近100個35 kV變電所停電，全省甩負(fù)荷350 MW，事故直接損失約200萬元。
1972年中國湖北省電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故，使全省失去約686 MW，導(dǎo)致湖北地區(qū)大面積停電，使武鋼等大廠礦企業(yè)受到重大經(jīng)濟(jì)損失。
發(fā)展電力系統(tǒng)是電力工業(yè)的客觀規(guī)律，是世界各國電力工業(yè)所走的共同道路。前蘇聯(lián)已基本上形成了全國統(tǒng)一的電力系統(tǒng)并且與東歐國家互聯(lián)，形成了更大規(guī)模的聯(lián)合電力系統(tǒng)；西歐各國的電力系統(tǒng)也已互聯(lián)，形成西歐十一國的互聯(lián)系統(tǒng)。中國已進(jìn)入高電壓、大電網(wǎng)、大機(jī)組時代，大區(qū)電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量已達(dá)20 000 MW以上，中國電力系統(tǒng)已由以省內(nèi)為主，發(fā)展到跨省的大區(qū)電力系統(tǒng)并且大區(qū)電網(wǎng)之間也已開始互聯(lián)。
但是，大電力系統(tǒng)對安全性的要求更高，對運(yùn)行技術(shù)和管理水平要求也更嚴(yán)格。當(dāng)大電力系統(tǒng)發(fā)生事故，特別是發(fā)生穩(wěn)定破壞和不可控的嚴(yán)重連鎖反應(yīng)時，停電波及的范圍大，停電時間長，后果嚴(yán)重，特別當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，管理不善而缺乏必要的技術(shù)防范措施時，則某一電氣設(shè)備故障可能發(fā)展成為全面的大面積停電事故，例如上述國內(nèi)外大停電事故。因此，必須把保證大電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行問題放在極為重要的位置，這是從國內(nèi)外大電力系統(tǒng)發(fā)生的多次大停電事故中得出的客觀規(guī)律。對于中國電力系統(tǒng)，長期以來輸變電工程建設(shè)落后于發(fā)電工程，而發(fā)電工程又遠(yuǎn)落后于負(fù)荷增長的需要，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱，面對中國電力系統(tǒng)的容量不斷增長，如何保證日益發(fā)展的大容量電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是一項緊
急而又重大的任務(wù)［20］。
2 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定研究［20-42］
對電力系統(tǒng)而言，安全和穩(wěn)定都是系統(tǒng)正常運(yùn)行所不可缺少的最基本條件。安全和穩(wěn)定是兩個不同的基本概念�！鞍踩笔侵高\(yùn)行中的所有電力設(shè)備必須在不超過它們允許的電壓、電流和頻率的幅值和時間限額內(nèi)運(yùn)行，不安全后果導(dǎo)致電力設(shè)備損壞�！胺�(wěn)定”是指電力系統(tǒng)可以連續(xù)向負(fù)荷正常供電的狀態(tài)，有三種必須同時滿足穩(wěn)定性要求：
① 同步運(yùn)行穩(wěn)定性；
② 電壓穩(wěn)定性；
③ 頻率穩(wěn)定性。
電力系統(tǒng)失去同步運(yùn)行穩(wěn)定的后果是系統(tǒng)發(fā)生電壓、電流、功率振蕩，引起電網(wǎng)不能繼續(xù)向負(fù)荷正常供電，最終可導(dǎo)致系統(tǒng)大面積停電；失去電壓穩(wěn)定性的后果，則是系統(tǒng)的電壓崩潰，使受影響的地區(qū)停電；失去頻率穩(wěn)定性的后果是發(fā)生系統(tǒng)頻率崩潰，引起全系統(tǒng)停電。
早在20世紀(jì)50年代后期，一些西方工業(yè)化國家就開始把計算機(jī)應(yīng)用在實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度為主要的目的上。60年代后期以來，美、法、日等國的一些大型電網(wǎng)相繼發(fā)生了大面積的停電事故，巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會影響使各方面深受震動，各國才開始重視電力系統(tǒng)實時安全穩(wěn)定分析的研究。
2.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析研究［20-28］
電力系統(tǒng)的同步穩(wěn)定問題一直是人們研究的重要課題。長期以來，無論是經(jīng)典的還是現(xiàn)代的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，不論在穩(wěn)定性機(jī)理、數(shù)學(xué)物理模擬、計算方法，還是在控制技術(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響方面，主要集中在系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的研究上，并且由于控制理論、計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，使得人們對于功角穩(wěn)定性的研究認(rèn)識達(dá)到了很高的階段，所取得的理論和實用性成果，對系統(tǒng)安全運(yùn)行發(fā)揮了巨大的作用。
電力系統(tǒng)的同步運(yùn)行穩(wěn)定分析一直是電力系統(tǒng)中最為關(guān)注的一種穩(wěn)定性。在中國的現(xiàn)行規(guī)程上，把電力系統(tǒng)的同步運(yùn)行穩(wěn)定性分為三類：靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。但迄今為止，國際上對電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定性并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義。1982年IEEE提出新的建議，并定義如下：
1) 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性：如果在任一小擾動后達(dá)到擾動前運(yùn)行情況一樣或相接近的靜態(tài)運(yùn)行情況的話，電力系統(tǒng)對該特定靜態(tài)運(yùn)行情況為靜態(tài)穩(wěn)定，又稱為電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。
2) 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性：如果在該擾動后（如三相短路等大擾動）達(dá)到允許的穩(wěn)定允許情況，電力系統(tǒng)對該特定運(yùn)行情況或?qū)υ撎囟〝_動為暫態(tài)穩(wěn)定。
電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平一般低于系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定水平，如果滿足了大擾動后的系統(tǒng)穩(wěn)定性，往往可同時滿足正常情況下的靜態(tài)穩(wěn)定要求，但是，保持一定的靜態(tài)穩(wěn)定水平，仍是取得系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)和前提，有了一定的靜態(tài)穩(wěn)定裕度，就有可能在嚴(yán)重的故障下通過一些較為簡單的技術(shù)措施去爭取到系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。長期以來，主要對電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定運(yùn)行的三個方面展開研究：
① 研究分析長距離重負(fù)荷線路的靜態(tài)穩(wěn)定裕度的計算，將電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行線性化處理，用頻域法，計算電力系統(tǒng)參數(shù)矩陣的特征值和特征向量。出現(xiàn)靜態(tài)穩(wěn)定問題的情況，多屬單機(jī)對主系統(tǒng)模式。
② 最引起研究人員感興趣的是動態(tài)穩(wěn)定計算分析，但在實際系統(tǒng)中，由于這種模式的
穩(wěn)定破壞并非常見，對其求解方法一般采用數(shù)值積分法，如歐拉法、龍格庫塔法、隱式積分
法的時域分析方法，計算結(jié)果給出功角對時間的曲線關(guān)系，以判別電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。
③ 用來考慮大擾動對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響是暫態(tài)穩(wěn)定問題。最大量的研究分析是暫態(tài)穩(wěn)定性，由于系統(tǒng)的運(yùn)行操作和故障是大量地經(jīng)常發(fā)生，因此對暫態(tài)穩(wěn)定性的正確評估，對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有頭等重要意義。描述電力系統(tǒng)受到大干擾后的機(jī)電暫態(tài)過程是一組非線性狀態(tài)方程式，大擾動引起的電力系統(tǒng)動態(tài)過程中，系統(tǒng)的許多參量都在大幅度范圍內(nèi)變化，現(xiàn)在的普遍做法是采用時域法，用數(shù)值積分法求解非線性方程，求得個機(jī)組間的相位差角對時間的變化曲線，或求出某一母線節(jié)點(diǎn)電壓對時間的變化曲線。雖然用概率和統(tǒng)計分析方法來估算系統(tǒng)的安全性已經(jīng)作了相當(dāng)長時間的研究工作，但為了更加適應(yīng)實時控制快速判斷暫態(tài)穩(wěn)定的需要，一些新方法引入到這個領(lǐng)域，如李雅普諾夫函數(shù)法、模式識別法、專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。應(yīng)用李雅普諾夫函數(shù)法，首先必須找到一個所謂的李雅普諾夫函數(shù)。對一個特定的動態(tài)系統(tǒng)，如果找到這樣的函數(shù)，就不必去求解系統(tǒng)的微分方程組，就可以直接判定這個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。事實上，在很多電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性研究中，就是把系統(tǒng)所存貯的總能量函數(shù)作為李雅普諾夫函數(shù)的。19世紀(jì)提出的李雅普諾夫直接法是非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性理論的重大進(jìn)展，20世紀(jì)30年代前期蘇聯(lián)學(xué)者不僅用park方程研究高電壓遠(yuǎn)距離輸電，也提出用能量準(zhǔn)則分析電力系統(tǒng)能量積分的論文，直到60年代下半葉才出現(xiàn)李雅普諾夫穩(wěn)定意義上的電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的論文，70年代末期在美、日等國提出的暫態(tài)能量函數(shù)方法是對李雅普諾夫函數(shù)法的改進(jìn)。近十多年來，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界在其函數(shù)構(gòu)造、穩(wěn)定域估計、動態(tài)安全分析與控制方面研究發(fā)展迅速，國際國內(nèi)上發(fā)表了大量論文和專著［20］。此方法克服傳統(tǒng)數(shù)值積分方法在線應(yīng)用計算負(fù)擔(dān)較重的弱點(diǎn)，因其能夠定量度量穩(wěn)定度，適合于靈敏度分析以及對極限參數(shù)的快速計算，因此近十多年來其方法一直是電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域中十分活躍的一個分支。近年來，隨著人工智能方法在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)用于對暫態(tài)穩(wěn)定的研究。文獻(xiàn)［21］提出了一種利用人工神經(jīng)元進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的方法，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)取故障后系統(tǒng)暫態(tài)量為特征量，采用BP算法進(jìn)行訓(xùn)練，將樣本空間進(jìn)行模式分類，并對不同類樣本作不同處理，最后以實際系統(tǒng)為例，將選用暫態(tài)特征與選穩(wěn)定特征進(jìn)行比較，驗證了選用暫態(tài)特征的準(zhǔn)確性和有效性。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析要求針對當(dāng)前運(yùn)行工況及時準(zhǔn)確地作出判斷，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)理論的應(yīng)用為這一問題的解決引入了一個全新的思想模式，不需求解非線性方程，只需建立所研究問題與人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)輸入與輸出的影射關(guān)系，離線訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，在線并行計算，以滿足電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的要求。目前將ANN應(yīng)用于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的工作越來越多。
近年來，在國外的一些電力系統(tǒng)中出現(xiàn)過因電壓或頻率不穩(wěn)定或者電壓或頻率崩潰而導(dǎo)致大面積停電，特別是電壓問題在世界范圍內(nèi)引起廣泛重視和關(guān)注，許多專家和學(xué)者投入電壓穩(wěn)定性研究中，使這項研究到目前為止取得了一系列成果，這些分析方法可以大致歸納為下面幾個方面：
① 應(yīng)用潮流方程的可行解域研究電壓穩(wěn)定
加拿大McGill大學(xué)的Galiana等人從分析電力系統(tǒng)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型的解析性質(zhì)入手研究潮流問題的可靠解域及其性質(zhì)，得出了具有理論價值的結(jié)論［23］。通過研究潮流問題的可行解域，可確定給定注入矢量（包括潮流方程的PQ節(jié)點(diǎn)的有功無功注入，PV節(jié)點(diǎn)的有功注入的電壓幅值）對應(yīng)的潮流計算不收斂的原因，可以計算出靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度和臨界電壓。
② 應(yīng)用潮流方程多值解的性質(zhì)研究電壓穩(wěn)定性
由于潮流方程的非線性，在給定的節(jié)點(diǎn)注入量下，其解不唯一，存在多值性。文獻(xiàn)［24］提出在潮流多值解中，低幅值電壓解是不穩(wěn)定運(yùn)行解的思想，如果某種干擾使系統(tǒng)運(yùn)行由高電壓解轉(zhuǎn)移到低電壓解，即所謂的模式轉(zhuǎn)移，那么系統(tǒng)中的無功/電壓控制作用失效，加劇電壓下降過程，表現(xiàn)為對系統(tǒng)電壓失去控制，導(dǎo)致電壓崩潰。因此，低幅值電壓解對電壓不穩(wěn)定負(fù)有直接的責(zé)任，通過研究潮流方程的多值解來分析系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。
③ 采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究電壓穩(wěn)定性
雖然潮流的可行解域和多個值解法從理論上可以研究系統(tǒng)的工作點(diǎn)的穩(wěn)定裕度，但計算復(fù)雜，實際應(yīng)用困難。針對這些問題，文獻(xiàn)［25］［26］采用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來研究電壓穩(wěn)定問題，為系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整提供幫助，并且方便地與潮流程序相結(jié)合，計算量大為減少。目前在中國開展對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的研究不僅具有較高的理論價值，而且是當(dāng)前以及今后電力生產(chǎn)發(fā)展的迫切需要，因此迫切需要研究出新的分析方法和應(yīng)用軟件來解決這一實際問題。
2.2 電力系統(tǒng)安全分析研究［29-42］
電力系統(tǒng)安全分析包括靜態(tài)安全分析和動態(tài)安全分析，它們是電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行工作的一個主要內(nèi)容。安全分析是指在當(dāng)時的運(yùn)行情況下，系統(tǒng)有對應(yīng)的潮流分布，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，進(jìn)入穩(wěn)定后或暫態(tài)過程中，對電力系統(tǒng)進(jìn)行計算分析，分析系統(tǒng)是否運(yùn)行在安全約束條件以內(nèi)，有多大安全儲備能力，并在實時潮流基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)想事故評定。
電力系統(tǒng)調(diào)控中心進(jìn)行在線安全分析的目的是對電力系統(tǒng)在當(dāng)前運(yùn)行情況下的安全狀況作出評價，從而預(yù)先采取合理的控制措施。當(dāng)處于安全狀態(tài)的電力系統(tǒng)受到某種擾動，可能進(jìn)入告警狀態(tài)，通過靜態(tài)安全控制（即預(yù)防性控制），如調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓或出力，投入電容器等，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)為安全狀態(tài)；電力系統(tǒng)在緊急狀態(tài)下為了維持穩(wěn)定運(yùn)行和持續(xù)供電，必須采取緊急控制，通過動態(tài)安全控制，系統(tǒng)可以恢復(fù)到安全狀態(tài)，也可能進(jìn)入恢復(fù)狀態(tài)；通過恢復(fù)控制，使系統(tǒng)進(jìn)入安全狀態(tài)。這些安全控制是維持一個電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保證手段，一般由電力系統(tǒng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)（EMS）進(jìn)行實施，如靜態(tài)安全分析、動態(tài)安全分析。電力系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)安全分析包括3個子問題：預(yù)想事故選擇；預(yù)想事故評估；安全性指標(biāo)計算。近十年來，電力系統(tǒng)安全分析研究取得如下幾方面成果：
① 在靜態(tài)安全分析研究中，過去很長時間廣泛采用的是逐點(diǎn)分析法，它需要對偶然事故表中所有運(yùn)行條件逐一解潮流方程，取得潮流的再分布狀況，對所求的母線電壓和各支路的功率進(jìn)行越限檢查，并檢查是否滿足安全性，因此計算量大。對此，各國進(jìn)行大量研究，在程序技巧上提出稀疏矩陣的壓縮存貯和節(jié)點(diǎn)編號優(yōu)化等方法，在求解潮流的算法上相續(xù)提出直流潮流法，牛頓-拉夫遜法，PQ分解法和快速解耦法等。近年來一種新的靜態(tài)安全分析法——安全域分析法引起了人們的重視。靜態(tài)安全域思想是由E.Hnyilicza等人在1975年首次提出的，它的優(yōu)點(diǎn)是減少了大量潮流計算。F.F.Wu等人進(jìn)一步發(fā)展了這一理論，用解析方法提出安全域的子域，用以近似表示安全域，在文獻(xiàn)［28］的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)［29］采用擴(kuò)展算法求出趨于最大的直觀安全域。針對上述靜態(tài)安全域研究均沒有考慮N-1安全性約束，文獻(xiàn)［30］基于快速解耦潮流模型，建立了正常狀態(tài)（N狀態(tài)）和N-1狀態(tài)的靜態(tài)有功和無功安全域模型，為了獲取較大的直觀安全域，對N安全域以基本運(yùn)行點(diǎn)作為初始點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，采用對偶單純形法的增廣解法求最安全點(diǎn)，并采用壓縮約束的措施，提高了計算速度。
從完整的在線安全分析來看，應(yīng)對擾動發(fā)生后，電力系統(tǒng)的靜態(tài)行為和動態(tài)行為兩個方面進(jìn)行，但是過去側(cè)重于靜態(tài)安全分析，認(rèn)為動態(tài)安全分析的計算量大，算法太復(fù)雜。隨著這幾年許多國家相繼發(fā)生了電力系統(tǒng)電壓崩潰事故，同時在許多國家里大容量電廠、超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路的不斷建成并投入運(yùn)行，形成了多區(qū)域多層次的聯(lián)合電力系統(tǒng)，因此世界各國對電力系統(tǒng)的動態(tài)安全分析研究十分重視，提出了一些新的理論分析方法［31］。為了提高動態(tài)安全分析的實時性，文獻(xiàn)［32］提出了采用分解和協(xié)調(diào)理論的局部暫態(tài)安全分析和監(jiān)測方法，將電力系統(tǒng)分為內(nèi)部系統(tǒng)，根據(jù)調(diào)度自動化系統(tǒng)中的全系統(tǒng)實時結(jié)構(gòu)導(dǎo)納矩陣，可以直接推導(dǎo)出外部系統(tǒng)的等值導(dǎo)納矩陣，這種方法可以減少數(shù)據(jù)采集和軟件處理工作，提高暫態(tài)安全分析和檢測的實時性和實用性。
② 人工智能方法在電力系統(tǒng)安全分析中的應(yīng)用研究已成為這一研究領(lǐng)域的一個活躍分支。人工智能是指用機(jī)器來模擬人類的只能行為，包括機(jī)器感知（如模式識別、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等）、機(jī)器思維（如問題求解、機(jī)器學(xué)習(xí)等）和機(jī)器行為（如專家系統(tǒng)等）。人工智能（Artificial Intelligence）是當(dāng)前發(fā)展迅速、應(yīng)用最廣泛的學(xué)科，其中專家系統(tǒng)（Expert System）和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)（ANN）是人工智能的兩個很活躍的分支。
電力系統(tǒng)安全分析的各個方面幾乎都已經(jīng)引入了專家系統(tǒng)的思想，并且已有了實際運(yùn)行的安全分析專家系統(tǒng)［33］。文獻(xiàn)［34］詳細(xì)討論了電力系統(tǒng)預(yù)想事故排序問題的特征，認(rèn)為預(yù)想事故排序問題只有采用專家系統(tǒng)和數(shù)值計算相結(jié)合來解決。文獻(xiàn)［36］介紹了一個為CQ
R的基于知識和常規(guī)算法的混合型安全分析專家系統(tǒng)。文獻(xiàn)［37］設(shè)計了暫態(tài)安全分析的一個
專家系統(tǒng)總體框架，這是一個數(shù)值計算和知識處理的混合系統(tǒng)。文獻(xiàn)［38］針對美國Northern State Power Company開發(fā)的一個動態(tài)安全趨勢分析專家系統(tǒng)作了詳細(xì)的介紹，而
文獻(xiàn)［39］則報導(dǎo)了臺灣電力系統(tǒng)開發(fā)的靜態(tài)安全分析專家系統(tǒng)。
建造專家系統(tǒng)最困難的是知識獲取，解決知識獲取問題的有效方法是實現(xiàn)知識自學(xué)習(xí)。
目前認(rèn)為用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)是一種有前途的方法。ANN的一個主要特征是能夠?qū)W習(xí)，可以從輸
入樣本中，通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)產(chǎn)生所期望的知識規(guī)劃，ANN是并行、分布、聯(lián)想式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
，很適合解決復(fù)雜的模式識別。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的BP模型可以模擬任意復(fù)雜的非線形關(guān)系
，能很好地解決分類器問題，并通過自學(xué)習(xí)功能實現(xiàn)。因此，使用ANN進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)安全
分析受到各國的極大重視，已有一批成果在有關(guān)文獻(xiàn)中報到。文獻(xiàn)［40］首先將ANN引入電力
系統(tǒng)動態(tài)安全分析中，提出了用BP模型估計臨界切除時間，研究表明：訓(xùn)練的ANN對不同的
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有較高的估計精度，而文獻(xiàn)［41］則研究了BP模型進(jìn)行動態(tài)安全分析過程，在訓(xùn)練樣本的形成和特征量的選取方面作了不少工作，文獻(xiàn)［42］提出了一種利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來描述和擬合電力系統(tǒng)暫態(tài)安全性能的方法，介紹了一種集學(xué)習(xí)規(guī)劃和遺傳算法結(jié)合起來的快速學(xué)習(xí)算法，ANN通過訓(xùn)練來模擬和求解出電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定程度，確定系統(tǒng)的暫態(tài)安全域。
3 存在問題和解決方法
在20世紀(jì)60年代后，國內(nèi)外電力系統(tǒng)曾發(fā)生過多次嚴(yán)重的大面積和長時間停電事故，從而保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題已受到極大重視，并為此進(jìn)行了大量的理論科學(xué)研究和工程實踐，但到目前還有不少問題尚未很好解決，如超高壓遠(yuǎn)距離輸電與互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定分析方法與控制策略問題；大容量機(jī)組投入電力系統(tǒng)運(yùn)行，如何解決好系統(tǒng)與大機(jī)組的安全協(xié)調(diào)問題；如何最優(yōu)解決有功調(diào)度中系統(tǒng)安全問題與經(jīng)濟(jì)問題的協(xié)調(diào)問題等。
另外，近年來實時相角測量技術(shù)的發(fā)展已為現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析開辟了一個新的
領(lǐng)域，為超高壓大電網(wǎng)的安全運(yùn)行監(jiān)控提供了新的手段。
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