电力系统长期动态电压故障筛选和控制决策技术规范详细总结
本总结基于团体标准《电力系统长期动态电压故障筛选和控制决策技术规范》（T/CES 219-2023），由中国电工技术学会发布。该标准规定了电力系统在长期动态过程中电压故障的筛选方法、控制决策要求及系统架构，旨在提升电力系统电压稳定性，防止电压崩溃。适用于110kV及以上系统，其他电压等级可参照执行。以下是详细内容总结，结构按标准章节组织，确保全面覆盖技术细节。
1. 范围
该标准规定了电力系统长期动态电压故障筛选和控制的技术要求、基础条件、方法判据、控制措施及系统设计。主要适用于110kV及以上电力系统，其他电压等级可参照执行。核心目标是通过筛选潜在故障并制定控制决策，确保系统在扰动后维持电压稳定。
2. 规范性引用文件
标准引用了多项关键文件，包括：
- GB/T 19963.1-2021（风电场接入技术）
- GB/T 19964-2012（光伏电站接入技术）
- GB/T 26399（安全稳定控制技术导则）
- GB/T 36547-2018（电化学储能系统接入技术）
- GB/T 36995-2018（风电机组电压穿越测试）
- GB 38755-2019（电力系统安全稳定导则）
- GB/T 40581-2021（安全稳定计算规范）
- GB/T 40615-2021（电压稳定评价导则）
这些文件为故障筛选和控制提供了技术依据。
3. 术语和定义
定义了12个关键术语，确保术语统一：
- 电压稳定：系统受扰动后保持或恢复允许电压范围的能力（源自GB 38755-2019）。
- 静态电压稳定：小扰动后母线保持稳定电压的能力。
- 暂态电压稳定：大扰动后母线保持稳定电压的能力。
- 长期电压稳定：大扰动后长期过程中母线保持稳定电压的能力（源自GB/T 40615-2021）。
- 机电暂态过程：发电机电磁转矩变化引起的转子运动过程（数十秒内）。
- 长期动态过程：慢速变化过程（数十秒至数十分钟），受励磁限制、负荷控制等影响。
- 电压崩溃：电压不稳定导致负荷电流增加、电压持续下降的过程。
- 新能源场站：风电场或光伏电站的集中接入设备（如变压器、储能）。
- 电化学储能系统：以电池为核心的储能系统（如变流器、变压器）。
- 多馈入直流短路比（MSCR）：衡量直流系统交流强度的指标。
- 新能源多场站短路比（MRSCR）：评价新能源接入强度的指标。
- N-1原则：单一元件故障后系统保持稳定运行的要求（源自GB 38755-2019）。
4. 总体要求
系统电压稳定故障筛选应包括：
- 建立预想故障集。
- 进行静态、暂态和长期电压稳定故障筛选。
- 针对严重故障制定控制决策，确保电压稳定。
- 建立长期动态电压故障筛选和控制系统。
核心是识别潜在风险并实施预防性控制。
5. 预想故障集
预想故障集是筛选基础，需包括：
- 静态筛选故障集：无故障断开线路或变压器后的系统方式。
- 暂态和长期筛选故障集：遵循GB 38755-2019，选定大扰动类型。
- 直流输电故障：如单换流器闭锁、单极闭锁、双极闭锁、功率突降、再启动或换相失败。
- 新能源场站故障：如单个场站脱网或大规模脱网。
故障集需覆盖常见扰动场景，以全面评估风险。
6. 静态电压稳定故障筛选
6.1 筛选指标
- 区域负荷有功功率裕度（
K_{vp}）：
计算公式：K_{vp} = \frac{P_{\max} - P}{P} \times 100\%，其中 P_{\max} 为临界有功功率（MW），P 为初始有功功率（MW）。
要求：正常或检修方式下裕度 > 8%，N-1故障后 > 5%。受电比例高地区需调高裕度。
- 区域负荷无功功率裕度（
K_{vq}）：
计算公式：K_{vq} = \frac{Q_{\max} - Q}{Q} \times 100\%，其中 Q_{\max} 为临界无功功率（Mvar），Q 为初始无功功率（Mvar）。
要求：正常或检修方式下裕度 > 8%，N-1故障后 > 5%。受电比例高地区需调高裕度。
- 多馈入直流短路比（MSCR）：
评价指标：强系统（>3）、中系统（2~3）、弱系统（<2）。
- 新能源多场站短路比（MRSCR）：
评价指标：强系统（>3）、弱系统（2~3）、极弱系统（<2）。
计算参考GB/T 40581-2021和GB/T 40615-2021。
6.2 筛选方法
- 明确仿真模型：包括分区划分、发电机模型（PV节点）、负荷模型（恒功率或ZIP模型）、负荷增长方式（如恒定功率因数或有功不变无功增长）。
- 筛选流程：对预想故障集计算裕度和短路比，筛选长期电压稳定待筛选故障集。
- 筛选标准：包括故障后潮流不收敛、有功或无功裕度 < 5%、MSCR ≤ 3、MRSCR ≤ 3。
裕度和短路比反映系统无功储备和强度。
7. 暂态电压稳定故障筛选
7.1 筛选指标
7.2 筛选方法
- 仿真模型要求：
- 使用机电暂态仿真程序（必要时用机电-电磁混合仿真）。
- 发电机模型：隐极机用5/6阶模型，凸极机用5阶模型。
- 励磁系统：基于实测参数选用标准模型。
- 负荷模型：ZIP与异步电动机组合或详细模型。
- 直流输电：准稳态或电磁暂态模型。
- 新能源场站：场站级建模（如风电场等值模型）。
- 灵活设备：如SVG、UPFC用机电暂态模型。
- 保护装置：模拟切机、切负荷等动作时间。
- 筛选流程：对预想故障集仿真，基于判据和电压穿越要求筛选。
- 筛选标准：
- 长期电压稳定待筛选故障：电压满足暂态判据但未恢复至0.90(pu)、发电机过励、或新能源/储能电压穿越不满足。
- 暂态电压严重故障：电压不满足暂态判据（10s内未恢复至0.80(pu)）。
重点评估扰动后快速响应能力。
8. 长期电压稳定故障筛选
8.1 筛选指标
- 长期电压稳定判据：大扰动后长期过程中负荷母线电压保持或恢复至0.90(pu)以上。
8.2 筛选方法
- 仿真模型要求：
- 使用长期动态仿真程序，计及慢速控制（如励磁限制、有载调压变压器、AGC/AVC）和负荷恢复特性。
- 考虑人为干预和保护误动等不确定性。
- 筛选流程：对长期待筛选故障集仿真，基于判据和电压穿越要求筛选。
- 筛选标准：
- 电压不满足长期判据。
- 风电场、光伏或储能电压穿越不满足要求。
核心是识别慢动态导致的电压失稳风险。
9. 控制决策
9.1 控制目标
防止扰动后无功短缺或过剩，避免电压崩溃或设备损伤，确保电压在允许范围内。
9.2 控制措施
- 增发无功：发电机强励、投入电容补偿。
- 降低无功需求：切除并联电抗器、切负荷。
- 减少无功源：切除并联电容器。
措施需针对扰动类型灵活配置。
9.3 计算方法
- 优化模型：以最小控制代价为目标，目标函数
J = \min\{\Delta u^{T} R \Delta u\}，其中 R 为权重矩阵，\Delta u 为控制变量变化量。
- 约束条件：
\left\{
\begin{array}{l}
U_{t, i}^{\min} - U_{t, i} \leqslant \frac{\partial U_{t, i}}{\partial u^{T}} \Delta u \leqslant U_{t, i}^{\max} - U_{t, i} \\
\Delta u^{\min} \leqslant \Delta u \leqslant \Delta u^{\max} \\
u^{\min} \leqslant \Delta u + u \leqslant u^{\max}
\end{array}
\right.
其中 U_{t,i} 为节点电压，\frac{\partial U_{t, i}}{\partial u^{T}} 为轨迹灵敏度（通过仿真差值计算）。
- 实施步骤：
- 针对暂态和长期严重故障集，选择灵敏度高的控制变量（如发电机强励）。
- 建立二次规划模型，优化控制变量使电压恢复。
- 若一次优化不足，迭代计算至满足要求。
- 新能源接入弱电网时，以最小控制量优先。
方法强调高效性和可行性。
10. 故障筛选和控制决策系统功能架构
结论
本技术规范为电力系统长期动态电压稳定提供了完整框架：
- 核心价值：通过分层筛选（静态、暂态、长期）和优化控制，预防电压崩溃，提升系统韧性。
- 创新点：整合新能源电压穿越要求、短路比指标和轨迹灵敏度优化，适应高比例新能源场景。
- 应用建议：实施时需结合实时数据，强化仿真模型精度，并在弱电网中优先最小控制策略。
该标准首次发布，标志着电力系统稳定控制技术的重大进展，适用于规划、运行和应急管理场景。
