中国电力 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (1): 115-127.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202403003
收稿日期:
2024-03-01
接受日期:
2024-05-27
出版日期:
2025-01-28
发布日期:
2025-01-23
作者简介:
董武(2000—),男,硕士研究生,从事电力系统规划与运行研究,E-mail:epri_dongwu@163.com基金资助:
Wu DONG(), Jian ZHANG(
), Qinyong ZHOU(
), Libo ZHANG, Haoyue GONG
Received:
2024-03-01
Accepted:
2024-05-27
Online:
2025-01-28
Published:
2025-01-23
Supported by:
摘要:
为提前采取措施防范电力系统安全稳定水平下降,需要明确新能源革命对中国电力系统安全稳定性演变的影响。根据中国电力系统发展过程中电网规模的大小及其增长情况,划分了中国电力系统安全稳定性的4个发展阶段,总结了不同阶段电力系统存在的典型稳定问题,分析了各个阶段影响电力系统安全稳定性的主导因素,厘清造成安全稳定性转换的机制和原因。研究表明:新能源革命下电力系统安全稳定性与电力系统规模呈现解耦的特点,建议通过构筑电网演化模型、建立稳定水平综合评估指标,以量化和预测未来电力系统安全稳定水平变化趋势。
董武, 张健, 周勤勇, 张立波, 龚浩岳. 中国电力系统安全稳定性演化综述[J]. 中国电力, 2025, 58(1): 115-127.
Wu DONG, Jian ZHANG, Qinyong ZHOU, Libo ZHANG, Haoyue GONG. An Overview of the Evolution of Security and Stability of China’s Power System[J]. Electric Power, 2025, 58(1): 115-127.
年份 | 220 kV线路 | 110 kV线路 | 220 kV变电 | 110 kV变电 | ||||||||||||
长度/ km | 年增 长率/ % | 长度/ km | 年增 长率/ % | 容量/ (万kV·A) | 年增 长率/ % | 容量/ (万kV·A) | 年增 长率/ % | |||||||||
1960 | — | — | 365.45 | — | 866.78 | — | ||||||||||
1961 | 12.90 | 5.87 | 387.45 | 6.02 | 962.15 | 11.00 | ||||||||||
1962 | –1.46 | 9.91 | 456.47 | 17.81 | 15.56 | |||||||||||
1963 | 0.70 | 1.85 | 480.47 | 5.26 | 0.76 | |||||||||||
1964 | 0.00 | 4.87 | 492.47 | 2.50 | 8.23 | |||||||||||
1965 | 7.00 | 16.12 | 507.40 | 3.03 | 16.79 | |||||||||||
1966 | 29.97 | 10.12 | 569.40 | 12.22 | 10.15 | |||||||||||
1972 | — | — | 812.20 | — | 1996.00 | — | ||||||||||
1973 | 10.44 | 9.28 | 41.47 | 9.72 | ||||||||||||
1974 | 19.51 | 9.24 | 16.62 | 17.76 | ||||||||||||
1975 | 5.77 | 5.64 | 20.52 | 15.08 | ||||||||||||
1976 | 18.34 | 7.20 | 1846.00 | 14.30 | 8.69 | |||||||||||
1977 | 14.95 | 4.36 | 13.16 | 11.41 | ||||||||||||
1978 | 17.36 | 5.42 | 18.67 | 13.88 | ||||||||||||
1979 | 15.40 | 7.77 | 19.08 | 10.55 | ||||||||||||
1980 | 11.43 | 5.28 | 15.79 | 14.08 |
表 1 1960—1980年间220 kV、110 kV线路长度和变电容量不完全统计数据及其增幅概况
Table 1 Incomplete statistics of the total length of 220 kV and 110 kV lines and substation capacity and the overview of their increase during 1960~1980
年份 | 220 kV线路 | 110 kV线路 | 220 kV变电 | 110 kV变电 | ||||||||||||
长度/ km | 年增 长率/ % | 长度/ km | 年增 长率/ % | 容量/ (万kV·A) | 年增 长率/ % | 容量/ (万kV·A) | 年增 长率/ % | |||||||||
1960 | — | — | 365.45 | — | 866.78 | — | ||||||||||
1961 | 12.90 | 5.87 | 387.45 | 6.02 | 962.15 | 11.00 | ||||||||||
1962 | –1.46 | 9.91 | 456.47 | 17.81 | 15.56 | |||||||||||
1963 | 0.70 | 1.85 | 480.47 | 5.26 | 0.76 | |||||||||||
1964 | 0.00 | 4.87 | 492.47 | 2.50 | 8.23 | |||||||||||
1965 | 7.00 | 16.12 | 507.40 | 3.03 | 16.79 | |||||||||||
1966 | 29.97 | 10.12 | 569.40 | 12.22 | 10.15 | |||||||||||
1972 | — | — | 812.20 | — | 1996.00 | — | ||||||||||
1973 | 10.44 | 9.28 | 41.47 | 9.72 | ||||||||||||
1974 | 19.51 | 9.24 | 16.62 | 17.76 | ||||||||||||
1975 | 5.77 | 5.64 | 20.52 | 15.08 | ||||||||||||
1976 | 18.34 | 7.20 | 1846.00 | 14.30 | 8.69 | |||||||||||
1977 | 14.95 | 4.36 | 13.16 | 11.41 | ||||||||||||
1978 | 17.36 | 5.42 | 18.67 | 13.88 | ||||||||||||
1979 | 15.40 | 7.77 | 19.08 | 10.55 | ||||||||||||
1980 | 11.43 | 5.28 | 15.79 | 14.08 |
事故日期 | 事故名称 | 事故原因 | ||
1960-05 | 松李线事故 | 网络结构薄弱 | ||
1963-08 | 水首线事故 | 1)网络结构薄弱; 2)故障切除时间过长 | ||
1972-04 | 东北电网丰满—长春—辽源—盘石发生4次稳定破坏事故 | 电网结构不合理 | ||
1972-07-20 | 浙江电网瓦解事故 | 1)电网结构不合理; 2)继电保护误动 | ||
1972-07-27 | “七·二七”湖北电网瓦解事故 | 1)人为过失; 2)继电保护误动; 3)系统长期低频率、低电压运行 | ||
1973-11 | 辽宁电厂稳定破坏事故 | 继电保护拒动 | ||
1974-05-28 | 陕甘青电网系统 振荡事故 | 网络结构薄弱 | ||
1974-11-24 | 湖北电网振荡事故 | 运行管理问题(运行操作不正确) | ||
1975-08 | 水丰厂静态稳定 破坏事故 | 1)运行管理问题(选择解环方式前未进行稳定计算分析); 2)电网结构不合理 | ||
1976-06-20 | 丹江与武汉系统 解列事故 | 系统长期低频率、低电压运行 | ||
1979-08 | 水丰厂静态稳定 破坏事故 | 1)运行管理问题(解环前未进行稳定计算分析); 2)电网结构不合理 |
表 2 第一阶段典型系统事故及其原因
Table 2 Typical system incidents and their causes in period I
事故日期 | 事故名称 | 事故原因 | ||
1960-05 | 松李线事故 | 网络结构薄弱 | ||
1963-08 | 水首线事故 | 1)网络结构薄弱; 2)故障切除时间过长 | ||
1972-04 | 东北电网丰满—长春—辽源—盘石发生4次稳定破坏事故 | 电网结构不合理 | ||
1972-07-20 | 浙江电网瓦解事故 | 1)电网结构不合理; 2)继电保护误动 | ||
1972-07-27 | “七·二七”湖北电网瓦解事故 | 1)人为过失; 2)继电保护误动; 3)系统长期低频率、低电压运行 | ||
1973-11 | 辽宁电厂稳定破坏事故 | 继电保护拒动 | ||
1974-05-28 | 陕甘青电网系统 振荡事故 | 网络结构薄弱 | ||
1974-11-24 | 湖北电网振荡事故 | 运行管理问题(运行操作不正确) | ||
1975-08 | 水丰厂静态稳定 破坏事故 | 1)运行管理问题(选择解环方式前未进行稳定计算分析); 2)电网结构不合理 | ||
1976-06-20 | 丹江与武汉系统 解列事故 | 系统长期低频率、低电压运行 | ||
1979-08 | 水丰厂静态稳定 破坏事故 | 1)运行管理问题(解环前未进行稳定计算分析); 2)电网结构不合理 |
期间 | 静稳破坏 事故/次 | 暂稳破坏 事故/次 | 动稳破坏 事故/次 | 低频振荡 现象/次 | 合计 | |||||
1981—1990年 | 4 | 46 | — | 3 | 53 | |||||
1991—2002年 | 1 | 13 | 2 | 7 | 23 | |||||
趋势 | 下降 | 下降 | 增多 | 增多 | 下降 |
表 3 第二阶段电力系统稳定事故次数不完全统计
Table 3 Incomplete statistics of the number of power system instability accidents in period II
期间 | 静稳破坏 事故/次 | 暂稳破坏 事故/次 | 动稳破坏 事故/次 | 低频振荡 现象/次 | 合计 | |||||
1981—1990年 | 4 | 46 | — | 3 | 53 | |||||
1991—2002年 | 1 | 13 | 2 | 7 | 23 | |||||
趋势 | 下降 | 下降 | 增多 | 增多 | 下降 |
事故日期 | 事故名称 | 事故原因 | 类型 | |||
1982-08-07 | 湖北主网稳定破坏事故 | 1)继电保护和安全自动装置维护不及时; 2)运行管理问题 | 暂态稳定破坏 | |||
1983-07-16 | 黑龙江电网稳定破坏事故 | 1)故障切除时间过长; 2)继电保护误动 | 暂态稳定破坏 | |||
1983-09-25 | 松五线稳定破坏事故 | 调速器稳定性差 | 暂态稳定破坏 | |||
1984-07-03 | 湘网与华中主网解列事故 | 1)自然灾害; 2)故障切除时间过长 | 暂态稳定破坏 | |||
1985-01-23 | 松五线稳定破坏事故 | 继电保护误动 | 暂态稳定破坏 | |||
1986-08-14 | 东北电网稳定破坏事故 | 调速器稳定性差 | 暂态稳定破坏 | |||
1987-06-21 | 官厅、下花园地区振荡事故 | 1)运行管理问题; 2)结构薄弱 | 静态稳定破坏 | |||
1988-04-10 | 系统振荡造成宁夏电网内部解列 | 1)自然灾害; 2)高低压电磁环网; 3)运行管理问题 | 暂态稳定破坏 | |||
1989-01-17 | 宁夏电网系统解列事故 | 继电保护拒动 | 系统解列 | |||
1991-02-15 | 陕西电网南郊变非同期并列引起暂态稳定破坏 | 人为误操作 | 暂态稳定破坏 | |||
1993-11-10 | 凤滩电厂低频 振荡 | 电力系统稳定器不稳 | 低频振荡 | |||
1994-05-25 | 南方互联电网振荡事故 | 网络结构薄弱 | 动态稳定破坏 | |||
1995-06-21 | 220 kV凤德线低频振荡 | 网络结构薄弱 | 低频振荡 | |||
1996-05-28 | 京津唐电网“5·28”事故 | 1)人为误操作; 2)电磁环网 | 局部振荡 | |||
1997-01-09 | 石嘴山电厂污闪全停事故 | 1)自然灾害; 2)继电保护拒动 | 电厂全停 |
表 4 第二阶段典型系统事故及事故成因
Table 4 Typical system incidents and their causes in period II
事故日期 | 事故名称 | 事故原因 | 类型 | |||
1982-08-07 | 湖北主网稳定破坏事故 | 1)继电保护和安全自动装置维护不及时; 2)运行管理问题 | 暂态稳定破坏 | |||
1983-07-16 | 黑龙江电网稳定破坏事故 | 1)故障切除时间过长; 2)继电保护误动 | 暂态稳定破坏 | |||
1983-09-25 | 松五线稳定破坏事故 | 调速器稳定性差 | 暂态稳定破坏 | |||
1984-07-03 | 湘网与华中主网解列事故 | 1)自然灾害; 2)故障切除时间过长 | 暂态稳定破坏 | |||
1985-01-23 | 松五线稳定破坏事故 | 继电保护误动 | 暂态稳定破坏 | |||
1986-08-14 | 东北电网稳定破坏事故 | 调速器稳定性差 | 暂态稳定破坏 | |||
1987-06-21 | 官厅、下花园地区振荡事故 | 1)运行管理问题; 2)结构薄弱 | 静态稳定破坏 | |||
1988-04-10 | 系统振荡造成宁夏电网内部解列 | 1)自然灾害; 2)高低压电磁环网; 3)运行管理问题 | 暂态稳定破坏 | |||
1989-01-17 | 宁夏电网系统解列事故 | 继电保护拒动 | 系统解列 | |||
1991-02-15 | 陕西电网南郊变非同期并列引起暂态稳定破坏 | 人为误操作 | 暂态稳定破坏 | |||
1993-11-10 | 凤滩电厂低频 振荡 | 电力系统稳定器不稳 | 低频振荡 | |||
1994-05-25 | 南方互联电网振荡事故 | 网络结构薄弱 | 动态稳定破坏 | |||
1995-06-21 | 220 kV凤德线低频振荡 | 网络结构薄弱 | 低频振荡 | |||
1996-05-28 | 京津唐电网“5·28”事故 | 1)人为误操作; 2)电磁环网 | 局部振荡 | |||
1997-01-09 | 石嘴山电厂污闪全停事故 | 1)自然灾害; 2)继电保护拒动 | 电厂全停 |
图 2 第二阶段造成电力系统安全稳定水平变化相关因素示意
Fig.2 Diagram of factors causing the changes in the level of security and stability of the power system in the second period
事故日期 | 事故名称 | 引发原因 | 事故类型 | |||
2004-06-27 | 三广直流换相失败 | 交流系统故障扰动 | 换相失败 | |||
2005-10-29 | 华中功率振荡事件 | 与机组参数设置合理性相关 | 低频振荡 | |||
2005-09-26 | 海南电网大面积停电事故 | 自然灾害 | 连锁故障 | |||
2006-07-01 | 华中电网系统振荡事故 | 线路相继跳闸 | 连锁故障 | |||
2007-06-30 | 龙政直流双极换相失败事故 | 交流系统故障扰动 | 换相失败 | |||
2011-02-24 | 甘肃电网风机脱网事故 | 馈线电缆故障 | 风机脱网 | |||
2011-04-17 | 张北地区风机脱网事故 | 汇集线短路扰动 | 风机脱网 |
表 5 第三阶段典型电网事故及其分类
Table 5 Typical grid incidents and their classification in Period III
事故日期 | 事故名称 | 引发原因 | 事故类型 | |||
2004-06-27 | 三广直流换相失败 | 交流系统故障扰动 | 换相失败 | |||
2005-10-29 | 华中功率振荡事件 | 与机组参数设置合理性相关 | 低频振荡 | |||
2005-09-26 | 海南电网大面积停电事故 | 自然灾害 | 连锁故障 | |||
2006-07-01 | 华中电网系统振荡事故 | 线路相继跳闸 | 连锁故障 | |||
2007-06-30 | 龙政直流双极换相失败事故 | 交流系统故障扰动 | 换相失败 | |||
2011-02-24 | 甘肃电网风机脱网事故 | 馈线电缆故障 | 风机脱网 | |||
2011-04-17 | 张北地区风机脱网事故 | 汇集线短路扰动 | 风机脱网 |
图 3 第三阶段造成电力系统安全稳定水平提高相关因素示意
Fig.3 Schematic diagram of the factors contributing to the increase in the level of security and stability of the power system in the third period
项目 | 第一阶段 | 第二阶段 | 第三阶段 | 第四阶段 | ||||
区域 | 城市、省 | 跨省、跨区 | 全国 | 全国 | ||||
电源结构及装机情况 | 化石能源为主,火电占比超过70%,大部分机组单机容量不超过20万kW | 化石能源为主,大型水、火电工程陆续投产,单机容量达20~90万kW | 化石能源为主,火电占比保持在70%,清洁能源占比较少,最大单机容量达100万kW | 清洁能源占比增大,传统机组与分布式机组并存 | ||||
电网性质 | 主网架为低电压等级的城市、省级同步电网 | 主网架为高(超高)电压等级的区域互联同步电网 | 以超(特)高电压等级交流输电线路为主的大型互联电网 | 特高压交、直流输电线路并存的能源互联电网 | ||||
电网形态 | 以一字长链形、单环网为主的弱联系电网 | 低电压等级以双环网为主,高电压等级以“C”形结构为主 | 以双环网为主的高电压等级省区主网架形成 | 交直流混联,多馈入直流区域不断增多 | ||||
主网架电压等级/kV | 35~220 | 220~500 | 330及以上 | 500及以上 | ||||
调度方式 | 经验型调度 | 分析型调度 | 分析型调度 | 智能型调度 | ||||
稳定问题 | 极多(静稳、暂稳问题突出) | 很多(暂稳、动稳并存) | 较少(存在电压稳定问题) | 较多(功角、电压、频率失稳风险上升) |
表 6 中国电力系统4个发展阶段的特征
Table 6 Characteristics of the four stages of development of China's power system
项目 | 第一阶段 | 第二阶段 | 第三阶段 | 第四阶段 | ||||
区域 | 城市、省 | 跨省、跨区 | 全国 | 全国 | ||||
电源结构及装机情况 | 化石能源为主,火电占比超过70%,大部分机组单机容量不超过20万kW | 化石能源为主,大型水、火电工程陆续投产,单机容量达20~90万kW | 化石能源为主,火电占比保持在70%,清洁能源占比较少,最大单机容量达100万kW | 清洁能源占比增大,传统机组与分布式机组并存 | ||||
电网性质 | 主网架为低电压等级的城市、省级同步电网 | 主网架为高(超高)电压等级的区域互联同步电网 | 以超(特)高电压等级交流输电线路为主的大型互联电网 | 特高压交、直流输电线路并存的能源互联电网 | ||||
电网形态 | 以一字长链形、单环网为主的弱联系电网 | 低电压等级以双环网为主,高电压等级以“C”形结构为主 | 以双环网为主的高电压等级省区主网架形成 | 交直流混联,多馈入直流区域不断增多 | ||||
主网架电压等级/kV | 35~220 | 220~500 | 330及以上 | 500及以上 | ||||
调度方式 | 经验型调度 | 分析型调度 | 分析型调度 | 智能型调度 | ||||
稳定问题 | 极多(静稳、暂稳问题突出) | 很多(暂稳、动稳并存) | 较少(存在电压稳定问题) | 较多(功角、电压、频率失稳风险上升) |
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