事故临界切除时区计算及其在事故扫描中的应用王守相1，张伯明1，刘映尚2（1．清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084；
2．南方电力调度通信中心，广东省广州市510620）
对电力系统中的事故按照不同的分类标准进行了划分。提出了一种基于时域仿真的事故临界切除时间（CCT）区间的计算方法。并由该方法在事故扫描中的应用，提出了一种事故分类分时段扫描的可靠方法。该方法不必具体计算各个事故的临界切除时间，却可以得到各事故的临界切除时间和时间裕度的区间范围。该方法在保证对安全分析结果的完全性和正确性的同时，相对节省了大量机时。计算实例验证了该方法的有效性。
关键词：时域仿真；临界切除时间；事故扫描；电力系统
1引言
电力系统中的事故种类繁多，对系统安全性的影响的也大小不同。事故对系统的影响与事故的类型、事故发生的地点和事故被清除或隔离的时间以及系统当前的运行状态等密切相关，显然单凭经验和直觉难以判断事故的严重性和系统的安全性水平，因而对电力系统进行预想事故的定量分析是十分必要的。
由于时域仿真法具有分析可靠性高、对系统模型适应性强、可对系统进行严格精确仿真的优点，因而它是对电力系统的预想事故进行详细分析最常采用也最具有说服力的一种方法。
电力系统预想事故分析的一种方案是对系统中的所有的预想事故都用时域仿真进行临界切除时间（CriticalClearingTime，CCT）扫描；这样虽然保证了对系统分析结果的完全性和正确性，但计算负担太重，耗费了大量机时，无法在线应用。更一般的方案是首先设计事故扫描器，将电力系统的无危害事故滤除，然后对扫描出的有危害和有潜在危害的事故采用精确的时域仿真进行详细分析，求出事故的临界切除时间以反映系统安全性的时间裕度。事故扫描器的设计通常采用能量函数法、EEAC法或BCU方法等[1-3]，它们虽然比时域仿真法速度快，但与时域仿真法相比，模型的适应性差且不能保证结果的正确性，而且多数只适用于分析第一摆的稳定性，因而很可能会遗漏某些有危害的事故。要提高准确性往往还是要与时域仿真相结合。文献[4]提出的一种修正方案，就是在经典的多机系统模型下用快速的SEEAC直接法先计算临界切除时间的初值，再用数值稳定性很好而且速度较快的预估—校正法检验其是否失效；如果失效，再用预估—校正法循环修正，直到达到精度要求为止。
利用时域仿真求取事故的临界切除时间一般采用折半查找的方法。在求出CCT的过程中一般需要仿真5~6次甚至更多，因而十分耗费时间。
工程实践中对临界切除时间的具体数值并不十分关心，关心的是事故清除时间（继电保护动作时间加上开关动作时间）是否小于临界切除时间这一定性的结论，也即某一事故发生后，在设定的事故清除时间内清除事故能否保持系统的稳定。因而，只需要知道事故临界切除时间的一个大致却又明确的范围，能够与事故清除时间相比较就可以了。
为此，本文在对电力系统的事故进行分类的基础上，提出了一种采用时域仿真的事故临界切除时间区间的计算方法。并由该方法在事故扫描中的应用，提出了一种事故分类分时段扫描的可靠方法。
2系统事故的分类和考核
电力系统的事故种类繁多，根据不同的分类标准可作不同的划分。
按事故发生的地点，可分为发电系统事故、输电系统事故、配电系统事故和用电系统事故。发电系统事故主要包括发生在发电厂内的机组和母线上的事故，例如：机组跳机（切机）和机组失磁；输电系统事故则主要包括发生在输电变压器和传输线路等输电设备上的事故；而配电系统事故和用电系统事故分别指发生在配电设备和用电设备上的数据。
按事故发生的重数分为单重事故和复合事故。单重事故指单个发电机、变压器和线路等单一元件的事故；复合事故（又称复事故）包括两重及以上的事故。
按事故发生的原因分为规划设计缺陷造成的事故、管理不完善造成的人为的运行事故、设备缺陷或老化造成的事故（包括继电保护和安全自动装置误动作引起的事故或因拒动而扩大的事故）以及外部环境等因素造成的事故。
按事故引起的后果，分为不破坏系统稳定性的事故和引起系统稳定性破坏的事故，或分为不严重事故和严重事故。不破坏系统稳定性的事故可认为是不严重的事故，而引起系统稳定性破坏的事故则属于严重的事故。引起系统稳定性破坏的事故又可参照系统稳定性的分类，进一步分为静态稳定破坏事故（包括造成电压稳定破坏事故）、暂态稳定破坏事故和动态稳定破坏事故。其中有些严重的事故可能导致系统的大面积停电，甚至引起全系统崩溃。它们包括：大量的有功缺额导致频率崩溃、无功不足导致的电压崩溃、稳定破坏造成的电压振荡和过负荷引起的连锁跳闸等。它们一般由多重事故引起，应给予足够的重视。
用户负荷的随机增长或减少，作为一种扰动，包含在一种广义的事故范围内。负荷波动较大（如投入或退出大的用电负荷）时对系统的影响也大。
在电力系统的实际运行中应重点考核下面几种事故类型：
（1）单相瞬时性短路事故（简称单瞬），也即单相瞬时短路，重合闸成功；
（2）单相永久性短路事故（简称单永），也即单相永久短路，重合闸不成功，跳三相（两侧同时或不同时跳）；
（3）三相永久性短路事故（简称三永），也即线路出口三相短路，跳三相不重合；
（4）三相断线事故；
（5）主变跳闸事故，也即主变三相短路，三相跳闸断开两侧线路。
（6）机组跳机（又称切机）事故；
（7）机组失磁事故。
若系统中包含直流输电，还要考核直流单极闭锁事故和直流双极闭锁事故。
有时可以根据需要考虑一些发生概率较低的严重事故，例如母线三相事故跳所有出线等。
3事故临界切除时区的计算方法
3.1概述
传统上利用时域仿真求取事故的临界切除时间一般采用折半查找的方法。首先以临界切除时间可能的最大值和最小值作为搜索区间的上界和下界，然后取区间的中点值为事故的清除时间，进行一次仿真判断系统是否稳定；若系统稳定，则上界不变而以中点值作为下界向上折半查找，若系统不稳定，则下界不变而以中点值作为上界向下折半查找；直到搜索区间的宽度小于设定CCT计算精度为止。在求出CCT的过程中一般需要仿真5~6次，因而十分耗费时间。
本文提出一种采用时域仿真计算事故的临界切除时间区间的方法。应用该方法只需要进行失稳判定，不需要具体计算各事故的临界切除时间，却可以得到全系统各事故的临界切除时间区间和稳定时间裕度区间，是对传统CCT扫描方法的有效简化和替代。
3.2系统失稳判定
采用时域仿真判断系统是否失稳的方法如下：
（1）记录各发电机在仿真起始步的转子角度δi(t0),i∈G。其中，i表示发电机编号，G表示发电机集合。
（2）依次扫描各发电机在各仿真步上的转子角度数据δi(tk)，k=1,2,…,n。其中，tk=k·h，h为仿真步长，n为仿真步数。并计算各发电机在每一仿真步上的转子角度与该发电机在仿真起始步的转子角度的差值△δi(tk)=δi(tk)-δi(t0)。
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