隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)電力的需求和依賴性越來越大，對(duì)安全穩(wěn)定供電的要求越來越強(qiáng)。然而,由于受到電力系統(tǒng)自身原因和外部干擾的影響，電網(wǎng)事故時(shí)有發(fā)生,這不但使電力經(jīng)營企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受到損失,而且對(duì)電力用戶和整個(gè)社會(huì)都將造成嚴(yán)重的影響。自20世紀(jì)60年代以來，世界各國均發(fā)生過因電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞而導(dǎo)致的大面積停電事故。1996年7~8月美國西部接連2次大停電事故，美國總統(tǒng)認(rèn)為停電事故已“危及國家安全”。2003年下半年在北美和加拿大、英國倫敦、瑞典-丹麥、意大利都先后發(fā)生過大面積停電事故，震驚世界。特別是，2003年8月14日美加大停電波及5000萬人口的供電范圍，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，是美國歷史上最嚴(yán)重的停電事故。

　　在我國，近20年來，各大電網(wǎng)發(fā)生的大停電事故有100余起。在西電東送，南北互聯(lián)的條件下，我國將形成全國聯(lián)網(wǎng)的巨型電力系統(tǒng)，如果出現(xiàn)電力系統(tǒng)重大事故，其規(guī)模和造成的損失有可能大幅度增加。因此，保證大規(guī)模互聯(lián)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是一個(gè)重大而迫切的問題，必須作為一個(gè)重大戰(zhàn)略問題來解決。

　　2電力系統(tǒng)的安全性問題

　　2.1現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全性問題

　　電力系統(tǒng)的安全性是指系統(tǒng)在發(fā)生故障情況下,系統(tǒng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電的風(fēng)險(xiǎn)程度。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全性主要是在發(fā)生故障情況下，研究電力系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性，包括系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性、系統(tǒng)解列、熱過載等。這類研究一般是針對(duì)單一故障的，而大面積停電事故則通常是連鎖事件的復(fù)雜序列。

　　隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，為了保障大電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，各種信息系統(tǒng)，如調(diào)度自動(dòng)化（SCADA/EMS）、配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)（DA）和變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（SA），電力市場(chǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)等在電力系統(tǒng)領(lǐng)域里得到了廣泛應(yīng)用。圖1給出了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的整體構(gòu)架，電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)已經(jīng)融合成為高度集成的混雜系統(tǒng)，電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制越來越依賴于信息系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。信息系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是核心，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的維護(hù)不當(dāng)是8.14美加大停電的基本原因之一。一個(gè)關(guān)鍵通信系統(tǒng)發(fā)生故障會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)陷于癱瘓，進(jìn)而失去可控性和可觀測(cè)性。因此，必須把電力系統(tǒng)安全性的概念加以拓展。　　最近一些研究人員提出了電力系統(tǒng)脆弱性（Vulnerability）的概念，作為電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全評(píng)估的一種新的框架。脆弱性一詞經(jīng)常出現(xiàn)在環(huán)境、生態(tài)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的有關(guān)文獻(xiàn)中,用來描述相關(guān)系統(tǒng)及其組成要素易于受到影響和破壞,并缺乏抗拒干擾、恢復(fù)初始狀態(tài)（自身結(jié)構(gòu)和功能）的能力。它們?cè)诓煌膶W(xué)科中有不同的含義。對(duì)于電力系統(tǒng)脆弱性，可定義為：電力系統(tǒng)因人為干預(yù)、信息、計(jì)算機(jī)（軟、硬件）、通信、電力系統(tǒng)元件和保護(hù)控制系統(tǒng)等因素，而潛伏著大面積停電的災(zāi)難性事故的危險(xiǎn)狀態(tài)。系統(tǒng)脆弱性與系統(tǒng)安全性的水平和在系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)安全性水平的變化趨勢(shì)這兩類信息密切相關(guān)。在這個(gè)概念中,人們對(duì)它們?cè)O(shè)定一個(gè)可被接受的基準(zhǔn)值,當(dāng)系統(tǒng)安全現(xiàn)狀被評(píng)估后，系統(tǒng)安全性水平和它的變化趨勢(shì)也就被確定下來。系統(tǒng)是否脆弱取決于它們是否高于或低于設(shè)定的基準(zhǔn)值。

　　2.2電力系統(tǒng)安全性問題的影響因素

　　影響電力系統(tǒng)安全性的因素很多，對(duì)于組成現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施而言,可分為內(nèi)部因素和外部因素。

　　（1）內(nèi)部因素：

　　1）電力系統(tǒng)主要元件故障：發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線故障；

　　2）控制和保護(hù)系統(tǒng)故障：保護(hù)繼電器的隱性故障、斷路器誤動(dòng)作、控制故障或誤操作等；

　　3)計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)故障；

　　4）信息、通信系統(tǒng)故障：與EMS系統(tǒng)失去通信、不能進(jìn)行自動(dòng)控制和保護(hù)、信息系統(tǒng)的故障（造成信息的缺損或者得到的信息不可靠）或擁塞、外部侵入信息/通信系統(tǒng)（如黑客的入侵）；

　　5）電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的因素：電力市場(chǎng)中各參與者間的競(jìng)爭(zhēng)與不協(xié)調(diào)、在更換舊的控制和保護(hù)系統(tǒng)或發(fā)電裝置上缺少主動(dòng)性；

　　6）電力系統(tǒng)不穩(wěn)定：靜態(tài)/暫態(tài)/電壓/振蕩/頻率不穩(wěn)定等。

　　（2）外部因素：

　　1）自然災(zāi)害和氣候因素：地震、冰雹、雷雨、風(fēng)暴、洪水、熱浪、森林火災(zāi)等；

　　2）人為因素：操作人員誤操作，控制和保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置錯(cuò)誤、蓄意破壞（包括戰(zhàn)爭(zhēng)或恐怖活動(dòng)）等。

　　3電力系統(tǒng)安全性的防治措施

　　3.1加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，降低事故概率

　　電力工業(yè)是需要長(zhǎng)期和超前投資的工業(yè)，大的發(fā)電廠的建設(shè)要5~10年，壽命約為30年。所以，要求廠（發(fā)電廠）網(wǎng)（電網(wǎng)）協(xié)調(diào)、統(tǒng)一規(guī)劃、超前建設(shè)、合理結(jié)構(gòu)，以保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。特別要加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)（加強(qiáng)遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)、受端電網(wǎng)和二次系統(tǒng)）以提高電網(wǎng)安全可靠性，降低事故概率，減少停電損失。

　　在2003年8月14日發(fā)生的美加大停電事故中美國官方提出電力供應(yīng)網(wǎng)的“古老和陳舊”，也就是設(shè)備的老化問題，是電力系統(tǒng)發(fā)生故障的嚴(yán)重隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)達(dá)國家中，發(fā)電設(shè)備的壽命在30年以上的自1990年的12增加到2000年的31，預(yù)計(jì)到2010年將達(dá)到50。同樣地，在輸電和配電領(lǐng)域，很大一部分的基礎(chǔ)設(shè)施的壽命已接近70年。另一方面，很多幾十年前設(shè)計(jì)的設(shè)備已不適應(yīng)先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)。所以，電力設(shè)備老化問題是發(fā)達(dá)國家普遍存在的問題。更換老化了的設(shè)備需要新的大規(guī)模投資。但是，電力工業(yè)市場(chǎng)化后，市場(chǎng)參與者關(guān)心的是今天和明天的利益，而不是20年以至30年的利益。在過去的十年中，由于競(jìng)爭(zhēng)的壓力、市場(chǎng)的不完備和管制的不確定性，在一些進(jìn)行電力工業(yè)改革的國家中的投資已保持在一個(gè)較低的水平，以美國和瑞典為例，發(fā)電的高峰備用已由1990年的20降到2000年的10。所以，對(duì)于電力系統(tǒng)的建設(shè)要有全面規(guī)劃，要建立一定的監(jiān)管制度和投資激勵(lì)機(jī)制，使電力工業(yè)的發(fā)展能滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性的要求。

　3.2加強(qiáng)電力系統(tǒng)監(jiān)控和管理

　　電力系統(tǒng)的互聯(lián)使得在廣闊的地域內(nèi)進(jìn)行資源的優(yōu)化配置，互通有無，相互支援成為可能。但是，在緊密相連的互聯(lián)電力系統(tǒng)中，一個(gè)局部故障能迅速向全系統(tǒng)傳播，會(huì)導(dǎo)致大面積停電。所以，在事故處理上，要求反應(yīng)迅速，高效統(tǒng)一。以美國為例，從1996年美國西部?jī)纱未笸ｋ姾?003年8月14日大停電事故的情況來看，美國的電力系統(tǒng)監(jiān)控和管理方面有很多值得改進(jìn)的地方。在美國有3000多家電力公司在廣袤的北美大地上各自經(jīng)營著總?cè)萘考s900GW的電力工業(yè)，雖然3000多家電力公司的電網(wǎng)是互聯(lián)的，形成北美龐大的電力系統(tǒng)，但它們的調(diào)度和管理則是各自為政的，也沒有一個(gè)監(jiān)控全國或一個(gè)大區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)的組織和機(jī)構(gòu)來統(tǒng)一負(fù)責(zé)和協(xié)調(diào)全系統(tǒng)的安全運(yùn)行和事故后的故障處理。在一個(gè)互聯(lián)電力系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)故障后，互聯(lián)的電力系統(tǒng)的其他部分在故障波及以前往往還不知道事故的發(fā)生。所以，在一個(gè)互聯(lián)的電力系統(tǒng)中，統(tǒng)一電網(wǎng)管理，統(tǒng)一電網(wǎng)調(diào)度，建立完善的安全運(yùn)行制度是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要條件。要通過定期的培訓(xùn)來不斷提高調(diào)度和運(yùn)行人員的素質(zhì)，特別是應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。美國Grid2030研究計(jì)劃的研發(fā)項(xiàng)目中，建議2010年建成國家電網(wǎng)控制中心，強(qiáng)調(diào)輸配電電網(wǎng)和通信信息網(wǎng)的結(jié)合。

　　為了改善電網(wǎng)的運(yùn)行環(huán)境，減少外力和自然界對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的破壞，要做好日常的維護(hù)工作，例如，及時(shí)修剪輸電走廊的樹枝，以免發(fā)生美國幾次大停電事故中因?qū)Ь€與樹枝間發(fā)生閃絡(luò)而誘發(fā)的大面積停電事故。

　　3.3加強(qiáng)與電力系統(tǒng)安全緊密相關(guān)的基礎(chǔ)研究

　　由不同容量發(fā)電機(jī)、不同電壓等級(jí)和長(zhǎng)度的輸配電線路以及不同容量和特性負(fù)荷組成的電力系統(tǒng)是一個(gè)典型的復(fù)雜大系統(tǒng)，呈現(xiàn)高維、非線性、時(shí)變、信息的不完全性、廣域（大范圍跨越時(shí)空）互聯(lián)性和微分代數(shù)的復(fù)雜特性。這個(gè)大系統(tǒng)的時(shí)空運(yùn)行歷來就是一個(gè)非常困難的學(xué)術(shù)和工程問題。目前急需建立新的理論和方法體系（建模、分析、模擬、仿真、預(yù)測(cè)、和控制方法），有效地解決復(fù)雜電力系統(tǒng)所面臨的關(guān)鍵問題，比如跨區(qū)域電力系統(tǒng)長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)行為分析與仿真，系統(tǒng)連鎖故障防御與控制等等課題，以保證電力系統(tǒng)的安全、可靠的管理和運(yùn)行。

　　要及早研究和開發(fā)廣域的、智能的、自適應(yīng)的電力系統(tǒng)的保護(hù)和控制系統(tǒng)，它集成了電力系統(tǒng)、廣域保護(hù)和控制以及通信基礎(chǔ)設(shè)施（包括GPS技術(shù)），能提供實(shí)時(shí)的關(guān)鍵和廣泛信息，預(yù)見可能出現(xiàn)的問題，迅速地評(píng)價(jià)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)完成基于系統(tǒng)分析的自愈合和自適應(yīng)重構(gòu)動(dòng)作等的防御措施，將形成全國復(fù)雜聯(lián)合電力系統(tǒng)的強(qiáng)大反事故能力。