時間：2023-03-16 17:17:42
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電力系統(tǒng)深受能源危機困擾，雖已開始研制新能源結構，但應用效果一直不好，新能源很難與傳統(tǒng)電力裝置、設備形成默契配合。由于電力技術的決策能力、更新速度很強、很快，所以要想將風能、太陽能、水能等綠色能源引入電力系統(tǒng)，依靠電力技術是最為可靠、有效的方式。首先，根據電力技術測量、轉換、控制、管理能源的能力，改變電力系統(tǒng)原有能源輸出格局，盡可能切斷新能源輸出裝置與系統(tǒng)中其他運行設備的牽絆和影響，僅以能源輸出為價值標準，設計、添置綠色能源裝置，以最大限度提高能源的利用率；其次，強化變流調速技術、集優(yōu)生產技術、能源轉化技術在電力系統(tǒng)中的應用地位，定期、定時核算綠色能源輸出、不可再生能源輸出過程中的“能量效益”，并對系統(tǒng)、裝置、技術進行定向修改；最后，拓展電力技術的應用范圍，圍繞計算機技術，監(jiān)控綠色能源在電力系統(tǒng)中的運行情況，以“消耗”“、效益”為兩大基本點，總結分析不符合電力技術應用安全的相關問題，并及時改正。
1.2實現機電一體化
機電一體化是電氣工程、電力系統(tǒng)發(fā)展的必經之路，也是帶動高效生產的有效手段，為此，電力技術可以聯合網絡技術、自動化處理技術、智能監(jiān)測等技術，共同推進多門技術的融合發(fā)展，進而促進電力系統(tǒng)的正向發(fā)展。機電一體化技術在投入使用之前，應接受多次測量和考察，因為要避免生產風險、提高生產效率，所以必須經過電力技術來處理相關系統(tǒng)數據，只有這樣，才能將系統(tǒng)運行狀態(tài)控制在可控范圍內。然而，機電一體化對電力系統(tǒng)運行功能的要求和服務設定復雜，僅靠電力技術很難支撐起整個系統(tǒng)的運行重任，所以，一般情況下，電力系統(tǒng)會選擇“區(qū)域一體化”的生產、改造方式，選擇風險小、收益高、符合電力技術應用條件的系統(tǒng)模塊，幫助小范圍系統(tǒng)實現“自動”，并計算應用效果，確定技術無誤且高效之后，再擴大一體化改造范圍。由此可見，電力技術雖然是電力系統(tǒng)一體化發(fā)展的有力手段，但其應用效果依然具有不可控特質，在應用時應格外注意、小心。
1.3引入智能技術
智能手機、平板電腦已經成為電子終端控制的主要裝置設備，它在人們日常生活與工作中的應用地位非常高，因此，電力行業(yè)也應適當引入智能技術，并創(chuàng)設以智能控制系統(tǒng)為核心管理中樞的技術集團，以便于工作人員正確、有效、科學的管控電力系統(tǒng)。經過智能技術修飾，電力系統(tǒng)在故障排除、判斷、處置方面的優(yōu)勢能力更強了，并基本實現了“自動化”。以往，一個小故障便會導致整個電力系統(tǒng)陷入癱瘓，現如今，運行故障會翻譯成“特殊數據”，經智能處理器處理，被挖掘、傳送，傳達給管理人員，主動上報“故障”。這種高效的生產、管理方式，不僅節(jié)省了故障清查、判斷的時間，還為電力系統(tǒng)提供了堅固的安全保障。從應用效果上看，智能技術在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用是顯而易見的，但從發(fā)展空間上看，其應用環(huán)境卻日常復雜，所以，需要廣大電力系統(tǒng)的工作人員謹慎考慮、認真探究，以福利避害為原則，引入智能技術。
2電力技術在電力系統(tǒng)中的發(fā)展展望
目前，我國綜合國力日益提升，能源生產責任越來越重，為迎合不斷提高的生產要求、服務要求，電力系統(tǒng)仍需不斷革新、創(chuàng)造，最大限度的發(fā)揮其功能價值、生產價值。筆者結合多年工作經驗，根據自己對電力系統(tǒng)運行、發(fā)展的困難與問題了解，從內、外兩方面探究電力技術的發(fā)展方向。接下來幾年，電力技術在電力系統(tǒng)中的應用地位會不降反升，因為隨著工業(yè)規(guī)模化生產系統(tǒng)的落成，系統(tǒng)生產形式、能力、效率的準確性要求很越來越高，所以，電力系統(tǒng)只有依靠電子技術方能將能源生產、輸出、管理限制在可控、可管的范圍內。一方面，應擴大電力技術的包容性，將其與現代高科技技術再融合，研發(fā)技術的新功能、新工藝，為電力系統(tǒng)運行提供便利條件；另一方面，省察電力技術自身存在的安全風險、耗能等管理不當問題，并設置研究專題，開展專項調查，以糾正、改善電力技術在電力系統(tǒng)中應用效果不利的地方。通過內、外兩方面發(fā)展手段，電力技術的發(fā)展道路會更加明朗，其會成為促進經濟社會發(fā)展的源動力。
煤礦井下供電系統(tǒng)的運行受到多種因素的影響，對煤礦安全生產造成不良影響。主要表現為：變壓器的容量不足以及對備用電源的設計不滿足規(guī)范。變壓器容量不足的原因是在進行電氣設計時，沒有為供電系統(tǒng)留有充足余量，系統(tǒng)經過長時間的運行，處于超負荷狀態(tài)，供電系統(tǒng)的母線長期處于發(fā)熱狀態(tài)且用電超載，降低了電氣設備和電纜的使用年限。此外，由于電氣設備短路、雷擊、大型設備啟動等原因，會造成電網電壓波動，降低了供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。
1.2地面中性點直接接地的變壓器向井下供電
在實際安全考察中發(fā)現，大多數煤礦企業(yè)沒有按照規(guī)定安裝使用接入井下電源或非直接接地變壓器中性點，而是采用單個煤礦專用或多家煤礦共用接地中性點變壓器連接供電系統(tǒng)，通過三芯電纜線與三相火線的連接接入井下，使用保護接地與工作接地結合的中性線與單根相線接入辦公區(qū)域和生活區(qū)，以供生活用電。
1.3沒有采用雙回路供電系統(tǒng)
我國的規(guī)定要求礦井生產使用雙回路供電系統(tǒng)，年產量在6萬噸以下的煤礦可以使用單回路供電，但必須滿足備用電源的要求。但是，一些礦井仍采取單回路供電，雖然有些煤礦單位配置了柴油或汽油發(fā)電機，也僅僅為了應付檢查或停電時緊急照明。而且雙回路供電系統(tǒng)發(fā)電機容量限制情況下保證關鍵電氣設備即使停電也可正常運行，為礦井工作人員的安全撤離提供了機會，防止透水事故和通風機停轉導致粉塵、瓦斯聚集。此外，礦井周圍存在靜電和電火花，如果靜電接地不良，會造成放電火花甚至爆炸。接觸器和繼電器可能因質量不佳，在開合時無法分斷電流也會形成電火花；電纜長期在外力或超負荷狀態(tài)下工作，也可能產生電火花，從而引發(fā)短路，導致瓦斯爆炸。
1.4地面引入的供電線路沒有設置相關保護裝置
煤礦井下的規(guī)定要求供電線路、通訊線路、入井軌道、電機車架線在入井處必須安裝防雷裝置；井下使用的電器必須具備漏電、過流和接地等保護功能。井下電氣設備還要滿足防爆要求。但是檢查時卻發(fā)現有些煤礦并沒有按照規(guī)定將保護措施做到位，僅僅是將架空線接入井口，再由電纜線引入井下或者直接接入變壓器，如果遇到雷電襲擊，雷電會沿著導線侵入井下工作面，引起瓦斯爆炸或人員傷亡，設備遭受雷擊也會被嚴重損壞，存在巨大安全隱患。而且，煤礦井下工作環(huán)境較為潮濕，影響設備絕緣，漏電保護器能夠避免因漏電造成引發(fā)爆炸或明火，減少井下安全事故。
2煤礦井下供電系統(tǒng)的運行方式
2.1煤礦井下雙回路供電系統(tǒng)的運行方式
雙回路供電系統(tǒng)包括分列和并列兩種運行方式。分列運行指的是兩條線路同時運行，兩段母線間的聯絡開關斷開。分列運行適用于擁有較大負荷的變電和配電所，具有電纜線路的電流小、壓降小、線路距離長、停電面積小的優(yōu)點；缺點是由于兩個回路具有不同負荷，對其總配電開關的保護整定也有所不同，如果一個回路停電，另一個回路的總配電開關也要重新進行整定，不利于兩回路之間快速切換。并列運行指的是當一條回路運行時，另一回路帶電備用，兩段母線的聯絡開關相連接。并列運行適用于擁有較小負荷的變電和配電所，優(yōu)點是兩個回路擁有相同負荷，其總配電開關具有相同的保護整定，切換迅速；缺點是通過電纜線路的電流較大、壓降大、運行線路間的距離短，如果短路會造成大面積停電。
2.2煤礦井下供電系統(tǒng)的運行方式技術要求
我國頒布的煤礦生產的安全條例明確規(guī)定必須將雙回路供電運行技術應用到井下采礦區(qū)域的配電所、變電所中，為供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提供可靠的保障。同時，井下變電所向部分通風機供電時，應采取分列運行方式，保障通風系統(tǒng)的安全可靠運行。此外，綜合考慮井下作業(yè)的機電設備的規(guī)格和負荷，制定科學的供電方案，提高礦區(qū)生產的安全性和效率，保證井下作業(yè)的高效穩(wěn)定、節(jié)能經濟。
3煤礦井下供電系統(tǒng)的優(yōu)化措施
一方面，井下供電系統(tǒng)的電源經地面變電所通過兩臺主變壓器設備接入井下作業(yè)面實施供電。位于地面的主變壓器采用一臺運行、一臺備用的運行方式，利用雙電源向井下所有電氣、動力、照明設備提供安全穩(wěn)定供電。井下變電所的饋電盤柜為通風系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)經過雙回路電源實施供電。根據機電設備的容量和功率，按照1140V、660V進行電壓的優(yōu)化設置，按照127V對通信、照明和其他電氣設備實施供電，按照36V對交流控制回路進行供電。另一方面，對井下供電系統(tǒng)要采取積極有效的漏電保護措施，建立匹配完善的保護體系。所有電氣設備的保護接地裝置和局部接地裝置都應同井下主接地極連接成一個總接地網。嚴格要求井下電工按規(guī)范接線，確保電纜頭密封，防止進入潮氣引起漏電事故。對井下電纜懸掛到一定高度，防止出現“擠、壓、砸、淋”等現象，減少漏電事故的發(fā)生。及時對饋電開關進行檢漏保護試驗和遠方檢漏試跳試驗，確保漏電保護功能有效，及時切斷漏電回路。
1繼電保護發(fā)展現狀
電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發(fā)展又為繼電保護技術的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個歷史階段。
建國后，我國繼電保護學科、繼電保護設計、繼電器制造工業(yè)和繼電保護技術隊伍從無到有，在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。50年代，我國工程技術人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術［1］，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍，對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。因而在60年代中我國已建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代，為我國繼電保護技術的發(fā)展奠定了堅實基礎。
自50年代末，晶體管繼電保護已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代。其中天津大學與南京電力自動化設備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護，運行于葛洲壩500kV線路上［2］，結束了500kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。
在此期間，從70年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地位，這是集成電路保護時代。在這方面南京電力自動化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護起了重要作用［3］，天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的集成電路相電壓補償式方向高頻保護也在多條220kV和500kV線路上運行。
我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究［4］，高等院校和科研院所起著先導的作用。華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學、天津大學、上海交通大學、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應用［5］，揭開了我國繼電保護發(fā)展史上新的一頁，為微機保護的推廣開辟了道路。在主設備保護方面，東南大學和華中理工大學研制的發(fā)電機失磁保護、發(fā)電機保護和發(fā)電機?變壓器組保護也相繼于1989、1994年通過鑒定，投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的微機相電壓補償式方向高頻保護，西安交通大學與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護也相繼于1993、1996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機型的微機線路和主設備保護各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。可以說從90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代。
2繼電保護的未來發(fā)展
繼電保護技術未來趨勢是向計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化發(fā)展。
2.1計算機化
隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展，微機保護硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學院研制的微機線路保護硬件已經歷了3個發(fā)展階段：從8位單CPU結構的微機保護問世，不到5年時間就發(fā)展到多CPU結構，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結構，性能大大提高，得到了廣泛應用。華中理工大學研制的微機保護也是從8位CPU，發(fā)展到以工控機核心部分為基礎的32位微機保護。
南京電力自動化研究院一開始就研制了16位CPU為基礎的微機線路保護，已得到大面積推廣，目前也在研究32位保護硬件系統(tǒng)。東南大學研制的微機主設備保護的硬件也經過了多次改進和提高。天津大學一開始即研制以16位多CPU為基礎的微機線路保護，1988年即開始研究以32位數字信號處理器(DSP)為基礎的保護、控制、測量一體化微機裝置，目前已與珠海晉電自動化設備公司合作研制成一種功能齊全的32位大模塊，一個模塊就是一個小型計算機。采用32位微機芯片并非只著眼于精度，因為精度受A/D轉換器分辨率的限制，超過16位時在轉換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是32位微機芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。CPU的寄存器、數據總線、地址總線都是32位的，具有存儲器管理功能、存儲器保護功能和任務轉換功能，并將高速緩存(Cache)和浮點數部件都集成在CPU內。
電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間，快速的數據處理功能，強大的通信能力，與其它保護、控制裝置和調度聯網以共享全系統(tǒng)數據、信息和網絡資源的能力，高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機的功能。在計算機保護發(fā)展初期，曾設想過用一臺小型計算機作成繼電保護裝置。由于當時小型機體積大、成本高、可靠性差，這個設想是不現實的?，F在，同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲容量大大超過了當年的小型機，因此，用成套工控機作成繼電保護的時機已經成熟，這將是微機保護的發(fā)展方向之一。天津大學已研制成用同微機保護裝置結構完全相同的一種工控機加以改造作成的繼電保護裝置。這種裝置的優(yōu)點有：(1)具有486PC機的全部功能，能滿足對當前和未來微機保護的各種功能要求。(2)尺寸和結構與目前的微機保護裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強，可運行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。(3)采用STD總線或PC總線，硬件模塊化，對于不同的保護可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴展。
繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經濟效益和社會效益，尚須進行具體深入的研究。\
2.2網絡化
計算機網絡作為信息和數據通信工具已成為信息時代的技術支柱，使人類生產和社會生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個工業(yè)領域，也為各個工業(yè)領域提供了強有力的通信手段。到目前為止，除了差動保護和縱聯保護外，所有繼電保護裝置都只能反應保護安裝處的電氣量。繼電保護的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強有力的數據通信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護的概念，這在當時主要指安全自動裝置。因繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務)，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數據，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據的基礎上協(xié)調動作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。顯然，實現這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設備的保護裝置用計算機網絡聯接起來，亦即實現微機保護裝置的網絡化。這在當前的技術條件下是完全可能的。
對于一般的非系統(tǒng)保護，實現保護裝置的計算機聯網也有很大的好處。繼電保護裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確。對自適應保護原理的研究已經過很長的時間，也取得了一定的成果，但要真正實現保護對系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的自適應，必須獲得更多的系統(tǒng)運行和故障信息，只有實現保護的計算機網絡化，才能做到這一點。
對于某些保護裝置實現計算機聯網，也能提高保護的可靠性。天津大學1993年針對未來三峽水電站500kV超高壓多回路母線提出了一種分布式母線保護的原理［6］，初步研制成功了這種裝置。其原理是將傳統(tǒng)的集中式母線保護分散成若干個(與被保護母線的回路數相同)母線保護單元，分散裝設在各回路保護屏上，各保護單元用計算機網絡聯接起來，每個保護單元只輸入本回路的電流量，將其轉換成數字量后，通過計算機網絡傳送給其它所有回路的保護單元，各保護單元根據本回路的電流量和從計算機網絡上獲得的其它所有回路的電流量，進行母線差動保護的計算，如果計算結果證明是母線內部故障則只跳開本回路斷路器，將故障的母線隔離。在母線區(qū)外故障時，各保護單元都計算為外部故障均不動作。這種用計算機網絡實現的分布式母線保護原理，比傳統(tǒng)的集中式母線保護原理有較高的可靠性。因為如果一個保護單元受到干擾或計算錯誤而誤動時，只能錯誤地跳開本回路，不會造成使母線整個被切除的惡性事故，這對于象三峽電站具有超高壓母線的系統(tǒng)樞紐非常重要。
由上述可知，微機保護裝置網絡化可大大提高保護性能和可靠性，這是微機保護發(fā)展的必然趨勢。
2.3保護、控制、測量、數據通信一體化
在實現繼電保護的計算機化和網絡化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網絡上的一個智能終端。它可從網上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數據，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制中心或任一終端。因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數據通信功能，亦即實現保護、控制、測量、數據通信一體化。
目前，為了測量、保護和控制的需要，室外變電站的所有設備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復雜。但是如果將上述的保護、控制、測量、數據通信一體化的計算機裝置，就地安裝在室外變電站的被保護設備旁，將被保護設備的電壓、電流量在此裝置內轉換成數字量后，通過計算機網絡送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網絡的傳輸介質，還可免除電磁干擾?，F在光電流互感器(OTA)和光電壓互感器(OTV)已在研究試驗階段，將來必然在電力系統(tǒng)中得到應用。在采用OTA和OTV的情況下，保護裝置應放在距OTA和OTV最近的地方，亦即應放在被保護設備附近。OTA和OTV的光信號輸入到此一體化裝置中并轉換成電信號后，一方面用作保護的計算判斷；另一方面作為測量量，通過網絡送到主控室。從主控室通過網絡可將對被保護設備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。1992年天津大學提出了保護、控制、測量、通信一體化問題，并研制了以TMS320C25數字信號處理器(DSP)為基礎的一個保護、控制、測量、數據通信一體化裝置。
2.4智能化
近年來，人工智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領域都得到了應用，在繼電保護領域應用的研究也已開始［7］。神經網絡是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復雜的非線性問題，應用神經網絡方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動或拒動；如果用神經網絡方法，經過大量故障樣本的訓練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。其它如遺傳算法、進化規(guī)劃等也都有其獨特的求解復雜問題的能力。將這些人工智能方法適當結合可使求解速度更快。天津大學從1996年起進行神經網絡式繼電保護的研究，已取得初步成果［8］。可以預見，人工智能技術在繼電保護領域必會得到應用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。
3結束語
建國以來，我國電力系統(tǒng)繼電保護技術經歷了4個時代。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術、通信技術的進步，繼電保護技術面臨著進一步發(fā)展的趨勢。國內外繼電保護技術發(fā)展的趨勢為：計算機化，網絡化，保護、控制、測量、數據通信一體化和人工智能化，這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務，也開辟了活動的廣闊天地。
作者單位：天津市電力學會(天津300072)
參考文獻
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5楊奇遜.微型機繼電保護基礎.北京：水利電力出版社，1988
伴隨著科學技術的不斷發(fā)展，特別是計算機技術的發(fā)展，我國的計算機安全技術獲得大幅度的提升，安全策略也有了很大的發(fā)展，基本可以保障電力系統(tǒng)的信息安全，因此，電力系統(tǒng)的各個計算機應用部門就容易掉以輕心，信息安全意識較為薄弱，與信息安全的實際需求相差甚遠，從而導致有關部門不能很好的應對新出現的信息安全問題。
1.2缺乏統(tǒng)一的電力系統(tǒng)信息安全管理規(guī)范
缺乏統(tǒng)一的電力系統(tǒng)信息安全管理規(guī)范是電力系統(tǒng)信息安全管理中存在的一個較為嚴重的問題，導致電力系統(tǒng)信息安全管理無章可循、無法可依，信息安全管理的工作無法真正落實到位，信息安全管理的效率和質量都較低。
1.3缺乏符合電力行業(yè)特點的信息安全體系
隨著電力系統(tǒng)信息化程度的不斷提高，整個電力系統(tǒng)對計算機和網絡的依賴程度越來越高，相應的就要求建立安全系數高的安全體系，只有這樣才能很好的保障電力系統(tǒng)的正常運行，否則電力系統(tǒng)將會面臨很多安全方面的威脅。
1.4信息化程度的提高，使電力系統(tǒng)面臨著巨大的外部安全攻擊
電力系統(tǒng)的信息化程度的提高，有一個重要的表現就是由過去孤立的局域網發(fā)展成為廣域網，這樣一來，就增加了電力系統(tǒng)信息安全管理的難度，使電力系統(tǒng)面臨更多的安全攻擊和風險。
2提高電力系統(tǒng)信息安全性的措施
2.1提高安全意識
有關部門應該加強電力系統(tǒng)安全知識的宣傳，提高電力系統(tǒng)各種計算機應用部門人員的安全意識，正確認識信息安全問題，并加強對新出現問題的研究，提高對新出現問題的認識程度，以便制定相應的防范措施。
2.2制定統(tǒng)一的信息安全管理規(guī)范
要想提高電力系統(tǒng)信息安全管理的效率和質量，必須要制定一個統(tǒng)一的電力系統(tǒng)信息安全管理規(guī)范，這對電力系統(tǒng)的正常運行至關重要。企業(yè)在制定信息安全管理規(guī)范時，一定要結合電力系統(tǒng)的運行特點，并且還要參考主要的國際安全標準和我們國家的安全標準，努力制定出一套標準的、統(tǒng)一的電力系統(tǒng)信息安全管理規(guī)范。
2.3建立健全電力系統(tǒng)信息安全體系結構框架
建立健全電力系統(tǒng)安全體系結構框架，最主要的是要掌握先進的電力系統(tǒng)信息安全技術，只有這樣才能盡快的實現電力系統(tǒng)信息安全示范工程，從而大幅度的提升電力系統(tǒng)信息安全管理的水平。這里所說的先進的信息安全技術主要包括信息加密技術、信息確認和網絡控制技術、防病毒技術、防攻擊技術、數據備份和災難恢復技術等。
2.4采取一切有效的措施，抵擋外部安全攻擊
為抵擋外部安全攻擊，有關部門應該積極采取一切有效的措施來保障電力系統(tǒng)的信息安全。這些有效的措施主要包括以下幾種：注意建立電力系統(tǒng)信息安全身份認證體系、建立完備的網絡信息系統(tǒng)監(jiān)控中心、建立電力系統(tǒng)信息安全監(jiān)測中心等。
1.1事故分析
災害性天氣及惡劣氣候對電網的安全運行造成的影響主要表現為：大雪、凍雨、雨夾雪等天氣極易使線路出現倒塔、斷線的現象；強風易使輸電線路發(fā)生斷線或相間放電；大霧及沙塵天氣易使輸電線路發(fā)生污閃；雷電天氣容易使變電站及輸電線路由于雷擊而遭受損壞；氣溫之間的溫差過大也會使輸電設備無法正常運行；暴雨天氣極易使輸電線路發(fā)生倒塔。以上災害性天氣必須引起電網調度部門的高度重視。及時、準確的對災害性天氣進行預警，能夠使電網調度及管理部門提前做好應對的措施，從而減少或避免災害帶來的損失。
1.2野外的施工檢修
每年都要對電力系統(tǒng)中的輸配電設備進行定期或不定期的檢修，需要檢修的設備的數量多、時間長，操作也相對比較復雜，并且該項工作極易受到當地天氣、氣候等因素的制約，尤其是在惡劣天氣狀況下，會嚴重影響到室外的電力施工、搶修及檢修等工作。為了確保順利、安全的實施該項操作，需要先準確預報當地、當時的氣象條件，再進行操作及檢修等工作，這種方法不僅使檢修的質量及速度有所提高，還能夠在一定程度上減少由于停電引起的負荷損失。
1.3負荷預測在電力系統(tǒng)的運行管理及計劃
過程中，負荷預測在電能分配、發(fā)電及輸電等方面發(fā)揮著決定性作用。負荷用電不僅與經濟的增長及工農業(yè)的發(fā)展息息相關，還受到經濟、政治及政策等因素的制約。以本省為例，山西省負荷用電與天氣及氣候等因素之間的相關關系比較明顯，干旱、內澇等增加了農灌的負荷，強度較高的降雪、降雨天氣大幅度降低了用電負荷。山西省電網用電負荷表現出明顯的季節(jié)性，通常表現為當夏季的氣溫升高時，制冷負荷有所增加；當冬季氣溫降低時，采暖負荷快速增加。因此，氣溫是電網負荷中一個較為敏感的因素。
1.4電氣設備的氣象服務評價
服務系統(tǒng)的主要功能是通過統(tǒng)計與分析歷史的電力及氣象資料，研究并逐步建立電力調度、電力線路發(fā)生污閃事故的氣候量化條件，再依據不同的氣象條件對污閃的概率進行計算。針對大風、溫度、暴雨及濕度等建立起相應的警報系統(tǒng)，再分析電力設備的維護安裝條件，并以此建立起合理的與設備安裝維護相關的氣象指標。
2電力系統(tǒng)氣象信息服務網絡化路徑
2.1加大基礎設施的投入力度，建立多元化的投資體系
電力氣象信息服務網絡化的基礎設施建設是電力氣象信息服務的關鍵問題。通常情況下山西省各個地區(qū)電力氣象信息服務網絡化基礎設施建設存在著很大程度的差異，一些地區(qū)受到資金的制約，沒有足夠的資金投入到網絡建設中，致使無法廣泛、深入的開展電力氣象信息服務網絡化建設。因此，多元化投資體系的建立非常有必要。將政府投資作為主體，并設立專用資金用于建設電力氣象信息服務的網絡設施，從而為電力氣象信息服務網絡化創(chuàng)造良好的發(fā)展條件。另外，還要使市場的作用得到充分發(fā)揮，制定科學、合理的政策，吸引和鼓勵個人及企業(yè)投資，為該地區(qū)電力氣象信息服務網絡化基礎設施的建設提供充足的資金支撐。
2.2充分發(fā)揮政府的主導作用
社會及科技的發(fā)展，使山西省氣象信息網絡已經滲透到電力系統(tǒng)領域。目前，該地區(qū)的氣象信息服務網絡正逐步完善，但與發(fā)達省份相比，仍然存在著很大程度的差距。首先，基礎設施相對比較薄弱，硬件設施較為簡陋且短缺，技術手段也明顯不足；另外，網絡的運行維護及軟件的開發(fā)等缺乏經費保障。電力氣象信息服務網絡化是一個與多個部門相互關聯的綜合性能較強的系統(tǒng)工程，相關部門必須建立起有力的具有主導性的領導體系，并加強對電力氣象信息服務網絡化的組織與管理，明確的對各個部門進行分工協(xié)作，不僅能使電力信息服務網絡化建設過程中的浪費及重復建設現象大大減少，還能有效促進其快速、健康發(fā)展。
2.3開展技術培訓，加強信息服務人才隊伍建設
建設優(yōu)秀的電力氣象信息服務隊伍是氣象信息服務工作順利開展的重要保證。目前，山西省正在逐步完善氣象信息服務組織，但是仍然缺乏電力氣象信息服務方面的人才，一方面存在著嚴重的數量不足；另一方面是現有的電力氣象信息服務人員的技能及知識都已過時、陳舊，不能夠與復雜的電力需求相適應。因此，必須加強工作人員的培訓與教育，可以通過正規(guī)學校遠程教育或在職培訓，使人員的素質得到提升，還要定期組織相關人員進行技術業(yè)務培訓，爭取構建一支專業(yè)的高素質的電力氣象信息服務隊伍；同時，還要重視擴大電力氣象信息服務的隊伍，以確保及時、準確、有效的開展電力氣象信息服務工作。
2.4建立有效的氣象信息收集及機制
氣象服務信息資源在電力的發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用，因此，必須對傳播渠道進行改革，通過網絡渠道收集電力部門對氣象信息服務的廣泛需求，并定期組織學者專家等進一步對需求進行分析，再向決策部門上報。這一方法就能夠使決策部門對電力部門的需求及動向進行快速了解，并及時的對供給方式及內容等進行調整，還要快速的對電力部門的需求作出反應，使電力部門的需求與政府目標相互一致。另外，還要制定切實可行的法律及制度，使政府的氣象信息更加制度化與規(guī)范化。
2電力系統(tǒng)現存的安全隱患及特征
2.1電力系統(tǒng)現存的安全隱患
我國的電力系統(tǒng)目前存在的隱患可分為三點：其一，部分電力系統(tǒng)的構造較為薄弱，安全的穩(wěn)定性存在比較明顯的不足；其二，對于電力系統(tǒng)的駕馭能力需要進一步的進行提升；其三，需要改善故障的緊急處理工作，與社會聯合開辦的故障聯合演習應當更加規(guī)范化。
2.2電力系統(tǒng)突發(fā)故障的特性
電力系統(tǒng)的突發(fā)故障通常具有明顯的特征，現今對于電力設施與裝備組成的物理電力系統(tǒng)的電器特性研究相對更多一些，但是電力系統(tǒng)并不是與外界隔絕開的，是存在于社會與自然的環(huán)境中，所以也必定會受到周遭環(huán)境所帶來的影響。電力系統(tǒng)的安全性不僅與電力企業(yè)自身有關，也與周遭的社會及自然環(huán)境有關。電力系統(tǒng)的突發(fā)故障就是指在固定的區(qū)域內突發(fā)性的，為電力系統(tǒng)與社會、國家?guī)頁p失的災難性事件，通常具有以下特點：其一，涉及到的方面多，電力的生產、輸出、分配與消費都是一起完成的，這其中需要涉及到電力系統(tǒng)的輸電、發(fā)電、配電及用電等多個方面；其二，故障的誘因多，電力系統(tǒng)的突發(fā)故障不僅可能來源于違反電力系統(tǒng)與電氣規(guī)章的操作，暴露在自然環(huán)境中的電力設備還極容易被自然因素損壞（包括自然侵蝕、雪災、洪水、地震等）；其三，損失度重，電力的供給涉及到社會中的各行各業(yè)，也涉及到人們的財產及自身安全，大面積的斷電造成的間接與直接影響是無法預計的。
3電力系統(tǒng)故障管理的發(fā)展歷程
3.1經驗為主的應急處理階段
這一時期的應急故障管理工作主要注重應急的預案體制與應急組織體制的創(chuàng)建。重點對于緊急的指揮單位與工作單位進行創(chuàng)建。遵照國家有關的規(guī)章對于緊急預案進行編制與修訂，并對于應急指揮部門與應急平臺等技術支撐系統(tǒng)進行建設。
3.2分析為主的故障預防與管理階段
這一時期的故障應急管理工作主要注重對于故障應急保障的加強。不斷提升危險源的監(jiān)控管理與突發(fā)故障預警預測工作的力度，另外也要注重提升故障應急情況下的輔助決策能力及指揮能力。
3.3智能為主的災變防護階段
這一時期的應急故障管理工作注重對于智能技術運用及主動防護能力的加強。需要重點加強工程知識數據發(fā)掘技能與人工智能的運用，達到對于事故現場的在線實時監(jiān)控，對于突發(fā)事故的預警預測水準進行提升，為事故的應急指揮工作給予智能化的協(xié)助決策措施。
關于電力通信網絡信息管理系統(tǒng)的設計原則需要從四個方面說起：第一，管理系統(tǒng)的網絡化。從長遠角度來說，在未來的發(fā)展當中，電力通信必然會和不同的體系結構整合在一起，因此需要提出統(tǒng)一的管理標準，而這也是目前來說最為可行的辦法。將網絡化管理的要求實現出來，最終實現不同的體系與統(tǒng)一的接口進行互聯的目的。第二，綜合的接入性。電力通信網絡信息管理系統(tǒng)需要對不同規(guī)格的設備和產品具有較好的兼容功能，而且每一部分的任務都是以綜合性的接入口為基準，實現通信設備的統(tǒng)一轉換，最終以網絡管理系統(tǒng)的高層次進行處理。第三，對功能和開放性的應用接口進行完善。要想制定好應用功能，那么就必須做好用戶的需求分析，并且將其作為基礎來將網絡管理體系設計得豐富和完善。第四，系統(tǒng)的獨立性和標準化。要想實現網絡管理系統(tǒng)的統(tǒng)一，就必須要從設計的角度出發(fā)，在設計程序、設計風格和設計術語應用等方面要做到盡量統(tǒng)一，還要通過標準化的設計來應對不同的設備和系統(tǒng)的控制與操作。
1.2電力通信網絡信息管理系統(tǒng)的功能與結構分析
將計算機信息技術發(fā)展的總體要求和技術的總體發(fā)展趨勢作為基礎，再和本研究的研究背景相結合，電力通信網絡信息管理系統(tǒng)在當前科技框架之下，最好采用基于J2EE體系的架構來進行設計和開發(fā)，采用Java語言進行輔助編輯。因為Java具有十分強大的編程語言優(yōu)勢，而且它有眾多的國內外大型廠商所參與制定的J2EE標準規(guī)范，因此在目前來說，Java也是很多大中型企業(yè)的首選應用。不單單可以為電力通信網絡信息管理系統(tǒng)提供更加穩(wěn)定的性能支持，而且還能夠為其提供更好的處理性能。J2EE應用服務器和Java語言Web的開發(fā)和應用當中，為其更好地發(fā)揮和使用提供了很多可復用性、標準性、開放性和可管理性等跨平臺功能特性。因此，給予J2EE和Java進行研發(fā)和設計，能夠開發(fā)出更多的一次研發(fā)多次運行的系統(tǒng)。在此期間，J2EE也為其提供了更加先進和強大的多層架構支持。此外，對于系統(tǒng)性能和方案設計來說，需求分析也具有十分重要的作用。在對功能配備和設備配置的時候，一定要本著合理性的原則來進行。對網絡進行設計的時候，一定要擺脫那種傳統(tǒng)式的對網絡的依賴，在設計系統(tǒng)的時候，一定要做到層次鮮明清晰。從功能角度分析方面來說，一個優(yōu)秀的網絡系統(tǒng)需要具備三個方面的內容，分別是對故障的鑒定和判斷，對異常運行做出檢測和記錄，對相應故障和反應故障進行管理；對設備的性能做出分析、檢測和控制；合理做好物理設備上的資源管理和資源配置工作。
2電力通信網絡信息管理系統(tǒng)的實現
2.1電力通信網絡信息管理系統(tǒng)的建立
可以從三個方面來對電力通信網絡信息管理系統(tǒng)的建立進行闡述：
（1）進行設計前期的分析。
對該系統(tǒng)進行設計需要將滿足客戶的要求當做前提，在此基礎上對系統(tǒng)良好的開放性和穩(wěn)定性做出設計，還要保證系統(tǒng)具有一定的安全性。在設計當中需要考慮對相關的技術手段的運用，對于在系統(tǒng)當中必然會出現的數據、表格和文字等作出處理，需要選擇較為強大的數據處理功能和數據處理軟件來進行。
（2）建立數據模型。
對數據模型進行監(jiān)理可以說更加有益于大量的數據信息的管理，它能夠將抽象的數據具體化和形象化，在某種程度上能夠將管理的效率提升起來，也可以提高操作的可行性。關于數據模型主要分為兩個部分：一部分是利用DBMS進行電路走勢的分析，可以使相關工作人員對空間因素更好地掌握；另一部分是對線路的具置進行掌握，這種模型可以以幾何圖形的形式存在，運用起來更加高效便捷。
（3）對數據庫的建立。
在對數據庫進行建立之前，需要花費大量的工作在通信信息的收集和整理上，在具體的建立過程當中，需要對系統(tǒng)將來的發(fā)展做出考慮，因此就必須做好子網的聯網設計工作，而且在數據庫開始建立和設計之初就應該對圖層的階層關系做出準確而又清晰的把握，最好能夠了解各個階層之間的相互聯系和相互關系，以便于以后在大的通信網絡里更好地實現。
2.2電力通信網絡信息管理系統(tǒng)的體系結構
對于一般的網絡管理系統(tǒng)來說，主要分為分布式和主從式兩種。主從式的結構主要是通過后臺來統(tǒng)一調配和管理設備的電路的，操作管理相對來說更為高度集中，但是卻在其間存在著很多的問題。舉例來說，信息資源在這種結構之下就會顯得非常拙劣，這種結構采用集中式的管理，對處理的難度起到了一個施壓的作用，會使其工作難度加大。此外實時監(jiān)測也存在著很大的問題，具體來說主要是效率比較低下，喪失了實時監(jiān)測的意義所在，因為后臺的集中處理會使網絡數據產生阻塞，于是鏈路和節(jié)點就較多了，最終也就產生了這種情況。在這種情況之下，假使后臺出現了問題，那么整個系統(tǒng)很可能會面臨著失去控制中心的風險，此外這種結構的升級性能較差，服務類型也不全面。相比之下，分布式的結構就存在著很大的優(yōu)勢，因為它具有很優(yōu)秀的管理配置模式，其模式會將中央平臺作為中心，再逐層將數據的控制功能剝離出來，然后再配置到設備當中。這樣一來，該系統(tǒng)和各個管理級別就能夠通過協(xié)議來進行相互之間的聯系，從而構成一個完整的系統(tǒng)，因此這種結構方式是值得選擇的。在此之間，能夠有效地將電力通信的電路和設備數據的處理實現對應，在設計管理站的時候需要根據不同的操作環(huán)境來進行，實質上它是一個介于系統(tǒng)和操作者之間的界面，起到了一個介質的作用。而信息庫是用來儲存信息的，管理協(xié)議則對和管理者之間起到了一個連接的作用，而且還能夠對眾多的內容做出協(xié)定，比如信息的通信方式、數據的儲存方式，還有信息數據的處理方法等。
近年來，我國電力事業(yè)發(fā)展迅速，電網內部也存在著引起電壓崩潰的因素，而且可能更為突出，只是由于目前大多數有載調壓器分接頭未投入自動和電力部門過早地采用了甩負荷這一最后的措施，因而電壓穩(wěn)定問題似乎顯得不那么突出。隨著電力市場化，人們對電能質量要求提高，甩負荷這一措施的使用將會受到限制。研究認為，電壓崩潰日趨嚴重的主要原因有以下幾點：一是由于經濟上及其它方面(如環(huán)保)的考慮，發(fā)、輸電設備使用的強度日益接近其極限值；二是并聯電容無功補償大量增加，因而當電壓下降時，向電網提供的無功功率按電壓平方下降；三是線路或設備的投切，引起電壓失穩(wěn)的可能性往往比功角穩(wěn)定研究中所考慮的三相短路情況要大得多，然而人們長期以來只注意功角穩(wěn)定的研究。
1電壓穩(wěn)定性破壞的原因
1.1電壓崩潰的起因電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的物理本質是系統(tǒng)中功率平衡問題，電力系統(tǒng)運行的前提是必須存在一個平衡點。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，直觀的講也就是負荷母線上的節(jié)點功率平衡問題。當節(jié)點提供的無功功率與負荷消耗的無功功率之間能夠達成此種平衡，且平衡點具有抑制擾動而維持負荷母線電壓的能力，電力系統(tǒng)即是電壓穩(wěn)定的，反之倘若系統(tǒng)無法維持這種平衡，就會引起系統(tǒng)電壓的不斷下降，并最終導致電壓崩潰。當有擾動發(fā)生的時候，會造成節(jié)點功率的不平衡，任何一個節(jié)點的功率不平衡將導致節(jié)點電壓的相位和幅值發(fā)生改變。各節(jié)點電壓和相位運動的結果若是能穩(wěn)定在一個系統(tǒng)可以接受的新的狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，若節(jié)點的電壓和相角在擾動過后無法控制的發(fā)生不斷的改變，則系統(tǒng)進入失穩(wěn)狀態(tài)。電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定和系統(tǒng)的無功功率平衡有關，電壓崩潰的根本原因是由于無功缺額造成的，擾動發(fā)生后，系統(tǒng)電壓無法控制的持續(xù)下降，電力系統(tǒng)進入電壓失穩(wěn)狀態(tài)。無論是來自動態(tài)元件的擾動還是來自網絡部分的擾動，所破壞的平衡均歸結為動態(tài)元件的物理平衡。電力系統(tǒng)的動力學行為僅受其動態(tài)元件的動力學行為及其相互關系的制約。
2電壓穩(wěn)定性的分類
將電壓穩(wěn)定性問題適當分類，對電壓穩(wěn)定性的分析，造成不穩(wěn)定基本因素的識別，以及提出改善穩(wěn)定運行的方法等都是有利的。①按擾動的規(guī)模來講電壓穩(wěn)定問題可以分為小擾動電壓穩(wěn)定性，大擾動電壓穩(wěn)定性。一是小擾動電壓穩(wěn)定性是在如系統(tǒng)負荷逐漸增長，送到負荷節(jié)點的功率的微小變化之下系統(tǒng)控制電壓的能力。小擾動下系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行意味著系統(tǒng)本身能夠不斷調整以適應變化的情況，系統(tǒng)控制系統(tǒng)有能力在小擾動后令人滿意地運行，保證系統(tǒng)發(fā)出的無功等于消耗的無功，在出現最大負荷時能成功地供電。這種形式的穩(wěn)定性由負荷特性、連續(xù)作用的控制及給定瞬間的離散控制作用所確定。系統(tǒng)對小擾動的響應特性取決于初始運行條件、輸電系統(tǒng)強度以及所用的發(fā)電機的勵磁控制等因素。依靠負荷和電源自身固有的調節(jié)能力，使擾動前后的電壓值相同或者相近。二是大擾動電壓穩(wěn)定性是關于在發(fā)生諸如系統(tǒng)故障后，系統(tǒng)控制電壓的能力。這些擾動包括輸電線上短路、失去一臺大發(fā)電機或負荷，或者失去兩個子系統(tǒng)間的輸電線。系統(tǒng)對大擾動的響應涉及大量的設備。
此外，用來保護單個元件的裝置對系統(tǒng)變量變化的響應也影響系統(tǒng)的特性。②按照失穩(wěn)事故的時間場景電壓穩(wěn)定問題可以分為：一是暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，穩(wěn)定破壞的時間框架從0~大約10秒，這也是暫態(tài)功角穩(wěn)定性的時間框架。在這類電壓不穩(wěn)定中，電壓失穩(wěn)和功角失穩(wěn)之間的區(qū)別并不總是清晰的，也許兩種現象同時存在。這類電壓崩潰是由諸如感應電動機，和直流換流設備等不良的快速反應負荷元件造成的。對于嚴重的電壓下降感應電動機可能失速，吸收無功功率急劇增加，進而將引起其臨近的其它感應電動機失速。除非盡快切除該類負荷，否則會導致電壓崩潰。二是中期電壓穩(wěn)定性，穩(wěn)定破壞的時間框架通常為30秒到50秒，典型者為2到3分。發(fā)生此類電壓失穩(wěn)事故時電力系統(tǒng)一般處于高負荷水平，且從遠方電源送入大量功率，當重載條件下運行的系統(tǒng)受到突然的大擾動后，由于電壓敏感性負荷的作用，系統(tǒng)能夠暫時保持穩(wěn)定。但擾動后網絡無功損耗大量增加，引起負荷區(qū)域電壓下降，當自動調節(jié)分接頭的變壓器和配電電壓調節(jié)器動作，而恢復末端變壓器負荷側電壓，從而恢復負荷功率時，網絡傳輸電流進一步增大加劇輸電網絡中電壓的下降。同時送端發(fā)電機可能因過勵磁限制而只發(fā)送有功，甚至由于發(fā)電機長時間過電流而被切除。這樣含電源在內的輸電網絡已經不可能提供足夠的無功功率，以支持負荷消耗與網絡無功損耗的需要，就會最終導致電壓崩潰對于這類電壓崩潰事故，運行人員來不及干預，自動調節(jié)分接頭的變壓器及配電電壓調節(jié)器，發(fā)電機過勵限制等因素在此過程中起重要作用。應當指出的是，在這一過程中自動調節(jié)分接頭的變壓器的作用是抑制或加劇電壓崩潰的進程，與負荷特性分接頭位置及系統(tǒng)無功儲備有關。三是長期電壓不穩(wěn)定性，這種場景的電壓崩潰發(fā)展過程經歷一個相當長的時間，其過程可大致描述如下：負荷過速增長，導致主要負荷母線電壓單調下降。幾分鐘內由于自動調節(jié)分接頭的變壓器及調度干預等作用，電壓的下降得到遏止后，一方面自動調節(jié)分接頭的變壓器使網上負荷得到恢復，另一方面負荷繼續(xù)快速增加，電源的增加或當地無功補償增加，跟不上負荷增長速度的需要，電壓下降進一步惡化，最終導致部分地區(qū)電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。在長期電壓不穩(wěn)定事故中，往往沒有直接的擾動。其原因是本來已經薄弱的嚴重過載的結構，不合理的網絡中的負荷恢復和快速增長造成的。3小擾動電壓穩(wěn)定性的機理分析
電力系統(tǒng)在給定的穩(wěn)態(tài)運行點遭受任意小的擾動后，如果負荷節(jié)點的電壓與擾動前的電壓值相同或者相近，則稱系統(tǒng)在給定運行點為小干擾電壓穩(wěn)定，此時系統(tǒng)擾動后的狀態(tài)位于系統(tǒng)擾動后的吸引域內。從負荷節(jié)點可將系統(tǒng)分為兩部分，一部分可以看為電源系統(tǒng)，則另一部分看為負荷。小擾動電壓穩(wěn)定性的前提是擾動后的系統(tǒng)電源的無功—電壓靜態(tài)特性和負荷的無功—電壓靜態(tài)特性必須有交點，并且在該點具有維持電壓不變或有微小變化的能力。
4大擾動電壓穩(wěn)定性的機理分析
1前言
電力電子技術是一個以功率半導體器件、電路技術、計算機技術、現代控制技術為支撐的技術平臺。經過50年的發(fā)展歷程，它在傳統(tǒng)產業(yè)設備發(fā)行、電能質量控制、新能源開發(fā)和民用產品等方面得到了越來越廣泛的應用。最成功地應用于電力系統(tǒng)的大功率電力電子技術是直流輸電（HVDC）。自20世紀80年代，柔流輸電（FACTS）概念被提出后，電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用研究得到了極大的關注，多種設備相繼出現。本文介紹了電力電子技術在發(fā)電環(huán)節(jié)中、輸電環(huán)節(jié)中、在配電環(huán)節(jié)中的應用和節(jié)能環(huán)節(jié)的運用。
2電力電子技術的應用
自20世紀80年代，柔流輸電（FACTS）概念被提出后，電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用研究得到了極大的關注，多種設備相繼出現。已有不少文獻介紹和總結了相關設備的基本原理和應用現狀。以下按照電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和配電以及節(jié)電環(huán)節(jié)，列舉電力電子技術的應用研究和現狀。
2.1在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應用
電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機組的多種設備，電力電子技術的應用以改善這些設備的運行特性為主要目的。
2.1.1大型發(fā)電機的靜止勵磁控制
靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式，具有結構簡單、可靠性高及造價低等優(yōu)點，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調節(jié)，給先進的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產生良好控制效果的有利條件。
2.1.2水力、風力發(fā)電機的變速恒頻勵磁
水力發(fā)電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當水頭的變化幅度較大時（尤其是抽水蓄能機組），機組的最佳轉速變隨之發(fā)生變化。風力發(fā)電的有效功率與風速的三次方成正比，風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機組變速運行，通過調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項應用的技術核心是變頻電源。
2.1.3發(fā)電廠風機水泵的變頻調速
發(fā)電廠的廠用電率平均為8%，風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的65%，且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實施風機水泵的變頻調速，可以達到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術已非常成熟，國內外有眾多的生產廠家，并不完整的系列產品，但具備高壓大容量變頻器設計和生產能力的企業(yè)不多，國內有不少院校和企業(yè)正抓緊聯合開發(fā)。
2.2在輸電環(huán)節(jié)中的應用
電力電子器件應用于高壓輸電系統(tǒng)被稱為“硅片引起的第”，大幅度改善了電力網的穩(wěn)定運行特性。
2.2.1直流輸電（HVDC）和輕型直流輸電（HVDCLight）技術
直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調節(jié)靈活等優(yōu)點，對于遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯網，高壓直流輸電擁有獨特的優(yōu)勢。1970年世界上第一項晶閘管換流器，標志著電力電子技術正式應用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。
2.2.2柔流輸電（FACTS）技術
FACTS技術的概念問世于20世紀80年代后期，是一項基于電力電子技術與現代控制技術對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調節(jié)的輸電技術，可實現對交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。
20世紀90年代以來，國外在研究開發(fā)的基礎上開始將FACTS技術用于實際電力系統(tǒng)工程。其輸出無功的大小，設備結構簡單，控制方便，成本較低，所以較早得到應用。2.3在配電環(huán)節(jié)中的應用
配電系統(tǒng)迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質量。電能質量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。電力電子技術和現代控制技術在配電系統(tǒng)中的應用，即用戶電力（CustomPower）技術或稱DFACTS技術，是在FACTS各項成熟技術的基礎上發(fā)展起來的電能質量控制新技術?？梢詫FACTS設備理解為FACTS設備的縮小版，其原理、結構均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場介入相對容易，開發(fā)投入和生產成本相對較低，隨著電力電子器件價格的不斷降低，可以預期DFACTS設備產品將進入快速發(fā)展期。
2.4在節(jié)能環(huán)節(jié)的運用
2.4.1變負荷電動機調速運行
電動機本身挖掘節(jié)電潛力只是節(jié)電的一個方面，通過變負荷電動機的調速技術節(jié)電又是另一個方面，只有將二者結合起來，電動機節(jié)電方較完善。目前，交流調速在冶金、礦山等部門及社會生活中得到了廣泛的應用。首先是風機、泵類等變負荷機械中采用調速控制代替擋風板或節(jié)流閥控制風流量和水流量具有顯著的效果。國外變負荷的風機、水泵大多采用了交流調速，我國正在推廣應用中。
變頻調速的優(yōu)點是調速范圍廣，精度高，效率高，能實現連續(xù)無級調速。在調速過程中轉差損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，節(jié)電率一般可達30%左右。其缺點主要為：成本高，產生高次諧波污染電網。
2.4.2減少無功損耗，提高功率因數
2我國供電系統(tǒng)物資管理上存在的問題
2.1管理體制上出現的漏洞供電系統(tǒng)物資管理主要包括供電系統(tǒng)的施工和建設、檢修和維護、運行和調整等方面，是供電系統(tǒng)工作性能和安全性能準確發(fā)揮的重要保障。隨著社會的發(fā)展和科技的進步，越來越多的技術和設備被運用到供電系統(tǒng)當中，這在完善供電系統(tǒng)工作性能，提升供電系統(tǒng)工作效能上產生巨大作用的同時，也給供電系統(tǒng)的物資管理帶來了巨大的困擾。盡管我國部分供電部門在供電系統(tǒng)的物資管理上進行了很大程度的調整，但在現代物流思想、施工物資管理體質上做得并不完善、并不科學，沒能從根本上改善供電系統(tǒng)的物資管理。在施工設備設施的調配和建設上沒有充分發(fā)揮設備和設施本身具有的功能，沒能使供電系統(tǒng)在建設和檢測工作的工作效率達到理想的狀態(tài)。同時，由于這種粗放的管理體制的缺陷，在供電系統(tǒng)正常運行的過程中，一些檢測和維修部門在相關設備的配備上，出現嚴重的缺失，造成當遇到突發(fā)事件時，由于缺乏相應的解決問題的設備，使問題不能被及時的解決，從而給用戶造成不必要的損失。
2.2人員素質上的嚴重問題盡管在需要電能作為基礎能源的企業(yè)越來越多，但是電力供應系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢卻不容樂觀，特別是近幾年來，供電系統(tǒng)在物資管理上出現了很嚴重的人員素質的問題，使得電力供應系統(tǒng)的發(fā)展腳步邁得十分遲緩。一些供電企業(yè)的人員，由于在系統(tǒng)物資管理上缺乏相應的理論基礎和實踐經驗，在物資的采購和調配上，沒能把握住市場運行的動向，不了解科技發(fā)展的前沿，使其盡管在供電系統(tǒng)的運營商花費了許多精力和時間，卻沒能受到滿意的效果。類似的，一些物資采購人員，為了從采購資金中榨取些許利潤，或者是為了照顧關系，在采購供應渠道的選擇上，選擇那些質量差、價格低的產品，這些產品雖然從模樣上看似乎滿足供電系統(tǒng)的運行要求，但其在供電的可靠性和安全性上是沒有保障的。另外，一些工作人員在對投入工作中的供電設施設備在管理時，沒有按照標準進行定期的檢修和維護，在出現的問題的處理上，也未能做到及時有效，從而給供電企業(yè)和用電者帶來了巨大的經濟損失。
3供電系統(tǒng)物資管理信息化的實現
3.1信息化系統(tǒng)的建設進入到二十一世紀以來，工業(yè)生產技術和設備在使用性能和操縱性能方面都發(fā)生了巨大的變革，特別是在計算機網絡技術被運用到工業(yè)生產和商業(yè)活動中后，信息和資源的傳遞、分析、處理的速率得到了大幅度的提升，社會生產力得到了空前的發(fā)展，人類發(fā)展走向了一個信息化的道路。就供電系統(tǒng)物資管理中出現的種種問題，參考計算機網絡技術在管理上各方面的優(yōu)勢，供電系統(tǒng)物資管理的信息化成為了一種新的發(fā)展趨勢。其實在早期的供電物資管理上，就已經出現了管理信息化的萌芽，只是在近十幾年計算機網絡技術在社會生產的各個方面的運用迅猛發(fā)展的態(tài)勢下，供電系統(tǒng)物資管理信息化才逐漸被人們所重視。在信息化的建設過程中，不能夠照搬計算機網絡技術在其他行業(yè)中運用的形勢，要根據供電系統(tǒng)物資管理的特點，設計制造出有效的信息化系統(tǒng)。這個信息化的系統(tǒng)在內容上不僅要包括物資管理的各個方面的具體內容，同時在操縱方面也要盡量設計得便捷。
3.2系統(tǒng)管理人員的培養(yǎng)在對運用信息化系統(tǒng)進行物資管理的人員的選配和培養(yǎng)上，不僅在計算機網絡技術的了解和運用能力上，要對技術人員做出一定的要求，同時在思想道德品質上，也要符合一定的規(guī)范。在供電系統(tǒng)物資信息化管理過程中，管理人員對科技快速發(fā)展中出現的新的管理技術和設備要做及時的了解，并根據供電系統(tǒng)具體需要和企業(yè)的經濟狀況對這些新技術和設備進行必要的引進，以提升管理工作的工作效率，減少成本。
（1）相對性。安全系統(tǒng)是相對的，換而言之便是沒有絕對的安全系統(tǒng)；同時，操作系統(tǒng)和網絡管理之間存在相對性，安全性基于系統(tǒng)的不同部件之間能夠發(fā)生轉移。（2）相關性。這里指的是配置的相關性。日常管理過程中，不一樣的配置會產生全新的問題，一般的安全測評只能證明特定環(huán)境和特定配置的安全性，例如新設備的應用等。（3）時效性。主要體現為新的漏洞及攻擊方式逐漸呈現，比如：NT4.0便從SP1逐漸發(fā)展至SP6；現在安全的系統(tǒng)在未來其安全性將會面臨考驗。（4）復雜性。對于信息安全來說，屬于一項較為系統(tǒng)的工程，需融合技術手段及非技術手段，并且與安全管理、培訓及教育密不可分，大致上分析便知其復雜性較高。（5）不確定性。指的是攻擊的不確定性。如攻擊時間的不確定性、攻擊手段及目標的不確定性等。
1.2信息網絡安全的實現要點
（1）需要對網絡系統(tǒng)的硬軟件及數據進行有效保護，對于系統(tǒng)遭到破壞、更改或泄露等情況需實現有效規(guī)避。（2）對于外部非法入侵行為需采取有效防止措施，同時加強內部人員的管理及教育，使內部人員的安全意識得到有效提高。（3）信息安全管理者需重視信息網絡安全現狀所存在的問題，例如行為管理的脆弱性，又如網絡配置及技術的不完善性等。在認識到問題的基礎上，制定有效的改善策略，進一步提高電力系統(tǒng)信息網絡的安全性。
2電力系統(tǒng)信息網絡安全架構策略探究
2.1防火墻技術
電力系統(tǒng)當中，為了防止病毒入侵，便需要防火墻技術的介入。目前具備的防火墻指的是設置在不同網絡或網絡安全域間的一系列部件的組合，它屬于不同網絡或者網絡安全域間信息的唯一出入口，可以企業(yè)的安全政策為依據，進一步對出入網絡的信息流實現有效控制，同時自身還具備比較強的攻擊能力。另外，它還是提供信息安全服務的重要基礎，也能夠使信息網絡更具安全性。近年來，防火墻技術已經廣泛應用于局域網和Internet之間的隔離。
2.2NAT技術
應用NAT技術，能夠讓一個機構里的全部用戶以有限的合法IP地址為途徑，進一步對Internet進行訪問，這樣便使Internet上的合法IP地址得到了有效節(jié)省。另外，以地址轉換為手段，還能夠使內網上主機的真實IP地址實現隱藏，進而使網絡的安全性得到有效提高。
2.3防病毒技術
利用防病毒產品，能夠防止惡意程序的入侵，并起到抵御病毒的作用，進一步使網絡當中的服務器及PC機獲得了有效防護。防病毒產品具備功能強大的管理工具，能夠對文件進行自動更新，讓管理及服務作業(yè)更具合理性。另外，還可以使企業(yè)的防病毒安全機制更具完善性，具有優(yōu)化系統(tǒng)性能及解決病毒攻擊等優(yōu)勢，為電力系統(tǒng)信息網絡的安全性提供了重要保障。
2.4網絡加密技術
網絡加密技術是指對原有的數據或明文文件通過某種特定算法進行有效處理，使其成為一段不可讀的代碼，然后只允許輸入相應的密鑰后才可顯示出原來的內容，通過此途徑為數據的安全性提供保障，同時使數據更具完整性及保密性。
2.5指紋認證技術
對于電力系統(tǒng)來說，其信息網絡安全的身份認證顯得極為重要。在現有的硬件防火墻的條件下，可以進一步應用最新的身份認證技術，即為指紋認證技術?；陔娏π畔⒕W絡管理過程中，把具有合法特質的用戶指紋存入指紋數據庫當中。使用指紋技術，便可以使認證的可靠性增強。主要原理是，把用戶的密鑰與用戶指紋特征統(tǒng)一存儲在密鑰分配的KDC當中，用戶在應用密鑰時通過自動指紋識別確認身份后從KDC中獲取。
2.6數據加密技術
防火墻及防病毒系統(tǒng)技術能夠對電力系統(tǒng)起到保護作用，同時通過數據加密技術也能夠對電力系統(tǒng)起到保護作用。數據加密技術是一種對網絡傳輸數據的訪問權進行限制的技術，在加密設備與密鑰加密過程中會產生密文，把密文向原始明文還原的過程為解密，是基于加密處理的反向處理，但是對于解密者來說，需使用同樣類型的加密設備及密鑰，才能夠進一步對密文進行有效解密。
3電力系統(tǒng)信息網絡安全構架
通過防火墻、病毒網管及認證服務器，使非授權用戶入侵網絡的情況得到有效防止，進一步使網絡系統(tǒng)的可用性得到有效體現。充分應用CA中心，能夠對用戶起到權限控制作用，并且在結合內容審計機制的基礎上，能夠對網絡資源與信息實現有效控制。通過防毒管理中心，并利用漏洞掃描器，使系統(tǒng)內部安全得到有效保證，進一步保證了信息的完整性。通過VPN與加密系統(tǒng)，保證了信息不會泄露給沒有獲得授權的實體，進而使信息更具保密性。另外，利用入侵檢測及日志服務器，能夠為網絡安全問題提供檢測方面的有效依據，使信息實現可審查的特征，進一步充分保證了信息的可靠性及安全性。
