中国电力系统安全稳定性演化综述

能源资源开发程度、分布情况以及负荷需求深刻影响电力系统的发展进程。近年来，受新能源革命影响，中国电力系统电源结构发生深刻变化，大规模新能源并网（同时伴随电力电子设备渗透率提升）导致系统惯量、短路容量不断减小，对系统安全稳定运行产生不利影响。预测能源转型过程中电力系统整体稳定性的变化趋势，提前采取相应的技术措施防止系统整体稳定水平下跌，成为当前电力系统发展的主要任务之一。

（来源：《中国电力》作者：董武 张健, 周勤勇, 张立波, 龚浩岳 中国电力科学研究院有限公司）

《中国电力》2025年第1期刊发了董武等撰写的《中国电力系统安全稳定性演化综述》一文。文章通过对各阶段电网典型稳定问题进行梳理，分析各阶段稳定问题的特点，厘清造成电网安全稳定性转换的机制和原因。在此基础上，对比分析第四阶段以来电力系统安全稳定性发展与以往不同的特点，并为下一步研究提出相应的思路和方法。

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。

01第一阶段（1980年之前）

1.1  第一阶段电力系统发展概况

电网规模小，电力基础设施建设速度十分缓慢是此阶段电网的主要特征。

电源建设方面，这一时期电力全部来源于水、火电。其中，火电占比在70%以上。单机容量低下，大部分机组容量处于100~200 MW以下，最大单机容量不超过300 MW。中国总装机容量由建国初期的184.86万kW经过31年缓慢增至万kW。

电网建设方面，本阶段电网形态以一字长链形、单环网为主，电网结构薄弱。其中，1970年之前中国以110 kV城市电网建设为主，1970—1980年中国开始推动220 kV统一省网的建设，220 kV输变电建设增长规模逐渐超过了110 kV，如表1所示。

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

1.2  第一阶段电力系统典型事故归纳

电力供应能力低下，电网运行状况恶劣是本阶段的主要特征。1970年之前由于输电距离和传输容量有限，稳定事故影响范围较小。1970—1980年，虽然输电距离和系统容量有所增大，但电网运行状况并未明显改善，加剧了稳定破坏事故的危害性。同时，此阶段人们对于运行规律的掌握以及对安全稳定的认知滞后于系统规模的发展，造成此时期全国范围内稳定破坏事故多达210次。具体典型系统事故及其相关原因如表2所示。

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

1.3  第一阶段电力系统安全稳定性影响因素分析

由表2可知，电网规模小（基础设施建设薄弱）是制约本阶段稳定水平提升的主要原因，加上人员技术素养薄弱，使得电网稳定破坏事故易发、频发，具体影响因素如下。

1）电网运行环境恶劣：本阶段电网运行环境受运行管理水平和经济条件的制约，用电计划不尽合理、电网基础建设缓慢以及发送变配建设比例不协调共同导致了电力供应短缺的局面，造成电力系统出现长时间低电压、低周波的非正常运行状态，恶化了电力系统的安全稳定水平。如1972年7月27日湖北电网大面积停电事故，继电保护误动跳闸是引发事故的直接原因，而造成事故进一步扩大的原因在于超计划用电，事故前系统已处于低频率运行状态，部分低频减载装置停用，以致事故发生后无法足量切除负荷，未起到保护电网的作用。

2）电网结构薄弱、不合理。

①单回长距离输电线路：高电压等级电网形成之初，通常先出现单回输电线，网架强度低下，易导致功角稳定事故的发生。如东北电网第一回220 kV输电线路水丰—鞍山送电线建成后，发生多起弱联导致的稳定破坏事故。

②弱联系特大环网：在电网发展初期，通常将地理位置相近的发电厂和变电站联接，形成单回线的特大环网，部分线路所送功率通常被沿途变电站消耗，不仅未能发挥相互联络、互为备用的作用，还有可能加剧稳定破坏事故的后果。如1972年7月20日浙江电网瓦解事故。

③高低压电磁环网：高电压等级输电线路在发展初期通常与低电压等级输电线路并列运行，形成电磁环网。当高压线路跳闸后，潮流转移至低压线路，易引起系统稳定破坏。如东北、湘中北电网在220 kV电压等级电网发展初期，曾发生多起由电磁环网导致的稳定破坏事故。

④送受端网络不配套：高一电压等级输电线路投入运行，若相应送受端网络结构未改造或配套不全，会使电力系统留下薄弱环节，有可能出现二次电网故障引发一次主网振荡的情况。

3）电网运行管理混乱：稳定破坏事故的发生与运行管理水平低下密不可分。1970—1980年，与运行管理有关的稳定破坏事故占71.9%。如东北水丰电厂分别于1975年8月和1979年8月发生因调度运行人员未做好稳定计算而导致调整运行方式选择失误造成的静稳破坏事故。

4）人为过失：此阶段电网从业人员整体技术水平不足，发生多起因人员误操作引起的稳定破坏。比如，湖北电网“七·二七”系统瓦解事故就是因人为过失引起丹汉线距离保护误动跳闸所造成。

5）继电保护及安全自动装置问题：该阶段二次设备质量以及装配能力都处于较低水平，由继电保护不正确动作引发或造成事故进一步扩大的现象经常出现。如1973年11月，辽宁电厂发生单相接地短路，因故障切除时间过长，导致事故扩大为两相短路接地，最终造成系统动稳破坏。

综上所述，造成该阶段安全稳定破坏事故频发的相关因素如图1所示。

图1  第一阶段影响电力系统安全稳定性相关因素示意

Fig.1  Schematic diagram of the factors affecting the security and stability of the power system in the first stage

02第二阶段（1981—2002年）

2.1  第二阶段电力系统发展概况

受改革开放影响，经济发展促进了本阶段电力需求的提升，电力系统规模逐步扩大。

电源建设方面，随着发电技术不断进步，本阶段中国大型电厂投运机组容量达200~900 MW。电力系统步入规模化发展阶段，大型电源基地（葛洲坝、龙羊峡、沙岭子等）陆续投产，装机容量不断攀升并于1987年突破1亿kW大关，系统调节能力显著提升。

电网建设方面，1981年平武输变电工程的投产标志着500 kV开始取代220 kV成为中国电网最高运行电压等级。此后，各地区在普遍形成220 kV网架的基础上，陆续发展500 kV网架，华北、华东分别于1992、1998年形成500 kV“U”形网架。电网互联格局由省内互联向跨省、跨区互联发展，系统资源优化配置能力进一步提高。

2.2  第二阶段电力系统典型事故归纳

随着系统规模的扩张，电网电力供应能力和网架结构强度持续提升，运行条件不断改善，系统抗扰能力逐步加强。同时，《电力系统安全稳定导则》（以下简称《导则》）的颁布使得电力系统安全稳定问题受到充分重视，电网运行管理逐渐规范，电网管理水平、运行人员素质与电力工业发展水平和规模不相适应的矛盾得到缓和。此阶段电网稳定破坏事故大幅下降，由1970—1980年的210次下降至1981—1987年的45次，事故年发生率也呈逐年下降趋势。

据不完全统计，该阶段出现的稳定事故次数约为76次，详见表3。其中，静稳破坏事故已基本消失，暂稳破坏事故呈下降趋势。然而，随着电网规模和形态的变化，以低频振荡现象为主的动稳问题开始显露。表4列出了该阶段的典型电网事故。

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

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