電力系統
1．電力系統的組成及其作用
電力系統是由發電廠、輸電網、配電網和電力用戶組成的整體，是將一次能源轉換成電能並輸送和分配到用戶的一個統一系統。輸電網和配電網統稱爲電網，是電力系統的重要組成部分。發電廠將一次能源轉換成電能，經過電網將電能輸送和分配到電力用戶的用電設備，從而完成電能從生產到使用的整個過程。電力系統還包括保證其安全可靠運行的繼電保護裝置、安全自動裝置、調度自動化系統和電力通信等相應的輔助系統（一般稱爲二次系統）。
輸電網是電力系統中最高電壓等級的電網，是電力系統中的主要網絡（簡稱主網），起到電力系統骨架的作用，所以又可稱爲網架。在一個現代電力系統中既有超高壓交流輸電，又有超高壓直流輸電。這種輸電系統通常稱爲交、直流混合輸電系統。
配電網是將電能從樞紐變電站直接分配到用戶區或用戶的電網，它的作用是將電力分配到配電變電站後再向用戶供電，也有一部分電力不經配電變電站，直接分配到大用戶，由大用戶的配電裝置進行配電。
在電力系統中，電網按電壓等級的高低分層，按負荷密度的地域分區。不同容量的發電廠和用戶應分別接入不同電壓等級的電網。大容量主力電廠應接入主網，較大容量的電廠應接入較高壓的電網，容量較小的可接入較低電壓的電網。
電力系統是由發電廠、輸電網、配電網和電力用戶組成的整體，是將一次能源轉換成電能並輸送和分配到用戶的一個統一系統。輸電網和配電網統稱爲電網，是電力系統的重要組成部分。發電廠將一次能源轉換成電能，經過電網將電能輸送和分配到電力用戶的用電設備，從而完成電能從生產到使用的整個過程。電力系統還包括保證其安全可靠運行的繼電保護裝置、安全自動裝置、調度自動化系統和電力通信等相應的輔助系統（一般稱爲二次系統）。
輸電網是電力系統中最高電壓等級的電網，是電力系統中的主要網絡（簡稱主網），起到電力系統骨架的作用，所以又可稱爲網架。在一個現代電力系統中既有超高壓交流輸電，又有超高壓直流輸電。這種輸電系統通常稱爲交、直流混合輸電系統。
配電網是將電能從樞紐變電站直接分配到用戶區或用戶的電網，它的作用是將電力分配到配電變電站後再向用戶供電，也有一部分電力不經配電變電站，直接分配到大用戶，由大用戶的配電裝置進行配電。
在電力系統中，電網按電壓等級的高低分層，按負荷密度的地域分區。不同容量的發電廠和用戶應分別接入不同電壓等級的電網。大容量主力電廠應接入主網，較大容量的電廠應接入較高壓的電網，容量較小的可接入較低電壓的電網。
配電網應按地區劃分，一個配電網擔任分配一個地區的電力及向該地區供電的任務。因此，它不應當與鄰近的地區配電網直接進行橫向聯繫，若要聯繫應通過高一級電網發生橫向聯繫。配電網之間通過輸電網發生聯繫。不同電壓等級電網的縱向聯繫通過輸電網逐級降壓形成。不同電壓等級的電網要避免電磁環網。
電力系統之間通過輸電線連接，形成互聯電力系統。連接兩個電力系統的輸電線稱爲聯絡線。
2．電力系統的負荷
電力系統中所有用電設備消耗的功率稱爲電力系統的負荷。其中把電能轉換爲其他能量形式（如機械能、光能、熱能等），並在用電設備中真實消耗掉的功率稱爲有功負荷。電動機帶動風機、水泵、機牀和軋鋼設備等機械，完成電能轉換爲機械能還要消耗無功。例如，異步電動機要帶動機械，需要在其定子中產生磁場，通過電磁感應在其轉子中感應出電流，使轉子轉動，從而帶動機械運轉。這種爲產生磁場所消耗的功率稱爲無功功率。變壓器要變換電壓，也需要在其一次繞組中產生磁場，才能在二次繞組中感應出電壓，同樣要消耗無功功率。因此，沒有無功，電動機就轉不動，變壓器也不能轉換電壓。無功功率和有功功率同樣重要，只是因爲無功完成的是電磁能量的相互轉換，不直接作功，才稱爲“無功”的。電力系統負荷包括有功功率和無功功率，其全部功率稱爲視在功率，等於電壓和電流的乘積（單位千伏安）。有功功率與視在功率的比值稱爲功率因數。電動機在額定負荷下的功率因數爲0．8左右，負荷越小，其值越低；普通白熾燈和電熱爐，不消耗無功，功率因數等於1。
電力系統負荷隨時間而不斷變化，具有隨機性，其變化情況用負荷曲線來表示。通常有曰負荷曲線、月負荷曲線（國外多用周負荷曲線）、年負荷曲線。圖7—2所示爲年、曰負荷曲線圖。年負荷曲線表示的是每月的最高負荷值。曰負荷曲線是將電力系統每曰24h的負荷繪製成的曲線。曰負荷曲線中負荷曲線的最高點爲曰最大負荷（又稱爲高峯負荷），負荷曲線的最低點爲最小負荷（又稱爲低谷負荷），它們是一天內負荷變化的兩個極限值，高峯負荷與低谷負荷之差稱爲峯谷差。峯谷差越大，電力調峯的難度也就越大。根據負荷曲線可求出曰平均負荷。曰平均負荷與最高負荷的百分比值，稱爲負荷率。負荷率高，則設備利用率高。最小負荷水平線以下部分稱爲基荷；平均負荷水平線以上的部分爲峯荷；最小負荷與平均負荷之間的部分稱爲腰荷。爲了滿足系統負荷的需要，應進行負荷預測工作，繪製不同用途的負荷曲線。
電力系統之間通過輸電線連接，形成互聯電力系統。連接兩個電力系統的輸電線稱爲聯絡線。
2．電力系統的負荷
電力系統中所有用電設備消耗的功率稱爲電力系統的負荷。其中把電能轉換爲其他能量形式（如機械能、光能、熱能等），並在用電設備中真實消耗掉的功率稱爲有功負荷。電動機帶動風機、水泵、機牀和軋鋼設備等機械，完成電能轉換爲機械能還要消耗無功。例如，異步電動機要帶動機械，需要在其定子中產生磁場，通過電磁感應在其轉子中感應出電流，使轉子轉動，從而帶動機械運轉。這種爲產生磁場所消耗的功率稱爲無功功率。變壓器要變換電壓，也需要在其一次繞組中產生磁場，才能在二次繞組中感應出電壓，同樣要消耗無功功率。因此，沒有無功，電動機就轉不動，變壓器也不能轉換電壓。無功功率和有功功率同樣重要，只是因爲無功完成的是電磁能量的相互轉換，不直接作功，才稱爲“無功”的。電力系統負荷包括有功功率和無功功率，其全部功率稱爲視在功率，等於電壓和電流的乘積（單位千伏安）。有功功率與視在功率的比值稱爲功率因數。電動機在額定負荷下的功率因數爲0．8左右，負荷越小，其值越低；普通白熾燈和電熱爐，不消耗無功，功率因數等於1。
電力系統負荷隨時間而不斷變化，具有隨機性，其變化情況用負荷曲線來表示。通常有曰負荷曲線、月負荷曲線（國外多用周負荷曲線）、年負荷曲線。圖7—2所示爲年、曰負荷曲線圖。年負荷曲線表示的是每月的最高負荷值。曰負荷曲線是將電力系統每曰24h的負荷繪製成的曲線。曰負荷曲線中負荷曲線的最高點爲曰最大負荷（又稱爲高峯負荷），負荷曲線的最低點爲最小負荷（又稱爲低谷負荷），它們是一天內負荷變化的兩個極限值，高峯負荷與低谷負荷之差稱爲峯谷差。峯谷差越大，電力調峯的難度也就越大。根據負荷曲線可求出曰平均負荷。曰平均負荷與最高負荷的百分比值，稱爲負荷率。負荷率高，則設備利用率高。最小負荷水平線以下部分稱爲基荷；平均負荷水平線以上的部分爲峯荷；最小負荷與平均負荷之間的部分稱爲腰荷。爲了滿足系統負荷的需要，應進行負荷預測工作，繪製不同用途的負荷曲線。
二、電力系統互聯
電力系統互聯可以獲得顯著的技術經濟效益。它的主要作用和優越性有以下幾個方面：
(1)更經濟合理開發一次能源，實現水、火電資源優勢互補。
各地區的能源資源分佈不盡相同，能源資源和負荷分佈也不盡平衡。電力系統互聯，可以在煤炭豐富的礦口建設大型火電廠向能源缺乏的地區送電，可以建設具有調節能力的大型水電廠，以充分利用水力資源。這樣既可解決能源和負荷分佈的不平衡性，又可充分發揮水電和火電在電力系統運行的特點。
(2)降低系統總的負荷峯值，減少總的裝機容量。由於各電力系統的用電構成和負荷特性、電力消費習慣性的不同，以及地區間存在着時間差和季節差，因此，各個系統的年和曰負荷曲線不同，出現高峯負荷不在同時發生。而整個互聯繫統的曰最高負荷和季節最高負荷不是各個系統高峯負荷的線性相加，結果使整個系統的最高負荷比各系統的最高負荷之和要低，峯谷差也要減少。電力系統互聯有顯著的錯峯效益，可減少各系統的總裝機容量。
(3)減少備用容量。各發電廠的機組可以按地區輪流檢修，錯開檢修時間。通過電力系統互聯，各個電網相互支援，可減少檢修備用。各電力系統發生故障或事故時，電力系統之間可以通過聯絡線互相緊急支援，避免大的停電事故，提高了各系統的安全可靠性，又可減少事故備用。總之，可減少整個系統的備用容量和各系統裝機容量。
(4)提高供電可靠性。由於系統容量加大，個別環節故障對系統的影響較小，而多個環節同時發生故障的概率相對較小，因此能提高供電可靠性。但是，個別環節發生故障，如果不及時消除，就有可能擴大，波及相鄰的系統，嚴重情況下會導致大面積停電。因此，互聯電力系統要形成合理的網架結構，提高電力系統自動化水平，以保證電力系統互聯高可靠性的實現。
(5)提高電能質量。電力系統負荷波動會引起頻率變化。由於電力系統容量增大，供電範圍擴大，總的負荷波動比各地區的負荷波動之和要小，因此，引起系統頻率的變化也相對要小。同樣，衝擊負荷引起的頻率變化也要小。
(6)提高運行經濟性。各個電力系統的供電成本不相同，在資源豐富地區建設發電廠，其發電成本較低。實現互聯電力系統的經濟調度，可獲得補充的經濟效益。
電力系統互聯，由於聯繫增強也帶來了新問題。如故障會波及相鄰系統，如果處理不當，嚴重情況下會導致大面積停電；系統短路容量可能增加，導致要增加斷路器等設備容量；需要進行聯絡線功率控制等。這些都要求研究和採取相應技術措施，提高自動化水平，才能充分發揮互聯電力系統的作用和優越性。
由於發展電力系統互聯能帶來顯著的效益，相鄰地區甚至相鄰國家電力系統互聯是電力工業發展的一個趨勢。如曰本9個電力系統形成了互聯電力系統。美國形成了全國互聯電力系統，並且與加拿大電網連接。西歐各國除各自形成全國電力系統外，互聯形成了西歐的國際互聯電力系統，並正在通過直流背靠背與東歐國家電力系統相連。埃及能源部長在1994年巴黎國際大電網年會開幕式上還提出了非洲、歐洲和阿拉伯地區實現跨洲聯網的設想，得到與會者重視。我國已形成東北、華北、華東、華中、西北和南方聯營等6大跨省（區）電力系統，其中華東和華中電網通過葛—上±500kV直流輸電線實現了跨大區電網的互聯。世界最大的水電站——三峽水電站將安裝26臺70萬kw機組，已於1994年12月開工建設，2009年將建成發電，其強大的電力將送往華東、華中和四川電網。它的建成發電將推動全國跨大區電網的互聯。
電力系統互聯可以獲得顯著的技術經濟效益。它的主要作用和優越性有以下幾個方面：
(1)更經濟合理開發一次能源，實現水、火電資源優勢互補。
各地區的能源資源分佈不盡相同，能源資源和負荷分佈也不盡平衡。電力系統互聯，可以在煤炭豐富的礦口建設大型火電廠向能源缺乏的地區送電，可以建設具有調節能力的大型水電廠，以充分利用水力資源。這樣既可解決能源和負荷分佈的不平衡性，又可充分發揮水電和火電在電力系統運行的特點。
(2)降低系統總的負荷峯值，減少總的裝機容量。由於各電力系統的用電構成和負荷特性、電力消費習慣性的不同，以及地區間存在着時間差和季節差，因此，各個系統的年和曰負荷曲線不同，出現高峯負荷不在同時發生。而整個互聯繫統的曰最高負荷和季節最高負荷不是各個系統高峯負荷的線性相加，結果使整個系統的最高負荷比各系統的最高負荷之和要低，峯谷差也要減少。電力系統互聯有顯著的錯峯效益，可減少各系統的總裝機容量。
(3)減少備用容量。各發電廠的機組可以按地區輪流檢修，錯開檢修時間。通過電力系統互聯，各個電網相互支援，可減少檢修備用。各電力系統發生故障或事故時，電力系統之間可以通過聯絡線互相緊急支援，避免大的停電事故，提高了各系統的安全可靠性，又可減少事故備用。總之，可減少整個系統的備用容量和各系統裝機容量。
(4)提高供電可靠性。由於系統容量加大，個別環節故障對系統的影響較小，而多個環節同時發生故障的概率相對較小，因此能提高供電可靠性。但是，個別環節發生故障，如果不及時消除，就有可能擴大，波及相鄰的系統，嚴重情況下會導致大面積停電。因此，互聯電力系統要形成合理的網架結構，提高電力系統自動化水平，以保證電力系統互聯高可靠性的實現。
(5)提高電能質量。電力系統負荷波動會引起頻率變化。由於電力系統容量增大，供電範圍擴大，總的負荷波動比各地區的負荷波動之和要小，因此，引起系統頻率的變化也相對要小。同樣，衝擊負荷引起的頻率變化也要小。
(6)提高運行經濟性。各個電力系統的供電成本不相同，在資源豐富地區建設發電廠，其發電成本較低。實現互聯電力系統的經濟調度，可獲得補充的經濟效益。
電力系統互聯，由於聯繫增強也帶來了新問題。如故障會波及相鄰系統，如果處理不當，嚴重情況下會導致大面積停電；系統短路容量可能增加，導致要增加斷路器等設備容量；需要進行聯絡線功率控制等。這些都要求研究和採取相應技術措施，提高自動化水平，才能充分發揮互聯電力系統的作用和優越性。
由於發展電力系統互聯能帶來顯著的效益，相鄰地區甚至相鄰國家電力系統互聯是電力工業發展的一個趨勢。如曰本9個電力系統形成了互聯電力系統。美國形成了全國互聯電力系統，並且與加拿大電網連接。西歐各國除各自形成全國電力系統外，互聯形成了西歐的國際互聯電力系統，並正在通過直流背靠背與東歐國家電力系統相連。埃及能源部長在1994年巴黎國際大電網年會開幕式上還提出了非洲、歐洲和阿拉伯地區實現跨洲聯網的設想，得到與會者重視。我國已形成東北、華北、華東、華中、西北和南方聯營等6大跨省（區）電力系統，其中華東和華中電網通過葛—上±500kV直流輸電線實現了跨大區電網的互聯。世界最大的水電站——三峽水電站將安裝26臺70萬kw機組，已於1994年12月開工建設，2009年將建成發電，其強大的電力將送往華東、華中和四川電網。它的建成發電將推動全國跨大區電網的互聯。
四、電力系統運行與控制
（一）電力系統的運行狀態
電力系統是由發電機、變壓器、輸配電線路和用電設備按一定方式連接組成的整體。其運行特點是發電、輸電、配電和用電同時完成。因此，爲了向用戶連續提供質量合格的電能，電力系統各發電機發出的有功和無功功率應隨時隨刻與隨機變化的電力系統負荷消耗的有功功率和無功功率（包括系統損耗）相等，同時，發電機發出的有功功率和無功功率、線路上的功率潮流（視在功率）和系統各級電壓應在安全運行的允許範圍之內。要保證電力系統這種正常運行狀態，必須滿足兩點基本要求：
(1)電力系統中所有電氣設備處於正常狀態，能滿足各種工況的需要。
(2)電力系統中所有發電機以同一頻率保持同步運行。
現代電力系統的特點是大機組、高電壓、大電網、交直流遠距離輸電、電網互聯，因而其結構複雜，覆蓋不同環境的遼闊地域。這樣，在實際運行中，自然災害的作用、設備缺陷和人爲因素都會造成設備故障和運行條件發生變化，因而電力系統還會出現其他非正常運行的狀態。
電力系統的運行狀態可分爲3種：正常狀態、緊急狀態（事故狀態）和恢復狀態（事故後狀態）。圖7－3畫出了3種運行狀態及其相互間的轉化關係。
1．正常狀態
在正常運行狀態下，電力系統中總的有功和無功功率出力能和負荷總的有功和無功功率的需求達到平衡；電力系統的各母線電壓和頻率均在正常運行的允許偏差範圍內；各電源設備和輸配電設備均在規定的限額內運行；電力系統有足夠的旋轉備用和緊急備用以及必要的調節手段，使系統能承受正常的干擾（如無故障開斷一臺發電機或一條線路），而不會產生系統中各設備的過載，或電壓和頻率偏差超出允許範圍。
在正常運行狀態下，電力系統對不大的負荷變化能通過調節手段，可從一個正常運行狀態連續變化到另一個正常運行狀態。在正常運行狀態下，還能在保證安全運行條件下，實現電力系統的經濟運行。
2．緊急狀態
電力系統遭受嚴重的故障（或事故），其正常運行狀態將被破壞，進入緊急狀況（事故狀態）。
電力系統的嚴重故障主要有：
(1)線路、母線、變壓器和發電機短路。短路有單相接地、兩相和三相短路。短路又分瞬間短路和永久性短路。在實際運行中，單相短路出現的可能性比三相短路多，而三相短路對電力系統影響最嚴重。當然尤其嚴重的是三相永久性短路，這是極其稀小的。在雷擊等情況下，有可能在電力系統中若干點同時發生短路，形成多重故障。
(2)突然跳開大容量發電機或大的負荷引起電力系統的有功功率和無功功率嚴重不平衡。
(3)發電機失步，即不能保持同步運行。
電力系統出現緊急狀態將危及其安全運行，主要事故有以下幾個方面：
(1)頻率下降。在緊急狀態下，發電機和負荷間的功率嚴重不平衡，會引起電力系統頻率突然大幅度下降，如不採取措施，使頻率迅速恢復，將使整個電廠解列，其惡性循環將會產生頻率崩潰，導致全電力系統瓦解。
(2)電壓下降。在緊急狀態下，無功電源可能被突然切除，引起電壓大幅度下降，甚至發生電壓崩潰現象。這時，電力系統中大量電動機停止轉動，大量發電機甩掉負荷，導致電力系統解列，甚至使電力系統的一部分或全部瓦解。
(3)線路和變壓器過負荷。在緊急狀態下，線路過負荷，如不採取相應技術措施，會連鎖反應，出現新的故障，導致電力系統運行進一步惡化。
(4)出現穩定問題。在緊急狀態下，如不及時採取相應的控制措施或措施不夠有效，則電力系統將失去穩定。所謂電力系統穩定，就是要求保持電力系統中所有同步發電機並列同步運行。電力系統失去穩定就是各發電機不再以同一頻率，保持固定功角運行，電壓和功率大幅度來回搖動。電力系統穩定的破壞會對電力系統安全運行產生最嚴重後果，將可能導致全系統崩潰，造成大面積停電事故。
60年代以來，國際上出現過多次大面積停電事故。例如，1977年7月13曰，美國紐約電力系統由於遭受雷擊，保護裝置不正確動作，調度中心掌握信息不足以及通信困難等原因，造成事故的連鎖發展和擴大，致使全系統瓦解。事故前後延續25h，影響900萬居民供電，直接和間接經濟損失達3.5億美元。
電力系統進入緊急狀態後，應及時依靠繼電保護和安全自動裝置有選擇地快速切除故障，採取提高安全穩定性措施，避免發生連鎖性的故障，導致事故擴大和系統的瓦解。
3．恢復狀態
在緊急狀態後，藉助繼電保護和自動裝置或人工干預，使故障隔離，事故不擴大，電力系統大體可以穩定下來。這時，部分發電機或線路（變壓器）仍處於斷開狀態，部分用戶仍然停電，嚴重情況下電力系統可能被分解成幾個獨立部分，電力系統進入恢復狀態。這時，要採取一系列操作，採取各種恢復出力和送電能力的措施，儘快恢復對用戶的供電，使系統恢復到正常狀態。
（二）電力系統穩定性和提高穩定的基本措施
1．電力系統穩定性
電力系統穩定性可分爲靜態穩定、暫態穩定和動態穩定。
(1)電力系統靜態穩定是指電力系統受到小干擾後，不發生非週期性的失步，自動恢復到起始運行狀態的能力。
(2)電力系統暫態穩定指的是電力系統受到大幹擾後，各發電機保持同步運行並過渡到新的或恢得到原來穩定運行狀態的能力，通常指第一或第二擺不失步。
(3)電力系統動態穩定是指系統受到干擾後，不發生振幅不斷增大的振盪而失步。
遠距離輸電線路的輸電能力受這3種穩定能力的限制，有一個極限。它既不能等於或超過靜態穩定極限，也不能超過暫態穩定極限和動態穩定極限。在我國，由於網架結構薄弱，暫態穩定問題較突出，因而線路輸送能力相對國外來說要小一些。
（一）電力系統的運行狀態
電力系統是由發電機、變壓器、輸配電線路和用電設備按一定方式連接組成的整體。其運行特點是發電、輸電、配電和用電同時完成。因此，爲了向用戶連續提供質量合格的電能，電力系統各發電機發出的有功和無功功率應隨時隨刻與隨機變化的電力系統負荷消耗的有功功率和無功功率（包括系統損耗）相等，同時，發電機發出的有功功率和無功功率、線路上的功率潮流（視在功率）和系統各級電壓應在安全運行的允許範圍之內。要保證電力系統這種正常運行狀態，必須滿足兩點基本要求：
(1)電力系統中所有電氣設備處於正常狀態，能滿足各種工況的需要。
(2)電力系統中所有發電機以同一頻率保持同步運行。
現代電力系統的特點是大機組、高電壓、大電網、交直流遠距離輸電、電網互聯，因而其結構複雜，覆蓋不同環境的遼闊地域。這樣，在實際運行中，自然災害的作用、設備缺陷和人爲因素都會造成設備故障和運行條件發生變化，因而電力系統還會出現其他非正常運行的狀態。
電力系統的運行狀態可分爲3種：正常狀態、緊急狀態（事故狀態）和恢復狀態（事故後狀態）。圖7－3畫出了3種運行狀態及其相互間的轉化關係。
1．正常狀態
在正常運行狀態下，電力系統中總的有功和無功功率出力能和負荷總的有功和無功功率的需求達到平衡；電力系統的各母線電壓和頻率均在正常運行的允許偏差範圍內；各電源設備和輸配電設備均在規定的限額內運行；電力系統有足夠的旋轉備用和緊急備用以及必要的調節手段，使系統能承受正常的干擾（如無故障開斷一臺發電機或一條線路），而不會產生系統中各設備的過載，或電壓和頻率偏差超出允許範圍。
在正常運行狀態下，電力系統對不大的負荷變化能通過調節手段，可從一個正常運行狀態連續變化到另一個正常運行狀態。在正常運行狀態下，還能在保證安全運行條件下，實現電力系統的經濟運行。
2．緊急狀態
電力系統遭受嚴重的故障（或事故），其正常運行狀態將被破壞，進入緊急狀況（事故狀態）。
電力系統的嚴重故障主要有：
(1)線路、母線、變壓器和發電機短路。短路有單相接地、兩相和三相短路。短路又分瞬間短路和永久性短路。在實際運行中，單相短路出現的可能性比三相短路多，而三相短路對電力系統影響最嚴重。當然尤其嚴重的是三相永久性短路，這是極其稀小的。在雷擊等情況下，有可能在電力系統中若干點同時發生短路，形成多重故障。
(2)突然跳開大容量發電機或大的負荷引起電力系統的有功功率和無功功率嚴重不平衡。
(3)發電機失步，即不能保持同步運行。
電力系統出現緊急狀態將危及其安全運行，主要事故有以下幾個方面：
(1)頻率下降。在緊急狀態下，發電機和負荷間的功率嚴重不平衡，會引起電力系統頻率突然大幅度下降，如不採取措施，使頻率迅速恢復，將使整個電廠解列，其惡性循環將會產生頻率崩潰，導致全電力系統瓦解。
(2)電壓下降。在緊急狀態下，無功電源可能被突然切除，引起電壓大幅度下降，甚至發生電壓崩潰現象。這時，電力系統中大量電動機停止轉動，大量發電機甩掉負荷，導致電力系統解列，甚至使電力系統的一部分或全部瓦解。
(3)線路和變壓器過負荷。在緊急狀態下，線路過負荷，如不採取相應技術措施，會連鎖反應，出現新的故障，導致電力系統運行進一步惡化。
(4)出現穩定問題。在緊急狀態下，如不及時採取相應的控制措施或措施不夠有效，則電力系統將失去穩定。所謂電力系統穩定，就是要求保持電力系統中所有同步發電機並列同步運行。電力系統失去穩定就是各發電機不再以同一頻率，保持固定功角運行，電壓和功率大幅度來回搖動。電力系統穩定的破壞會對電力系統安全運行產生最嚴重後果，將可能導致全系統崩潰，造成大面積停電事故。
60年代以來，國際上出現過多次大面積停電事故。例如，1977年7月13曰，美國紐約電力系統由於遭受雷擊，保護裝置不正確動作，調度中心掌握信息不足以及通信困難等原因，造成事故的連鎖發展和擴大，致使全系統瓦解。事故前後延續25h，影響900萬居民供電，直接和間接經濟損失達3.5億美元。
電力系統進入緊急狀態後，應及時依靠繼電保護和安全自動裝置有選擇地快速切除故障，採取提高安全穩定性措施，避免發生連鎖性的故障，導致事故擴大和系統的瓦解。
3．恢復狀態
在緊急狀態後，藉助繼電保護和自動裝置或人工干預，使故障隔離，事故不擴大，電力系統大體可以穩定下來。這時，部分發電機或線路（變壓器）仍處於斷開狀態，部分用戶仍然停電，嚴重情況下電力系統可能被分解成幾個獨立部分，電力系統進入恢復狀態。這時，要採取一系列操作，採取各種恢復出力和送電能力的措施，儘快恢復對用戶的供電，使系統恢復到正常狀態。
（二）電力系統穩定性和提高穩定的基本措施
1．電力系統穩定性
電力系統穩定性可分爲靜態穩定、暫態穩定和動態穩定。
(1)電力系統靜態穩定是指電力系統受到小干擾後，不發生非週期性的失步，自動恢復到起始運行狀態的能力。
(2)電力系統暫態穩定指的是電力系統受到大幹擾後，各發電機保持同步運行並過渡到新的或恢得到原來穩定運行狀態的能力，通常指第一或第二擺不失步。
(3)電力系統動態穩定是指系統受到干擾後，不發生振幅不斷增大的振盪而失步。
遠距離輸電線路的輸電能力受這3種穩定能力的限制，有一個極限。它既不能等於或超過靜態穩定極限，也不能超過暫態穩定極限和動態穩定極限。在我國，由於網架結構薄弱，暫態穩定問題較突出，因而線路輸送能力相對國外來說要小一些。
2．提高系統穩定的基本措施
提高系統穩定的措施可以分爲兩大類：一類是加強網架結構；另一類是提高系統穩定的控制和採用保護裝置。
(1)加強電網網架，提高系統穩定。線路輸送功率能力與線路兩端電壓之積成正比，而與線路阻抗成反比。減少線路電抗和維持電壓，可提高系統穩定性。增加輸電線迴路數、採用緊湊型線路都可減少線路阻抗，前者造價較高。在線路上裝設串聯電容是一種有效的減少線路阻抗的方法，比增加線路迴路數要經濟。串連電容的容抗佔線路電抗的百分數稱爲補償度，一般在50％左右，過高將容易引起次同步振盪。在長線路中間裝設靜止無功補償裝置（SVC），能有效地保持線路中間電壓水平（相當於長線路變成兩段短線路），並快速調整系統無功，是提高系統穩定性的重要手段。
(2)電力系統穩定控制和保護裝置。提高電力系統穩定性的控制可包括兩個方面：①失去穩定前，採取措施提高系統的穩定性；②失去穩定後，採取措施重新恢復新的穩定運行。下面介紹幾種主要的穩定控制措施。
發電機勵磁系統及控制。發電機勵磁系統是電力系統正常運行必不可少的重要設備，同時，在故障狀態能快速調節發電機機端電壓，促進電壓、電磁功率擺動的快速平息。因此，充分發揮其改善系統穩定的潛力是提高系統穩定性最經濟的措施，國外得到普遍重視。常規勵磁系統採用PID調節並附加電力系統穩定器（PSS），既可提高靜態穩定又可阻尼低頻振盪，提高動態穩定性。目前國外較多的是採用快速高頂值可控硅勵磁系統，配以高放大倍數調節器和PSS裝置，這樣可同時提高靜態、暫態和動態3種穩定性。
電氣制動及其控制裝置。在系統發生故障瞬間，送端發電機輸出電磁功率下降，而原動機功率不變，產生過剩功率，使發電機與系統間的功角加大，如不採取措施，發電機將失步。在短路瞬間投入與發電機並聯的制動電阻，吸收剩餘功率（即電氣制動），是一種有效的提高暫態穩定的措施。
快關汽門及其控制。在系統發生故障時，另一項減少功率不平衡的措施是快關汽門，以減少發電機輸入功率。用控制汽輪機的中間閥門實現快關汽門可有效提高暫態穩定性。但是，它的實現要解決比較複雜的技術問題，是否採用快關措施要進行研究和比較。
此外還有在送端切機，同時在受端切負荷來提高整個系統的穩定性，以保證絕大多數用戶的連續供電。
繼電保護及重合閘裝置。它是提高電力系統暫態穩定的重要的有效措施之一。對繼電保護的要求是：無故障時保護裝置不誤動，發生故障時可靠動作。它的正確選擇、快速切除故障可使電力系統儘快恢復正常運行狀態。高壓線路上發生的大多數故障是瞬時性短路故障。繼電保護裝置動作，跳斷路器，斷開線路，使線路處於無電壓狀態，電弧就能自動熄滅。在絕緣恢復後，重新將斷開的線路投入，恢復供電。這種自動重合斷路器的措施稱爲自動重合閘。它分爲單相和三相重合閘，也是一項顯著提高暫態穩定性的措施。
（三）電力系統安全控制
電力系統安全控制的目的是採取各種措施使系統儘可能運行在正常運行狀態。
在正常運行狀態下，通過制定運行計劃和運用計算機監控系統（SCADA或EMS），實時進行電力系統運行信息的收集和處理，在線安全監視和安全分析等，使系統處於最優的正常運行狀態。同時，在正常運行時，確定各項預防性控制，以對可能出現的緊急狀態提高處理能力。這些控制內容包括：調整發電機出力、切換網絡和負荷、調整潮流、改變保護整定值、切換變壓器分接頭等。
當電力系統一旦出現故障進入緊急狀態後，則靠緊急控制來處理。這些控制措施包括繼電保護裝置正確快速動作和各種穩定控制裝置。通過緊急控制將系統恢復到正常狀態或事故後狀態。當系統處於事故後狀態時，還需要用恢復控制手段，使其重新進入正常運行狀態。
各類安全控制可按其功能分爲：
(1)提高系統穩定的措施有快速勵磁、電力系統穩定器（PSS）、電氣制動、快關汽機和切機、串聯補償、靜止無功補償（SVC）、超導電磁蓄能和直流調製等。
(2)維持系統頻率的措施有低頻減負荷、低頻降電壓、低頻自起動、抽水蓄能機組低頻抽水改發電、低頻發電機解列、高頻切機、高頻減出力等。
(3)預防線路過負荷的措施有過負荷切電源、過負荷切負荷等。
電力系統安全控制的發展趨勢將是計算機分層控制、控制裝置微處理機化和智能化、發展電力系統綜合自恢復控制。
提高系統穩定的措施可以分爲兩大類：一類是加強網架結構；另一類是提高系統穩定的控制和採用保護裝置。
(1)加強電網網架，提高系統穩定。線路輸送功率能力與線路兩端電壓之積成正比，而與線路阻抗成反比。減少線路電抗和維持電壓，可提高系統穩定性。增加輸電線迴路數、採用緊湊型線路都可減少線路阻抗，前者造價較高。在線路上裝設串聯電容是一種有效的減少線路阻抗的方法，比增加線路迴路數要經濟。串連電容的容抗佔線路電抗的百分數稱爲補償度，一般在50％左右，過高將容易引起次同步振盪。在長線路中間裝設靜止無功補償裝置（SVC），能有效地保持線路中間電壓水平（相當於長線路變成兩段短線路），並快速調整系統無功，是提高系統穩定性的重要手段。
(2)電力系統穩定控制和保護裝置。提高電力系統穩定性的控制可包括兩個方面：①失去穩定前，採取措施提高系統的穩定性；②失去穩定後，採取措施重新恢復新的穩定運行。下面介紹幾種主要的穩定控制措施。
發電機勵磁系統及控制。發電機勵磁系統是電力系統正常運行必不可少的重要設備，同時，在故障狀態能快速調節發電機機端電壓，促進電壓、電磁功率擺動的快速平息。因此，充分發揮其改善系統穩定的潛力是提高系統穩定性最經濟的措施，國外得到普遍重視。常規勵磁系統採用PID調節並附加電力系統穩定器（PSS），既可提高靜態穩定又可阻尼低頻振盪，提高動態穩定性。目前國外較多的是採用快速高頂值可控硅勵磁系統，配以高放大倍數調節器和PSS裝置，這樣可同時提高靜態、暫態和動態3種穩定性。
電氣制動及其控制裝置。在系統發生故障瞬間，送端發電機輸出電磁功率下降，而原動機功率不變，產生過剩功率，使發電機與系統間的功角加大，如不採取措施，發電機將失步。在短路瞬間投入與發電機並聯的制動電阻，吸收剩餘功率（即電氣制動），是一種有效的提高暫態穩定的措施。
快關汽門及其控制。在系統發生故障時，另一項減少功率不平衡的措施是快關汽門，以減少發電機輸入功率。用控制汽輪機的中間閥門實現快關汽門可有效提高暫態穩定性。但是，它的實現要解決比較複雜的技術問題，是否採用快關措施要進行研究和比較。
此外還有在送端切機，同時在受端切負荷來提高整個系統的穩定性，以保證絕大多數用戶的連續供電。
繼電保護及重合閘裝置。它是提高電力系統暫態穩定的重要的有效措施之一。對繼電保護的要求是：無故障時保護裝置不誤動，發生故障時可靠動作。它的正確選擇、快速切除故障可使電力系統儘快恢復正常運行狀態。高壓線路上發生的大多數故障是瞬時性短路故障。繼電保護裝置動作，跳斷路器，斷開線路，使線路處於無電壓狀態，電弧就能自動熄滅。在絕緣恢復後，重新將斷開的線路投入，恢復供電。這種自動重合斷路器的措施稱爲自動重合閘。它分爲單相和三相重合閘，也是一項顯著提高暫態穩定性的措施。
（三）電力系統安全控制
電力系統安全控制的目的是採取各種措施使系統儘可能運行在正常運行狀態。
在正常運行狀態下，通過制定運行計劃和運用計算機監控系統（SCADA或EMS），實時進行電力系統運行信息的收集和處理，在線安全監視和安全分析等，使系統處於最優的正常運行狀態。同時，在正常運行時，確定各項預防性控制，以對可能出現的緊急狀態提高處理能力。這些控制內容包括：調整發電機出力、切換網絡和負荷、調整潮流、改變保護整定值、切換變壓器分接頭等。
當電力系統一旦出現故障進入緊急狀態後，則靠緊急控制來處理。這些控制措施包括繼電保護裝置正確快速動作和各種穩定控制裝置。通過緊急控制將系統恢復到正常狀態或事故後狀態。當系統處於事故後狀態時，還需要用恢復控制手段，使其重新進入正常運行狀態。
各類安全控制可按其功能分爲：
(1)提高系統穩定的措施有快速勵磁、電力系統穩定器（PSS）、電氣制動、快關汽機和切機、串聯補償、靜止無功補償（SVC）、超導電磁蓄能和直流調製等。
(2)維持系統頻率的措施有低頻減負荷、低頻降電壓、低頻自起動、抽水蓄能機組低頻抽水改發電、低頻發電機解列、高頻切機、高頻減出力等。
(3)預防線路過負荷的措施有過負荷切電源、過負荷切負荷等。
電力系統安全控制的發展趨勢將是計算機分層控制、控制裝置微處理機化和智能化、發展電力系統綜合自恢復控制。
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