电力系统黑启动

电力系统黑启动（精选10篇）

电力系统黑启动 篇1

近年来, 世界范围内大停电事故频发, 如2003年美加8.14大停电、2005年9月我国海南电网大停电、2006年11月欧洲大停电等事故, 充分表明大停电是现代电力系统需要面对的严重威胁, 电力系统大停电后的黑启动恢复问题是系统安全防御的重要课题。研究系统大停电后的恢复控制技术, 对减少事故带来的经济损失和社会动荡具有极其重要的意义, 而科学合理的黑启动方案是实现系统全停后快速恢复的重要保证。华北电力大学联合河北电力调度通信中心对大停电后的黑启动恢复控制策略进行了深入的研究, 在国内外首次提出了一个黑启动电源同时启动多个被启动电厂的扩展黑启动方法, 为黑启动恢复问题提供了一种新的研究思路, 对大停电后的电力系统恢复控制技术的研究和应用具有重要的参考价值。该成果以论文《电力系统扩展黑启动方案的研究》的形式在《中国电机工程学报》 (Proceedings of the CSEE) 2011年10月第31卷28期刊出, 该研究内容来源于国家自然科学基金项目“用于大停电后电力系统恢复的网架重构方案运行可靠性评估方法研究” (项目编号:51077052) 和河北省自然科学基金项目“电力系统黑启动恢复中机组恢复的分层协调优化研究” (项目编号:E2011502025) 。

电力系统黑启动是指电力系统因事故发生大面积停电后, 不依赖于外部系统的帮助, 通过系统中具有自启动能力机组的启动, 带动无自启动能力的机组逐渐扩大系统恢复范围, 最终实现整个系统的恢复。依据系统在恢复过程不同时期的特点, 通常将系统恢复过程分为黑启动、网架重构和负荷全面恢复3个阶段, 其中, 黑启动阶段是整个恢复过程的基础和前提, 黑启动方案的优劣决定后续恢复的进程与整个恢复过程的效果。

目前, 国内外对黑启动进行了大量卓有成效的研究, 但普遍的做法都是以1台黑启动机组 (抽水蓄能机组、燃气轮机组等) 启动1台被启动机组 (通常为大型火电机组) 作为启动方案, 直到被启动机组成功启动并与黑启动机组并列形成一个小系统后, 才开始启动其他机组进入网架重构恢复过程。在这种黑启动方案中, 黑启动执行过程中除1台被启动机组外的其他机组都处于恢复等待的状态, 由于黑启动阶段需耗费较长时间 (从几十分钟到几个小时) , 所以浪费了其他机组宝贵的热启动时间, 可能在后续网架重构时使某些机组错过最佳的热启动时限, 延误系统恢复进程, 影响系统的恢复效果。

华北电力大学在电力系统黑启动恢复方面具有良好的研究基础, 该文作者带领的课题组近年来对电力系统黑启动恢复及其决策支持技术进行了大量研究, 完成多项相关科研项目, 在黑启动恢复控制方面取得了一系列研究成果, 积累了丰富的研究基础和经验。该文是目前课题组工作的延续和深入, 首先, 鉴于目前有些系统的黑启动电源有较大容量及较好的运行调节性能的实际情况, 提出了扩展黑启动的基本思路, 即用1个黑启动电厂, 采用零起升压或降低电压充电的方式, 同时对多个被启动电厂的恢复路径进行充电并为被启动电厂提供厂用电源, 实现多个被启动电厂首台机组的快速启动。随后, 以扩展黑启动方案所形成的小系统在优化时间段内提供的发电量加权和最大为优化目标, 综合考虑无功功率、启动功率、自励磁及机组启动时间等约束, 建立了扩展黑启动方案的优化模型;最后, 结合最短路径算法及回溯算法对扩展黑启动方案进行了优化。

该文提出的扩展黑启动方法, 有多台机组可以在黑启动阶段得到恢复, 并且形成局部小系统后能为后续恢复提供更大的功率支持, 有利于网架重构的快速进行, 加快整个系统的恢复进程, 显著减少了大停电带来的经济和社会损失。该文的研究成果是原创性的, 在国内外尚未见到其他研究报道, 是大停电后电力系统恢复研究的一个新探索, 所获得的研究成果将对各级电力系统的黑启动具有普遍的指导意义, 对提高我国电力系统黑启动恢复技术的研究和应用水平具有重要意义。

电力系统黑启动 篇2

应急预案

批准： 卢华伦

审核： 邓华裕

复核： 黄

略

初审： 吴

锋

修编： 柯坤明

二OO六年七月 茂名热电厂黑启动应急预案

一、前言

当因系统严重故障引起我厂与系统连接的电网全部中断，所有机组被迫停运，全厂厂用电源消失时启动本方案，目的是在依赖本地电网提供的厂用电源后，迅速启动本厂的机组，尽快恢复对系统和用户的供电。

二、组织机构

1、领导小组 组长：生产副厂长 副组长：运行副总工

成员：运行部部长、生产经营部部长、检安公司经理、维修部经理

2、现场指挥组 组长：当值值长

成员：当值运行值班人员、各专业专工

三、预案要点

本方案在电网全黑后，首先依靠茂名地方电网的水电厂启动并网，然后向我厂提供厂用电源，在获得厂用电源后热态启动#0机组，#0机组并网后向110KV网供电，并同时向#3主变充电，启动#3机组，恢复220KV母线运行，依次启动#1、4、5机组，根据系统需要向系统提供负荷。

四、“黑启动”的步骤

1、当发生电网瓦解后，我厂机组被迫全停，全厂厂用电源消失时，除按规程和《全厂性厂用电消失的应急预案》（见附件1）处理外，要特别注意保持直流系统正常运行，确保机组安全停下，并做好各机组随时 2 启动的各项准备工作。

2、#1~4炉灭火后，立即关闭主汽门、对空排汽门及有关的疏水门，保存锅炉的余汽压力以备点火时所需的燃油雾化蒸汽量。

3、值长与中调、地调联系，在确认无法从220KV主网获取厂用电源后，开始进行以下操作：

（1）切开220KV母线上全部开关。

（2）切开110KV母线上108、101、121、123、124、103、105开关，保留110KV母线上122、100、102及主6KV母线上的600开关在合闸状态，检查主6KV母线上的其它开关在断开位置，切开厂用6KV一至八段所有开关。

（3）联系地调，待水电厂启动并网后，经110KV系统、茂文线122、我厂110KV母线及#1启备变，送电至主6KVⅠ、Ⅱ段母线（具体送电办法见附件3：《茂名电网黑启动方案》）。

（4）对#0A、0B电抗器充电，送电到厂用6KV备用段母线，并逐步恢复老厂厂用6KV和380V各段送电。

（5）汽机立即投入电动盘车。

（6）#5机组厂用电源消失后，应立即启动柴油发电机组，保证保安段负荷运行，并根据负荷情况，倒送到3805a、5b段运行。

4、#0、1机炉在获取厂用电源后，立即进行机组启动操作：（1）#1炉用疏水泵上水，并做点火前准备工作。

（2）如石化公司无法倒供蒸汽，供热母管压力已到0，则关闭减温减压器至甲供热母管门，开启#1炉主汽门，供汽到#1炉燃油蒸汽雾化母 3 管，如汽压不足则#2、3、4炉同时并供余汽；如果厂用电源恢复时间较长，锅炉余汽压力较低，无法满足点火所需用汽，则临时接压缩空气至燃油雾化蒸汽母管，启动空气压缩机，用压缩空气来作燃油雾化用气。

（3）#1炉点火。

（4）#1炉点着火后，启动#1给水泵，关闭甲供热母管至石化公司总门，#1炉通过主汽母管、减温减压器供汽至甲供热母管，以提供#0机轴封汽源、主、辅抽汽源等，#0机开始抽真空。

（5）#0机组冲转、定速、并网。

5、#0机组并网后，根据机组及系统的情况，逐步增加负荷，维持110KV系统周波和电压的稳定。

6、合上103开关对#3主变充电，合上502开关对#3厂高变充电，#3机组厂用电源转为厂高变供电。

7、启动#3机组，并网后与#0机组并列运行。

8、合上2203开关，对220KV母线充电，按调度令逐步恢复220KV线路的送电。

9、系统恢复稳定后，#5机组厂用电转由启备变供电，并做好机组启动准备工作。

10、按调度令依次启动#1、4、5机组。

五、注意事项

1、电网系统瓦解后，值长要迅速与地调、中调联系，尽快取得外电源以恢复厂用电。

2、机组全停后，应保持在热备用状态，并尽量减少汽水损失，以求 4 尽快启动。

3、由于本厂无启动锅炉，如锅炉余汽无法提供足够的自用蒸汽时，应立即启动压缩空气系统，供燃油雾化用。

4、炉点火后，尽快设法向汽机供辅汽。

5、#0机并网后，要加强与调度联系，根据机组、系统状况，逐步增加负荷，设法维持系统稳定。

6、机组带负荷后，注意监视茂文线122联络线的负荷情况，避免线路过负荷。

7、注意维持直流系统运行正常。

8、确保通信系统正常。

六、对外界电网系统的要求

1、尽快提供厂用电源，最好能在30分钟内恢复厂用电供应，容量要求至少有5MW以上，且电压符合要求。

2、加负荷的速度最好由电厂控制，避免负荷增加过快造成机组失控。

3、设法维持110KV小系统的电网稳定。

4、确保与系统联系的通信畅顺。

七、附加说明

本预案仅适用于电网瓦解全停的特殊情况，如系统发生故障，应首先按有关规程和《茂名热电厂保厂用电措施》（见附件2）执行。

附件1：《全厂性厂用电消失的应急预案》 附件2：《茂名热电厂保厂用电措施》 附件3：《茂名电网黑启动方案》 附件1：

全厂性厂用电消失的应急预案

当全厂性厂用电源消失，除了按茂名热电厂《电气运行规程》规定外,务必按下列措施执行：

1、启动全厂事故照明系统，如果事故照明未自动切换，应手动将其切换。

2、启动事故直流油泵，将机组安全停下来。

3、#5机组启动柴油发电机，保证保安段正常运行。

4、将所有已失电的开关切开，做好重新开机的准备工作。

5、电气值班人员密切注意直流系统运行，防止直流系统过载引起出口开关跳闸。

6、待系统恢复正常供电，本厂可通过220KV母线恢复#3主变运行，并逐步恢复110KV母线、#1启备变、#5启备变和厂用电运行。

7、尽快恢复各机组交流电源运行。

8、等待中调命令，将机组尽快并网。附件2：

茂名热电厂保厂用电措施

一、茂名热电厂电气一次接线方式简述

茂名热电厂电气一次接线方式比较复杂，220KV、110KV采用单母线分段带旁路运行，主6KV采用双母线运行，既有老厂的主6KV带厂用电6KV系统和备用段，又有新厂的厂高变带各自厂用电系统运行。380V有01、02、03备用段，01、02备用段又互为备用。因此，该接线方式对保厂用电有其优越性。

二、各种故障对厂用电电源的影响和保厂用电措施

1、机组和线路故障停运对厂用电电源的影响和保厂用电措施。本厂任一机组或任一线路故障停运，对厂用电电源没有任何影响。#0、1、4机厂用电可通过备用电源供电，#3机仍可由#3厂高变供电，#5机转由启备变供电。

2、重大故障对厂用电电源的影响和保厂用电措施。（1）110KV母线失电

当110KV母差动作时，将切除110KV母线上所有开关，即#0机变出口108、茂文线122、茂油线121、茂西线123、#5机启备变105、#1主变101、#1启备变102、#3主变110KV侧103和母线分段开关100。#0机变、#1机变、#1启备变、#5启备变解列，但对与220KV母线相连的机变(#3、4、5机变)没有任何影响。由于#1启备变失电，6KV无备用电源，可通过#3机厂用电30或40开关（负荷轻者）倒送至6KV备用电，7 逐步恢复6KVⅠ、Ⅱ段和所带厂变运行。

（2）220KV母线失电

当220KV母差失灵保护动作时，切除220KV母线上所有开关，即茂阳线2241、茂榭线2248、茂河线2255、#5机变出口2205、#4机变出口2204、#3主变高压侧2203、母线分段2015开关，220KV母线将失电。这样，#

4、5机组被迫停运，本厂将与220KV电网解列，只有#0、1、3机带110KV系统带厂用电运行。按现运行方式及负荷潮流分布，110KV系统送出负荷60MW，而#0、1、3机总负荷为200MW，高周切机将#0、3机解列（高周切机投#0、3机），剩下#1机总负荷约为70MW。如#1炉烧水煤浆，#1炉将灭火。经机组甩一定的负荷（30MW）和运行人员的及时调整（迅速减负荷），可达到负荷的供求平衡，稳定负荷50MW左右，保证#1机运行。同时，值长应迅速联系地调，将100KV系统与200KV系统合环。

（3）220KV、110KV母线同时失电

当220KV、110KV母线同时失电时，#0、1、4、5机组将解列。#5机厂用电可启动柴油机或通过02段获得保安电源。由于#3主变解列，#3机全浆运行无法调整，#3炉将灭火，全厂将失去厂用电电源，则按《全厂性厂用电源消失的应急预案》执行。

三、根据上述各种故障对厂用电电源的影响，除采取上述措施外，还应注意以下几方面：

1、对厂用电自投回路和低周减载装置要进行彻底的检查，以保证继电保护自投成功。运行中备用电源若自投不成功，运行人员应迅速手动 8 投入。

2、当发生重大故障时，由于机组负荷变化较大，锅炉负荷较难调整，运行人员应迅速投入油枪运行，与保证燃烧稳定。

3、各班当值应保持与中调和地调的密切联系，充分了解系统的运行方式和负荷潮流分布，便于事故处理，防止厂用电非同期并列。

4、当系统出现异常，如电压、频率变化较大或出现系统振荡时，应立即投入锅炉油枪运行。

5、运行人员要加强检查，认真监盘，做好各种情况的事故预想。

电力系统黑启动 篇3

【关键词】南京热电厂；黑启动试验；机组运行状况

【中图分类号】TM732 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01—0056-01

1、引言

南京高达新港热电厂为了实现机组特有的黑启动功能，由供电局组织我厂，南京热电厂，华能热电厂一同完成11万电网完全失电的情况下，重新建立电网的实验过程。本文下面就对具体操作步骤进行了详细论述。

2、黑启动开机前准备工作

（1）南京高达厂用电切换至厂用备用变提供，厂用工作变高低压侧开关放在冷备用位置。

（2）南京高达机组按黑启动方案做好开机准备，完成外接电源车和南京高达厂用400V系统的联结。

（3）试验人员接好测量线，调整好测量仪器，随时准备开始记录。

（4）南京高达#1机发变组及相关辅机保护和自动装置按黑启动试验条件整定。

（5）南京高达调整#1主变分接开关至-4档。

（6）按照省调指令构架南京高达至南京热电厂6KV段母线的试验通道，我厂110KV正母线失电，52G热备用，701、711开关、110KV正母线及110KV正母线设备处于运行状态，710开关冷备用。

（7）南京热电厂#5机和华能南京电厂#1解列完成后，由运行人员汇报试验指挥组长并通知南京高达可以进行开电源车带厂用电的操作。

（8）南京高达查厂用工作变和备用变高低压侧开关都处于冷备用状态（102、101、411、401开关），等待电源车送电指令。

（9）接电源车送电指令后合电源车接口开关，查南京高达厂用400V系统供电正常，查#1机组设备工作正常。

（10）开启记录设备。

（11）由运行人员汇报试验指挥组长南京高达黑启动准备工作完毕，具备黑启动开机条件。

3、按黑启动程序进行开机试验

（1）接试验指挥组长指令，按黑启动程序进行南京高达#1机黑启动，查励磁调节器在自动位置（auto键灯亮），短接A502盘X04端子排上的37、38端子（闭锁同期允许）。

（2）按正常开机，待95%转速励磁开关自动合上，机组继续升速至额定转速，励磁调节切换到手动（同时按下enable和manul键，manul键灯亮），手动减励使电压低至3KV并记录。

（3）接试验指挥组长指令手动合52G，进行南京高达#1机带试验小系统手动升压，至南京高达正母线电压100-110KV。在合52G后、半压时停顿片刻，观察系统有无异常，南京高达和南京热电厂同时记录数据。在南京高达和南京热电厂对机组启动和升压过程进行监控和参数测量。

（4）按试验指挥组长指令调整南京高达#1机机端电压，使南京热电厂6KV段母线电压维持在6.3KV左右，观察南京高达110KV正母线电压不高于121KV及南京热电厂220KV母线电压不高于242KV，并读取各点电压值，作好记录。

（5）南京高达#1机励磁调节器切换至自动（同时按Tenable和auto键），查已切换成功（auto键灯亮）。南京高达#1机调速系统切换至无差调节，作好南京热电厂辅机启动准备并向试验指挥组长汇报。

4、南京热电厂#5机起动过程中的主要工作

（1）南京热电厂#5机厂用系统起动，每投一组负荷运行人员应检测试验系统频率及各部分电压、电流，并作好记录（包括110KV母线电压、711电流、机组端电压、电流等），同时观察机组运行状态。

（2）南京热电厂#5机起动正常后，接试验指挥组长指令，将南京高达#1机励磁调节系统改为手动方式、调速系统保持无差调节方式。

（3）南京热电厂#5机起动正常后并人试验小系统，监视试验小系统的频率和电压是否稳定，若发生危及设备安全的严重异常情况，运行人员按照现场运行规程处理，并汇报试验指挥组。

5、启动华能南京电厂#1机组过程中应注意观察机组运行

（1）状况：1）南京热电厂#5机并入试验小系统维持稳定运行约10分钟，完成#5机厂用电切换。合2001开关，启动华能南京电厂#1机厂用电系统。2）启动华能南京电厂#1机组，机组运行正常后，并入220KV系统，完成其厂用电切换。3）南京高达#1机励磁调节器转自动方式，南京热电厂#5机解列停机，停南京热电厂#5机相关辅机。

（2）停机程序：按试验指挥的指令停机，并向省调报告试验结束。

（3）停机后的系统恢复：按省调指令恢复系统正常运行方式。

（4）在试验现场的正常试验过程中，电试院现场试验负责人负责联系和协调试验工作的进程，南京高达、南京热电厂和华能南京电厂的现场负责人（值长）负责下达试验的运行操作指令。

6、结束语

浅谈电力系统黑启动方案 篇4

随着社会发展水平的提高, 人类生产、生活等社会活动对电能的依赖程度逐渐加深。现代社会, 电力资源的安全稳定已经成为对国家经济建设、社会稳定、国防安全、群众生活有着至关重要影响的基础性因素。改革开放以来, 我国电力事业实现了飞跃式发展。电力系统建设日渐完善, 在国民经济建设中发挥了重要作用。但在电网发展建设的同时, 电力需求也在飞速增长。电力供应局势依然非常紧张。同时, 电网规模庞大, 结构复杂, 给电力供应安全带来巨大挑战。尽管电力单位采取了各类保障措施, 但电力安全事故仍然时有发生。因此, 在电力系统发生事故停运的情况下, 如何在不影响其他电网, 使用故障电网自身有启动能力的机组带动无启动能力的机组, 从而迅速恢复供电, 将停电的负面影响降低到最小程度, 是电力企业当前深入研究的重要课题。这种在电网因故停电情况下, 通过电网自身部分启动带动整体启动恢复供电的过程称为电力系统黑启动。黑启动是电力系统安全保障的重要措施, 更是电力部门技术实力的结晶。电力系统黑启动的有效实施, 离不开科学完善的黑启动方案设计。电力系统黑启动首先要明确黑启动电源, 然后在根据具体情况设计符合要求的黑启动实施方案。通常情况下是将电力系统分为若干区域, 各个区域通过自身黑启动恢复供电, 然后彼此连接, 最终达到整个电力系统恢复供电的结果。

1 电力恢复过程中面临的问题和困难

现代电力系统结构非常复杂, 分布范围极广, 一旦发生事故极易引发大规模停电, 如果不能及时恢复就会给当地生产、生活造成严重威胁, 乃至产生巨额经济损失。尽管目前电力设施历经多年发展、更新, 技术水平已经较为先进, 自动化程度很高。但由于不可预料的因素大量存在, 使得大范围停电恢复依然是一项非常困难的任务, 需要解决许多问题。当前电力系统停电恢复面临的问题有如下几个方面。

1.1调度人员停电事故处理经验相对缺乏 , 难以在短时间内作出适当应对措施。调度人才的培养是一个长期的过程。由于大范围停电对某个地区来说并非频繁发生, 所以电力调度人员普遍缺乏对大型停电事故的实践经验。一旦事故发生, 在极其紧张的环境下难以迅速作出准确恰当的应对, 从而影响了事故处理的效率。为保证事故发生后能够得到及时有效的妥善处理, 电力单位必须提前制定出有针对性的应急预案, 根据可能发生的问题编制切实可行的防范处理方案。当事故发生时, 调度人员能够按照预案立即采取措施, 控制事故事态发展, 减少损失, 恢复生产。预案的科学性、完整性和可行性直接关系到事故处理的结果。任何一个疏漏, 都可能导致严重后果。在编制应急预案时, 必须尽可能考虑全面, 确保预案的执行效果。

1.2 事故发生时信息处理量过大, 调度运行人员人手不足 , 难以及时进行分析、处理, 影响事故处理。

1.3发生大规模停电事故时 , 瞬间剧增的庞大信息量不仅令调度人员难以应对, 也会让调度系统的计算机设备运行步履维艰, 信息运算速度大幅下降, 甚至在事故发生后相当一段时间里都不能发挥应有效用。

2 电力系统黑启动方案编制过程中需要注意的事项

完整性、周密性和不断完善是电力系统黑启动方案编制工作的三个主要特征。在编制黑启动方案时, 要在充分了解、掌握电力系统实际情况的前提下, 全面预估可能发生的问题, 并有针对性的提出解决措施。问题要考虑全面, 防止疏漏。措施要由针对性、切实可行, 保证效果。方案编制基本完成后要根据电网运行情况不断加以完善更新, 使之更具有实效性。当停电事故发生时, 调度运行人员可以根据黑启动方案迅速做出正确的应对措施, 确保供电迅速顺利恢复。在编制电力系统黑启动方案时, 有以下几个问题需要注意。

2.1电力系统重新启动恢复供电的过程必须可控。大范围停电发生后系统许多部分都处于非正常状态, 重新启动的过程实际上就是让这些部分回到正常应有状态的过程。这个过程非常敏感, 任何一个失误的发生, 不仅对恢复供电无利, 而且有可能使事态进一步恶化。因此, 系统的重启动必须处于全程可控状态之下。这需要编制黑启动方案时, 每一个步骤、过程都必须经过深思熟虑, 确保切实可行、安全可靠。这样才能最大限度降低调度运行人员在执行方案时发生失误的可能性, 确保系统启动安全。

2.2电力系统重启动过程中的最初阶段 , 生产一线要主动执行黑启动方案。由于停电事故发生后, 调度运行人员需要处理的信息量极为庞大, 难以迅速对一线进行有效指挥。在这种情况下, 一线值班人员要主动执行起启动方案, 减少延迟时间, 减少调度人员工作压力, 由于独立运作, 对于减少因为事故发生时信息传递不畅造成的负面影响也很有帮助。

2.3在编制黑启动方案时, 要从电网实际情况出发 , 将其适当划分成若干单元, 各个单元能够独立实现黑启动, 然后通过调度中心实现并列, 以加速全系统的恢复过程。

2.4确保黑启动方案编制的严密性和准确性。电力系统结构复杂, 组成设备和影响因素繁多, 必须要在对系统设备、结构、影响因素、运行情况等信息有着全面充分的了解和掌握的基础上编制启动方案。方案规定的措施、操作, 必须保证规范性、准确性和安全性, 严禁对启动过程有较大影响的操作发生遗漏或错位。

3 关于编制电力系统黑启动方案技术问题的一些看法

3.1 启动电源

启动电源是电力系统黑启动工作中的基础要素。水电机组是最为适合的启动电源。在黑启动过程中, 有可能在小机组以长线路接入系统时导致自励磁或产生偏高的末端电压, 为防止发生问题, 应提前接入就地符合。此外, 火电机组也可以用作启动电源, 前提是具有热态再启动功能, 并控制好工作时间。

3.2 无功功率平衡

通常解决电力系统恢复过程中无功功率平衡问题的途径有两种。二者的区别是超高压电网恢复的时机。超高压电网恢复顺序排在整个系统恢复过程的最后, 有利于降低超高压电网恢复时产生的负面影响, 但恢复周期所需时间较长。超高压电网恢复顺序排在整个系统恢复过程的前面, 有利于缩短恢复周期, 但技术要求更高。

3.3 其他问题

3.3.1断路器对环境温度较为敏感 , 冬季气温低 , 往往实施保温措施, 一旦发生停电时间过长, 断路器内部气体会产生凝结现象, 引发断路器失灵。

3.3.2部分具有遥控、遥测功能的系统 , 其直流电源供电时间不超过2小时, 如果停电时间过长会使得这些设备失去工作能力。

4 结束语

电力系统黑启动是电网安全的重要保障。由于涉及内容广泛, 影响因素众多, 一直以来都是电力系统的重点难题。做好电力系统黑启动, 不光要解决技术问题, 更要在管理上予以高度重视。电力企业要高度重视电力系统黑启动的重要作用, 认真编制、不断完善适合本系统电网的黑启动方案, 为突发事故停电下快速重建系统, 恢复电力供应作出保障。

参考文献

[1]韩祯祥.电力系统稳定[M].北京:中国电力出版社, 1995:123-145.

电力系统黑启动 篇5

贵 阳 发 电 厂 黑 启 动 方 案

批准:

审核:

编制:

2008年1月

贵 阳 发 电 厂 黑 启 动 方 案 贵阳发电厂简介:

贵阳发电厂隶属中国国电集团公司,位于贵阳市南明区.现有#8,9机组装机容量为2×200MW,分别于1995年9月和2004年5月建成投产.二.贵阳发电厂运行方式分析:

贵阳发电厂#8,9机组装机容量为400MW(2×200MW),分别经#8,9主变(三圈变)与110kV及220kV系统连接,220kV系统通过两条并列线(220kV贵筑Ⅰ回205线路及贵筑Ⅱ回209线路)与贵州220kV主网并列运行,110kV系统通过6条直馈线向地区负荷供电.附:贵阳发电厂电气主接线图.三.贵阳发电厂厂用电运行方式分析:

贵阳发电厂#8,9机组厂用6kV系统工作电源分别由#1,2高厂变供电;厂用6kV备用电源由110kV#3高压启备变供电.为保证380V厂用电系统柴油发电机备用可靠,我厂要求#8,9机组柴油发电机每两天启动一次,每次30分钟.并对油箱油位,油色,润滑油系统,冷却水系统以及蓄电池的启动,控制进行全面检查.如遇异常立即处理,保证柴油发电机设备状况良好.我厂黑启动时,启动首台机组需系统输送功率约为20MW.附:贵阳发电厂厂用电系统接线图.四.贵阳发电厂通信,调度自动化系统保障措施:

为保障全厂生产调度通信和调度自动化系统的畅通,以及为处理调度系统故障提供保证,制定措施如下:

通信系统:

在每个主要生产岗位均安装有两部电话,一部行政电话,一部调度电话.并在值长处安装有一部市话,确保调度机事故全停时通信手段的畅通.调度交换机电源系统定期检查,采用的是双路交直流供电,电池组有两组.所有设备要严格按照巡视制度巡视.调度交换机主系统部分采用的是双备份配置,可实现无缝切换.调度自动化系统:

我厂RTU型号为ABB公司生产的RTU560,该RTU工作模式为分布式RTU.主RTU负责采集处理#9机和网控线路数据;分RTU负责采集处理#8机数据.主RTU电源采用双路电源带UPS,电源具备自动切换功能.所有的通信由通信管理机统一管理,采用多路通信口冗余配置,与中调通信有主备两个通道.五.安稳装置动作后机组快速恢复方案:(无)

六.贵阳发电厂孤岛运行方案:

1.单机运行方式:

初始状态定义我厂为单机运行方式时,机组负荷在160--200MW运行,110kV系统所带地区负荷在140--200MW.当发生事故后,220kV系统并列线跳闸,我厂机组与系统主网解列运行,机组带地区负荷.我厂机组有功与地区负荷基本上能够平衡,根据频率偏差情况进行有功调整,并尽量维持110kV系统电压正常.2.双机运行方式:

初始状态定义我厂为双机运行方式时,当发生事故后,220kV系统并列线跳闸,我厂机组有功过剩,机组转速骤升.当机组转速3120r/min时,#9机组解列;#8机组带110kV系统地区负荷.七.贵阳发电厂黑启动方案:

一.制定黑启动方案的要求:

制定黑启动方案的必要性:

当我厂发生全厂停电事故以后,现场值班人员可参照预先制定的黑启动方案及其它反事故措施尽快安排机组的启动及并列,缩短启动时间,减少停电损失,避免在发生此类事故时现场值班人员延误处理,处理不当(或发生误操作)等情况而危急机组设备及电网安全.黑启动方案的制定思路:

当我厂发生全厂停电事故以后,首先应考虑利用贵州电网经220kV贵筑Ⅰ回205,贵筑Ⅱ回209线路倒送电作为我厂启动电源来恢复#8,9机组的启动,其次如220kV贵筑双回线因其它原因不能实施倒送电时,可由110kV贵筑沙彭103(或贵中109线路)倒送电作为我厂#8,9机组的启动电源.黑启动方案的初始化定义:

初始状态均定义为:所有发电厂出口开关,厂用电6kV及380V开关,110kV及220kV线路开关均断开,贵阳发电厂#8,9机组各配备柴油发电机组一台,额定功率300kW.黑启动电源的选择:

电源:1.主网经220kV贵筑Ⅰ回205(或贵筑Ⅱ回209)线路倒送电;2.主网经110kV贵筑沙彭103(或贵中109)线路倒送电;以上两种方案均可作为我厂#8,9机组的启动电源.编制黑启动方案的目的:

当我厂发生全厂停电事故以后,能尽快的恢复机组启动及并列,缩短启动时间及减少停电损失,保证我厂机组设备及电网安全稳定运行.三.黑启动方案:

主要运行方式:

我厂#8,9机组运行,经#8,9主变向110kV及220kV系统供电,并经220kV贵筑Ⅰ回205及贵筑Ⅱ回209线路与贵州主网并列运行.电源点的选择:

选择从贵州电网获取我厂#8,9机组的启动电源.3.黑启动的步骤:

(1)启动柴油发电机组.(2)由柴油发电机组恢复#8,9机组380V保安Ⅰ,Ⅱ段供电.(3)380V保安Ⅰ,Ⅱ段供电正常后,恢复集控,网控硅整流设备正常运行,保证110kV,220kV开关合闸,控制电源正常,确保证系统倒送电成功及重要照明供电.(4)将机组投入盘车状态,以便重新启动.(5)检查#8,9机组发电机出口开关;6kV厂用工作,备用电源开关及110kV,220kV母线上所有开关均在断开位置,由中调下令,通过系统对我厂进行倒送电,有三种方式:

a:从筑东变通过220kV贵筑Ⅰ回205(贵筑Ⅱ回209)对贵电220kV母线及#8或#9主变充电;b:从筑东变通过110kV贵筑沙彭103对贵电110kV母线充电;

c:当筑东变因故不能进行倒送电时,可通过110kV贵中109对我厂110kV母线充电.(6)220kV,110kV充电成功后,经#8,9主变或#3高压启备变对#8,9机组6kV厂用电供电,6kV厂用电恢复正常后,实现贵阳发电厂机组重新启动.(备注:当我厂由110kV贵中109倒送电,我厂机组重新启动后,在与220kV主网并列前,应将110kV贵中109开关断开.)

4.黑启动方案的注意事项:

(1)黑启动过程中,应注意和省,地调的密切配合与协调,服从调度的统一指挥.(2)尽可能的缩短启动时间及减少停电损失,尽快恢复向110kV及220kV系统供电.(3)在启动恢复过程中严禁发生误操作(如非同期合闸等)而将事故扩大.(4)黑启动时,启动首台机组需系统输送功率约为20MW.附 录:

1.贵阳发电厂主要技术参数:

(1)发电机:#8,9机额定功率均为200MW,发电机额定容量均为235MVA,额定功率因素均为0.85, #8,9 机组启动至满负荷的最短时间均为3.5h.(2)主变: #8,9主变容量均为240MVA.(3)并列线:220kV贵筑Ⅰ回205及贵筑Ⅱ回209线路;线型:贵筑Ⅰ回205线路为LGJ-400;贵筑Ⅱ回209线路为LGJ-2×240;线路长度:贵筑Ⅰ回205线路为14.057km;贵筑Ⅱ回209线路为13.295km.(4)蓄电池容量: #8,9 机集控:1000A.h,网控:300A.h.(5)柴油发电机容量:#8,9机组均为300kW.(6)失压后的通讯方式为:5795241(市话).2.贵阳发电厂主要辅机情况表:

序号

设 备 名 称

型 号

额定功率(kW)

额定电流(A)

#81,82引 风 机

Y4--2X60№31.5F

2000

237

#81,82送 风 机

G4-59-11№28.5D

1800

200

#81,82给 水 泵

DG750--180V

4800

528

#81,82凝结水泵

NLT300--400X5

400

47.8

#21,22循环水泵

YL1250--11730 1250

152.9

#91,92引 风 机 Y4--2X59№30F 2000

237

#91,92送 风 机 G4—73—11№25 1400

163.9

#91,92给 水 泵 DG750—180

5100

560.5

#91,92凝结水泵 16NL--180

430

#23,24循环水泵 48P—26I

1250

158.4

#1,2,3灰 渣 泵 12/10X--AH

560

66.5

#8,9机高压 油泵 150LY--120

200

350

#8,9机直流润滑油泵 150LY--23

#8,9机交流润滑油泵 150LY--35

#8,9机顶轴 油泵 Scy14-1B

#8,9机内冷 水泵 80FBI--60

18.5

35.5

#8,9机工业 水泵 250S--39

120

#8,9机空侧密封油泵 50IY--80

53.8

#8,9机氢侧密封油泵 50IY--50

5.5

#8,9 机 盘 车 DO9.231Z--1

7.5

15.4

#8,9机高压抗燃油站 HPU-100-5000 32 60

电力系统黑启动的评估现状分析 篇6

近些年来, 随着我国电网规模的日益扩大, 大面积停电事故发生的概率也有所上升。电力系统故障会直接造成经济损失, 严重的可能会危及国家安全。2005年台风“达维”给我国海南造成大面积停电事故。2008年南方几省市的冰冻灾害造成了冰冻灾害的大停电, 直接影响人们的生产、生活和经济损失。电力事故会影响经济生产和人们的生活, 电力系统在经历过故障后恢复供电也是一件棘手的问题。系统大面积停电需要黑启动恢复供电, 黑启动考验着一个地区电网能否快速恢复供电, 它也是保障系统电网安全可靠的重要指标。各个电网公司根据本地区电网运行特点, 制定黑启动评估方案[1]。

2黑启动的过程

电网黑启动的制定方案要紧密联系本地区电网的运行特点, 不同地区电网特性会直接影响黑启动方案的制定。一般情况下, 黑启动方案的过程大致如图1所示。图1中给出黑启动的大致过程, 大致分为三个阶段, 分别为黑启动的准备阶段、系统恢复阶段和负荷恢复阶段。准备阶段的时间需要1h到2h。系统恢复阶段时间需要3h到4h, 负荷恢复阶段的时间需要8h到10h[2]。

准备阶段:明确系统运行状态, 确定黑启动电源和恢复供电路径等相应问题。系统恢复阶段:该阶段主要是构建地区电网主干的结构, 为最终恢复对全部电力负荷奠定基础;尽量实现各个独立子系统之间的互联;为保证地区电网的稳定性, 该阶段需要适当恢复部分电力负荷。负荷恢复阶段:主要是使地区电网中电力负荷在最短的时间内尽快恢复。在这个阶段, 要重点监测系统的频率和电压, 避免大负荷接入电网时对系统频率的冲击。另外, 恢复供电时要充分留有一定的裕度, 因为在系统黑启动时, 负荷很有可能同时启动并网运行, 会对电力系统造成瞬间冲击, 综合以上所有问题, 在黑启动过程中要制定一个稳定可靠的评估策略。

3黑启动过程中需要注意的问题

3.1自励磁。自励磁是指在黑启动过程中, 由于输电线路的较长, 使得线路的容抗变小, 如果线路容抗小于发电机的同步电抗, 由于剩磁的存在会导致发电机端电压的升高, 最终维持在某一个稳定值[3]。 (图2)

在黑启动的初始时刻, 如若电网中有剩余能量, 它会在整个黑启动中让发电机的自励磁现象持续不断。发电机自励磁发生后, 在理想状态下, 回路中的电压和电流幅值会无穷大, 但由于回路中的电感线圈磁通不会无限增大, 当电流增大到饱和磁通时的电流值时, 会达到一个稳定值。

3.2过电压。黑启动过程中的过电压主要包括操作过电压和工频过电压[4]。

在黑启动过程中的操作过电压属于计划性合闸, 在合闸之前, 线路并没有发生故障且线路中没有残余电压, 在合闸之后, 输电线路中各个点的电压逐渐由零变成了工频稳态电压, 该电压主要是由电容来决定。在线路中没有任何补偿元件的情况下, 其中操作过电压最大的就是在输电线路末端。在整个电网逐步恢复正常运行状态的过程中, 充电线路的初始电压是0, 线路的参数为容性, 当对空载线路合闸时, 电源通过系统的等值电感对空载长线路中的等值电容充电, 此时回路中会产生高频振荡的现象, 其等值电路如图4所示。

影响操作合闸过电压的因素有:合闸时电源电压的相位角;断路器的合闸时间;线路上的残余电压的大小和极性;线路长度和电源容量等均对操作过电压有影响[5]。

避免操作过电压的措施有:系统装设有合闸并联电阻的断路器;装设并联电抗器以降低工频稳态电压;装设单相重合闸以降低线路中残余电压, 这些措施都可有效降低操作过电压。

黑启动过程中空载线路中的电感-电容效应、不对称接地故障或者发电机突然甩负荷等都有可能使系统产生工频过电压。空载线路的等值电路如图5所示。

由于空载线路中电流为容性, 容性电流在电感感抗上的压降与容性电流在电容容抗上的压降方向相反, 导致容抗上的压降增大, 出现线路电压大于电源电压的情况, 引起系统的工频过电压。

避免工频过电压的措施有:充电路径要尽量短;切断线路末端的电容器或电抗器。

结束语

黑启动是考验地区电网经历重大故障后恢复供电的能力, 是电网自愈的重要指标。我国部分省市已进行了黑启动试验, 国家也将黑启动纳入到省市电网的常规考核项目中。黑启动作为电力系统安全运行的重要措施之一, 研究电网全停后的恢复问题显得尤为重要。

参考文献

[1]高远望, 顾雪平, 刘艳等.电力系统黑启动方案的自动生成与评估[J].电力系统自动化, 2004, 28 (13) :50-54.

[2]房鑫炎, 曾兆祺, 熊惠敏.电力系统黑启动的研究[J].中国电力, 2000, 33 (1) :40-43.

[3]周云海, 闵勇.恢复控制中的系统重构优化算法研究[J].中国电机工程学报, 2003, 23 (4) :67-70.

[4]林济铿, 蒋越梅, 郑卫洪.电力系统黑启动初始方案的自动形成[J].电力系统自动化2008, 32 (2) :96-104.

电力系统黑启动试验方法研究 篇7

所谓黑启动 (Black-start) , 是指整个电力系统因故障停运后, 在无法依靠其它电网送电恢复的条件下, 通过启动系统中具有自启动能力的机组, 带动没有自启动能力的机组, 逐步扩大系统的恢复范围, 最终实现整个系统的恢复。现代电力系统, 由于电网规模较大, 一旦出现故障, 影响面也很大, 容易由局部故障而影响全局, 乃至发生恶性连锁反映, 造成灾难性的严重后果, 这方面国内外都有过惨痛的教训, 如2003年美加8.14大停电事故就是典型的事例。电网发生电网瓦解或大面积停电事故, 将给国民经济及电力系统本身都带来了空前的损失。如果一个电网事前未进行全网的黑启动方案研究, 无任何黑启动措施, 一旦发生了大面积停电或电网全网停电后, 电网的复杂性和庞大性也使电网的恢复过程变得空前的复杂, 运行人员往往束手无策, 恢复供电复杂而费时, 电网恢复非常缓慢, 用户停电时间延长, 停电的损失和影响扩大, 将给国民经济和人民生活带来极大的损失, 甚至影响社会安定。若事先采取相应措施, 制定适当的启动程序, 可尽快恢复系统运行并大大减少停电时间。因此, 镜泊湖发电厂作为黑龙江省东部电网的黑启动源头参加了黑龙江省东部电网黑启动试验。水电机组作为启动电源最为方便, 启动过程较快, 从机组启动速度、调节系统特性及可持续供电时间来看, 是比较理想的黑启动电源。黑龙江省电力有限公司的这次黑启动试验是以镜泊湖发电厂老厂一台机组作为系统"全黑"情况的黑启动电源, 进而通过新厂地下电站、温春变, 启动牡丹江第二发电厂, 然后逐步恢复电网供电。

2 黑启动试验前的准备工作

2.1 黑启动试验前提

按黑龙江省应急事故处理预案, 黑龙江省网发生全停事故, 按电网结构, 将省电网分成四片同时进行黑启动, 东部网为镜泊湖发电厂、牡丹江、鸡西电网。当系统全部停电, 镜泊湖发电厂与系统解列, 厂用电全停, 事故照明投入时以镜泊湖发电厂老厂作为黑启动电源启动东部网。

2.2 黑启动试验条件

在黑龙江省黑启动试验前, 镜泊湖发电厂老厂并不具备成熟度的黑启动试验条件, 原因及解决方案:

2.2.1镜泊湖发电厂老厂, 没有柴油机组, 也就说在系统"全黑"的情况下没有 (除保温机组外) 带厂用电的电源, 在进行理论分析核实计算后, 购入一台由英国威尔信工程有限公司生产的35kW P44E1型柴油发电机组。

2.2.2黑启动试验也可由保温机组带厂用电, 而本次黑启动试验, 保温机组还肩负着带镜泊湖发电厂新厂厂用电的任务, 而现在镜泊湖发电厂老厂保温机组励磁装置、调速器设备老化、运行特性差, 根本不具备条件, 经研究决定进行更换。将原励磁装置更换为北京吉思公司生产的GEC-S01/S02型全数字微机励磁装置, 原调速器更换为天津电气传动研究所生产的TDBYWT步进电机型微机调速器。

在对镜泊湖发电厂老厂相应设备增设更换, 并对运行人员进行新设备的培训讲解, 使其能够熟练掌握后, 使得镜泊湖发电厂老厂具备了相应的黑启动试验条件。

3 黑启动技术措施

3.1 要求直流系统运行可靠和蓄电池容量满足要求。

3.2 确保事故照明自动切换装置工作正常, 事故时可靠投入。

3.3 确保通讯直流电源可靠工作, 系统畅通。

3.4 确保直流逆变电源可靠运行, 以保证中控室综合屏、监控机电源等可靠运行。

3.5 投入220kV线路电网安全自动装置, 确保在恢复送电过程中的电能质量。

3.6 做好保厂用电源和黑启动电源的安全隔离措施。

3.7 老厂2台机组和保温机组调速器、励磁装置交直流电源开关可靠投入。

3.8 柴油发电机工况良好, 平时维护到位, 具备随时启动条件。

3.9 黑启动机组的交、直流工作电源及自动装置具备条件, 在黑启动时进行相应的切换和投入。

3.10黑启动机组励磁装置性能优良抗干扰能力强、手自动切换无波动。

4 黑启动试验启动运行方式

黑启动前镜泊湖发电厂正常运行方式:镜老厂2台18MW机组和2台1.25MW保温发电机组通过镜联线送至镜新厂开关站母线。镜新厂4台15MW发电机组通过镜新厂开关站母线经镜温线送至温春变接入系统, 省际联络线镜平线投入运行。

以下以保温机组为例, 简述镜泊湖发电厂黑启动过程:启动保温机组通过10.5kVⅡ段联络电缆、厂西10.5kV母线、45T带厂用400V母线厂用负荷或启动柴油发电机通过电缆和开关接至400V厂用电母线带老厂1台机组主要负荷。新厂厂用电通过新老厂专用线由老厂向新厂提供或通过1号机恢复新厂220kV系统后, 由新厂220kV 2、3号主变获得。恢复老厂厂用电后, 启动老厂1号机组作为系统恢复电源, 老厂1号机组经1号主变零起升压通过镜联线向新厂220kVⅡ母线充电, 经母联2800开关通过220kVⅠ母线, 利用220kV镜温线送入系统。新老厂厂用电恢复后根据省调指令启动新老厂机组, 启动牡二厂机组、恢复牡丹江、鸡西电网, 进而恢复省东部网最终逐步恢复整个省网系统。

结语

通过本次黑启动试验, 为我厂在系统"全黑"情况下的快速启动恢复系统供电积累了宝贵的经验, 也为我厂完善黑启动于预案提供了宝贵的实践基础。作为镜泊湖发电厂老厂的运行管理操作人员, 我们还应考虑到事故真正发生时可能遇到的紧急意外情况, 如直流系统运行不可靠、事故照明异常、现场通讯中断等等不可预期的情况, 只有我们平时做好充分的事故预想, 才能在可能的黑启动过程中做到万无一失, 确保电网安全快速的恢复, 将国民经济和人民财产的损失降到最低。

参考文献

[1]王士政.电力系统控制与调度自动化[M].北京:中国电力出版社.2008.

电力系统黑启动 篇8

20世纪90年代以来,国内电厂进行了多次机组快速甩负荷( Fast Cut Back,FCB) 实验[1,2,3,4],机组快速甩负荷是指机组在高于某一负荷之上运行时,因内部或外部电网故障与电网解列,瞬间甩掉全部对外供电负荷,维持发电机带厂用电运行或停机不停炉待故障消除后再次并网运行的自动控制功能[5]。具有FCB功能的机组可作为系统黑启动电源,有助于电网在尽可能的最短时间内恢复正常,其社会效益无法用简单的数字来估量。

目前国内外对于FCB机组的研究主要集中于FCB功能的实现,文献[6]考虑了合理的FCB机组布点方案以减少系统恢复时间。文献[7]提出了含快速切负荷功能火电机组的电力系统黑启动策略,比较了FCB机组和常规水电机组作为黑启动电源对系统恢复进程的影响,但文献中对常规火电机组的建模不够完善,同时对于线路和变压器支路仅考虑了充电时间约束。

文献[8]中考虑了火电机组的启动特性,建立了火电机组动态恢复模型。文献[9]对线路引入时间操作权值,用来衡量某条线路从开始投运到投运完毕所花费的时间。文献[10]考虑到机组恢复路径对系统恢复的影响,对恢复路径的操作时间进行了建模。

本文首先建立了机组启动时间模型,包括燃气轮机组、FCB机组和常规火电机组启动时间模型。定义系统开始恢复到机组启动时刻为机组脱网时间,根据机组脱网时间的不同,将常规火电机组分为冷态、温态、热态、极热态和极极热态五种启动方式。对系统线路及变压器支路建模构成恢复路径时间模型,恢复路径时间模型和机组启动时间模型一起构成系统恢复时间模型。在系统恢复时间模型的基础上,以在给定的系统恢复时间内机组向系统输送的总电能为优化目标,提出了考虑恢复时间模型的系统黑启动策略。

2 系统恢复时间模型

2. 1 燃气轮机启动时间模型

水轮机组和燃气轮机组对厂用电要求低[11],具有自启动能力,一般被优先选择作为系统大停电发生之后的黑启动电源,以燃气轮机组作为常规黑启动电源建立启动时间模型。

图1为GE公司9E级燃气轮机热态启动曲线,9E燃气轮机 组自1978年面世,目前出力 可达126MW。机组热启动状态从点火到带满负荷仅需28min[12]。

式( 1) 为燃气轮机组启动时间模型。其中,t∈[0,TGT]; PGT为燃气轮机出力; tlink和TGT分别为机组并网时间和机组启动后至满负荷时间; u( t) 为单位阶跃函数。式( 3) 为机组升负荷率kGT的计算公式,其中,PN为机组额定功率。

2. 2 FCB 机组启动时间模型

表1是近年来国内几次机组100% 负荷FCB试验结果[1,2,3,4],机组甩去全部负荷后带厂用电运行一段时间后再次并入电网。

式( 4) 为FCB机组启动时间模型,t∈[0,TFCB],TFCB为FCB机组甩去负荷再次并入电网至满负荷的时间; PFCB和PAux分别为FCB机组出力和厂用电功率;tlink为FCB机组再次并入电网的时间; kFCB为机组再次并入电网后的升负荷率。FCB机组重新并网后的升负荷率与机组参数相关,图2为河津电厂额定功率为350MW机组FCB启动曲线,对应tlink= 10min,kFCB≈10. 16MW /min[1]。

2. 3 火电机组启动时间模型

电网大停电发生之后,由于火电机组一般不具备自启动能力,需要网络中的黑启动电源启动。火电机组的启动包括锅炉启动和汽轮机启动。按时间顺序火电机组启动一般可以分为锅炉点火到汽轮机冲转、汽轮机冲转到发电机并网和发电机升负荷三个主要阶段[8]。在汽轮机冲转到发电机并网阶段,汽轮机转速从0上升到额定转速,同时机组带上基本厂用电负荷。发电机升负荷阶段,发电机出力逐渐增长至额定功率。三个主要阶段的启动时间分别定义为锅炉准备时间tpre、机组并网时间tlink和升负荷时间trise。根据汽轮机初始金属温度T0可以将机组启动分为冷态、温态、热态、极热态和极极热态等启动方式[13]。

表2是文献[13]中600MW火电机组的启动特性,汽轮机初始金属温度高于450℃时,机组按极热态方式启动,tpre= 20min,tlink= 7min,trise= 33min。机组脱网后机组的冷却特性和机组参数相关[14],一般情况下近似认为机组脱网0. 5h内允许极极热态启动,大于0. 5h但小于1h允许极热态启动,脱网大于32h之后机组只能冷态启动[13,15]。以冷态方式启动为例,图3为600MW机组冷态启动曲线。

定义TG为机组启动至出力达额定功率的总时间,式( 6) ~ 式( 8) 为常规火电机组启动时间模型。机组出力PG由基本负荷功率Pbase和升负荷功率Prise组成,基本负荷功率和升负荷功率的计算公式对应式( 6) 和式( 7) ,其中,t∈[0,TG]。外部电源满足机组厂用电功率之后,锅炉点火启动,到达并网时刻tpre+ tlink之后,机组带上基本厂用电负荷PAux,机组进入升负荷阶段。升负荷阶段中机组升负荷率k随时间发生变化,机组升负荷特性可以用分段线性函数表示。式( 7) 中n为升负荷率的变化次数,ti为升负荷率发生变化的时间,t1= tpre+ tlink,tn + 1= TG。

相同启动方式下,机组启动到达额定功率的时间一般随着机组容量的增加而逐渐增加[16]。参照图3中600MW机组的启动曲线,升负荷阶段机组升负荷率的变化次数由冷启动方式下4次逐渐降低为极极热态方式下1次[13]。根据机组的具体参数,可以构造机组在不同启动方式下的启动时间模型。

2. 4 恢复路径时间模型

系统恢复中要求恢复路径具有技术可行性,线路电压等级的上升和长度的增加会增加线路的恢复难度,影响线路的恢复时间[11,17]。

式( 9) 为恢复路径中线路恢复时间模型,其中,TLine为线路恢复时间; TBasic为线路恢复基本操作时间; KL和KU分别为线路长度和线路电压等级对恢复时间的影响系数,其中,线路长度利用线路电抗表征。考虑到系统停电过程中可能造成的线路损坏及线路恢复需满足一定技术条件,F( t) 为线路恢复时间模型的技术校验项,D( t) = 0表示时刻t线路满足恢复技术条件,否则取D( t) = 1,TP为技术校验罚因子,得:

系统恢复路径还包括变压器支路的恢复,空载变压器合闸可能产生的谐振过电压和励磁涌流等因素会影响变压器支路的恢复时间[18]。励磁涌流衰减时间常数随变压器容量的提高而增加[19],空载变压器合闸过电压随操作母线电压的降低而有较明显下降[20]。

式( 11) 为变压器支路的恢复时间模型,TBasic为恢复基本操作时间; KC和KU分别为变压器容量和操作母线电压对恢复时间的影响系数,其中,操作母线电压以变压器高压侧的额定电压值表征,变压器支路恢复模型中技术校验项的定义同线路模型。

定义恢复路径启动时间TPath为电源向外送电至被启动机组开始启动所花费的时间,式 ( 9) ~ 式( 12) 构成恢复路径时间模型,式( 12) 中m为恢复路径中线路数量; n为变压器支路数量。

系统恢复初期,合理的恢复路径有利于加快系统恢复过程。系统恢复初期恢复路径主要考虑以下因素[11]: 1恢复路径的长度应尽量短; 2恢复路径中电压转换的次数要尽量少; 3恢复路径的启动时间要尽量短; 4恢复路径应具备技术可行性。恢复路径时间模型中线路恢复时间模型考虑了线路长度对线路恢复时间的影响,变压器支路恢复模型使得电压转换次数的增加会延长恢复路径的启动时间。若给定的系统恢复时间为Tall,当恢复路径中的线路或者变压器支路不满足恢复技术条件时,通过取TP> Tall可以剔除不具备技术可行性的恢复路径。

3 考虑恢复时间模型系统黑启动优化

3. 1 目标函数

假设系统恢复过程中机组启动后可以恢复相应的负荷与之平衡,从而使系统的频率及频率变化控制在允许的范围之内[21]。考虑系统一定恢复时间内,机组向系统输送的总电能最大[7],优化模型的目标函数定义为:

式中,Ci( t) 为机组的启动状态,Ci( t) = 1对应机组i在时刻t已启动,Ci( t) = 0对应机组还未启动; Ng为系统机组集合。式( 14) 为机组出力函数Pout_i( t)的计算公式,Pi( t) 为机组i对应的机组启动模型;tst_i为机组i的启动时刻。

3. 2 约束条件

优化模型中的约束条件主要包括机组启动功率约束和机组恢复路径时间约束。

式( 15) 为机组启动功率约束,N1为时刻t已启动机组集合; Pout_i( t) 和PAux_i( t) 为时刻t机组i出力和厂用电功率; PAux_j( t) 为待恢复机组j对应的厂用电负荷功率; 机组j属于待启动机组集合N2,N2= Ng- N1。

式( 16) 为机组恢复路径时间约束,{Tpath}为待启动机组到黑启动电源所有恢复路径对应的恢复时间集合。若机组j在时刻t同时满足式( 15) 和式( 16) ,则符合启动条件,在时刻t能够被启动。

4 考虑恢复时间模型系统黑启动策略求解

图4为系统黑启动优化模型的计算流程图,给定系统恢复时间Tall,根据系统参数建立系统恢复时间模型,图4中Nline为线路和变压器支路集合。t =0时刻,由燃气轮机机组和FCB机组组成的系统启动电源集合N0机组首先启动,tst_i0= 0,i0∈N0。

N2中满足启动约束条件的机组构成时刻t可启动机组集合Nt,Nt中能最大化利用系统启动功率的机组m在时刻t被启动,启动时刻tst_m= t,恢复路径集合{Tpath}中恢复时间最短的路径为机组m的恢复路径。重新计算时刻t可启动机组集合,若Nt为空集则计算时刻t递增,Δt为递增时间步长值。t≥Tall时,计算流程结束。对优化模型求解得到的机组启动时刻及恢复路径构成考虑恢复时间模型系统黑启动策略。

5 算例分析

5. 1 savnw23 节点系统算例

savnw23节点系统[22]由6台机组、23条线路、11条变压器支路构成,如图5所示。系统网络参数参考PSS /E University 33。预设系统恢复时间Tall=100min,递增时间步长Δt = 0. 01min,根据系统参数构建系统恢复时间模型。

表3是savnw系统算例考虑的不同恢复方案,方案1以燃气轮机组作为常规黑启动电源进行系统恢复,方案2采用FCB机组作为系统的启动电源。方案1和方案2中假设t = 0时所有的线路均已满足技术校验。作为方案1和方案2的对比方案,方案3和方案4中假设154-3008线路t = 25min才满足恢复技术条件。系统不同恢复方案中,非启动电源机组均假设为常规火电机组,机组名称用机组所在母线序号表示。

表4为不同恢复方案时系统恢复结果,机组启动时间见表5,表6 ~ 表9对应机组恢复路径。

( 单位: min)

方案1中,savnw系统6台机组均在预设恢复时间内启动,机组向系 统输送的 总电能为2256. 30MWh。初始时刻额定功率为100MW的燃气轮机组3018作为黑启动电源首先启 动,机组102、211和3011均在30min内被启动,启动方式为极极热态启动。机组101和206由于启动时间大于30min,启动方式为极热态启动。

方案2系统黑启动电源采用额定功率800MW的FCB机组206,预设恢复时间内,系统5台常规机组均在30min内极极热态启动,机组向系统输送的总电能为3374. 85MWh。相比于常规黑启动电源,FCB机组一般有较大的额定功率和升负荷率。比较方案2和方案1的计算结果,采用FCB机组作为启动电源时,系统中有更多的机组能以极极热态启动,加快系统的恢复,同时机组能向系统输送更多的电能。

方案3和方案4中连接母线154和母线3008的线路在25min之后才满足恢复技术条件,系统恢复时间内机组向系统输送的总电能相对于方案1和方案2有所下降。方案3中机组211、方案4中机组3011和机组3018由于启动时刻线路1543008尚未满足恢复技术条件,对应恢复路径发生变化。方案3机组206启动时,线路154-3008已满足技术条件,机组对应 恢复路径 与方案1一致。

5. 2 IEEE300 节点系统算例

IEEE300节点系统包括69台机组、411条线路和变压器支路,系统参数参照文献[23],Tall和Δt设置同savnw系统算例。

表10是IEEE300节点系统恢复方案,启动电源名称用发电机组序号表示。方案1中系统由一台燃气轮机组启动,方案2中的启动电源为一台FCB机组。方案3中考虑系统多起点启动,一台燃气轮机组和一台FCB机组组成系统启动电源集合。

表11是IEEE300节点系统不同方案下系统恢复结果,三种方案系统69台机组均在系统预设时间内启动,图6为方案1 ~ 3机组输出电能-时间曲线。机组启动方式见表12,采用燃气轮机组作为启动电源( 方案1) 时,系统68台常规火电机组中29台机组极极热态启动,其余39台机组极热态启动。系统采用FCB机组作为启动电源( 方案2) 时,48台机组极极热态启动。考虑多启动电源情况( 方案3) 时,系统所有常规火电机组均在极极热态启动方式允许脱网时间内启动。

IEEE300节点系统算例的计算结果,进一步验证了考虑恢复时间模型系统黑启动策略的准确性和采用FCB机组作为黑启动电源的可行性。

6 结论

建立了由机组启动时间模型和恢复路径时间模型构成的系统恢复时间模型,并提出了考虑恢复时间模型的系统黑启动策略。算例结果说明,针对大系统,在采用常规黑启动电源启动的同时,考虑FCB机组的黑启动能力,有利于进一步加速系统的恢复,在宝贵的系统初期恢复时间内机组能够向系统输出更多电能,减少系统大停电带来的损失。

摘要：具有快速甩负荷(Fast Cut Back,FCB)能力的机组可以作为系统非常规黑启动电源,有助于电网在尽可能短的时间内恢复正常,具有巨大的社会和经济效益。将常规火电机组的启动分为冷态、温态、热态、极热态和极极热态五种启动方式。机组启动时间模型和恢复路径时间模型一起构成系统恢复时间模型。恢复路径时间模型中技术校验项的考虑,使得系统恢复过程中不满足技术条件的恢复路径在计算中得以剔除。在给定的系统恢复时间内以机组向系统输送的总电能为优化目标,提出考虑恢复时间模型的系统黑启动策略。savnw23节点系统和IEEE300节点系统算例验证了考虑恢复时间模型系统黑启动策略的准确性。大系统中考虑多启动电源的算例结果进一步表明FCB机组有利于加快大系统的恢复进程。

电力系统黑启动 篇9

一、黑启动原则

(一) 目标要求

电力系统黑启动是指在系统全停的情况下, 利用系统外电源或系统内具有自启动能力的机组逐步恢复系统正常运行的过程。电力系统恢复的总目标是在最短时间内使系统恢复带负荷的能力, 具体要求有两个:尽可能地用最小启动功率启动机组;制定严格的操作票制度, 实现操作步骤最少。

(二) 恢复方法

一般电网全停后主要靠两种方法来恢复:从周边还有电源的系统取得电源, 用来恢复本地区的电网网架和启动本地区的主要电厂;利用本电网区域内的、具有自启动能力的电厂首先启动, 然后再逐步恢复系统。

(三) 方案的制定

在制定黑启动方案时需考虑下列原则:路径中电压转换的次数尽量少;每个方案的路径长度尽可能短;尽量先启动离重要负荷近的机组;每个方案开关操作次数尽量少;每个方案在启动容量允许的前提下, 要选择被启动机组的容量尽量大;便于主网架的快速恢复。

(四) 子系统划分

针对黑启动的具体情况, 黑启动时可以将电网划分成为多个子系统, 各子系统内部可以同时进行黑启动操作, 以加速全系统的恢复。每一个子系统都应有1个主网架, 包括子系统内的黑启动电源、主要电厂、枢纽变电站和重要负荷。子系统划分原则如下:根据电网结构特点和黑启动电源所在的地理位置合理划分子系统;各子系统至少有1个黑启动电源并具有较好的调频调压手段;各子系统应具有明确可靠的同期并列点, 子系统之间具有的合环点需要明确。

(五) 电源电厂的选择

选择黑启动电源的电厂时应遵循下列原则:尽量选择调节性能好的、启动速度快、具备进相运行能力的机组;优先选用直调电厂作为启动电源, 其次选用用户电源;尽量选择接入较高电压等级的电厂;有利于快速恢复其他电源的电厂;距离负荷中心近的电厂。

(六) 恢复过程

黑启动中可以把恢复过程分为三个阶段:形成独立的子系统;各子系统的并列与合环;负荷的恢复, 最终电网全面恢复正常运行。

二、负荷恢复中的注意事项

第一, 黑启动过程中, 应当按照负荷的重要等级, 并考虑电网的稳定及恢复速度有序恢复, 在负荷恢复的过程中, 系统频率应控制在49.5~50.5Hz之间。在调度操作方案中应列出负荷恢复的优先次序和数量, 优先保证各级电力调度机构、电厂、通讯部门、党政机关、重点厂矿企业的保安负荷等重要负荷的供电。

第二, 负荷恢复过程中, 电压应控制在0.9~1.1p.u.之间。每一步操作都需要监测重要节点的电压水平, 否则极易导致黑启动失败。

第三, 负荷恢复过程中, 系统应留有一定的旋转备用容量, 旋转备用容量一般不低于系统发电负荷的30%。

第四, 采用外网黑启动时, 其容量较大、安全稳定余度较高, 故黑启动的同时即可恢复部分负荷;采用内部自启动电源进行黑启动时, 其容量较小、启动及恢复速度较慢、安全稳定余度较低, 故黑启动的同时可恢复的负荷要根据机组的容量及运行要求, 密切配合调度人员和电厂运行人员逐步恢复, 不能操之过急。

第五, 为了保证电网的电压水平, 要求电网中的无功补偿设备能根据电压情况进行必要投切, 避免远距离输送无功功率。

三、系统要求

(一) 初始状态

黑启动调度操作方案中应根据其路径方案明确各黑启动机组、被启动机组的初始状态, 以及各厂站上的初始状态。对各厂站的黑启动初始状态安排中, 要有防止非同期合闸的操作及措施。黑启动机组、被启动机组的初始状态应保证直流及安全控制回路正常、机组的各参数正常、具备黑启动条件。黑启动路径中各变电站应按照预定方案倒为黑启动初始运行方式, 可以直接由外部受电, 并可作为下一级厂站的电源。

(二) 二次系统

1. 直流系统

电网黑启动过程中, 各调度机构及厂站应加强对直流系统的监视和维护, 采取减少直流负荷的措施, 延长直流电源的供电时间, 一般情况下应大于4小时。若变电站停电时间过长, 直流电源已耗尽, 将会造成断路器和隔离开关等设备无法进行自动操作, 从而导致黑启动时间延长、延缓整个电网的恢复过程。

2. 电力通信

电网黑启动过程中, 各级调度机构及厂站应保持通信畅通, 若不能直接联系, 可以通过第三方联系。但系统全停时, 通信系统应立即按照应急机制启动通信应急预案, 保证调度电话和继电保护通道的畅通。

3. 继电保护

电网黑启动过程中, 各保护应充分考虑系统电源问题, 以保证在黑启动过程中快速切除故障。对继电保护的要求为:重合闸应退出运行;过电压保护必须投入;低电压和低周保护 (低周保护是当电源频率低于设定值时, 保护电路就动作, 并发出报警信号) 停用。

4. 安全自动装置

系统全停后, 原则上退出区域稳控装置中的切除机组、切除负荷出口压板, 就地稳控装置的运行状态不变。

5. 调度自动化

电网黑启动过程中, 调度自动化系统应立即按照应急机制启动自动化应急预案, 保证自动化信息的准确、可靠。

四、黑启动决策支持系统

(一) 人工制定黑启动方案的弊端

目前黑启动方案总体制定一般是根据系统的具体情况, 人工选择一条或几条黑启动路径, 然后借助各种电力系统分析软件对黑启动过程中所涉及的不同问题分别进行分析校验, 确定可行的方案。但是人工制定方案有很大弊端:首先, 黑启动方案的制定需要进行大量的系统计算分析, 靠人工对初选方案进行分析比较, 确定可行方案过程复杂, 而且所能研究的方案数量有限, 很难得到最优的方案;其次, 由于系统运行情况的多变性, 已制定的黑启动方案难以及时更新, 不能适应新的系统结构和运行方式, 影响黑启动方案的可用性。

(二) 黑启动决策支持系统的优势

为了克服人工制定黑启动方案的不足, 根据黑启动的特点, 借助人工智能搜索技术, 并结合传统的数值计算方法和优化规划技术设计的一种黑启动决策支持系统, 可为调度人员提供一个科学、直观的决策依据。决策支持系统的一个显著优点是:方案制定者可根据系统的实际状态, 及时快速地修正黑启动方案库。

(三) 黑启动决策支持系统特性及发展方向

通常设计的黑启动决策支持系统需要具有较强的抗干扰能力、自学习能力、良好的可维护性和灵活处理恢复中遇到的各类实际问题的能力。随着电网规模越来越大, 建立自适应的黑启动策略将成为一个趋势。

五、结语

伴随着电网规模的扩大, 电网事故的几率也在增大, 造成电网大面积停电的原因变得越来越复杂。若电网发生大面积停电甚至全部停电事故, 其恢复的难度远大于因设备故障而造成的个别地区部分停电。因此, 除了加强电网建设和安全管理, 还要做到防患于未然, 对电力系统黑启动进行深入的研究, 一旦发生电网全停或者大面积停电事故, 电网黑启动预案将发挥极其重要的作用。

参考文献

[1]蔡述涛, 张尧, 荆朝霞.地区电网黑启动方案的制定[J].电力系统自动化, 2005, 29 (12) .

电力系统黑启动 篇10

关键词：,电力系统恢复,黑启动,子系统划分,禁忌搜索

0 引言

电磁环网的分层、解环运行,是电力系统发展的大势所趋,但是目前国内的电网大多还做不到这一点。在黑启动过程中,网架结构比较脆弱,特别是在给非黑启动电源送启动功率时,其与黑启动电源之间的距离应越近越好,之间电压等级变换越少越好[1],而在黑启动时,按照事先确定的方案将电网分层、分区,每个区域由各自确定的黑启动电源来并行恢复,可以缩短电网的恢复时间,同时避免恢复线路过长、长线路带大功率负荷、以及弱联系下的系统振荡问题。

电网黑启动的子系统划分是一个非常复杂的问题,涉及到地理因素、机组特性、系统稳定等各方面的问题。因此,在分析此问题中应首先考虑主要目标,同时由于系统恢复的特点,还应综合考虑时间性和安全性。从时间性上考虑,恢复过程中对恢复时间影响较大的是电厂机组,因此,在系统划分时应首先考虑电厂的划分,尽量保持各子系统的电厂个数大致均匀分布。从安全性上考虑,各子系统应尽量形成一个空间上比较紧凑的网络,因为长距离的输电线路会形成较大的充电无功,导致过电压、自励磁等现象[2]。

当前各级电网在制定黑启动预案时,通常会依据实际运行经验从地理上大致划分黑启动区域,这样就很难保证划分后的系统能在恢复时间和效率方面达到最优。目前针对电网黑启动子系统划分的算法研究较少,文献[2]采用最小路径法将系统内的电厂分配到各个子系统中,但是该方法没有考虑负荷的划分。文献[3]提出了基于有序二元决策图的黑启动分区策略,但该方法主要是通过网络拓扑搜索寻求最优解,而影响恢复路径的因素不仅仅局限于电网结构。

针对当前黑启动子系统划分方法的不足,本文提出了基于禁忌搜索算法的黑启动子系统划分方法,综合考虑系统中的黑启动电源、被启动电源以及重要负荷的分布,用若干重要指标的综合权值将目标电网化为赋权网络,在此基础上应用禁忌搜索算法对系统进行合理分区,最后用实际电网的例子证明了该方法合理有效,且具有较高的实际应用价值。

1 黑启动区域划分的目标与原则

由于电厂中的机组的启动到开始向外输送功率需要一定的时间,另外,电厂机组的启动成功也标志着系统中的电源供电能力的恢复,因此在子系统的划分中可以首先考虑各电厂的划分。从网络重构方面考虑,一些重要变电站和一类负荷节点也需要优先得到恢复,可以平衡电厂送出的功率。这样,子系统的划分就可以理解为已知若干个黑启动电源,将系统内除黑启动电源外的其他电厂归结到以黑启动电源为代表的各个分组中,同时将系统内的重要变电站和一类负荷节点也划分到以各黑启动电源为代表的分组中,即形成几个包含黑启动电源的电厂、变电站和负荷节点分组,子系统内的黑启动和系统重构均以上述节点为目标节点,每一分组都可以形成一个黑启动子系统的主网架。待子系统稳定后,再进一步考虑其他负荷节点的区域划分以及恢复。

在进行黑启动子系统的区域划分时,需要考虑以下原则[3,4,5]:

1)满足可回溯性。系统恢复的目标是使电网回溯到正常运行状态,因此,子系统划分时,应尽量参照正常运行方式下的电网结构和状态,避免电网结构的大幅变化。

2)黑启动能力。每个小系统内必须包含具备自启动能力的机组,为了保障启动成功的可靠性,在制定黑启动预案时通常考虑选择水电、燃机等启动可靠性高的机组作为黑启动电源。

3)发电能力。为了提高各子系统并行恢复的同步性,减少相邻子系统并网的等待时间,应使被启动电厂大致均匀分配到各子系统内,这样也可以保证子系统内有足够的发电机出力,满足系统调频调压和负荷恢复的需要。

4)负荷与出力的平衡。子系统内必须包含足够的负荷,随时保持电厂与负荷之间的功率平衡,降低系统并网时造成的冲击。

5)内部网络紧凑。每个小系统应包含该区域内的重要负荷,同时在空间上形成结构紧凑的网络,避免长距离大功率输电。

6)系统间电气联系少。过多的电气联系会增加系统并网时的不稳定因素,有可能造成系统震荡等不良后果。

7)具备并网条件。一般的同期并网点选在电厂出口或系统中同期装置完好的重要变电站。

2 基于禁忌搜索的子系统划分实现

2.1 赋权网络的生成

从宏观上看,电网就是以电厂、变电站和输电线路形成的网络,将厂站间的输电线路抽象成弧,电网就形成一个网络图。由黑启动阶段及系统重构阶段的恢复路径进行分析,在系统全停后,从黑启动电源开始启动到某一个电厂可以进行机组启动,或到某一个变电站、重要负荷得到恢复,中间要经过若干电厂和电站,经历一定的时间。对这一路径在耗费时间以及安全性上进行评价,可以得到一个评价值,将数值作为该条路径的权值。这样一来,路径搜索的结果就结合了对路径的初步评价,因而更具有现实意义。具体方法如下:

1)由一个黑启动电源点经过几个中间电站,启动另一个电厂,或恢复一个重要节点(变电站或重要负荷),考虑到时间性和安全性,其评价指标主要有:(1)线路长度;(2)电压转换次数;(3)中间电站个数。这三个评价指标都是成本型指标,其值越小越好。

2)构造指标评价函数。对上述三个评价指标分别赋予权重1ω、ω2、3ω,并对评价指标进行无量纲化。假设第i个评价指标取值范围为di=[m i,Mi],这里将其进行无量纲化的函数见式(1):

这是一个定义在di上,值域为[0,1]的线性递增函数,为了保持函数的连续性,还给出了定义域外的取值。

3)黑启动路径的评价函数见式(2):

其中:n为评价指标个数,此处等于3。

对恢复路径进行评价赋值,网络就形成一个赋权网络,如果一个节点M可以分别划入到几个不同的子系统S1,S2,…,Sn中,在每个子系统范围内的恢复中,由黑启动电源到此节点M都分别存在一条最优的恢复路径1l,l2,…,ln,其相应的路径权值为w1,w2,…,wn。此时,以各子系统中的所有节点到各自区域黑启动电源的路径长度之和作为禁忌搜索算法的目标函数,经过迭代得到的最优解就反映出在时间和安全性上达到最优的节点划分结果。

要应用上述路径评估函数,需要先对几种特殊情况进行设定,使其满足系统划分的前提:

1)小系统划分基本上是配合向上恢复策略的选择,主要针对电网全黑的情况,此时不考虑区域孤岛启动或大功率支援的联络线启动模式。

2)若系统中存在小水电、主动解列的非主力机组或联络线提供启动功率的情况,则在应用评估函数的时候,需要把首先启动的电厂看作黑启动电源。

3)若两个具备黑启动能力的电厂距离很近,可以考虑同时启动,选择在某一节点并网后再启动其他电源,此时把并列点作为黑启动电源。

2.2 目标函数与约束条件

电网黑启动的主要目标之一是快速恢复对负荷供电,减少可能造成的经济损失甚至社会影响,因此,时间性是贯穿整个黑启动过程的重点。进行子系统划分的目的也是要通过各子系统的并行恢复来缩短恢复时间,提高恢复效率。出于这种考虑,本文在选择目标函数时也把时间性作为首要目标。

上一节给出的路径权值综合了线路长度、电压转换次数和中间变电站个数三个评价指标,以该路径权值为基础构造目标函数,既体现了时间性,又可以在一定程度上兼顾安全性。这里以各子系统赋权网络路径总长度之和作为禁忌搜索算法的目标函数,如式(3):

其中:N表示可划分的子系统数目;Mj(j=1,2,…,N)表示第j个子系统的总节点数;wi表示节点i与所在子系统黑启动电源之间的最小路径权值。

考虑到路径权值的构成,该目标函数可反映出期望各子系统结构尽量紧凑,从而恢复时间尽量短的系统划分目标。

该目标函数需要满足一定的约束条件,这些约束条件不仅要反映子系统划分原则,而且考虑到赋权网络的结构,还要加入一些网络拓扑约束。约束条件可表示如下[6,7,8]:

1)网络拓扑约束

各子系统的结构均保持辐射状;

每个子系统都是正常运行方式下电网的连通子集;

2)潮流约束

式中:Pi为节点i的有功注入功率;Qi为节点i的无功注入功率;Vi为节点i的电压;δij为节点i与节点j之间的相角;Gij为节点i和节点j之间的电导;Bij为节点i和节点j之间的电纳;M为节点i所在子系统的节点数。

3)发电机有功及无功约束

4)节点电压约束

5)变压器、线路容量约束。

2.3 禁忌搜索算法的关键参数介绍与选择

禁忌搜索TS(Tabu Search)算法是由F.Glover在60年代末提出的一套优化理论[9],模拟人的思维,即人们对已搜索的地方不会立即去搜索,而是对其他地方进行搜索,若没有找到,可再去搜索已去过的地方。禁忌搜索算法从一个初始可行解出发,选择一系列的特定搜索方向(或称为“移动”)作为试探,选择实现使目标函数值减少最多的移动。

禁忌搜索算法的关键参数包括适配值函数、禁忌对象、禁忌长度、候选解、藐视准则、邻域函数和终止准则。下面分别简要介绍,并给出本文中的参数确定方法[7,10]:

(1)适配值函数。用于对搜索状态的评价,进而结合禁忌准则和藐视准则来选取新的当前解。目标函数的任何变化形式都可以作为适配值函数。此处可以将式(3)中的目标函数作为适配值函数,反映不同节点划分状态存在的差别。

(2)初始解。与其他智能算法类似,禁忌搜索算法的初始解通常可以随机生成。但是,禁忌搜索算法对初始解的依赖性较强,好的初始解有助于搜索很快地达到最优解,而较坏的初始解往往会使搜索很难或不能达到最优解。如果初始解中的元素全部随机生成,搜索的效率就很难得到保证。

在本文子系统划分的禁忌搜索中,可以考虑以每个子系统赋权网络中的黑启动电源为起点,先用深度优先搜索得到距离各黑启动电源较近的节点,搜索深度可以设置为2~5,具体数值视网络规模和结构而定,将搜索到的节点先划分到相应的子系统中,剩余没有归属的节点可以在取值范围内随机生成,这样可以显著地降低邻域中解集的维数,提高收敛速度。

(3)禁忌对象。指在禁忌表中那些被禁忌的变化的元素。禁忌的目的是为了尽量避免迂回搜索而多搜索一些有效的路径。禁忌对象可选取状态本身、状态分量和适配值的变化等形式。

第k次迭代后,得到当前解Sk,对Sk进行邻域搜索后得到若干邻域解。根据藐视准则和禁忌属性得到新的当前解Sk+1。本文方法比较Sk+1和Sk,将发生变化的状态分量作为禁忌对象。

(4)禁忌长度。指禁忌对象在不考虑藐视准则情况下不允许被选取的最大次数(可视为对象在禁忌表中的任期)。禁忌长度的取值大小与问题特性和研究者的经验有关,决定了算法的计算复杂性。本文算法的禁忌长度需根据电网规模适当选取,取3~5。

(5)候选解。从当前状态的邻域中择优选取,选取的数量即候选解集的大小可视问题特性和对算法的要求而定。有时要做到整个邻域的择优也需要大量的计算,因此可通过一些确定性或随机性的规则在部分邻域解中选取候选解。

(6)藐视准则。当出现候选解全部被禁忌,或者存在一个优于“best so far”状态的禁忌候选解的情况时,通过该准则使某些状态被解禁,以实现更高效的优化性能。

(7)邻域函数。指导如何由一个(组)解来产生一个(组)新的解。不同的邻域函数将导致邻域解个数及其变化情况的不同,对搜索质量和效率有一定的影响。假设第k次迭代后的解为Sk=[sk,1,sk,2,..,sk,Ω],则进行邻域搜索得到的解集合Ck就是每一个sk,j都在其取值范围内任意变化得到的排列组合。

(8)终止准则。用来结束算法的搜索进行。常用的终止准则有以下三种方式:最大迭代步骤准则,最大禁忌频率准则,适配值偏离程度准则。这里以最优状态连续10次迭代保持不变为终止条件。

2.4 基于禁忌搜索的子系统划分步骤

图1给出了子系统划分的禁忌搜索算法程序流程。

第一步:读入电网的原始数据。得到电网的结构参数、禁忌搜索算法的适配函数参数,将禁忌表置为空。用foptimal表示“best so far”,其初始值取初始当前解的适配值函数。

第二步:每个子系统黑启动电源进行搜索深度为3的深度优先搜索得到的节点划分到对应的子系统中,其他未划分归属的节点由系统自动生成,划分结果需满足约束条件。所有节点的状态分量按一定顺序放入初始解S1,以初始解S1为第一个当前解。

第三步:计算当前解对应的赋权网络参数,得到当前解的适配函数值,判断是否满足终止准则,若是,输出最优运行方式及其对应的适配函数;否则,执行下一步。

第四步:对当前解Sk进行邻域搜索,得到邻域解集合Ck。将初始解中已经确定归属的节点状态分量维持不变,随机生成的节点状态分量组成的集合就是邻域解集合的范围。

第五步:确定可行解。符合约束条件的所有邻域解组成候选解集合Dk。

第六步:计算各候选解的适配值函数,将候选解集合Dk中的所有候选解按照适配值大小进行排序,适配值函数最小者记作f*(d k),其对应的邻域解记作dk*。

第七步:判断是否满足f*(d k)

第八步:选择非禁忌对象中的最佳候选解记作dk**,并将其加到禁忌表中,修改禁忌表中各禁忌对象的禁忌期,令下一次迭代的当前解Sk+1=dk**,返回第三步。

3 算例分析

本文以深圳电网为例,依据前面所分析的子系统划分方法,对电网内的电厂、变电站、一类负荷节点进行划分。

深圳电网地方电厂共有10座:月亮湾电厂、南山电厂、美视A厂、美视B电厂、宝昌电厂,福华德电厂、钰湖电厂、沙井电厂,金岗电厂、葵冲电厂。具备黑启动能力的电厂有月亮湾电厂、南山电厂、宝昌B厂、福华德电厂。其中月亮湾电厂与南山电厂距离很近,两个电厂同时启动在白田站并网,根据2.1中的前提条件,可以确定黑启动电源点有3个:白田站、宝昌B厂、福华德电厂。

深圳电网的220 k V变电站有27座,除此之外,还有一类负荷节点17个。

按照黑启动电源点的数目将深圳电网从地理上大致分为三个区域子系统,命名为:西南区域(月亮湾电厂和南山电厂)、宝昌区域、东部区域,每个分区的电厂平均数为3。

依据2.4节第二步的方法确定初始解,并为其中的每个元素赋值,取值范围为1、2、3,分别代表上述的三个区域的编号。统计每个节点到所在区域的黑启动电源之间路径的评价指标值,用式(1)和(2)对评价指标进行无量纲化,取线路长度指标的定义域为[0,50],电压变换次数指标的定义域为[0,3],中间变电站个数指标的定义域为[0,10],得到子系统划分的赋权网络。

用C语言程序实现上述禁忌搜索算法,以最佳适配值连续10次迭代保持不变作为终止准则。结果表明,在53次迭代之后,适配值达到最优并保持不变,最优适配值为23.692,对应的分区结果如表1~3:

从系统的实际结构分析,以上划分结果基本上是合理的。不仅在地理上形成了相对紧凑的网络,而且每个小系统中都包含一定数量的电厂和重要负荷,具备足够的发电能力,有足够的负荷平衡小系统的出力。此外,各个小系统在规模上较为接近,可以有效地降低并行恢复时间,减少并网前的等待时间,有助于系统的快速回复。

4 结语

电网分层分区可以使调度员在任何情况下更加方便地控制潮流,既有利于事故处理,也有利于事故预案的编制与运行方式的调整;从电网结构上有利于发现故障,并有效地隔离故障,控制事故的波及范围。在发生大的事故时,保证小系统的安全运行至关重要,因此,大停电后系统恢复策略中子系统划分的研究是一个非常有意义的课题。本文提出的基于禁忌搜索算法的黑启动子系统划分方法,在分区的同时兼顾时间性和安全性,具有较高的实际意义,可以为制定黑启动预案提供理论依据和决策支持。

参考文献

[1]刘艳,顾雪平,张丹.基于数据包络分析模型的电力系统黑启动方案相对有效性评估[J].中国电机工程学报,2006,26(5):32-38.LIU Yan,GU Xue-ping,ZHANG Dan.Data envelopment analysis based relative effectiveness assessment of power system black-start plans[J].Proceedings of the CSEE,2006,26(5):32-37.

[2]陈立伟.电力系统黑启动方案的模糊综合评判[D].北京:华北电力大学,2005.CHEN Li-wei.Fuzzy comprehensive evaluation for black start schemes of power system[D].Beijing:North China Electric Power University,2005.

[3]刘映尚,吴文传,冯永青,等.基于有序二元决策图的黑启动分区搜索策略[J].中国电机工程学报,2008,28(10):26-31.LIU Ying-shang,WU Wen-chuan,FENG Yong-qing,et al.Black-start zone partitioning based on ordered binary decision diagram method[J].Proceedings of the CSEE,2008,28(10):26-31.

[4]Huang J A,Audette L,Harrison S.A systematic method for power system restoration planning[J].IEEE Transactions on Power Systems,1995,10(2).

[5]周云海,闵勇.恢复控制中的系统重构优化算法研究[J].中国电机工程学报,2003,23(4):67-70.ZHOU Yun-hai,MIN Yong.Optimal algorithm for system reconstruction[J].Proceedings of the CSEE,2003,23(4):67-70.

[6]魏智博,刘艳,顾雪平.基于DPSO算法以负荷恢复为目标的网络重构[J].电力系统自动化,2007,31(1):38-42.WEI Zhi-bo,LIU Yan,GU Xue-ping.DPSO algorithm based network reconfiguration of power systems for maximizing load recovery efficiency[J].Automation of Electric Power Systems,2007,31(1):38-42.

[7]石晓军.基于禁忌搜索的配电网大面积断电恢复研究[D].西安:西安科技大学,2008.SHI Xiao-jun.Restoration of large area breakdown for distribution grids based on tabu search algorithm[D].Xi’an:Xi’an University of Science and Technology,2008.

[8]葛少云,刘自发,余贻鑫.基于改进禁忌搜索的配电网重构[J].电网技术,2004,28(23):22-26.GE Shao-yun,LIU Zi-fa,YU Yi-xin.An improved tabu search for reconfiguration of distribution systems[J].Power System Technology,2004,28(23):22-26.

[9]王凌.智能优化算法及其应用[M].北京:清华大学出版社,2001.WANG Ling.Intelligent optimization algorithms with applications[M].Beijing:Tsinghua University Press,2001.