黑启动

黑启动（共10篇）

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。

黑启动 篇2

湖北清江水电开发有限责任公司企业标准

Q/QJ.SBY-104-A601-2012

水布垭电厂黑启动运行规程

2012-05-18 发布 2012-06-18 实施 湖北清江水电开发有限责任公司标准化工作委员会 发布

Q/QJ.SBY-104-A601-2012

目 次

前 言..............................................................................................................................................................II 1 范围...............................................................................................................................................................1 2 规范性引用文件...........................................................................................................................................1 3 术语和定义...................................................................................................................................................1 4 设备简介.......................................................................................................................................................1 5 基本要求.......................................................................................................................................................1 6 运行操作.......................................................................................................................................................1

I

Q/QJ.SBY-104-A601-2012

前 言

本标准依据GB/T1.1-2009《标准化工作导则 第1部分：标准的结构与编写》规定，并结合湖北清江水布垭电厂实际进行编制。

本标准由湖北清江水电开发有限责任公司标准化工作委员会提出。本标准由湖北清江水电开发有限责任公司电力生产部归口管理。本标准由湖北清江水电开发有限责任公司水布垭电厂负责解释。本标准起草单位：湖北清江水电开发有限责任公司水布垭电厂。本标准起草人：李明武 本标准审核人：杨晓勇 本标准审定人：骆 斌 本标准批准人：甘魁元

本标准代替Q/QJ.SBY-104-001-2011《水布垭电厂黑启动运行规程》。II

Q/QJ.SBY-104-A601-2012

水布垭电厂黑启动运行规程 范围

本标准规定了清江水布垭水力发电厂黑启动的运行、操作、故障与事故处理等的技术要求和实施程序。

本标准适用于清江水布垭水力发电厂黑启动的运行、操作、故障与事故处理等工作。2 规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

华中电网有限公司2007年发布《华中电力系统调度管理规程》 3 术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。3.1 水布垭电厂黑启动初始状态

水布垭电厂四台机组全停；水布垭110KV变电站全停；柳树坪电站机组全停；水渔Ⅰ、Ⅱ回线停电。3.2 值守长

水布垭电厂当班值守长。4 设备简介

水布垭自备电站（柳树坪电站）装有1台容量为20MW的水轮发电机组，该机组平时处于运行状态，当系统事故时，一般会自动脱网形成孤网运行。即使系统事故，柳树坪电站处于停机状态时，也可手动开机，升压正常后直接送至水布垭电厂10KV厂用Ⅰ段母线（1001开关）。基本要求

5.1柳树坪电站发电机本体、励磁系统、计算机监控系统、冷却系统等主要附属设备应保持完好，保护装置及测量仪表和信号装置等应可靠和准确。整个机组应能在规定参数下带额定负荷，在允许运行方式下长期运行。

5.2水布垭电厂黑启动必须由水布垭电厂厂长或总工下令。6 运行操作

6.1 水布垭电厂值守长一旦确认满足黑启动的初始状态应立即通知相关人员赶到现场,同

Q/QJ.SBY-104-A601-2012

时通知柳树坪电站作好黑启动准备，并汇报清江梯调及华中网调。

6.2 值守长收到黑启动命令后立即令值班员关闭各机组调速器压油罐供油阀、断开调速器压油泵电源及PLC直流电源、退出10KV备自投，切除厂内次要负荷如：检修泵、风机等。6.3 值守长令值班员检查10302开关在断开位置，并断开10201、1011、1012、1001、10403、1013、1014、1004开关。值班员将操作结果汇报值守值长。6.4 值守长令柳树坪电站值班人员启动小机组。6.5 柳树坪电站机组黑启动成功后立即向值守长汇报。6.6 值守长令柳树坪电站值班人员合上柳07开关。6.7 柳树坪电站值班人员向值守长汇报柳07开关合闸成功。6.8 值守长令运行操作人员合上1001开关。6.9 值守长令运行操作人员合上10201开关。

6.10 值守长令运行操作人员将厂内0.4KV 1P、2P、3P、4P、5P联络运行。

6.11 值守长令运行操作人员全面检查220V直流系统、调速器压油装置、起励电源、中低压机、机组保护电源、线路保护电源、排水系统、渗漏泵电源均正常。

6.12 值守长令运行操作人员开启3号机调速器压油罐供油阀，送上调速器压油泵电源及PLC直流电源，监视调速器压油泵建压正常。6.13 断开5003开关。

6.14 值守长令值守员现地合上031刀闸、03开关。

6.15 值守长令值守员主站开3号机至第五步。监视技术供水压力正常，检查03B主变冷却器运行正常。

6.16 值守长令值守员现地调整3号机机端电压、机组频率在规定范围内。6.17 值守长令运行操作人员依次合上1013、10403开关。

6.18 值守长令运行操作人员恢复0.4KV 1P、2P、3P、4P、5P、6P分段运行；送上已切除的各个负荷电源。

6.19 值守长令运行操作人员开启其它各机组调速器压油罐供油阀，送上调速器压油泵电源及PLC直流电源，监视调速器压油泵建压正常。

6.20 值守长令运行操作人员全面检查，并根据厂用电的实际情况决定是否投入10KV备自投。

6.21 值守长向网调汇报我厂电源恢复情况并根据调度令进行后续操作。

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

县级电网“黑启动方案”初探 篇4

三峡水利电网是一个有一定发电能力以外购电为主的有源电网, 承担重庆市第二大城市———万州市行政区域90%的供电任务。自有发电装机容量230 MW, 水电机组占85%;35 k V及以上变电所30余座, 其中110 kV变电站9座, 主变压器16台, 总容量583.5MV·A;110 kV输电线路共24条, 577.3 km, 110 kV电网已形成“日”字形骨架网络, 可实现110 kV双环网运行, 可以通过110 kV联网线路分别与湖北恩施电网和重庆电网联网运行;网内最大负荷350 MW。笔者现就三峡水利电网的黑启动方案及县级电网黑启动方案的制定进行研究和探讨。

1 充电电源的选择

三峡水利电网赶场水电厂装机容量3×12.5 MW, 调节范围宽, 占系统负荷的比例较大;微机高油压调节系统, 调速器工况较好, 调节速度快;微机自动励磁装置, 1台机组单元接线, 另2台机组扩大单元接线;前池调节库容25万m3, 在上游不来水的情况下, 3台机组可满功率发电1.5 h;110 k V电压等级并网, 离负荷中心———五桥变电所并网线路只有25 km。故将赶场水电厂作为三峡水利电网黑启动充电电源的首选。

2 黑启动方案论证

黑启动方案选择赶场水电厂作为充电电源向110kV赶五线充电。具体由赶场水电厂3号发电机通过2号主变压器对110 k V赶五线充电。充电时应防止出现如下2种情况:一是应防止赶五线受端电压升高至超出允许值;二是应防止赶场水电厂3号发电机产生自励磁。

通过计算分析, 赶五线受端电压升高未超出允许值, 赶场电厂3号发电机也不会产生自励磁, 可以将赶场水电厂作为充电电源向110 kV赶五线充电, 对三峡水利电网进行黑启动。

3 黑启动方案试验及分析

赶场水电厂1号机带厂用电, 3号发电机作为充电电源向赶五线充电, 再向五桥变电站等变电站送电。

3.1 赶场水电厂3号发电机对110 kV赶五线充电

赶场水电厂3号发电机频率 (转速) 额定, 2号主变压器投运, 确认110 k V赶五线无外电压后, 合上赶五线122断路器向线路充电成功。

3.2 向变电所主变压器送电和负载线路送电不成功及原因分析

赶五线充电成功后, 再向五桥变电所等变电所的主变压器送电和负载线路送电, 赶场水电厂3号发电机多次“事故低油压”动作跳闸, 黑启动均不成功。

经过对多次试验结果进行分析和总结, 黑启动方案不成功关键是电网各水轮发电机调节系统参数的整定问题, 主要表现:一是赶场水电厂3号发电机调速器存在过调, 以及多机孤网运行、机组间抢带负荷问题;二是向多台主变压器送电, 励磁涌流太大;三是每次送负载线路的负荷较重且间隔太短, 负荷波动大, 调速系统调节频繁且速度慢。

3.3 水轮发电机调节系统参数整定和选配

发电机调速器参数按单机空载、调频和基荷3种运行状态整定。调频和基荷机组调节系统调差系数分别为3%和5%, 按各机组的特性和水位变化情况, 分别计算各台机组担负调频和基荷时相对应的调速器的永态转差系数。按计算的各台机组调速器的永态转差系数分别进行整组试验, 保证调节系统在各种工况下 (单机空载、带负荷, 机组并列空载、带负荷) 能稳定运行, 并在保证稳定性的基础上提高过渡过程品质。各台机组的调速器按承担的任务作相应调整, 所有调速器必须处于自动运行状态。单机系统中, 负荷变化量不超过机组的出力时, 允许该机组的永态转差系数为0, 当该机组并入系统时, 则按担负的任务选择永态转差系数。

3.4 黑启动方案按以下要求进行调整

向变电所主变压器送电时, 应带1条10 kV线路, 避免空投主变压器和一次投入多台主变压器;每次送负载线路, 赶场水电厂3号发电机调速器油压应正常, 且每次送出的负荷不能超过运行机组容量的10%, 送负荷速度不能过快;当赶场水电厂3号发电机备用容量只有5 MW时, 应启动其他机组, 调度应确定1台容量大、调速器工况较好的发电机组作为调频机组, 并及时将调频机组的负荷转移至其他带基荷的机组上, 使调频机组有较大的调节范围;每台运行机组均应有旋转备用容量, 避免一部分机组满负荷, 一部分机组留有旋转备用容量。

2003年10月, 三峡水利电网进行黑启动试验获得成功。此后几年, 电网进行了几次黑启动试验, 每次都取得成功, 其间发现了2个主要问题并采取了相应措施解决。一是在组网过程中, 若负荷波动太大, 高油压调速器调节次数太多后, 引起发电机“事故低油压”动作解列。对高油压调速器增加一台储能柜后, 即使“低油压”灯亮, 也能迅速将调速器油压调高而不跳闸。二是有时发电机“过速”动作跳闸, 并关闭了前池快速闸门, 必须对钢管冲水平压后才能将发电机并入系统, 耗时较长, 而发电机的事故报文显示并未过速。分析认为是干扰引起的信息误报。在机端母线上加装消谐装置后, 再未发生类似问题。

2008年, 西南地区遭受特大雪灾, 三峡水利电网与湖北恩施电网的联网线路因雪灾 (途经海拔1 800多米高山) 多基塔翅折断, 电网瓦解, 三峡水利电网依靠黑启动方案成功恢复电网供电。

4 结论

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

黑启动系统自励磁研究 篇6

目前,中国各区域电网根据自身网络状况与电源分布情况,制定了相应的黑启动预案,有的还做过黑启动模拟试验[2,3]。黑启动方案中通常选择自启动能力的机组,如水轮机组和燃气轮机组,待黑启动机组启动后再向不具有自启动能力的机组送电。在黑启动过程中极易发生自励磁现象,因为系统启动初期作为启动电源的机组带空载长线路,相当于带了一个容性负荷,线路的容性充电功率很大,系统易满足自励磁发生的条件,所以在制定黑启动方案时必须要考虑自励磁现象[4,5]。为此,本文通过理论研究和结合实际,探讨了地方电网内水电自励磁判据,研究了自励磁现象对系统的影响。

1 自励磁判据

自励磁现象产生的根本原因就是励磁绕组电流为零时,过大的容性负荷使电压自发上升,因此可以结合自励磁现象产生的物理过程和发生现象,对黑启动中的自励磁问题本质进行近似分析。黑启动方案中通常选取水轮机组作为启动电源,典型水轮机组联网结构如图1所示,若忽略水轮机组阻尼绕组作用,并假定ω=1且维持恒定,简化等效电路如图2所示。

通过阻抗比较法可知,发电机自励磁产生条件为

自励磁可以分为同步自励磁和异步自励磁两类,水轮发电机为凸极式发电机,而一般凸极式同步发电机Xd≠Xq,通常产生的是同步自励磁。汽轮发电机为隐极式发电机,通常产生的是异步自励磁,所以Xc<Xq时产生的异步自励磁情况不作考虑。考虑变压器参数对自励磁产生的影响,则应将变压器漏抗XT并入发电机电抗,即

本文选取此条件为黑启动产生自励磁的判断依据,它所需参数少,容易获得,直观简单,而且从自励磁产生机理可得出,满足黑启动中对自励磁判据的要求,此类阻抗比较法具有一定的工程实用性[6]。所以根据判断Xc是否落入此区间,可判断系统是否发生自励磁现象。

判据所需参数Xc、Xd、XT的标幺值可由系统设备参数计算获得,即

由上面公式可获得

式中:l为线路长度;Uk%为短路电压百分比;Ud为发电机机端电压;UT为变压器额定电压;UcN为线路基准电压;UdN为发电机基准电压;UTN为变压器基准电压;Pd发电机额定功率;PT变压器额定容量。

本文用式(1)作为黑启动自励磁判据公式。

2 黑启动路径分析

电网黑启动过程是一个复杂的过程,并不是预先准备好的一个理论最佳方案就能完成黑启动过程,在实际电网运行工作中会遇到各种问题,所以在找到黑启动最佳方案后还需要进行技术效验,找到最优方案完成系统的黑启动。

2.1 黑龙江电网概况:

黑龙江电网运行管理电厂279座,总装机容量为25033.11 MW。其中火电厂149座,装机容量为19408.15 MW,占比77.53%;水电厂65座,装机容量为978.11 MW,占比3.91%;风电场64座,装机容量为4636.95 MW,占比18.52%;光伏电站1座,装机容量为9.9 MWp,占比0.04%。黑龙江电网中,牡丹江电网镜泊湖水电老厂配有35 k W柴油发电机一台,柴油发电机启动后带镜老厂400 V厂用电,具备自启动能力,所以选择镜泊湖水电老厂作为黑龙江电网黑启动电源。

2.2 黑启动路径一

设定黑启动路径一:黑启动电源点为镜老厂2号机组,被启动电源点为牡二A厂7号机200 MW发电机组。

启动路径为:镜老厂2号机—220 k V镜老厂母线—220 k V镜联线—220 k V镜新厂母线—220 k V镜海线—220 k V林海变母线—220 k V林青甲线—220 k V青梅变母线—220 k V牡青甲线—220 k V牡二A厂母线—10.5 k V牡二A厂7号机,如图3所示。

2.3 黑启动路径二

设定黑启动路径二:黑启动电源点为镜老厂2号机组,被启动电源点为七台河600 MW发电机组。

启动路径为:镜老厂2号机—220 k V镜老厂母线—220 k V镜联线—220 k V镜新厂母线—220 k V镜海线—220 k V林海变母线—500 k V林海变—500 k V方林线—500 k V方正变母线—500 k V云方甲线—500 k V庆云变母线—500 k V七云甲线—500 k V七台河厂母线—24 k V七台河厂4号机,如图4所示。

3 黑启动不同路径自励磁分析

已知条件:镜老厂2号机组型号TSK460/100-32;额定电压11.00 k V;额定出力18.00 MW;额定功率因数0.90,电抗参数Xd=5.2030,Xd'=2.1500,Xd″=1.5490,X2=1.6400,X0=0.9980,Xq=3.7030,时间常数Td0=10.06 s。镜老厂主变:型号SFPSB—50000/220,额定电压及变比242(+1/-3)×2.5%/121/11 k V;容量SN=50/50/50×1 MVA;结线组别Y0/Y0/Δ-12-11;短路电压UKⅠ—Ⅱ21.50%,UKⅠ—Ⅲ13.60%,UKⅡ—Ⅲ7.12%;短路损失PKⅠ—Ⅱ246.40 k W,PKⅠ—Ⅲ242.60 k W,PKⅡ—Ⅲ180.50 k W;空载损失P0=75.50 k W;空载电流I0=0.65%。牡二厂7号主变:型号SFP7—240000/220,额定电压及变比242±2×2.5%/15.75 k V;容量SN=240×1 WVA;结线组别Yn/d11;短路电压UKⅠ—Ⅲ13.5%;短路损失PKⅠ—Ⅲ594.1 k W;空载损失P0=160 k W;空载电流I0=0.264%。

根据已知计算知:XT(镜老厂主变)=0.3291;Xd(镜老厂2号机)=5.2030,XT(林海变)=0.020 28,XT(牡二厂7号主变)=0.0681。

3.1 黑启动路径一

黑启动路径一上线路电抗值如表1所示。

1)启动路径镜联线时,容抗Xc=Xc(镜联线)=179.83,Xc>Xd(镜老厂2号机)+XT(镜老厂主变)。

2)启动路径镜海线时,容抗Xc=Xc(镜联线)//Xc(镜海线)=9.7065,Xc>Xd(镜老厂2号机)+XT(镜老厂主变)。

3)启动路径林青甲线时,容抗Xc=Xc(镜联线)//Xc(镜海线)//Xc(林青甲线)=6.6593,Xc>Xd(镜老厂2号机)+XT(镜老厂主变),系统不产生自励磁现象。

4)启动路径牡青甲线时,容抗Xc=Xc(镜联线)//Xc(镜海线)//Xc(林青甲线)//Xc(牡青甲线)=6.6237,Xc>Xd(镜老厂2号机)+XT(镜老厂主变),系统不产生自励磁现象。

由计算结果可知,黑启动路径一启动电源点为镜老厂2号机组,被启动电源点为牡二A厂7号机发电机组,系统不发生自励磁现象。黑启动路径一,镜老厂投入的线路虽然空载,但并不长,容性充电功率较小,经计算约为4.3363×10-2MVar,而镜老厂发出无功约为3.3 MVar,远大于线路充电功率,因此未发生发电机自励磁。黑启动过程中,当发电机初步稳定后,牡二厂A厂母线及时投入了部分负载,破坏了自励磁所需要的长输电线空载容性无功注入,避免了发电机自励磁。

3.2 黑启动路径二

黑启动路径二上线路电抗值如表2所示。

1)启动路径镜联线时,容抗Xc=Xc(镜联线)=179.83,Xc>Xd(镜联厂2号机)+XT(镜老厂主变),系统不产生自励磁现象。

2)启动路径镜海线时,容抗Xc=Xc(镜联线)∥Xc(镜海线)=9.7065,Xc>Xd(镜联厂2号机)+XT(镜老厂主变),系统不产生自励磁现象。

3)启动路径方林线时,容抗Xc=Xc(镜联线)∥Xc(镜海线)∥Xc(方林甲线)=0.40212,Xc<Xd(镜老厂2号机)+XT(镜老厂主变机),系统产生自励磁现象。

由计算结果可知,黑启动路径二启动电源点为镜老厂2号机组,被启动电源点为七台河发电机组在空充到方林线时,系统发生自励磁现象。黑启动路径二,启动方林线时,线路184.04 km,线路长度很长,容性充电功率较大,因此发生发电机自励磁。

4 结语

发电机自励磁现象是空载长输电线电容电流助磁作用的正反馈引起的参数谐振现象。文中采用计及线路电抗、发电机电抗和变压器漏抗对自励磁的影响,推导出自励磁判据表达式。结合黑龙江电网的实际运行情况,对黑启动这种特殊情况和系统自励磁情况进行了分析,对黑启动路径的制定以及自励磁现象进行了研究,可指导黑启动控制策略的确定。

摘要：发电机空载长输电线路运行时,由于线路分布电容电流的助磁作用,通常会出现发电机自励磁现象。如何有效避免黑启动过程中发生机组自励磁现象,是决定黑启动恢复方案是否可行的关键因素之一。因此根据自励磁产生的原因,提出了识别地方电网内水电自励磁判据,研究了黑龙江电网制定不同黑启动方案时,自励磁现象对系统的影响。

关键词：黑启动,自励磁,地方电网,稳定运行。

参考文献

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黑启动 篇7

随着电网规模越来越大,一旦发生大面积停电事故,将给国民经济带来重大损失,因此,各电网都制订了相应的黑启动方案[1,2,3,4],以指导调度运行人员在大停电事故后尽快恢复供电。

由于直流输电技术的复杂性,目前各电网在制订黑启动方案时,都没有考虑黑启动初期启动直流的问题。直流输电有着输送功率大、启动和调整速度快、可控性强等特点[5],而这些特点在黑启动初期可以发挥较大的作用,能够加快联网,增强送电能力。因此,本文以南方电网天广直流为例,研究了在黑启动条件下,直流系统采用何种启动方式,以及两侧交流电网达到何种强度时,能够启动直流系统。

1 基于PSCAD/EMTDC的系统建模

黑启动方案中制订的直流启动方案是用于指导实际工作的,所以研究该问题时,所用的直流控制系统模型与实际系统应尽量一致。为此,本文采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件作为仿真工具,搭建了与实际系统一致的天广直流模型[6]。

对于直流两侧的交流系统,按照南方电网的运行方式数据进行搭建,并在EMTDC中自定义了与运行方式数据中机电暂态模型一致的励磁、调速器模型[7]。

2 黑启动条件下的直流启动模式

2.1 理论分析

直流的启动模式包括:全压启动、70%降压启动、80%降压启动、功率异向传输模式。其中,功率异向传输模式是指直流一极功率正送、另一极功率反送,这种启动和控制模式主要是为了解决直流线路融冰的问题。在极端恶劣的天气条件下,直流系统通过功率异向传输方式,既可以使直流线路电流达到需要的值,产生热量进行融冰,同时两端电网无需交换功率,对两端交流电网的影响较小(2个极的功率也可以设定为不同值,此时将会有功率交换)。

在黑启动条件下,交流电网比较薄弱,抵御冲击的能力有限。由于电网负荷较轻,系统无功功率处于过剩的状态,直流以最小功率启动后,要投入最小滤波器组合,此时直流系统的无功功率需向交流系统输送,这进一步加剧了整个系统的无功功率过剩。因此,直流系统的启动模式要考虑以下2个方面。

1)减少对交流系统有功功率的冲击

直流系统的启动对于交流系统可以看成是一个快速的有功冲击,直流启动的功率越小,冲击就越小。由于直流自身的要求,启动时的最小直流电流一般为10%的额定电流,按照最小直流电流启动时,功率异向传输模式(正送、反送的功率定值相同)总的输送功率最小、冲击最小,其次是单极70%降压启动,然后是单极80%降压启动、单极全压启动。

2)有利于系统无功功率平衡

通常直流系统通过增大触发角来进行降压启动,触发角增大,直流吸收的无功功率也会增大。直流降压的程度越大,触发角就越大,吸收的无功功率就越多。因此,按照最小直流电流启动时,70%降压启动最有利于无功平衡,其次为80%降压启动。

虽然功率异向传输模式也采用全压启动,但它启动的是2个极,吸收的无功功率肯定大于单极全压启动,与降压启动方式需要通过仿真来比较。

2.2 不同启动模式的仿真计算

以天广直流为例,利用第1节所述的EMTDC中搭建的交直流系统模型进行仿真。天广直流额定电压为±500 kV,额定电流为1 800 A,整流侧单台滤波器容量为80 Mvar,逆变侧为100 Mvar。仿真算例中天生桥侧鲁布革、天一、天二各1台机,广州侧为广蓄A和广蓄B电厂各1台机,北郊和增城带部分当地负荷。两侧电网接线如图1所示。

直流启动电流均设为最小电流(额定电流的10%),分别对单极全压、单极70%降压、单极80%降压和功率异向传输(正送、反送的功率定值相同)4种启动方式进行仿真,计算结果如表1所示。表中列出了直流启动后整流侧和逆变侧交流系统最大的频率偏差和直流系统反送交流系统的无功功率。

从仿真结果可以看出:在黑启动条件下,直流输电系统的启动以功率异向传输启动最佳,单极降压启动次之,全压启动相对较差。但是,通过对实际控制系统的研究发现,功率异向传输模式启动虽然是一种最优的启动方式,但其在正常运行时却有一些不利的因素:直流系统只能采用定电流控制模式,在该模式下,频率限制等稳定控制功能无法投入,无法为整个系统的稳定作出贡献;当发生单极闭锁时,无法实现极间功率转移,将对交流系统产生严重冲击。

因此,综合分析来看,建议采用单极70%降压启动方式作为黑启动条件下的直流启动方式。

3 对交流系统强度的定量要求

黑启动条件下,直流启动模式确定后,需要进一步研究直流两端的交流系统达到何种强度时才能启动直流。

3.1 电压和频率要求

一般来说,在黑启动条件下,直流启动过程中暂态工频过电压不超过额定值的1.4倍,稳态工频电压值不超过额定值的1.1倍。

综合考虑水、火电机组的高频切机和汽轮机超速保护的定值,电网低频低压减载装置动作定值,以及直流系统对频率的要求,在黑启动条件下,直流启动过程中对频率要求如下:

1)以49～51 Hz作为直流启动过程中频率的保守变化范围。

2)如果送端系统无低频减载装置动作,最低频率可以放宽至47.5 Hz;如果受端系统没有火电机组的参与,最高频率可以放宽至52.5 Hz。

3.2 直流输电系统启动的最小条件估算

3.2.1 最小短路容量估算

设直流系统的额定功率为Pdn,单组滤波器的容量为QFilter,系统的短路容量为Ssc,启动前交流系统运行在额定电压,则可以得到:单极70.%降压(定电流)启动时的功率为0.035Pdn。

假设在直流功率建立前就投入最小滤波器组合(2组),直流系统向交流系统输送的无功功率(相当于交流系统突增了一个同样容量的电容器)为2 QFilter。当直流启动成功后,考虑70%降压运行,吸收的无功功率接近0.03Pdn～0.04Pdn。按严重情况考虑,此时直流系统向交流系统输送的无功功率为Q=2QFiher-0.03Pdn。交流系统增加电容器后,电压升高的幅度可用下式进行估算:

式中:U为换流母线启动前的电压;ΔU为电压升高的幅度;Ssc为换流母线的短路容量。

由此可知,根据实际情况假设Pdn=20QFilter。为了满足稳定电压不超过1.1倍额定电压的要求,绝对短路容量需要为单组滤波器的14倍左右,即

具体到实际的直流工程中,滤波器的容量和直流额定功率的数值关系可能会有所变化,绝对短路容量的值也有所区别,应具体问题具体分析,但总体结果差别不大。

3.2.2 最小转动惯量估算

交流系统维持要求的频率的能力与交流系统转动惯量有关,所以定义了用于直流黑启动条件下的有效惯性时间常数。其定义如下:

在启动过程中,直流功率对于整流侧相当于一个数值较大的固定负荷,对于逆变侧则相当于一台出力固定的机组。因此,直流启动会造成整流侧的频率降低,逆变侧的频率升高。

频率的变化,一是取决于负荷的频率效应,随着频率降低或升高,负荷吸收的功率也会降低或升高,以阻止频率的变化;二是调速器的作用,当频率降低或升高时,调速器通过加大或减少阀门开度,增加或减少机组的出力,以阻止频率的变化。频率的变化由于涉及具体的动态控制特性,一般很难估算。

根据南方电网的实际经验,取综合频率因子K=3.0,来估算频率的最大波动范围。

设直流功率为Pd,机组的总容量为PG,则

如果频率的变化范围为1 Hz,则机组的总容量需要为16.7倍的直流输送功率。考虑到水电机组惯性时间常数为8～10 s,有效惯性时间常数为70～90 s。

3.3 系统仿真

以天广直流为例,采用图1所示的交流网络,调整开机方式。

1)算例1。整流侧:鲁布革电厂1台机,天一电厂1台机,天二电厂1台机,短路容量约1 800 MVA;逆变侧:蓄能A电厂1台机,蓄能B电厂1台机,逆变侧短路容量约1 430 MVA。

2)算例2。整流侧:鲁布革电厂1台机,天一电厂1台机,天二电厂1台机,短路容量约1 800 MVA;逆变侧:蓄能A电厂1台机,逆变侧短路容量约740 MVA。

3)算例3。整流侧:鲁布革电厂1台机,天一电厂2台机,天二电厂2台机,短路容量约3 150 MVA,总动能约为5 700 MW·s;逆变侧:蓄能A电厂1台机,蓄能B电厂2台机,短路容量约1 800 MVA,总动能约为4 510 MW·s。

上述3个算例全部采用定电流控制,单极70%降压启动,直流电流采用最小值180 A,直流输送功率为63 MW。仿真结果如图2所示。

其中:Urec为整流侧换流母线线电压;Uinv为逆变侧换流母线线电压;Pd为直流功率;Ud为正极直流电压;Id为正极直流电流;α为整流侧触发角;γ为逆变侧熄弧角;frec为整流侧交流频率偏差;finv为逆变侧交流频率偏差。

仿真结果如下:

1)算例1直流启动过程中系统运行非常平稳。系统运行平稳后,Urec 230 kV,Uinv为234.0 kV;整流侧最大频率偏差—1.8 Hz,逆变侧最大频率偏差为1.26 Hz。

2)算例2直流启动过程中系统存在较大的波动。由于逆变侧交流系统很弱,单组滤波器的容量变得相对较大,每次投入后对电压都产生较大的冲击,使得系统存在较大波动且衰减较慢。系统运行平稳后,Urec为230 kV,Uinv为253.5 kV;整流侧最大频率偏差-1.8 Hz,逆变侧最大频率偏差为2.34 Hz。

3)算例3直流启动过程中系统运行非常平稳。系统运行平稳后,Urec为230 kV,运行中的最大电压为234 kV;Uinv为228.0 kV,运行中最大电压为241 kV;整流侧最大频率偏差-1.0 Hz,逆变侧最大频率偏差1.0 Hz。

3.4 结果分析

3.4.1 短路容量最小条件

在算例1中,系统短路容量为单组滤波器容量的14倍,电压变化范围为6.4%,而滤波器容量去除直流吸收的无功功率后,与短路容量的比值约为9.1%,电压变化范围略小于无功功率变化范围。

在算例2中,系统短路容量为单组滤波器容量的7倍,电压变化范围为15.5%,而滤波器容量去除直流吸收的无功功率后,与短路容量的比值约为17.6%,电压变化范围略小于无功功率变化范围,但已经比较接近。

考虑到在仿真中认为机组有足够的进相能力,如果机组实际的进相能力不足,取值则偏于保守,因此,取系统短路容量为单组滤波器容量的14倍左右是合适的。

3.4.2 转动惯量最小条件

算例3中,整流侧和逆变侧的频率变化范围都为1 Hz。此时逆变侧的有效惯性时间常数约为70 s,整流侧的有效惯性时间常数约为90 s(逆变侧有负荷的调节效应,因此有效惯性时间常数低于整流侧)。

从以上分析可以看出,仿真计算出的结果与理论估算的结果较为一致,算例3中的交流网络能够满足直流启动的频率、电压要求,制约直流启动的主要条件是最小有效惯性时间常数。

4 2个启动条件间的关系

由理论估算和仿真计算结果可知:在黑启动条件下,为了满足电压的要求,绝对短路容量需要为单组滤波器的14倍左右;要求频率变化范围为1 Hz时,系统机组有效惯性时间常数为70～90 s。只有满足这2个条件才能启动直流。

发电机组既提供短路容量,又提供转动惯量。下面分2种情况,分析短路容量与有效惯性时间常数2个条件之间的关系。

1)黑启动电源与换流站电气距离近。此时,黑启动电源每台机组提供的短路容量较大,而有效惯性时间常数与电气距离没有关系。因此,提供足够的有效惯性时间常数就成了限制因素。本文中的天广直流就是这种情况的典型案例。

2)黑启动机组与换流站电气距离远。此时,黑启动电源每台机组提供的短路容量较小,因此,提供足够的短路容量就成了限制因素。楚穗直流整流站附近的交流电网中,黑启动电源(小湾、金安桥电厂)机组的转动惯量较大,但提供的短路容量却较小,就是这种情况的典型案例。

由此可见,由于交流电网的实际情况不同,直流启动的限制因素也不同。对此必须适当增加交流系统的强度,以便同时满足电压和频率的指标要求,才能开始启动直流。

参考文献

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[6]Manitoba HVDC Research Centre Inc.PSCAD user' s guide [R].Winnipeg,Canada:Manitoba HVDC Research Centre Inc,2003.

孤立微电网的黑启动策略 篇8

随着世界经济的迅速发展，对能源的需求急剧增加，微电网作为可再生能源利用方式之一受到了广泛关注[1,2]。微电网既可与大电网联网运行，又可以孤岛方式运行，在满足本地用户对电能质量和供电安全要求的同时，可减少大量分布式电源渗入对电力系统的影响，具有较高的灵活性和可调度性[3,4]。

微电网的双向潮流特性使得微电网保护的选择性较难做到，微电网的并网和独立运行则面临着差异较大的短路故障电流，因此传统配网保护策略不适用于微电网保护[5];同时，微电网如何根据运行控制需要平滑地进行联网和孤岛运行模式切换，也给微电网的连续稳定运行带来挑战[6]。所以，当微电网或者大电网一方发生故障时，保护元件未能正确动作，或者微电网运行模式切换失败，将会导致整个微电网的瘫痪。倘若此时微电网能及时地进行黑启动，再次恢复负荷供电时，将会大幅提升微电网供电可靠性，减少停电带来的经济损失。

微电网黑启动，就是指在整个微电网因外部或内部故障停运进入全黑状态后，不依靠大电网或其他微电网的帮助，仅通过启动微电网内部具有黑启动能力的微电源，进而带动微电网内无黑启动能力的微电源，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个微电网的重新启动[7]。传统大电网在发生系统瘫痪全黑时，由于大电网系统复杂，在黑启动过程中的发电机自励磁、空载线路充电过电压和恢复初期小系统并列运行稳定性等问题，多采用1个黑启动电源启动1台被启动机组的简单黑启动方案[8]。因此，传统大电网黑启动的研究多着重于黑启动策略的评估方法，引入新的方法开发黑启动决策支持系统，提高黑启动方案的适应性等[9,10]。但是，微电网系统相对较小，结构简单，再加上微电源的多样性和多元性，使得微电网的黑启动在黑启动源的选择、黑启动方案的制定等方面有着很大的区别。随着分布式电源的接入对传统电网结构的改变，电网黑启动的研究也逐步涉及到有分布式电源的电网的黑启动研究，利用分布式电源的优良特性，对大电网黑启动提供相应的支持[11,12]。但是，对单独的微电网的黑启动研究还很少，所以本文从单个微电网出发，研究微电网黑启动策略及黑启动过程中的问题。

本文首先分析了微电源的黑启动能力、参考源的选取及黑启动过程中微电源控制方式的问题，提出一种基于3层多代理(Agent)系统的微电网黑启动策略;然后，就黑启动过程中的并联波动问题，给出通过预同步和基于功率锁定的模式切换方法进行优化;最后，参照本课题组已投运的微电网实验平台，在MATLAB/Simulink平台搭建由光伏、柴油发电机和蓄电池3种微电源组成的低压微电网，通过3个黑启动仿真实验的对比，验证所提出的黑启动策略及优化方案的有效性和可行性。

1 微电网及多代理系统组网结构

根据欧盟微电网项目提出的典型低压微电网系统(Benchmark 0.4 kV)[13]，并结合本课题组的光/柴/储微电网实验平台，设计了0.4 kV低压微电网，如图1所示：微电网和主网通过公共连接点(PCC)连接，在该处设置断路器，通过PCC处断路器的开闭控制微电网孤岛运行和并网运行2种模式的切换。微电网内有4个负荷，在负荷2、3、4处分别接入蓄电池、柴油发电机和光伏3种微电源。

微电网的控制主要包括主从控制、对等控制和分层控制3种类型[14]，其中基于多Agent技术的分层控制从微电网全局出发，是解决微电网各单元协调运行的有效途径，如图1中虚线部分所示。本文采用3层控制结构，整个分层通过多Agent技术实现，通过独立通信网络进行信息交互，如图2所示。

a.主网-微电网控制GMGC(Grid-MicroGrid Control)层：主要负责根据主网与微电网的运行状态需求控制微电网的孤岛与并网运行切换及能量管理。

b.微电网中心控制MGCC(MicroGrid Central Control)层：主要负责根据上层指令优化微电网中各单元的运行状态，并实时与下层控制器通信联系，下发相应指令控制微电网各单元的运行。

c.微电源控制μGC(micro-Generator Control)层和负荷控制LC(Load Control)层：主要负责直接控制微电源的运行、负荷的投切，实时上传微电源及负荷的信息至上层。

2 微电网的黑启动策略

2.1 微电源的黑启动能力及参考源的选取

微电网的黑启动主要就是依靠具有黑启动能力的微电源进行黑启动，进而带动整个微电网的黑启动，所以具有黑启动能力的微电源有着举足轻重的作用。在微电网中，各种微电源的能源由风力、太阳能、燃气等清洁能源供给，其中直流微电源(如光伏)通过DC/AC(或DC/DC/AC)转换为工频交流电，交流微电源(如燃气轮机)通过AC/DC/AC转换为工频交流电。理论上，在微电源电能转换的直流侧加装适当的储能设备，就能使该微电源具备黑启动能力。但是，考虑到黑启动微电源需要在一段时间内能独立、稳定带负荷运行，一些能源供给具有较大波动或受较多因素影响的微电源是不适合作为黑启动微电源的，如光伏微电源、风力发电微电源;而能源供给稳定且微电源动态性能及抗扰动性能好的微型燃气轮机、柴油发电机、燃料电池及大容量储能单元是黑启动微电源的首选。

在微电网的黑启动过程中，微电网一定是脱离大电网运行在孤岛模式下的，因此在分层控制的微电网中需要一个主参考源来提供系统的参考电压及频率。文献[15]总结了主参考源应具备的特征，其中最重要的有：能快速实现自身的黑启动;能够提供稳定的电压及频率;能快速跟踪负荷变化以免产生大幅波动。考虑到微型燃气轮机、燃料电池及柴油发电机良好的负荷跟随及抗扰动特性[16,17]，它们无疑是微电网黑启动主参考源的最佳选择。

2.2 微电源的控制方式

微电源的逆变器有多种的控制方式，本文主要采用U/f控制和PQ控制。U/f控制使微电源输出恒定的电压及频率，本文采用文献[18]所述电压外环电流内环控制方式。基于dq变换的PQ控制通过电压电流的解耦，得到dq坐标系下功率与电压电流的关系，如式(1)所示。文献[19]由式(1)设计了输出恒定功率的PQ控制器，本文不再赘述。

由于微电源具有多样性和多元性，微电网中可以包含多个具有黑启动能力的微电源，在黑启动过程中，可同时启动这些微电源，建立多个小的网络，再将这些网络并联组网，从而实现微电网的快速恢复供电。所以，各微电源在自启动过程和并联组网后并不是运行在某一控制方式下一成不变，而是会在不同的时期采用不同的控制方式，以满足各个时期不同的需求。

a.有黑启动能力的主参考源：在微电网黑启动整个过程中始终运行在电压控制方式下，为整个微电网提供稳定的参考电压和频率，如柴油发电机、微型燃气轮机。

b.有黑启动能力的其他微电源：在自身带一定负荷自启动时，运行在电压控制方式下，在自启动后与主参考源并联运行时切换至PQ控制方式，如蓄电池储能设备、飞轮储能。

c.没有黑启动能力的微电源：在黑启动的最后阶段，以主参考源提供的电压和频率为参考，以PQ控制方式启动，并联至微电网，例如光伏和风电微电源。

2.3 黑启动策略

在传统大电网中，电力恢复和黑启动都是人工按照既定的程序进行手动操作的;然而，在微电网中，考虑到其系统规模小及其将来的大量应用，人工操作实施黑启动是不合时宜的，此时，多Agent系统为解决组织实施黑启动方案提供了有效的方法[20]。将设计好的黑启动策略相应程序预先导入到多Agent系统中，当系统因为模式切换失败或故障问题进入全黑状态时，由MGCC Agent调用该程序，按照所设计的策略控制各Agent实施微电网黑启动相应操作。黑启动有串行恢复和并行恢复2种方法，其中同时启动多个黑启动微电源的并行恢复方法，恢复速度快，运行灵活，更符合微电网的结构特性。为快速恢复负荷供电，设计微电网黑启动策略如图3所示。

在按照图3所示策略完成微电网黑启动并稳定运行之后，根据大电网的运行状态及需要，由GMGC Agent协调控制微电网的并网运行，恢复微电网与大电网的正常运行状态。

3 微电源模式切换及预同步

并行恢复的黑启动方式能快速灵活地恢复负荷的供电，但是其最大的问题是黑启动微电源的同期并列问题，若微电网在此过程中产生大幅波动，可能会直接导致黑启动的失败。非主参考源的模式切换问题和两微电源并联时的同步问题是该过程中的2个主要问题。

3.1 模式切换

有黑启动能力的非主参考微电源并联至主参考源时，要从U/f控制模式切换至PQ控制模式，以主参考源提供的电压及频率为参考，运行在输出恒定功率模式下。在并联运行前，主参考源(如柴油发电机)多未满负荷运行，留有一定裕度，用来缓冲因并联产生的冲击。在系统完成黑启动恢复供电后，要求主参考源运行在额定负荷附近，在保证风力、光伏等输出最大功率的情况下，使储能设备尽量少地输出功率或者转换为充电模式。因此要求储能微电源在并联前后的输出功率有较大变化，由式(1)可知，当电压不变的情况下，若要使功率发生较大变化，输出电流就要发生较大变化。

模式切换主要是通过切换2个不同的控制器来实现，如图4所示，通过打开K1、合上K2实现U/f到PQ控制模式的转换。然而，模式切换时较易产生振荡，严重时会导致切换失败。分析产生振荡的原因，发现是由切换前后两控制器状态不匹配造成的。而功率变化引起的电流突变会使控制器的输入值发生突变，导致两控制器的状态不匹配，从而在控制器切换过程中产生很大振荡。

为解决控制器状态不匹配导致模式切换振荡大的问题，本文提出基于功率锁存的模式切换方法，如图4所示。将采集的电压、电流信号同时输入到两控制器，以及输入到功率锁存器中计算实时的功率值，作为PQ控制的参考功率，2种模式工作原理如下：

a.U/f控制模式时，开关K1闭合、K2打开，由功率锁存器计算的功率提供参考，同时运行PQ控制器，以保证控制器状态一致;

b.切换至PQ控制模式时，开关K1打开、K2闭合，由功率锁存器计算切换前微电源的输出功率并锁存，为切换后的PQ控制提供参考功率，使模式切换前后微电源输出功率、输出电流不变，控制器的状态在切换前后保持一致。

这样便保证了黑启动中微电源并联组网的顺利进行。同时，为解决储能微电源的输出功率问题，在黑启动完成后再根据微电网整体最优进行功率调整，由MGCC Agent给出参考功率值，并控制K3转换选择该参考值，完成微电源输出功率的调整。

3.2 预同步

传统发电机并联时要求幅值相同、相位相同、频率相同，2个微电源的并联也是如此，而其中以相位相同尤为重要。在传统旋转发电机的并联中，由于发电机的旋转特性，在相位相差较小时，可以通过自身的调节达到并联同步运行。但是在微电源中，主要是通过电力电子装置，经过整流逆变得到工频交流电，所以相位差对于2台微电源的并联成败影响较大。因此，在微电源并联之前，进行预同步显得尤为重要。

为使2个微电源能顺利实施并联，可对待同步微电源进行预同步操作，如图5所示。在并联前，待同步微电源的参考值根据自身U/f控制提供，在需要进行并联时，先由MGCC Agent控制开关K将参考值转换为由主参考源实时提供，以此来实现与主参考源的同步运行，然后在两微电源稳定运行后再实施合闸并联，这样大幅降低了并联运行时带来的冲击，增加了并联的成功率。

4 仿真分析

为验证本文所提出的微电网黑启动策略的可行性和优化方案的有效性，在MATLAB/Simulink平台搭建图1所示微电网模型。微电网中有柴油发电机(μG1)、蓄电池(μG2)、光伏(μG3)3个微电源，其中μG1和μG2都具有黑启动能力，且μG1作为微电网黑启动的主参考源，μG3不具有黑启动能力。负荷1、2、3、4分别为1 kW、3 kW、4 kW、2 kW。

假设系统因故障或其他原因进入全黑状态，在0 s时刻启动预先设计好的黑启动策略：

a.使具有黑启动能力的μG1和μG2分别带负荷3和负荷2自启动，建立2个网络;

b.将2个网络并联组网，同时μG2切换至PQ运行模式;

c.将μG3及相应负荷4和负荷1以PQ运行模式并联至微电网;

d.对微电网整体进行优化，调整各微电源的输出功率。

为验证本文所提出的优化方案，设计3个对比实验如下。

实验1：初始时刻μG1和μG2自启动，相位差为30°，不对μG2进行预同步，0.2 s时直接与μG1并联组网，2个微电源输出的有功功率如图6所示。可以看出，在μG2未进行预同步就直接并联的情况下，功率波动非常大，相应的电压、电流波动也会较大，过大的暂态冲击可能会引起微电源的保护动作，关闭微电源，从而导致并联失败，黑启动无法进行。同时，在稳定后，系统功率依然有较大的波动，不利于系统的稳定运行。

实验2:0.1 s时对μG2进行预同步，但是未进行功率锁存，且将μG2的PQ控制参考功率设为2 kW，两微电源的输出有功功率如图7所示。在0.2 s之前两微电源稳定运行，由图可以看出在0.2 s进行并联时，系统产生很大的暂态波动，这一过程中极易引起保护动作，从而导致并联失败，黑启动无法进行;0.3 s后趋于稳定，但μG1、μG2输出功率分别在5 kW、2 kW附近波动，波动幅度也较大，系统运行稳定性较差。

实验3:0.1 s时对μG2进行预同步，0.2 s时将其与μG1并联并采用功率锁存切换至PQ控制模式;系统稳定后，在0.5 s将μG3并联至微电网，参考功率为3 kW;系统稳定后，在0.8 s对系统进行优化，将μG2输出功率降为2 kW。实验所得3个微电源的输出功率如图8、9所示。在模式切换进行功率锁存和预同步后，很好地减小了μG1与μG2的并联暂态冲击，且响应速度快，系统稳定后的输出平稳。在最后阶段对系统进行优化时，各微电源功率转换响应快，而且稳定。图9所示为3个微电源的输出无功功率，由于系统无功为0，稳定时，3个微电源输出无功在0附近波动，幅值小于200 var，系统稳定运行。

由以上3个实验可以看出，在采用了功率锁存和预同步后，μG2的模式切换更加顺利，暂态冲击明显减小，从而保证了本文所提微电网黑启动策略的有效性。

5 结论

本文提出了一种基于多Agent的微电网黑启动策略，通过分析该策略中微电源并联组网可能产生较大波动，对此提出了控制策略优化方案。仿真分析结果表明，该控制策略能够快速稳定地实现微电网的黑启动，通过模式切换和预同步的优化，黑启动过程中系统的稳定性得到了大幅提高。下一阶段，将在实验室0.4 k V光/柴/储低压微电网实验平台上，以柴油发电机为主参考源、蓄电池储能设备为具有黑启动能力的微电源、光伏为不具有黑启动能力的微电源进行黑启动实验，进一步验证本文所提的微电网黑启动策略，并通过实验完善该黑启动策略，使之切实可行。

摘要：利用多代理(Agent)系统,提出了一种针对全黑的孤立微电网的黑启动策略。参考电源及其他具有黑启动能力的微电源首先由微电网中心控制(MGCC)Agent以电压控制模式启动,再根据参考微电源的电压进行预同步后进行并联。接着,具有黑启动能力的微电源切换至PQ控制模式,其输出功率和电流被功率锁存功能锁定以避免切换振荡。最后,无黑启动能力的微电源被MGCC&nbsp;Agent以PQ控制模式启动,在与参考电源进行同步后并入微电网。MGCC&nbsp;Agent通过协调微电源的输出功率,使微电网可以高效、稳定地运行。微电网稳定运行后,由主网-微电网控制(GMGC)Agent恢复微电网与大电网的连接。利用MATLAB/Simulink建立微电网仿真模型,仿真结果验证了所提策略是高效、可行的。

浅谈电力系统黑启动方案 篇9

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

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电力系统黑启动的评估现状分析 篇10

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。

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