淺談電力系統(tǒng)黑啟動的恢復(fù)

夏書軍

（哈爾濱市阿城電業(yè)局，黑龍江 哈爾濱 150300）

電網(wǎng)“黑啟動”是指整個電網(wǎng)因故障崩潰停運后，系統(tǒng)全部停電，處于全“黑”狀態(tài)，此時通過系統(tǒng)中具有自啟動能力機組的啟動和外來電源，帶動無自啟動能力的機組，逐步擴大系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復(fù)和正常供電。

1 黑啟動原則

1.1 目標要求

電力系統(tǒng)黑啟動是指在系統(tǒng)全停的情況下，利用系統(tǒng)外電源或系統(tǒng)內(nèi)具有自啟動能力的機組逐步恢復(fù)系統(tǒng)正常運行的過程。電力系統(tǒng)恢復(fù)的總目標是在最短時間內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)帶負荷的能力，具體要求有兩個：盡可能地用最小啟動功率啟動機組；制定嚴格的操作票制度，實現(xiàn)操作步驟最少。

1.2 恢復(fù)方法

一般電網(wǎng)全停后主要靠兩種方法來恢復(fù)：從周邊還有電源的系統(tǒng)取得電源，用來恢復(fù)本地區(qū)的電網(wǎng)網(wǎng)架和啟動本地區(qū)的主要電廠；利用本電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的、具有自啟動能力的電廠首先啟動，然后再逐步恢復(fù)系統(tǒng)。

1.3 方案的制定

在制定黑啟動方案時需考慮下列原則：路徑中電壓轉(zhuǎn)換的次數(shù)盡量少；每個方案的路徑長度盡可能短；盡量先啟動離重要負荷近的機組；每個方案開關(guān)操作次數(shù)盡量少；每個方案在啟動容量允許的前提下，要選擇被啟動機組的容量盡量大；便于主網(wǎng)架的快速恢復(fù)。

1.4 子系統(tǒng)劃分

針對黑啟動的具體情況，黑啟動時可以將電網(wǎng)劃分成為多個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)內(nèi)部可以同時進行黑啟動操作，以加速全系統(tǒng)的恢復(fù)。每一個子系統(tǒng)都應(yīng)有1 個主網(wǎng)架，包括子系統(tǒng)內(nèi)的黑啟動電源、主要電廠、樞紐變電站和重要負荷。子系統(tǒng)劃分原則如下：根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點和黑啟動電源所在的地理位置合理劃分子系統(tǒng)；各子系統(tǒng)至少有1 個黑啟動電源并具有較好的調(diào)頻調(diào)壓手段；各子系統(tǒng)應(yīng)具有明確可靠的同期并列點，子系統(tǒng)之間具有的合環(huán)點需要明確。

1.5 電源電廠的選擇

選擇黑啟動電源的電廠時應(yīng)遵循下列原則：盡量選擇調(diào)節(jié)性能好的、啟動速度快、具備進相運行能力的機組；優(yōu)先選用直調(diào)電廠作為啟動電源，其次選用用戶電源；盡量選擇接入較高電壓等級的電廠；有利于快速恢復(fù)其他電源的電廠；距離負荷中心近的電廠。

1.6 恢復(fù)過程

黑啟動中可以把恢復(fù)過程分為三個階段：形成獨立的子系統(tǒng)；各子系統(tǒng)的并列與合環(huán)；負荷的恢復(fù)，最終電網(wǎng)全面恢復(fù)正常運行。

2 負荷恢復(fù)中的注意事項

第一，黑啟動過程中，應(yīng)當按照負荷的重要等級，并考慮電網(wǎng)的穩(wěn)定及恢復(fù)速度有序恢復(fù)，在負荷恢復(fù)的過程中，系統(tǒng)頻率應(yīng)控制在49.5～50.5 Hz 之間。在調(diào)度操作方案中應(yīng)列出負荷恢復(fù)的優(yōu)先次序和數(shù)量，優(yōu)先保證各級電力調(diào)度機構(gòu)、電廠、通訊部門、黨政機關(guān)、重點廠礦企業(yè)的保安負荷等重要負荷的供電。

第二，負荷恢復(fù)過程中，電壓應(yīng)控制在0.9～1.1p.u.之間。每一步操作都需要監(jiān)測重要節(jié)點的電壓水平，否則極易導(dǎo)致黑啟動失敗。

第三，負荷恢復(fù)過程中，系統(tǒng)應(yīng)留有一定的旋轉(zhuǎn)備用容量，旋轉(zhuǎn)備用容量一般不低于系統(tǒng)發(fā)電負荷的30%。

第四，采用外網(wǎng)黑啟動時，其容量較大、安全穩(wěn)定余度較高，故黑啟動的同時即可恢復(fù)部分負荷；采用內(nèi)部自啟動電源進行黑啟動時，其容量較小、啟動及恢復(fù)速度較慢、安全穩(wěn)定余度較低，故黑啟動的同時可恢復(fù)的負荷要根據(jù)機組的容量及運行要求，密切配合調(diào)度人員和電廠運行人員逐步恢復(fù)，不能操之過急。

第五，為了保證電網(wǎng)的電壓水平，要求電網(wǎng)中的無功補償設(shè)備能根據(jù)電壓情況進行必要投切，避免遠距離輸送無功功率。

3 系統(tǒng)要求

3.1 初始狀態(tài)

黑啟動調(diào)度操作方案中應(yīng)根據(jù)其路徑方案明確各黑啟動機組、被啟動機組的初始狀態(tài)，以及各廠站上的初始狀態(tài)。對各廠站的黑啟動初始狀態(tài)安排中，要有防止非同期合閘的操作及措施。黑啟動機組、被啟動機組的初始狀態(tài)應(yīng)保證直流及安全控制回路正常、機組的各參數(shù)正常、具備黑啟動條件。黑啟動路徑中各變電站應(yīng)按照預(yù)定方案倒為黑啟動初始運行方式，可以直接由外部受電，并可作為下一級廠站的電源。

3.2 二次系統(tǒng)

直流系統(tǒng)。電網(wǎng)黑啟動過程中，各調(diào)度機構(gòu)及廠站應(yīng)加強對直流系統(tǒng)的監(jiān)視和維護，采取減少直流負荷的措施，延長直流電源的供電時間，一般情況下應(yīng)大于4小時。若變電站停電時間過長，直流電源已耗盡，將會造成斷路器和隔離開關(guān)等設(shè)備無法進行自動操作，從而導(dǎo)致黑啟動時間延長、延緩整個電網(wǎng)的恢復(fù)過程。

電力通信。電網(wǎng)黑啟動過程中，各級調(diào)度機構(gòu)及廠站應(yīng)保持通信暢通，若不能直接聯(lián)系，可以通過第三方聯(lián)系。但系統(tǒng)全停時，通信系統(tǒng)應(yīng)立即按照應(yīng)急機制啟動通信應(yīng)急預(yù)案，保證調(diào)度電話和繼電保護通道的暢通。

繼電保護。電網(wǎng)黑啟動過程中，各保護應(yīng)充分考慮系統(tǒng)電源問題，以保證在黑啟動過程中快速切除故障。對繼電保護的要求為：重合閘應(yīng)退出運行；過電壓保護必須投入；低電壓和低周保護 (低周保護是當電源頻率低于設(shè)定值時，保護電路就動作，并發(fā)出報警信號)停用。

安全自動裝置。系統(tǒng)全停后，原則上退出區(qū)域穩(wěn)控裝置中的切除機組、切除負荷出口壓板，就地穩(wěn)控裝置的運行狀態(tài)不變。

調(diào)度自動化。電網(wǎng)黑啟動過程中，調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)立即按照應(yīng)急機制啟動自動化應(yīng)急預(yù)案，保證自動化信息的準確、可靠。

4 黑啟動決策支持系統(tǒng)

4.1 人工制定黑啟動方案的弊端

目前黑啟動方案總體制定一般是根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，人工選擇一條或幾條黑啟動路徑，然后借助各種電力系統(tǒng)分析軟件對黑啟動過程中所涉及的不同問題分別進行分析校驗，確定可行的方案。但是人工制定方案有很大弊端：首先，黑啟動方案的制定需要進行大量的系統(tǒng)計算分析，靠人工對初選方案進行分析比較，確定可行方案過程復(fù)雜，而且所能研究的方案數(shù)量有限，很難得到最優(yōu)的方案；其次，由于系統(tǒng)運行情況的多變性，已制定的黑啟動方案難以及時更新，不能適應(yīng)新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式，影響黑啟動方案的可用性。

4.2 黑啟動決策支持系統(tǒng)的優(yōu)勢

為了克服人工制定黑啟動方案的不足，根據(jù)黑啟動的特點，借助人工智能搜索技術(shù)，并結(jié)合傳統(tǒng)的數(shù)值計算方法和優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)設(shè)計的一種黑啟動決策支持系統(tǒng)，可為調(diào)度人員提供一個科學(xué)、直觀的決策依據(jù)。決策支持系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)點是：方案制定者可根據(jù)系統(tǒng)的實際狀態(tài)，及時快速地修正黑啟動方案庫。

4.3 黑啟動決策支持系統(tǒng)特性及發(fā)展方向

通常設(shè)計的黑啟動決策支持系統(tǒng)需要具有較強的抗干擾能力、自學(xué)習(xí)能力、良好的可維護性和靈活處理恢復(fù)中遇到的各類實際問題的能力。隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越大，建立自適應(yīng)的黑啟動策略將成為一個趨勢。

[1]蔡述濤,張堯,荊朝霞.地區(qū)電網(wǎng)黑啟動方案的制定[J].電力系統(tǒng)自動化,2005,29(12).

[2]諶軍,曾勇剛,楊晉柏,等.南方電網(wǎng)黑啟動方案[J].電力系統(tǒng)自動化,2006,30(9).