大容量光伏接入對(duì)電網(wǎng)恢復(fù)策略的影響研究

孫儀+麥立+賈偉+梁肖+田躍軍+高衛(wèi)恒

摘 要：隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷加強(qiáng)，我國(guó)電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平大幅提高。但自然災(zāi)害和外力破壞仍然嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全，發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的可能性仍然存在。如果沒(méi)有電網(wǎng)恢復(fù)措施，將使得停電時(shí)間大大延長(zhǎng)，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。以往電網(wǎng)恢復(fù)電源一般選擇水電機(jī)組和抽水蓄能機(jī)組，隨著新能源發(fā)電的快速發(fā)展，文章對(duì)大容量光伏電站作為電網(wǎng)恢復(fù)電源做了研究。

關(guān)鍵詞：大容量光伏；電網(wǎng)恢復(fù)；新能源

中圖分類(lèi)號(hào)：U665.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）35-0167-02

1 概述

近年來(lái)，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷加強(qiáng)，我國(guó)電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平大幅提高。但自然災(zāi)害和外力破壞仍然嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全，發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的可能性仍然存在。電網(wǎng)恢復(fù)是指某個(gè)系統(tǒng)因故障全部停運(yùn)后，通過(guò)啟動(dòng)電網(wǎng)中具有自啟動(dòng)能力的機(jī)組來(lái)帶動(dòng)無(wú)自啟動(dòng)能力的機(jī)組，逐步的擴(kuò)大電網(wǎng)的啟動(dòng)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)的恢復(fù)。

在電力系統(tǒng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，如果沒(méi)有電網(wǎng)恢復(fù)措施，將使得停電時(shí)間大大延長(zhǎng)，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。因此研究制定電力系統(tǒng)大面積停電后電網(wǎng)恢復(fù)方案是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施之一。電網(wǎng)恢復(fù)的關(guān)鍵點(diǎn)即電網(wǎng)恢復(fù)電源，其中最常用的水電廠，在枯水期及水資源匱乏地區(qū)，可用于電網(wǎng)恢復(fù)的水電站非常少，電網(wǎng)恢復(fù)電源點(diǎn)數(shù)量少會(huì)直接影響電網(wǎng)恢復(fù)的速度。此時(shí)新能源的特性便顯現(xiàn)出來(lái)，帶有儲(chǔ)能裝置的風(fēng)能發(fā)電廠及大容量光伏電站等分布式電源能夠較好地避免外部因素的影響，并很好地作為電網(wǎng)恢復(fù)電源。

2 電網(wǎng)恢復(fù)電源選擇

2.1 傳統(tǒng)電網(wǎng)恢復(fù)電源

大面積停電后，通常情況下的電網(wǎng)恢復(fù)策略是先將大電網(wǎng)按片區(qū)分為幾個(gè)片區(qū)電網(wǎng)，同時(shí)啟動(dòng)位于各片區(qū)電網(wǎng)中具有電網(wǎng)恢復(fù)能力的機(jī)組，對(duì)于每個(gè)片區(qū)電網(wǎng)內(nèi)的重要電廠以及輸電線路進(jìn)行恢復(fù)，從而建立穩(wěn)定的片區(qū)電網(wǎng)，最后實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)電網(wǎng)的同步并列，成功實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)恢復(fù)。不需要外來(lái)電源就能夠自啟動(dòng)的機(jī)組成為電網(wǎng)恢復(fù)的首選機(jī)組，在整個(gè)電網(wǎng)停運(yùn)后，迅速發(fā)電，然后將電能通過(guò)輸電線路傳輸?shù)綗o(wú)法自啟動(dòng)的機(jī)組，如火電機(jī)組。電網(wǎng)恢復(fù)的首要問(wèn)題是自啟動(dòng)機(jī)組如何發(fā)電的問(wèn)題，常規(guī)水電機(jī)組和抽水蓄能機(jī)組就作為電網(wǎng)恢復(fù)的首選機(jī)組，它們與火電或核電機(jī)組相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廠用電小，啟動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。但常規(guī)水電機(jī)組作為自啟動(dòng)電源的關(guān)鍵問(wèn)題在于水輪機(jī)軸承的油壓能否建立，如果油壓無(wú)法建立，很容易造成水輪機(jī)軸承受損。常規(guī)水電機(jī)組一般遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，需通過(guò)較長(zhǎng)輸電線路與主網(wǎng)相連，線路恢復(fù)操作較為復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)。

2.2 大容量光伏電站作為電網(wǎng)恢復(fù)電源

大容量光伏電站一般達(dá)到兆瓦級(jí)，通過(guò)集群控制的方法使變流器并聯(lián)運(yùn)行。光伏電站和電網(wǎng)通過(guò)變流器相連，大型光伏電站一般是由幾個(gè)基本單元組成，每個(gè)光伏單元的容量約為1MW。其中，大容量光伏陣列組件在光電轉(zhuǎn)換以后，經(jīng)過(guò)匯流母線，將電能傳輸給變流器，再由變流器轉(zhuǎn)換為交流，通過(guò)變壓器升壓后并網(wǎng)。當(dāng)前，大部分光伏電站是通過(guò)35kV或者110kV系統(tǒng)與電網(wǎng)相連，通過(guò)光伏電站對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行啟動(dòng)。

3 電網(wǎng)全停后恢復(fù)過(guò)程

3.1 電網(wǎng)恢復(fù)的要求

實(shí)施電網(wǎng)恢復(fù)應(yīng)將具備電網(wǎng)恢復(fù)能力的機(jī)組先啟動(dòng)，構(gòu)成相對(duì)穩(wěn)定的最初恢復(fù)的小系統(tǒng)，在系統(tǒng)電壓頻率穩(wěn)定條件下，優(yōu)先恢復(fù)重要發(fā)電廠廠用電、重要變電站所用電，根據(jù)發(fā)用電平衡情況逐步恢復(fù)重要電力用戶、重要城市和重點(diǎn)地區(qū)電力供應(yīng)，再逐步恢復(fù)整個(gè)大電網(wǎng)。

3.2 省級(jí)電網(wǎng)恢復(fù)的一般過(guò)程

電網(wǎng)全停后恢復(fù)前的電網(wǎng)狀態(tài)為電力系統(tǒng)內(nèi)各電壓等級(jí)母線全部失電，所有大小電廠機(jī)組全部與系統(tǒng)解列、鍋爐熄火，原先運(yùn)行的機(jī)組均在熱態(tài)，交流廠用電和備用電源已失電。所有變電所交流所用電已失去。某省級(jí)電網(wǎng)黑啟動(dòng)常規(guī)電源包括：江南電網(wǎng)為某常規(guī)水電站4臺(tái)50MW容量機(jī)組，某常規(guī)水電站2臺(tái)30MW容量機(jī)組；江北電網(wǎng)為某抽水蓄能電站2臺(tái)50MW容量機(jī)組；某抽水蓄能電站4臺(tái)150MW容量機(jī)組。

電網(wǎng)全停后的恢復(fù)需要按調(diào)度管轄范圍分層分級(jí)指揮。華東調(diào)控分中心負(fù)責(zé)恢復(fù)500千伏和特高壓電網(wǎng)，以某500kV抽水蓄能電站4臺(tái)300MW容量機(jī)組為黑啟動(dòng)電源，經(jīng)500kV主變及線路進(jìn)行零起升壓。省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度既要服從華東調(diào)控分中心的統(tǒng)一指揮，又要直接下令操作省調(diào)調(diào)度管轄的電網(wǎng)恢復(fù)和指揮下級(jí)調(diào)度的恢復(fù)。地調(diào)在省調(diào)統(tǒng)一指揮下負(fù)責(zé)指揮本地區(qū)電網(wǎng)的恢復(fù)，縣調(diào)配調(diào)在地調(diào)統(tǒng)一指揮下負(fù)責(zé)指揮本縣調(diào)度管轄區(qū)域電網(wǎng)的恢復(fù)。各統(tǒng)調(diào)發(fā)電廠服從省調(diào)統(tǒng)一指揮。

由于省級(jí)220kV電網(wǎng)江南、江北已解環(huán)，本黑啟動(dòng)方案將省級(jí)電網(wǎng)分成江南、江北兩大片同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)。將每片中具備黑啟動(dòng)能力的機(jī)組先啟動(dòng)，然后逐步并列壯大。電壓頻率穩(wěn)定后，迅速將電送至近區(qū)變電所恢復(fù)部分近區(qū)負(fù)荷，構(gòu)成相對(duì)穩(wěn)定的最初恢復(fù)的小系統(tǒng)，在系統(tǒng)電壓頻率穩(wěn)定條件下，優(yōu)先恢復(fù)重要發(fā)電廠廠用電、重要變電站所用電，根據(jù)發(fā)用電平衡情況逐步恢復(fù)重要電力用戶、重要城市和重點(diǎn)地區(qū)電力供應(yīng)，如此逐步再向外擴(kuò)展完善電網(wǎng)，最后省級(jí)電網(wǎng)220kV系統(tǒng)形成江南、江北兩片系統(tǒng)，保持不斷變化每個(gè)系統(tǒng)發(fā)電用電平衡，頻率電壓穩(wěn)定。

電網(wǎng)恢復(fù)首先需要確定可自啟動(dòng)的機(jī)組，通常情況下選取電網(wǎng)內(nèi)的常規(guī)水電機(jī)組，或者選取大容量光伏電站作為電網(wǎng)恢復(fù)電源。電網(wǎng)恢復(fù)對(duì)時(shí)間性要求較高，因此將整個(gè)電網(wǎng)劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)工作，因此要求每個(gè)子系統(tǒng)都要有恢復(fù)電源。

4 某省級(jí)電網(wǎng)恢復(fù)過(guò)程分析

4.1 江南電網(wǎng)恢復(fù)過(guò)程

啟動(dòng)具有黑啟動(dòng)能力的A水電站#1、#2、#3、#4機(jī)，電壓頻率正常且穩(wěn)定后，通過(guò)陳朱線將電送至朱村變電所（A水電站#4機(jī)直接送電至朱村變），并恢復(fù)該小網(wǎng)部分負(fù)荷（約20MW），A水電站電站#4機(jī)負(fù)責(zé)按50±0.5Hz調(diào)頻。小系統(tǒng)規(guī)模：發(fā)電裝機(jī)190MW（一般情況下，實(shí)際可發(fā)電179MW），用電負(fù)荷20MW。與此同時(shí)，B水電站#1、2機(jī)黑啟動(dòng)，電壓頻率正常且穩(wěn)定后，通過(guò)110千伏青寧線向?qū)巼?guó)變電所送電，恢復(fù)該所所用電及部分用電負(fù)荷（共約10MW），組成先恢復(fù)的小系統(tǒng)，B水電站負(fù)責(zé)按50±0.5Hz調(diào)頻。小系統(tǒng)規(guī)模：發(fā)電裝機(jī)60MW（一般情況下，實(shí)際可發(fā)電50MW），用電負(fù)荷10MW。endprint

220千伏各廠站在各級(jí)母線失壓后，按規(guī)定保留必要的外來(lái)電源的220千伏出線開(kāi)關(guān)保留合閘位置，即運(yùn)行狀態(tài)，相關(guān)規(guī)定也確定了哪臺(tái)主變、高備變應(yīng)在運(yùn)行狀態(tài)。220千伏變電所母聯(lián)開(kāi)關(guān)、母線分段開(kāi)關(guān)或閘刀、母線壓變閘刀均應(yīng)保留合閘狀態(tài)，主變220千伏側(cè)中性點(diǎn)均應(yīng)接地。上述線路、主變、備變、母聯(lián)及涉及到的母線均沒(méi)有明顯故障現(xiàn)象。500千伏和特高壓開(kāi)關(guān)由華東電力調(diào)控分中心確定，110千伏及以下開(kāi)關(guān)由地調(diào)確定。

4.2 江北電網(wǎng)恢復(fù)過(guò)程

先啟動(dòng)具有黑啟動(dòng)能力的C蓄能電站#5、6機(jī)，并送電至崔莊變220千伏側(cè)母線，通過(guò)220千伏崔揮線和揮手#1主變送電至揮手變110千伏母線，通過(guò)110千伏梅響線、紅石變110千伏母線、紅揮線啟動(dòng)D水電站#1-#4機(jī)，同時(shí)通過(guò)揮響線路啟動(dòng)F水電站#1-#4機(jī)。通過(guò)220千伏皋崔、皋文線送電至220千伏文峰變，通過(guò)110千伏佛磨、文佛線啟動(dòng)G水電站#1機(jī)H水電站#1-#7機(jī)，與先前系統(tǒng)連成一片。各站電壓、頻率正常后，通過(guò)皋六線恢復(fù)六安變所用電。通過(guò)華崔線路恢復(fù)火電廠廠用電（約10MW），包括站用電恢復(fù)近區(qū)負(fù)荷共40MW（以后隨恢復(fù)范圍擴(kuò)大可減小這部分負(fù)荷），C蓄能電站負(fù)責(zé)按50±0.5Hz調(diào)頻。以上完成最初恢復(fù)的小系統(tǒng)。小系統(tǒng)規(guī)模：發(fā)電裝機(jī)167MW（一般情況下，實(shí)際可發(fā)電120MW），用電負(fù)荷約50MW。

與此同時(shí)，具有黑啟動(dòng)能力的J抽水蓄能電站機(jī)組#1機(jī)黑啟動(dòng)（125MW，#1～#4機(jī)均能啟動(dòng)，考慮到啟動(dòng)初期，負(fù)荷較少，暫?jiǎn)?dòng)一臺(tái)機(jī)組，隨著負(fù)荷的增加，逐步啟動(dòng)#2～#4機(jī)組），電壓頻率正常且穩(wěn)定后，通過(guò)220千伏瑯清、清滁線路將J抽水蓄能電站站電送至清流變、滁縣變，并恢復(fù)滁縣變所用電。滁縣變母線和主變帶電后，進(jìn)一步恢復(fù)清流變所用電（共約20MW），組成先恢復(fù)的小系統(tǒng)。J抽水蓄能電站#1機(jī)組負(fù)責(zé)按50±0.5Hz調(diào)頻。小系統(tǒng)規(guī)模：發(fā)電裝機(jī)125MW（一般情況下，實(shí)際可發(fā)電110MW），用電負(fù)荷20MW。

5 結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)在發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，需要有相應(yīng)的電網(wǎng)恢復(fù)預(yù)案，按照預(yù)案進(jìn)行電網(wǎng)恢復(fù)，將使得停電時(shí)間大大縮短，降低整個(gè)經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。以往電網(wǎng)恢復(fù)電源一般選擇水電機(jī)組和抽水蓄能機(jī)組，隨著新能源發(fā)電的快速發(fā)展，本文對(duì)大容量光伏電站作為電網(wǎng)恢復(fù)電源做了研究。大容量光伏電站作為電網(wǎng)恢復(fù)的電源將成為電網(wǎng)調(diào)控工作研究的一個(gè)新的課題。本文闡述了大容量光伏電站作為電網(wǎng)恢復(fù)電源的關(guān)鍵問(wèn)題，可以對(duì)電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行工作提供一定的參考。

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