电力系统黑启动方案如何研究

　　制定黑启动的方案首先要选择黑启动电源，一般来说，水电机组或燃气机组是最理想的黑启动电源:水轮发电机结构简单，辅助系统简单，能够在较短时间到达稳定运行状态;燃气机组需要的厂用电少，其冷态启动约需要30分钟，在紧急情况下进行的热态启动仅需15分钟。制定黑启动方案需要考虑的主要原则有:(1)黑启动方案要求尽量减少电压等级的转换，这个原则直接决定该方案的优劣程度。电压的频繁转换，会增加电压损耗和三相不同时合闸的概率，根据实践经验和理论计算，黑启动电源和被启动电厂之间经过的电压转换次数不应该超过3次。(2)尽可能缩短经过的输电线路长度。在负荷没有恢复供电前，电网中的变压器处于空载运行状态，输电线路长度越短，电容效应越小，这样可避免产生数值过高的工频过电压进而引发操作过电压。(3)先启动离重要负荷近的发电机组，保证重要负荷快速恢复供电。

　　2不正常运行问题

　　一般来说，可以将黑启动过程分为三个阶段:黑启动阶段、网络重构阶段、负荷恢复阶段，各阶段都会出现发生概率最大的不正常运行问题。

　　2.1黑启动阶段的同步发电机自励磁问题和过电压问题

　　黑启动阶段是第一个阶段，一般历时30到60分钟。在这一阶段，大系统被拆散形成局部的子系统，在子系统内由黑启动电源向停运的具有临界时间限制的发电机组供电，使其快速恢复发电能力，并等待时机进行全网重构。在这一阶段，黑启动方案需要完成的工作是选择黑启动电源和划分子系统，同时需要考虑可能出现的同步发电机自励磁问题和过电压问题。黑启动电源可以为本网电源:有些发电机组具有自启动能力，有些发电机组在事故后形成运行孤岛，它们都具备作为黑启动电源的条件;还可以是外网电源，由邻近的正常系统提供支援。近年来分布式电源发展迅速，某些微网运行特征符合要求的分布式电源，也可作为黑启动电源。对子系统的划分，可以看作是对系统内各类型发电厂、变电站的分组，子系统一般包含有黑启动电源，能够保证一定的发电能力，用以满足电压、频率的各项参数要求。2.1.1同步发电机自励磁黑启动阶段，发电机组存在一定的自励磁现象，其定义是指由于存在过大的容性负载，无励磁的发电机端产生高压的一种不稳定现象。电网中各发电厂之间有一定的地理距离，黑启动机组向相邻的发电机组恢复供电，必然要经过较长的空载线路，就相当于发电机带了一个容性负载。线路合闸，会产生较为明显的电容效应，引起发电机自励磁，在输出端产生一个高压值。发电机参数一定时，电压值随着线路长度的增加而升高，可能会导致黑启动失败甚至危害电气设备、操作人员和电网运行的安全。自励磁现象与运行电压无关，仅与系统参数有关，通常采用削减自励磁效果或改变系统参数的方式来控制自励磁现象造成的影响，例如增加系统无功功率能够有效消除自励磁、在线路两侧安装并联电抗器以补偿容抗。2.1.2工频过电压和操作过电压工频过电压属于稳态性质的过电压，由空载线路的电容-电感效应、线路不对称接地故障等因素影响产生，持续时间长但是电压幅值较小，不会影响到正常电气绝缘的设备。操作过电压是一种暂态过电压。在电力系统中存在诸多由容性和感性元件构成的复杂振荡回路，当系统中的开关设备进行操作或发生故障时，系统会从一种稳定状态经过振荡转换成另一种稳定状态，由此会产生操作过电压。在正常运行情况下，三相不同时合闸产生的过电压最为严重，黑启动方案要严格防止出现这种情况。

　　2.2网络重构阶段的低频振荡问题

　　网络重构阶段是第二个阶段，一般历时1到2小时，该阶段利用黑启动阶段已经恢复的发电容量，依次启动大容量发电机组，恢复主要输电线路的功能。在网络重构阶段，主要面对的是低频振荡问题。黑启动电机组与被启动的大容量电机组并列运行时，受到微小扰动后可能会发生转子间的相对摇摆，在缺乏阻尼或零、负阻尼时引起持续振荡，此时系统结构较脆弱，会引发振荡的联锁反应，波及输电线路和正常的电气设备。为保证系统频率的稳定，可加入电力系统稳定器(PSS)，大幅提高系统阻尼水平，起到抑制低频振荡的作用。

　　2.3负荷恢复阶段的合环电流问题

　　负荷恢复阶段的目标是以最短的时间恢复对负荷的供电，这也是黑启动的最终目标。这一阶段中，在保证全网电压、频率，输电线路、电气设备热稳定动稳定等电力运行参数的前提下，子系统进行快速合并，各类型负荷逐步获得电能，最终形成完整稳定的供电网络。在黑启动的负荷恢复阶段，各子系统在合并时，由于合环开关两侧的母线、输电线路的电压或等效阻抗不同，在合环过程中会引起一定的环流，合环电流过大，会对系统的安全和稳定造成影响，造成系统失稳、再次解裂甚至黑启动失败。因此，我国电力部门调度章程规定，为限制合环电流，运行的电网子系统在合环时应满足相位要求、电压差在20%以内等条件。在实际操作中，通过改变变压器分接头调整变比、改变无功装置、调整系统网络的电力参数，都可以减小合环电流，提高合环的成功率。

　　参考文献:

　　[1]戴小俊.电力系统黑启动研究[J].中国电力教育，2012.

　　[2]蒋越梅.电力系统黑启动的研究[D].天津:天津大学自动化与工程学院，2007.

　　阅读期刊：《山东电力技术》

　　《山东电力技术》杂志是由国网山东省电力公司主管、山东电机工程学会和山东电力研究院联合主办的中文科技期刊，1974年创刊。原名《电力技术情报》，季刊。1983年第35期始更名为《山东电力技术》。从1984年第一期始，《山东电力技术》改由山东电机工程学会和山东电力试验研究院合办，既是山东电机工程学会的会刊，又是山东电力系统的科技期刊。