毕业论文：十堰地区电网黑启动研究

毕业论文：十堰地区电网黑启动研究

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摘要
本文结合十堰地区的电网特点对其进行了黑启动设计。文章首先对国内外电网黑启动技术的研究现状和黑启动过程中涉及的一些问题做了简单的阐述，接着重点结合实际电网，以地区为单位将电网划分为若干个小系统，通过利用系统外电源或者与系统有电气连接而正常不并网的小系统、小电源，先启动小系统，然后逐步恢复整个电网运行的方法，确定出各个小系统的恢复方案和具体路径，并对其进行了潮流、过电压、机电暂态等仿真计算分析，确定出了系统可行的恢复方案。
关键词：电网；黑启动；方案设计；潮流计算

Abstract
This paper mainly do some analysis and research based on the characteristics of Shiyan power system in the aspects of the black start.The paper first introduces the research status of home and broad black start technology and gives a brief e*plaination on the problems of black start process. Then the power system is divided into several small parts according to the actual situation of the power system. By using the power out of the system or the power of small systems with electrical connections, small systems are restarted, and the gradually recover the entire power system. Finally the recovery scheme and path is settled according to the Electrical and Mechanical simulation analysis, such as tide of the programe, over-volgate, transi
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分合理的启动程序，因此在历次大停电事故中均取得了主动，大大的缩短了停电时间[ ]。
因此，作为保证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即黑启动问题显得尤为重要。所谓黑启动是指电力系统在经受大的扰动或故障而发生大面积停电事故或全部停电事故后，通过系统中有自启动能力的机组或依靠邻近电网的联络线支援，带动无自启动能力的机组启动，进而使系统恢复正常运行状态的过程[ ]。
1.2 国内外研究现状
国外于上个世纪70年代末就开始了电网黑启动的研究，最初只是讨论恢复策略等恢复中注意的问题。国家不同，采取的方法也不同，有向上恢复策略、向下恢复策略、向内恢复策略、向外恢复策略、共同恢复策略等。其目的只有一个：就是尽快地、安全地将事故后系统恢复到正常运行状态，同时使负荷损失减少到最小。近些年，随着新技术和新方法的飞速发展和应用，在黑启动研究领域，国外更加注意运用专家系统、人工神经网络和模糊控制等智能控制技术来揭示黑启动问题的本质，并有过一些成功的经验，如意大利就曾经成功的在30-40分钟的时间完全恢复了3个火电厂和4个水电厂，最大负荷为3000MW的区域电网[ ]。
国内的黑启动研究起步比较晚，1998年由国家科技部启动了“我国电力大系统灾变防治与经济运行的重大科学问题”的研究项目，其目的就是提高我国电力系统的安全系数，电力系统恢复方案研究就是其中子课题之一。此后关于电网黑启动的研究便逐步展开，特别是2003年“8.14”美加大停电之后，黑启动的研究成为各网、省电力公司的重点课题之一，同时，国家电网公司也将电网是否具有黑启动功能作为考核一个电网是否安全的重要指标，因此国内的各网、省公司都加大了对电网黑启动的研究工作[ ]。我国海南省于2005年9月26日，受18号台风“达维”的影响，发生过罕见的全省大停电，海南电网公司立即实施黑启动方案，这是我国除演练外的第一次成功实施黑启动，仅下达黑启动命令后的1小时25分钟内，就有电厂宣告黑启动成功，系统开始逐步恢复供电。
1.3 本文研究的主要内容
黑启动主要研究电力系统发生大面积停电后的恢复策略和恢复过程中遇到的问题。主要涉及黑启动时发电机组的自励磁、空载线路过电压、黑启动初期的低频振荡、恢复过程中功率平衡和电压调整及系统初步恢复后的稳定问题。
本文主要对电力系统发生大面积停电后的恢复过程中遇到的问题进行了研究分析，并根据十堰地区电网特点制定黑启动方案，具体内容如下：
1.根据电网特点选择黑启动电源，分析研究黑启动机组的自励磁问题。
2.根据电网结构合理划分子系统并确定黑启动路径和送电路径。
3.空载过电压的计算，系统稳定性分析，工频过电压、初步恢复后小系统的稳定合环等问题。
4.在上述基础上，结合电网实际，分析网内黑启动的自励磁过电压问题，对网外电源黑启动的合环电流进行分析计算。

第二章 黑启动过程及其关键技术
2.1 黑启动的过程
电网黑启动的首要任务是选择黑启动电源，有了启动电源后，应根据系统的结构特点，确定黑启动路径，将系统划分为几个子系统，独立地进行恢复，然后在某一阶段通过调度联系，进行子系统并列，以加速系统的恢复过程。
2.1.1 电网黑启动应遵循的主要原则
1.黑启动电源选择原则
黑启动首先遇到的问题是黑启动电源的确定，可从三个方面考虑。第一类黑启动电源是本身具有自启动能力的机组，在系统全停的条件下，电厂内部的厂用电几乎全部失去。大部分火力发电厂由柴油发电机提供的事故保安电源的容量仅仅能够保证在这种以外情况下发电机、主变等主要设备不被损坏，而不可能为机组提供足够的厂用电来启动因故障停机的主机，所以一般来说如果没有外界电源，火力发电厂机组是不具备自启动能力的；与之相对应的水轮机机组和燃气轮机机组的启动，对厂用电要求很低，有的时候甚至不需要厂用电，因此黑启动电源通常选在此类电厂。按照国际国内对黑启动的经验，大容量的抽水蓄能电厂中的水轮机是非常理想的黑启动电源。第二类黑启动电源为事故后残存的机组或孤岛，它们通常为装有满负荷减载装置的汽轮机跳闸后带自身的厂用负荷运行，或是低频解列后形成的孤岛。第三类黑启动电源为相邻系统的支援。通常列入恢复计划的只有第一类电源，而后几类电源因为跟系统事故后的状态有关。所以很难被列入事先制定的恢复计划中去。黑启动电源的选择原则为：
（1）尽量选择调节性能好、启动速度快、具备进相运行能力的机组；
（2）优先选择直调电厂作为黑启动电源，其次选择用户电源；
（3）尽量接入较高电压等级的电厂；
（4）有利于快速恢复其他电源的电厂；
（5）距离负荷中心近的电厂。
2.子系统划分的原则
黑启动时需要将电网划分为多个子系统，各子系统内部可以同时进行黑启动操作，以加速全系统恢复，每一个子系统都应有一个主网架，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：
（1）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；
（2）各子系统至少有一个黑启动电源；
（3）各子系统应具有较好的调频调压手段；
（4）各子系统应具有明确、可靠的同期并列点。
3.黑启动路径选择原则
每个黑启动电源应当有相对独立的黑启动路径，各黑启动路径送电后应在规定的并列点并列，逐步形成主网架。
（1）应能在尽量短的时间内以最少的操作步骤恢复系统供电；
（2）应尽量减少不同电压等级之间的变换；
（3）应距离下一个电源点最近，以尽快恢复本地区电网的主力电厂，建立相对稳定的供电系统；
（4）应便于主网架的快速恢复。
4.负荷恢复原则
（1）频率、电压控制，备用容量要求。
黑启动过程中，负荷应当在调度的统一指挥下按轮次有序恢复。在调度操作方案中应列出负荷恢复的优先次序和数量，应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；负荷恢复初期应避免电铁、电弧炉等冲击性负荷。在负荷恢复的过程中，应控制系统工频误差在±0.5Hz内，电压在0.9-1.1标幺值之间。在负荷恢复过程中，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%。
（2）负荷恢复操作原则
负荷恢复在市调的统一指挥下进行；市调按照其调度的220kv或500kv站的变压器中压测或低压侧母线向相关区县调度下令恢复指定容量的负荷；各级调度优先恢复公用站的站用电，恢复顺序应按照从高到低的电压等级、系统站-中转站-负荷站的顺序执行；负荷恢复的顺序按照甲类负荷-乙类负荷-丙类负荷-一般负荷的顺序执行；多电源用户的电源按照市调500kv、220kv、系统站、中转站、负荷站的顺序优化选择一条；如果单一用户的负荷容量超过了市调下达的负荷总量要求，有关区县调度在进行负荷恢复操作时应明确告知用户负荷的容量限制。
2.1.2 黑启动的一般过程
不同的电力系统恢复的方式不同，但总的目标是在最短时间内使系统恢复带负荷能力并恢复基本网架结构。具体要求有2个方面：最小实现，用最小启动功率启动尽可能多的机组；制定严格的操作步骤，实现操作步骤最少。其具体过程可分为如下几方面：
1.电网发生严重故障，导致系统崩溃时，首先检测和确定系统的状态，明确目标系统，并在此基础上，将整个系统划分为若干个小系统，确定启动电源、需要优先恢复厂用电的机组和负荷以及恢复路径。小系统划分时必须保证每个小系统内具有独立的自启动机组。
2.分别进行小系统内黑启动机组的自启动，若存在联络线支援，可考虑将它与黑启动机组相配合，以实现尽快系统恢复。同时为确保黑启动机组的稳定运行和频率、电压在允许范围内波动，需及时适当的接入一定容量的负荷。
3.黑启动机组启动发电并稳定运行后，将启动功率通过线路送至其他机组，带动其他机组启动。
4.小系统内机组的并列。首先完成各机组零起升压，达到并列条件后，将机组与系统同期并列，恢复更多的负荷，并完成满负荷运行。
5.各小系统成功恢复后，调整各小系统频率及电压平衡，利用系统间的联络线进行同期并列，完成整个网络的重建。
6.恢复系统剩余负荷，最终完成整个系统的恢复。
2.1.3 电网黑启动中的保护配合[2]
1.将涉及元件及有关线路的保护、低频低压解列装置投入运行；
2.线路重合闸应退出运行；
3.有关机组的高频保护、过电压保护、自动调整励磁装置必须投入；
4.送出负荷的低频、低电压减负荷装置必须投入；
5.过压保护必须投入运行。
2.2 黑启动过程的关键技术
2.2.1 黑启动电源的确定
区域电力系统发生大面积停电事故后，系统恢复所需的黑启动电源主要来源于三类：本身具有黑启动能力的机组；事故后残存的机组或“孤岛”；相邻系统的支援。但是由于第二和第三种黑启动电源具有不确定性，难以在黑启动方案的制定中把握其状态，因此通常只有第一类电源被列入恢复计划。为了具备提供黑启动服务能力的性能，提供黑启动能力发电厂的辅助发电设备，以及相应的主发电设备，无论什么样的机组类型，都需要满足一定的技术性能指标。根据“北美电力安全委员会”的要求，这些技术性能指标主要包括以下的几个方面：
（1）系统发生大面积事故后，在规定的时间范围内，在没有使用外部电源支援的情况下，能够至少启动发电厂的一台主发电机组。
（2）在接到电力调度部门的指令两个小时内， ……（未完，全文共27738字，当前仅显示4989字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：十堰地区电网黑启动研究》）