畢業(yè)論文：十堰地區(qū)電網(wǎng)黑啟動(dòng)研究

畢業(yè)論文：十堰地區(qū)電網(wǎng)黑啟動(dòng)研究

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摘要
本文結(jié)合十堰地區(qū)的電網(wǎng)特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行了黑啟動(dòng)設(shè)計(jì)。文章首先對(duì)國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)黑啟動(dòng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀和黑啟動(dòng)過(guò)程中涉及的一些問(wèn)題做了簡(jiǎn)單的闡述，接著重點(diǎn)結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)，以地區(qū)為單位將電網(wǎng)劃分為若干個(gè)小系統(tǒng)，通過(guò)利用系統(tǒng)外電源或者與系統(tǒng)有電氣連接而正常不并網(wǎng)的小系統(tǒng)、小電源，先啟動(dòng)小系統(tǒng)，然后逐步恢復(fù)整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的方法，確定出各個(gè)小系統(tǒng)的恢復(fù)方案和具體路徑，并對(duì)其進(jìn)行了潮流、過(guò)電壓、機(jī)電暫態(tài)等仿真計(jì)算分析，確定出了系統(tǒng)可行的恢復(fù)方案。
關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；黑啟動(dòng)；方案設(shè)計(jì)；潮流計(jì)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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分合理的啟動(dòng)程序，因此在歷次大停電事故中均取得了主動(dòng)，大大的縮短了停電時(shí)間[ ]。
因此，作為保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施之一，研究電網(wǎng)全停后的恢復(fù)問(wèn)題即黑啟動(dòng)問(wèn)題顯得尤為重要。所謂黑啟動(dòng)是指電力系統(tǒng)在經(jīng)受大的擾動(dòng)或故障而發(fā)生大面積停電事故或全部停電事故后，通過(guò)系統(tǒng)中有自啟動(dòng)能力的機(jī)組或依靠鄰近電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線支援，帶動(dòng)無(wú)自啟動(dòng)能力的機(jī)組啟動(dòng)，進(jìn)而使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程[ ]。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國(guó)外于上個(gè)世紀(jì)70年代末就開(kāi)始了電網(wǎng)黑啟動(dòng)的研究，最初只是討論恢復(fù)策略等恢復(fù)中注意的問(wèn)題。國(guó)家不同，采取的方法也不同，有向上恢復(fù)策略、向下恢復(fù)策略、向內(nèi)恢復(fù)策略、向外恢復(fù)策略、共同恢復(fù)策略等。其目的只有一個(gè)：就是盡快地、安全地將事故后系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)使負(fù)荷損失減少到最小。近些年，隨著新技術(shù)和新方法的飛速發(fā)展和應(yīng)用，在黑啟動(dòng)研究領(lǐng)域，國(guó)外更加注意運(yùn)用專(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制等智能控制技術(shù)來(lái)揭示黑啟動(dòng)問(wèn)題的本質(zhì)，并有過(guò)一些成功的經(jīng)驗(yàn)，如意大利就曾經(jīng)成功的在30-40分鐘的時(shí)間完全恢復(fù)了3個(gè)火電廠和4個(gè)水電廠，最大負(fù)荷為3000MW的區(qū)域電網(wǎng)[ ]。
國(guó)內(nèi)的黑啟動(dòng)研究起步比較晚，1998年由國(guó)家科技部啟動(dòng)了“我國(guó)電力大系統(tǒng)災(zāi)變防治與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重大科學(xué)問(wèn)題”的研究項(xiàng)目，其目的就是提高我國(guó)電力系統(tǒng)的安全系數(shù)，電力系統(tǒng)恢復(fù)方案研究就是其中子課題之一。此后關(guān)于電網(wǎng)黑啟動(dòng)的研究便逐步展開(kāi)，特別是2003年“8.14”美加大停電之后，黑啟動(dòng)的研究成為各網(wǎng)、省電力公司的重點(diǎn)課題之一，同時(shí)，國(guó)家電網(wǎng)公司也將電網(wǎng)是否具有黑啟動(dòng)功能作為考核一個(gè)電網(wǎng)是否安全的重要指標(biāo)，因此國(guó)內(nèi)的各網(wǎng)、省公司都加大了對(duì)電網(wǎng)黑啟動(dòng)的研究工作[ ]。我國(guó)海南省于2005年9月26日，受18號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”的影響，發(fā)生過(guò)_的全省大停電，海南電網(wǎng)公司立即實(shí)施黑啟動(dòng)方案，這是我國(guó)除演練外的第一次成功實(shí)施黑啟動(dòng)，僅下達(dá)黑啟動(dòng)命令后的1小時(shí)25分鐘內(nèi)，就有電廠宣告黑啟動(dòng)成功，系統(tǒng)開(kāi)始逐步恢復(fù)供電。
1.3 本文研究的主要內(nèi)容
黑啟動(dòng)主要研究電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電后的恢復(fù)策略和恢復(fù)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。主要涉及黑啟動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)組的自勵(lì)磁、空載線路過(guò)電壓、黑啟動(dòng)初期的低頻振蕩、恢復(fù)過(guò)程中功率平衡和電壓調(diào)整及系統(tǒng)初步恢復(fù)后的穩(wěn)定問(wèn)題。
本文主要對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電后的恢復(fù)過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了研究分析，并根據(jù)十堰地區(qū)電網(wǎng)特點(diǎn)制定黑啟動(dòng)方案，具體內(nèi)容如下：
1.根據(jù)電網(wǎng)特點(diǎn)選擇黑啟動(dòng)電源，分析研究黑啟動(dòng)機(jī)組的自勵(lì)磁問(wèn)題。
2.根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理劃分子系統(tǒng)并確定黑啟動(dòng)路徑和送電路徑。
3.空載過(guò)電壓的計(jì)算，系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，工頻過(guò)電壓、初步恢復(fù)后小系統(tǒng)的穩(wěn)定合環(huán)等問(wèn)題。
4.在上述基礎(chǔ)上，結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際，分析網(wǎng)內(nèi)黑啟動(dòng)的自勵(lì)磁過(guò)電壓?jiǎn)栴}，對(duì)網(wǎng)外電源黑啟動(dòng)的合環(huán)電流進(jìn)行分析計(jì)算。

第二章 黑啟動(dòng)過(guò)程及其關(guān)鍵技術(shù)
2.1 黑啟動(dòng)的過(guò)程
電網(wǎng)黑啟動(dòng)的首要任務(wù)是選擇黑啟動(dòng)電源，有了啟動(dòng)電源后，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定黑啟動(dòng)路徑，將系統(tǒng)劃分為幾個(gè)子系統(tǒng)，獨(dú)立地進(jìn)行恢復(fù)，然后在某一階段通過(guò)調(diào)度聯(lián)系，進(jìn)行子系統(tǒng)并列，以加速系統(tǒng)的恢復(fù)過(guò)程。
2.1.1 電網(wǎng)黑啟動(dòng)應(yīng)遵循的主要原則
1.黑啟動(dòng)電源選擇原則
黑啟動(dòng)首先遇到的問(wèn)題是黑啟動(dòng)電源的確定，可從三個(gè)方面考慮。第一類(lèi)黑啟動(dòng)電源是本身具有自啟動(dòng)能力的機(jī)組，在系統(tǒng)全停的條件下，電廠內(nèi)部的廠用電幾乎全部失去。大部分火力發(fā)電廠由柴油發(fā)電機(jī)提供的事故保安電源的容量?jī)H僅能夠保證在這種以外情況下發(fā)電機(jī)、主變等主要設(shè)備不被損壞，而不可能為機(jī)組提供足夠的廠用電來(lái)啟動(dòng)因故障停機(jī)的主機(jī)，所以一般來(lái)說(shuō)如果沒(méi)有外界電源，火力發(fā)電廠機(jī)組是不具備自啟動(dòng)能力的；與之相對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)機(jī)組和燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的啟動(dòng)，對(duì)廠用電要求很低，有的時(shí)候甚至不需要廠用電，因此黑啟動(dòng)電源通常選在此類(lèi)電廠。按照國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)黑啟動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)，大容量的抽水蓄能電廠中的水輪機(jī)是非常理想的黑啟動(dòng)電源。第二類(lèi)黑啟動(dòng)電源為事故后殘存的機(jī)組或孤島，它們通常為裝有滿負(fù)荷減載裝置的汽輪機(jī)跳閘后帶自身的廠用負(fù)荷運(yùn)行，或是低頻解列后形成的孤島。第三類(lèi)黑啟動(dòng)電源為相鄰系統(tǒng)的支援。通常列入恢復(fù)計(jì)劃的只有第一類(lèi)電源，而后幾類(lèi)電源因?yàn)楦到y(tǒng)事故后的狀態(tài)有關(guān)。所以很難被列入事先制定的恢復(fù)計(jì)劃中去。黑啟動(dòng)電源的選擇原則為：
（1）盡量選擇調(diào)節(jié)性能好、啟動(dòng)速度快、具備進(jìn)相運(yùn)行能力的機(jī)組；
（2）優(yōu)先選擇直調(diào)電廠作為黑啟動(dòng)電源，其次選擇用戶電源；
（3）盡量接入較高電壓等級(jí)的電廠；
（4）有利于快速恢復(fù)其他電源的電廠；
（5）距離負(fù)荷中心近的電廠。
2.子系統(tǒng)劃分的原則
黑啟動(dòng)時(shí)需要將電網(wǎng)劃分為多個(gè)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)內(nèi)部可以同時(shí)進(jìn)行黑啟動(dòng)操作，以加速全系統(tǒng)恢復(fù)，每一個(gè)子系統(tǒng)都應(yīng)有一個(gè)主網(wǎng)架，包括子系統(tǒng)內(nèi)的黑啟動(dòng)電源、主要電廠、樞紐變電站和重要負(fù)荷。子系統(tǒng)劃分原則如下：
（1）根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和黑啟動(dòng)電源所在的地理位置合理劃分子系統(tǒng)；
（2）各子系統(tǒng)至少有一個(gè)黑啟動(dòng)電源；
（3）各子系統(tǒng)應(yīng)具有較好的調(diào)頻調(diào)壓手段；
（4）各子系統(tǒng)應(yīng)具有明確、可靠的同期并列點(diǎn)。
3.黑啟動(dòng)路徑選擇原則
每個(gè)黑啟動(dòng)電源應(yīng)當(dāng)有相對(duì)獨(dú)立的黑啟動(dòng)路徑，各黑啟動(dòng)路徑送電后應(yīng)在規(guī)定的并列點(diǎn)并列，逐步形成主網(wǎng)架。
（1）應(yīng)能在盡量短的時(shí)間內(nèi)以最少的操作步驟恢復(fù)系統(tǒng)供電；
（2）應(yīng)盡量減少不同電壓等級(jí)之間的變換；
（3）應(yīng)距離下一個(gè)電源點(diǎn)最近，以盡快恢復(fù)本地區(qū)電網(wǎng)的主力電廠，建立相對(duì)穩(wěn)定的供電系統(tǒng)；
（4）應(yīng)便于主網(wǎng)架的快速恢復(fù)。
4.負(fù)荷恢復(fù)原則
（1）頻率、電壓控制，備用容量要求。
黑啟動(dòng)過(guò)程中，負(fù)荷應(yīng)當(dāng)在調(diào)度的統(tǒng)一指揮下按輪次有序恢復(fù)。在調(diào)度操作方案中應(yīng)列出負(fù)荷恢復(fù)的優(yōu)先次序和數(shù)量，應(yīng)優(yōu)先保證各級(jí)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)、電廠、通訊部門(mén)、黨政機(jī)關(guān)、重點(diǎn)廠礦企業(yè)的保安負(fù)荷等重要負(fù)荷的供電；負(fù)荷恢復(fù)初期應(yīng)避免電鐵、電弧爐等沖擊性負(fù)荷。在負(fù)荷恢復(fù)的過(guò)程中，應(yīng)控制系統(tǒng)工頻誤差在±0.5Hz內(nèi)，電壓在0.9-1.1標(biāo)幺值之間。在負(fù)荷恢復(fù)過(guò)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(fù)荷的30%。
（2）負(fù)荷恢復(fù)操作原則
負(fù)荷恢復(fù)在市調(diào)的統(tǒng)一指揮下進(jìn)行；市調(diào)按照其調(diào)度的220kv或500kv站的變壓器中壓測(cè)或低壓側(cè)母線向相關(guān)區(qū)縣調(diào)度下令恢復(fù)指定容量的負(fù)荷；各級(jí)調(diào)度優(yōu)先恢復(fù)公用站的站用電，恢復(fù)順序應(yīng)按照從高到低的電壓等級(jí)、系統(tǒng)站-中轉(zhuǎn)站-負(fù)荷站的順序執(zhí)行；負(fù)荷恢復(fù)的順序按照甲類(lèi)負(fù)荷-乙類(lèi)負(fù)荷-丙類(lèi)負(fù)荷-一般負(fù)荷的順序執(zhí)行；多電源用戶的電源按照市調(diào)500kv、220kv、系統(tǒng)站、中轉(zhuǎn)站、負(fù)荷站的順序優(yōu)化選擇一條；如果單一用戶的負(fù)荷容量超過(guò)了市調(diào)下達(dá)的負(fù)荷總量要求，有關(guān)區(qū)縣調(diào)度在進(jìn)行負(fù)荷恢復(fù)操作時(shí)應(yīng)明確告知用戶負(fù)荷的容量限制。
2.1.2 黑啟動(dòng)的一般過(guò)程
不同的電力系統(tǒng)恢復(fù)的方式不同，但總的目標(biāo)是在最短時(shí)間內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)帶負(fù)荷能力并恢復(fù)基本網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。具體要求有2個(gè)方面：最小實(shí)現(xiàn)，用最小啟動(dòng)功率啟動(dòng)盡可能多的機(jī)組；制定嚴(yán)格的操作步驟，實(shí)現(xiàn)操作步驟最少。其具體過(guò)程可分為如下幾方面：
1.電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰時(shí)，首先檢測(cè)和確定系統(tǒng)的狀態(tài)，明確目標(biāo)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)小系統(tǒng)，確定啟動(dòng)電源、需要優(yōu)先恢復(fù)廠用電的機(jī)組和負(fù)荷以及恢復(fù)路徑。小系統(tǒng)劃分時(shí)必須保證每個(gè)小系統(tǒng)內(nèi)具有獨(dú)立的自啟動(dòng)機(jī)組。
2.分別進(jìn)行小系統(tǒng)內(nèi)黑啟動(dòng)機(jī)組的自啟動(dòng)，若存在聯(lián)絡(luò)線支援，可考慮將它與黑啟動(dòng)機(jī)組相配合，以實(shí)現(xiàn)盡快系統(tǒng)恢復(fù)。同時(shí)為確保黑啟動(dòng)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和頻率、電壓在允許范圍內(nèi)波動(dòng)，需及時(shí)適當(dāng)?shù)慕尤胍欢ㄈ萘康呢?fù)荷。
3.黑啟動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)發(fā)電并穩(wěn)定運(yùn)行后，將啟動(dòng)功率通過(guò)線路送至其他機(jī)組，帶動(dòng)其他機(jī)組啟動(dòng)。
4.小系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組的并列。首先完成各機(jī)組零起升壓，達(dá)到并列條件后，將機(jī)組與系統(tǒng)同期并列，恢復(fù)更多的負(fù)荷，并完成滿負(fù)荷運(yùn)行。
5.各小系統(tǒng)成功恢復(fù)后，調(diào)整各小系統(tǒng)頻率及電壓平衡，利用系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行同期并列，完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的重建。
6.恢復(fù)系統(tǒng)剩余負(fù)荷，最終完成整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)。
2.1.3 電網(wǎng)黑啟動(dòng)中的保護(hù)配合[2]
1.將涉及元件及有關(guān)線路的保護(hù)、低頻低壓解列裝置投入運(yùn)行；
2.線路重合閘應(yīng)退出運(yùn)行；
3.有關(guān)機(jī)組的高頻保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置必須投入；
4.送出負(fù)荷的低頻、低電壓減負(fù)荷裝置必須投入；
5.過(guò)壓保護(hù)必須投入運(yùn)行。
2.2 黑啟動(dòng)過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)
2.2.1 黑啟動(dòng)電源的確定
區(qū)域電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電事故后，系統(tǒng)恢復(fù)所需的黑啟動(dòng)電源主要來(lái)源于三類(lèi)：本身具有黑啟動(dòng)能力的機(jī)組；事故后殘存的機(jī)組或“孤島”；相鄰系統(tǒng)的支援。但是由于第二和第三種黑啟動(dòng)電源具有不確定性，難以在黑啟動(dòng)方案的制定中把握其狀態(tài)，因此通常只有第一類(lèi)電源被列入恢復(fù)計(jì)劃。為了具備提供黑啟動(dòng)服務(wù)能力的性能，提供黑啟動(dòng)能力發(fā)電廠的輔助發(fā)電設(shè)備，以及相應(yīng)的主發(fā)電設(shè)備，無(wú)論什么樣的機(jī)組類(lèi)型，都需要滿足一定的技術(shù)性能指標(biāo)。根據(jù)“北美電力安全委員會(huì)”的要求，這些技術(shù)性能指標(biāo)主要包括以下的幾個(gè)方面：
（1）系統(tǒng)發(fā)生大面積事故后，在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)，在沒(méi)有使用外部電源支援的情況下，能夠至少啟動(dòng)發(fā)電廠的一臺(tái)主發(fā)電機(jī)組。
（2）在接到電力調(diào)度部門(mén)的指令兩個(gè)小時(shí)內(nèi)， ……（未完，全文共27738字，當(dāng)前僅顯示4989字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：十堰地區(qū)電網(wǎng)黑啟動(dòng)研究》）