淺談電力系統黑啟動的恢復

夏書軍

（哈爾濱市阿城電業局，黑龍江 哈爾濱 150300）

電網“黑啟動”是指整個電網因故障崩潰停運后，系統全部停電，處于全“黑”狀態，此時通過系統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，逐步擴大系統的恢復范圍，最終實現整個系統的恢復和正常供電。

1 黑啟動原則

1.1 目標要求

電力系統黑啟動是指在系統全停的情況下，利用系統外電源或系統內具有自啟動能力的機組逐步恢復系統正常運行的過程。電力系統恢復的總目標是在最短時間內使系統恢復帶負荷的能力，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，實現操作步驟最少。

1.2 恢復方法

一般電網全停后主要靠兩種方法來恢復：從周邊還有電源的系統取得電源，用來恢復本地區的電網網架和啟動本地區的主要電廠；利用本電網區域內的、具有自啟動能力的電廠首先啟動，然后再逐步恢復系統。

1.3 方案的制定

在制定黑啟動方案時需考慮下列原則：路徑中電壓轉換的次數盡量少；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；每個方案開關操作次數盡量少；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；便于主網架的快速恢復。

1.4 子系統劃分

針對黑啟動的具體情況，黑啟動時可以將電網劃分成為多個子系統，各子系統內部可以同時進行黑啟動操作，以加速全系統的恢復。每一個子系統都應有1 個主網架，包括子系統內的黑啟動電源、主要電廠、樞紐變電站和重要負荷。子系統劃分原則如下：根據電網結構特點和黑啟動電源所在的地理位置合理劃分子系統；各子系統至少有1 個黑啟動電源并具有較好的調頻調壓手段；各子系統應具有明確可靠的同期并列點，子系統之間具有的合環點需要明確。

1.5 電源電廠的選擇

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

1.6 恢復過程

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

2 負荷恢復中的注意事項

第一，黑啟動過程中，應當按照負荷的重要等級，并考慮電網的穩定及恢復速度有序恢復，在負荷恢復的過程中，系統頻率應控制在49.5～50.5 Hz 之間。在調度操作方案中應列出負荷恢復的優先次序和數量，優先保證各級電力調度機構、電廠、通訊部門、黨政機關、重點廠礦企業的保安負荷等重要負荷的供電。

第二，負荷恢復過程中，電壓應控制在0.9～1.1p.u.之間。每一步操作都需要監測重要節點的電壓水平，否則極易導致黑啟動失敗。

第三，負荷恢復過程中，系統應留有一定的旋轉備用容量，旋轉備用容量一般不低于系統發電負荷的30%。

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

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

3 系統要求

3.1 初始狀態

黑啟動調度操作方案中應根據其路徑方案明確各黑啟動機組、被啟動機組的初始狀態，以及各廠站上的初始狀態。對各廠站的黑啟動初始狀態安排中，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應保證直流及安全控制回路正常、機組的各參數正常、具備黑啟動條件。黑啟動路徑中各變電站應按照預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

直流系統。電網黑啟動過程中，各調度機構及廠站應加強對直流系統的監視和維護，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等設備無法進行自動操作，從而導致黑啟動時間延長、延緩整個電網的恢復過程。

電力通信。電網黑啟動過程中，各級調度機構及廠站應保持通信暢通，若不能直接聯系，可以通過第三方聯系。但系統全停時，通信系統應立即按照應急機制啟動通信應急預案，保證調度電話和繼電保護通道的暢通。

繼電保護。電網黑啟動過程中，各保護應充分考慮系統電源問題，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定值時，保護電路就動作，并發出報警信號)停用。

安全自動裝置。系統全停后，原則上退出區域穩控裝置中的切除機組、切除負荷出口壓板，就地穩控裝置的運行狀態不變。

調度自動化。電網黑啟動過程中，調度自動化系統應立即按照應急機制啟動自動化應急預案，保證自動化信息的準確、可靠。

4 黑啟動決策支持系統

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系統的具體情況，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雜，而且所能研究的方案數量有限，很難得到最優的方案；其次，由于系統運行情況的多變性，已制定的黑啟動方案難以及時更新，不能適應新的系統結構和運行方式，影響黑啟動方案的可用性。

4.2 黑啟動決策支持系統的優勢

為了克服人工制定黑啟動方案的不足，根據黑啟動的特點，借助人工智能搜索技術，并結合傳統的數值計算方法和優化規劃技術設計的一種黑啟動決策支持系統，可為調度人員提供一個科學、直觀的決策依據。決策支持系統的一個顯著優點是：方案制定者可根據系統的實際狀態，及時快速地修正黑啟動方案庫。

4.3 黑啟動決策支持系統特性及發展方向

通常設計的黑啟動決策支持系統需要具有較強的抗干擾能力、自學習能力、良好的可維護性和靈活處理恢復中遇到的各類實際問題的能力。隨著電網規模越來越大，建立自適應的黑啟動策略將成為一個趨勢。

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

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