（电气工程专业论文）辽宁电网黑启动方案研究.pdf

盘些盘茎兰猩塑茔焦逢塞 摘要 辽宁电网黑启动方案研究 摘要 从t 9 6 5 年美国东北部大停电以后，多个国家发生了多次大范围的停电事故， 可以引起我更大关注的是2 0 0 3 年8 月中下旬以来的短短一个多月时间内全世界范 围内就相继出现北美地区、英国伦敦、意大利以及丹麦大停电事件。从电网发展 趋势来看，电源向大容量化发展月，远离负荷中心，系统越来越大型化、复杂化， 而发、输、变电设备发生事故又是不可避免的。其典型特点是重负荷输电线路或 变压器发生故障或无故障跳闸后，系统就可能失步或使其它无故障线路出现事故 过负荷而相继跳闸，从而扩大事故，造成大面积停电。因此作为电力系统安全运 行重要的措施之一，研究大系统故障后的恢复问题十分重要。大面积停电后的恢 复通俗地称为黑启动( b l a c k s t a r t ) 。所谓黑启动，是指整个系统因故障停运后， 不依赖于别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力机组的起动，带动无自启动 能力的机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。 随着社会发展对电力资源依赖性的加强，电力系统日趋庞大和复杂，电力工 、l k 的发展面l 瞄着机遇和挑战，对大型电力系统安全稳定运行的要求也越来越高。 特别在我国，国民经济发展迅速，社会安定至关重要，进一步深入探讨大型电网 的运行规律，有效预防大面积停电事故已成为一个迫切而重要的研究课题。对于 辽宁电网这样一个庞大的系统，系统发生故障是随时有可能的，若故障处理不及 时或转变为多重故障，而继电保护、开关拒动等，可能造成系统严重失稳，最终 导致大面积停电。此时若有一行之有效的恢复计划，可大大减少停电时间，将损 失减少到最小。因此防患于未然，我的j _ 宁电网恢复方案的研究是具有现实意义 的，是值得探究的课题。 本文就系统大面积停电后的恢复一一黑起动问题广泛地收集国内外资料，对 黑起动问题的主要内容做了详细介绍。并以辽宁电网为研究对象，对黑启动各个 方面的内容及相关理论、算法加以讨论和应用。根据辽宁电网的区域特性，本论 文制定了黑启动方案，力求做到在系统全黑的情况下迅速有效的恢复系统供电。 关键词黑启动机组系统电网安全运行 i i 丕j ! 盘兰三焦塑生焦逢童 旦s ! b 工 b l a c k s t a r tp r o j e c tr e s e a r c h i n go f l i a o n i n g e l e c t r i cp o w e rg r i d a b s t r a c t s i n c et h eg r e a tp o w e rc u to nt h en o r t h e a s ta m e r i c a na t1 9 6 5 ，m a n yt i m e sa c c i d e n t s o f g r e a tp o w e rc u t t i n gw e r eh a p p e n e di nm a n yc o u n t r y i ti sm o r ei n t e r e s t i n gt h a ti t h a p p e n e dm o r ea c c i d e n t so fp o w e rc u t t i n ga l lo v e rt h ew o r l da ta u g u s t2 0 0 3m o r et h a n o n em o n t h t h ea c c i d e n ta l m o s th a p p e n e da tn o r t ha m e r i c a ，e n g l i s hl o n d o n ，i t a l y a n dd a n m a r k t h i n k i n gf r o mp o w e rg r i dd e v e l o pt r e n d ，i ti si n e v i t a b l et h a tt h e e q u i p m e n to fg e n e r a t o ra n dl i n ea n dt r a n s f o r m e rm a k et r o u b l ea s t h eb i gc a p a c i t y g e n e r a t o ri sb u i l df a rf r o mt h ec e n t e ro ft h el o a d i ti st h et y p ec h a r a c t e r i s t i ct h a ti t h a p p e n s t h ea c c i d e n to f g r e a tp o w e rc u t t i n gw h e nh i g hl o a dl i n eo rt r a n s f o r m e rh a st h e a c c i d e n to rl e a p i n gt h eb r a k ea tn oa c c i d e n t s oi ti sv e r yi m p o r t a n tt h a tr e s e a r c ho f r e s u m i n go fg r e a ts y s t e ma l t e rt h ea c c i d e n ta s o n eo ft h em a i nm e a s u r eo fs a f e t y f u n c t i o ni np o w e rs y s t e m t h er e s u m ea f t e rg r e a tp o w e rc u t t i n gi sp o p u l a r l yn a m e d b l a c k s t a r t w h a ti sc a l l e db l a c k - s t a r ti st h a tt h es y s t e mc a nr e s u m en o td e p e n d i n go f o t h e rn e th e l p i n gt h r o u g ht h es e l fs t a r t i n ga b i l i t yg e n e r a t o rs t a r t i n ga n dd r i v i n go t h e rn o s e l fs t a r t i n gg e n e r a t o ra n df i n a l l yr e s u m i n gt h ew h o l es y s t e m w i t ht h es t r e n g t h e no f t h es o c i a ld e v e l o pd e p e n d i n go nt h ep o w e r r e s o u r c e ，t h e e l e c t r i cp o w e rs y s t e mt u r n sb u l k i n e s sm a dc o m p l e xa n de l e c t r i cp o w e ri n d u s t r i a l d e v e l o p i sf a c e dw i t h o p p o m m i t ya n dc h a l l e n g e t h er e q u e s ti sm o r ea n dm o r eh i g hi n t h eg r e a te l e c t r i cp o w e rs y s t e ms a f e t ya n ds t a b l ef u n c t i o n e s p e c i a l l yi no u rc o u n t r yi ti s av e r yi m p o r t a n tt a s kt h a td i s c u s s i n gm o r et h eo r d e r l i n e s so f t h eg r e a tp o w e rs y s t e m f u n c t i o na n de f f i c i e n c yp r e v e n tt h ea c c i d e n to fg r e a ta r e ap o w e rc u t t i n ga sc o u n t r y e c o n o m yr a p i d l yd e v e l o pa n ds o c i a ls t a b i l i t yi sv e r yi m p o r t a n t i ti sc a p a b l et h a tt h e l i a o n i n ge l e c t r i cp o w e rs y s t e mh a sa c c i d e n ta sl i a o n i n gp o w e rg r i di ss og r e a t i tc a n b r i n go ng r e a ta r e ap o w e rc u t t i n ga c c i d e n tw h e nd e a l i n gt h ea c c i d e n tt o ol a t eo rm o r e a c c i d e n th a p p e na n dp r o t e c to rs w i t c hr e f u s ea c t a tt h i st i m ei fi th a v ea ne f f e c t i v e r e s u m ep l a ni tc a ng r e a t l yr e d u c et h et i m eo f p o w e rc u t t i n ga n dm a k et h el o s i n gr e d u c e t h el e a s t t h u si no r d e rt on i pi nt h eb u dt h er e s e a r c h i n gi nl i a o n i n ge l e c t r i cp o w e r s y s t e mr e s u m ei sr e a l i s mc o n t e n ti ti sv a l u ee x p l o r et a s k i nt h i st e x t1w i d e l yc o l l e c tt h ei n f o r m a t i o ni n s i d ea n do u t s i d et h en a t i o na b o u tt h e r e s u m i n ga f t e rg r e a ta r e ap o w e rc u t t i n g ip a r t i c u l a r l yi n t r o d u c e dm a i np r o b l e mo f b l a c k s t a r t it a k et h el i a o n i n ge l e c t r i cp o w e rs y s t e ma st h er e s e a r c ho b j e c ta n dd i s c u s s i 盔! 盘鲎三焦亟茔焦逢塞 旦s ! ：丛i t h eb l a c k s t a r tc o r r e l a t i o nt h e o r y , a r i t h m e t i c b a s e do nt h ea r e ac h a r a c t e ro f l i a o n i n g e l e c t r i cp o w e rg r i dim a k et h eb l a c k - s t a r tp r o j e c ti no r d e rt o r a p i d l ya n de f f e c t i r e l y r e s u m i n gt h es y s t e mf u n c t i o nu n d e rt h ep o w e rs y s t e mi sa l lb l a c k k e yw o r d s b l a c k s t a r t ，g e n e r a t o r ，s y s t e m ，p o w e rg r i d ，s a f e t yf u n c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谒 的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：高i 乏j 争 日 期：护了、乡、7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用 学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 学位论文作者签名：葛必 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否砌视为 日 期：叮、量、o7 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 盎i 垦盘茔三堡塑堂焦逢塞箜= 童l 主 第一章引言 i i 研究背景 从电网发展趋势来看，电源向大容量化发展且远离负荷中心，系统越来越大型化、 复杂化，而发、输、变电设备发生事故又是不可避免的。其典型特点是重负荷输电线路 或变压器发生故障或无故障跳闸后，系统就可能失步或使其它无故障线路出现事故过负 荷而相继跳闸，从而扩大事故，造成大面积停电。 当电力系统发生故障时，保护将故障切除，随之，在事故前运行状态向事故后运行 状态过渡的过程中，电网出现不平衡。如果善后处理不当，必将出现多米诺骨牌效应， 导致大面积停电。 对于辽宁电网这样一个庞大的系统，系统发生故障是随时有可能的，简单又行之有 效的方法可采取调节发电出力、切除负荷或解列等，使发电、输电、用电之间形成新的 稳定匹配。但若故障处理不及时或转变为多重故障，而继电保护、开关拒动等，可能造 成系统严重失稳，最终导致犬面积停电。此时若有一行之有效的恢复计划，可大大减少 停电时间，将损失减少到最小。因此防患于未然，我的辽宁电网恢复方案的研究项目是 具有现实意义的，是值得探究的课题。 电力系统已步入大电网、高电压和大机组的时代，随着社会发展对电力资源依赖性 的加强，电力系统日趋庞大和复杂，电力工业的发展面临着机遇和挑战，对大型电力系 统安全稳定运行的要求也越来越高。特别在我国，国民经济发展迅速，社会安定至关重 要，进一步深入探讨大型电网的运行规律，有效预防大面积停电事故已成为个迫切而 重要的研究课题。 从1 9 6 5 年美国东北部大停电以后，1 9 7 7 年纽约、1 9 7 8 年法国、1 9 8 2 年加拿大魁 北克、1 9 8 7 年日本东京、1 9 8 9 年加拿大魁北克、1 9 9 6 年马来西亚等又相继发生电网大 停电事故，1 9 9 4 年1 2 月、1 9 9 6 年7 月、1 9 9 6 年8 月美国西部w s c c 联合电网也连续三 次大停电，可以引起我更大关注的是2 0 0 3 年8 月中下旬以来的短短一个多月时间内全 世界范围内就相继出现北美地区、英国伦敦以及丹麦大停电事件，意大利更是在9 月 2 8 日凌晨发生史无前例的全国大停电。虽然最近发生的大停电事故的分析论文还未发 表，但是这些大面积停电事故往往是由电网内存在潜在的危险因素，在某种诱发因素的 作用下引起电网( 局部) 的瓦解或崩溃所造成的。主要表现为系统运行失去稳定性，包 括失去同步稳定、电压崩溃和频率崩溃。其具体原因可归纳为：电网稳定破坏；网架薄 弱或严重受损后造成局部系统孤立；由于电网结构或者运行方式不合理，发生事故时电 盎i b 盘茎兰猩亟圭茎焦逾圭篓二重呈l 主 网内部缺乏支持手段：未能健全“第三道防线”，造成事故扩大；系统运行方式存在严 重问题，特别是电磁环网运行下缺乏相应的稳定和事故处理的有效手段。 从以往事故情况看，系统中发生多重故障、继电保扩，不正确动作，气候变化或社会 突发事件，是大面积停电事故的直接原因；而事故处理不当和缺乏必要的事故处理手段， 又往往是扩大事故范围、延长停电时间的重要因素。事实证明事先制定好相应的对策， 对于系统尽快恢复、减少损失具有重要的现实意义。防止灾难性事故对策的关键是要有 足够的准备，对系统可能发生的最严重的事故采取一切措施，阱尽量减少损失。 因此作为电力系统安全运行重要的措施之一，研究大系统故障后的恢复问题十分重 要。大面积停电后的恢复通俗地称为黑启动( b l a c k s t a r t ) 。所谓黑启动，是指整个系 统因故障停运后，不依赖于别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力机组的起动，带 动无自启动能力的机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。 本文就系统大面积停电后的恢复一一黑起动问题广泛地收集国内外资料，对黑起动 问题的主要内容做了详细介绍。并以2 0 0 4 年东北的辽宁电网为研究对象，对黑肩动各 个方面的内容及相关理论、算法加以讨论和应用。根据辽宁电网的区域特性，本论文制 定了黑启动方案，力求做到在系统全黑的情况下迅速有效的恢复系统供电。 1 1 1 国内外黑启动方案研究现状 东北电网黑启动方案采用“向上恢复”( b u i l d - - u p w a r d ) 策略。方案选择南部电网 中的太平湾水电厂和中部电网的丰满水电厂作为启动电源，并围绕太平湾电厂和丰满水 电厂建立两个子系统。在系统恢复时的太平湾子系统中，黑启动太平湾1 # 机幻，然后 向附近的长甸厂、水丰厂、太平哨厂和丹东厂送起动功率，并增带负荷，建立起一个独 立的子系统；在丰满子系统中i 黑启动丰满7 # 机组，然后向附近的吉热厂，白【l 厂送 起动功率，并增带负荷，建立起一个独立的子系统。在这些子系统内完成基本的恢复动 作后，系统之间达到并网要求时，将这些子系统同步并网，然后继续恢复进程，直至达 到目标系统为止。 安徽电网恢复方案，黑龙江电网恢复方案和湖北的黑启动方案与东北黑启动方案类 似。但湖：l e 电网在利用天堂抽水蓄能电厂进行黑启动试验时黑启动机组曾多次跳闸，在 找到原因并采取了相应措施，最终试验成功。该次试验中黑启动机组多次跳闸主要原因 有：机组启动程序不正确；发电机励磁调节器运行参数选择不当；逆功率保护未退出。 这次试验暴露山的问题为正确制定和执行恢复操作方案提供了宝贵的经验和教训。 江苏电网黑启动方案也是主要采用“向上恢复”( b u i l d - - u p w a r d ) 策略，但恢复过程与 东北方案略不同。江苏电网分为五个子系统：南京子系统，黑启动电源是南京商达机组； 蠡垫盘兰王墨硒堂焦迨妻墓= 童i 】主 常镇( 包括宜兴) 子系统，黑启动电源是沙河电站机组；苏锡子系统，黑启动电源是无 锡锡山机组；徐宿淮连盐子系统，黑启动电源是由阳城电厂机组通过省际联络线提供， 该子系统恢复采用了向内恢复( b u i l d i n w a r d ) 策略；扬泰通子系统，没有黑启动电源。 前四个予系统具有各自的黑启动电源，可以同时并行地进行恢复操作。南京子系统、常 镇子系统和徐宿淮连盐子系统这三个子系统中恢复最快的一个作为扬泰通子系统的启 动电源。 浙江电网黑启动方案也是主要采用“向上恢复 ( b u i l d - - u p w a r d ) 策略，但电网解 列后舟山电网作为一个孤岛存在，采用向下恢复( b u i l d d o w n w a r d ) 策略恢复舟山区域 系统。紧水滩( 包含珊溪) 区域系统虽主要依靠黑启动机组肩动，但如果福建电网在华 东主网瓦解后仍维持运行，该子系统也通过联络线接受福建电网功率支援，也部分使用 了省际联络线的向内恢复( b u i l d i n w a r d ) 策略。浙北区域系统恢复方案也有不同于普 通子系统恢复方案的特点：优先考虑5 0 0 k v 变电所的恢复，5 0 0 k v 变电所恢复后，以三 条主线并行恢复，并将核电厂作为最重要、最优先考虑恢复的节点。 根据事故发生的可能侄大小排序，上海电网恢复最有可能使用的是孤岛模式下的黑 启动方案，接着是省网联络线的模式，最后是利用本网内黑启动机组启动的模式。 在传统黑启动研究的基础之上，结合上海电网的实际特性，上海黑启动研究的主要内容 如下： ( 1 ) 进行现场调研，选择上海电网合理的黑启动机组。 ( 2 ) 完成各种黑启动模式的分析、比较和相关计算，如：燃气轮机启动，直流输电逆 变侧启动、地区小电源等方案。 ( 3 ) 完成各种运行方式下的系统启动方案比较和计算，如：全黑启动、孤岛启动、子 系统启动、省网联络线启动等方案。 ( 4 ) 根据上海市电网往年的事故发生情况分析全黑及孤岛发生的概率。 ( 5 ) 正确地进行判断并给出正确的控制措施。 研究的算法应能反映系统的实际，采用的假设应具有合理性。这主要体现在研究中 采用模型的适应性、系统等值的准确性、预想事故集筛选的合理性以及判定方法的选取。 本系统包括的一系列重要稳定裕度指标如电压稳定：功角稳定和频率稳定指标等应是基 于参数空间的，且具有直观性。 在紧急和事故情况下，本系统给出的控制决策除了要考虑系统安全性之外，还应使 控制代价最小。 在理论研究的基础上开发一套全新概念的基于系统全停后事故恢复的发电厂与电 盘a 苤生王提亟生焦盈墨 簋二室i l 室 网控制与调度的仿真决策系统，可给出黑起动方案的调度最优方案和反事故紧急措施的 合理建议。 为了实现以上内容，根据电力系统灾变防治这一重大课题的基本需要，根据电力系 统恢复的实际，结合系统工程的理论，引入了新算法、新理论，如t s ( t a b us e a r c h ) 等 最优路径算法；p e t r in e t s 等相关图论的理论；还有人工智能方面的理论算法等。并 将其应用于系统恢复的实际项目中，同时就一些重要的相关问题展开研究。 e n e l ( 意大利电力委员会) 对部分国内电网恢复规划了一一系列运行方针，为了改进 系统恢复的可靠性，e n e i 对位于法国边境的意大利h v 网络建立了一次试验性模型及作 了模拟检测。研究利用带有由用户定义的设备模型稳定程序，使得在恢复过程中能够准 确的描述负载模型和调节器模型。恢复方案采用向一h 恢复( b u i i d - u p w a r d ) 策略，把意大 利h v 网络分为几个互相独立的子系统，每个都包括水力和火力发电机。由于意大利特 殊的混合发电，依靠子系统水电站作为黑启动电源，向周围火电厂送启动功率，这些予 系统内完成基本的恢复动作后，系统之间达到并网要求时，将这些子系统同步并网，然 后继续恢复进程，直至达到目标系统为止。 巴西系统恢复准则系统恢复面的研究必须从考虑以下方面开始：黑启动时发电和负 载之间的平衡，可以用来维持系统稳定性的电压极限的定义和负载区块的可用率。恢复 规程应该考虑备用方案以防设备失灵，影响系统恢复。 系统恢复应采用如下策略：拥有发电单元的机构在开始恢复的时候，要为操作者提 供有功负荷的数量以及优先次序。恢复策略必须维持有功功率平衡。 用电区域概念连同几个指标( 黑启动单元的可靠性，可靠度等级) 被用来定义和评 估哪些发电单元和区域包含在早期的恢复过程中。用电区域是包含一个或几个发电单元 并且允许以最快和最安全的方式恢复优先负荷的最小的电网结构。 根据恢复过程中黑启动单元的可靠度等级的知识，通过成本一利润评价来制定改善 可靠性的具体计划。这个指标有助于更好的定义用电区域的，并且为用电区域里新的投 资提供了至关重要的信息。 大部分巴两电力系统的恢复过程有两个阶段：“流程阶段”和协调阶段。在第一阶 段各参加恢复的各部分之问是没有必要通讯的，但在第二阶段有几个条件必须预先达 到，全国涧通中心负责哳调整个过程。 阶段一；决策恢复 假设系统除非是预先安排好的孤岛之外完全失去电压的，恢复程序将由高可靠性的 水电站电力单元启动。实际的恢复程序是通过发电单元的启动和同步，传输线的充电和 窭j ! 蕉生墨猩塑茔焦逢塞笙= 童i 】童 优先冷态负荷恢复来启动的，同时使所有的通讯保持在最低水平。确定恢复流程时应遵 循下列建议和原则： 阶段二：协调恢复 全国的和区域的调度中心协调限制负荷，关闭环路和并列已恢复好的地电区域。地 电区域在决策负荷期间第一次复位实际上是以非常独立的方式进行的。有些恢复过程只 存在恢复过程的开始阶段和协调过程的启动阶段，即使是恢复过程的第一步采用了防调 方式的地方也可能出现。 当存在任何一种需要一系列不同的调度中心或者更高级别的机构行动的困难时，恢 复电可以是防调的。级别是这样定义的：公用事业用电中心由全国调度中心控制的i s o 区域调度中心协调。它负责预先定义好参数的冷态负荷恢复。这个过程只有在满足如下 条件的情况下才能开始： 里约热内卢区域的黑启动方案。在r i od ej a n e i r o 区域的电力恢复最主要的操作 是通过m a r i m b o n d o 电厂和或者l i g h t 区域( 在r i od ej a n e i r o 区域的本地分配) 的 1 3 8 k v 系统实现的。m a r i m b o n d o 电厂在g r a j a n 变电站和f o n t e s 综合发电系统( 由l ig i f t 拥有) 形成的地电系统互联。c e r j ( 在r i od ej a n e i r o 区域的又一个分公司) 由 a d r i a n o p d l i s 变电站供应。m a r i m b o n d o 电厂总的容量是1 4 8 8 m w ( 8 个1 8 6 m w 单元) 。 为防止自励磁，在m a r i m b o n d o 电厂用来充电7 4 0 k m 5 0 0 k v 线路最少发电数量是5 。频率 控制是通过m a r i m b o n d o 电厂和综合l i g h t 电厂的n i l op e p a n h a 来实现的。机电和稳态 的研究确定考虑到线路和母线电抗的最小电抗配置。当g r a j a l l 区域l i g h t f u r n a s 两个 系统并联运行之后的负荷恢复是与l i g f l t 系统提供的无功功率供应有关的。如果有本地 无功电源支持，恢复的负荷可达到3 1 0 m w ，否则只能是2 3 0 m w 。如果在g r a j a d 分站的 m a r i m b o n d o 和l i g h t 并联有困难，并且这个分站的无功电压来自a d r i a n o p o l i s ，则应 该给予l i g h t 区域通过5 0 0 k v 系统装载负荷的优先权。这样的话，在没有当地的无功补 偿时将会供应给l i g h t 区域1 3 0 m p ，而有足够无功补偿时恢复的负荷将是2 1 0 m w 。将通 过每回路3 0 m w 区域的3 4 5 1 b s k v 线路供应给c e r j 的1 b g k v 线路6 0 m w 的功率。所有的 无功功率供应将会由5 0 0 k v 的a d r i a n 6 p o l i s s i oj o s 6 线路充电5 0 0 k v 系统提供。 备用方案中地电区域的恢复是由m a r i m b o n d o 和i t a i p u ( 应用南部系统) 通过 m a r i m b o n d o ，f u r n a s 和l c b a r r e t o 电站( 应用东南系统的另一部分) 形成的地电系 统的互联而形成的。在这个配置中，里亚热卢区域的恢复是通过5 0 0 k v 的 m a r r i m b o n d o c a c h o e i r ap a u l i s t a 走廊的并联实现的，南部系统的最小配置必须在 i v a i p o r i 连接用来避免自激励，同时一个5 0 0 k v ，1 3 6 b v a r 的电抗器必须配置在 盘j ! 盘生三壅塑生焦造耋 墓二童i 堇 c a c h o e i r ap a u l i s t a 的5 0 0 k v 站。在这个恢复方案中在c a m p i n a s1 3 8 k v ，c a c 1 0 e i r a p a u l i s t a13 8 k v 和t e r m i n a l ：l , e s t eb 4 5 k v 的负荷恢复应该用来维持电压特性。这些负 荷通常通过不同的地电区域恢复，因此这个备用的恢复也1 ：涉到其他的恢复程序。 1 1 2 国内外黑启动方案研究趋势 国外许多电力公司根据各自系统的特点制定了系统恢复计划。研究系统恢复计划的 发展趋势分为两类：一是制定适合本系统的恢复规程；二是借助计算机的帮助，将专家 系统引入系统恢复计划。 前者较成功的例子有1 9 8 3 年1 2 月的瑞典的大停电，他们事先就制定了恢复的基本 规程。1 9 8 3 年瑞典整个南积网络崩溃，提供给恢复规程一个好的检验，事实证明在恢 复规程的帮助下恢复进行得较为顺利 5 。他们遵循的基本规则有：当网络失去电压时 “零压跳闸”自动打开当前的同路断路器，控制恢复过程；首先起动北部地区大的水电 站，这些水电机组有辅助的柴油机供电；南部地区调度中心等待北部的送电，线路充电 优先考虑连至核电站的线路。规程的主要部分包括每一个地区调度中心的操作票，操作 票中具体定义了各种不同干扰时采取的措施，还有各种的辅助操作票。针对电，一也有主 操作票和辅助操作票，用于电厂在失去地区调度中心的远方控制、必须人工控制的情况。 这些规程多是运行调度人员根据多年运行调度情况，总结几代调度员的经验制定出来 的，有些完全是经验。但实事证明拥有这样的一套系统恢复规程对于实际具有重要的现 实意义。后者是随着计算机技术的发展得以发展。电力系统实现了调度自动化，因此也 将计算机引入了恢复领域。现今在黑起动研究领域，人们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问题的本质。这将在本论文的后面章节加以 详细探讨。 1 2 本论文所作主要工作 分析并介绍黑启动过程中所涉及的理论问题。在黑启动过程中的启动原则，启动策 略及主要理论依据及所涉及的重要计算软件。通过理论分析确定黑启动过程中的主要需 要解决的问题，从而确定黑启动方案实施的可行性。 分析并介绍辽宁电网的特点及网架结构，分析并研究辽宁电网负荷特点。从全局上 考虑黑启动方案的整体思想，确定四个子系统的分别建立及环并地点，确定送出负荷的 顺序。 以沈海子系统为主，着重阐述予系统的恢复过程。在进行自励磁及操作过电压校验 和系统仿真后，做出沈海子系统的整体恢复思路。再对其它三个子系统进行分别介绍及 盎j ! 盘生兰壁塑掌焦谴童 筮= 主i i 主 c a c h o e i r ap a u i s z a 的5 0 0 k v 站。在这个陕复方集中在c a m p i n a s1 3 8 k v ，c a c h o e i r a p a u l js t a1 3 8 k v 和 i e r m i z a ll e s t e3 4 5 k v 的负荷恢复应该用来维持电压特性。这些负 荷通常通过不同的地电区域恢复，因此这个各用的恢复也干涉到其他的恢复程序。 1 1 2 国内外黑启动方案研究趋势 国外许多电力公司根据各自系统的特点制定了系统恢复计划。研究系统恢复计划的 发展趋势分为两类：一是制定适合本系统的恢复姚程；二是借助计算机的帮助，将专家 系统引入系统恢复计划。 前者较成功的例子有1 9 8 3 年1 2 月的瑞典的大停电，他们事先就制定了恢复的基本 规程。1 9 8 3 年瑞典整个南部l 嘲络崩溃，提供给恢复姆程一个好的检验，事实证明在恢 复规程的帮助下恢复进行得较为顺利 5 。他们遵循的基本规则有：当网络失去电压时 “零压跳闸”自动打开当前的回路断路器，控角0 恢复过程；首先起动北部地区大韵水电 站，这些水电机组有辅助的柴油机供电；南部地区调度中心等待北部的送电，线路充电 优先考虑连至核电站的线路。规程的主要部分包括每一个地区调度中心的操作票，操作 票中具体定义了各种不同干扰时采取的措施，还有各种的辅助操作票。针对电厂也有主 操作票和辅助操作票，用于电厂在失去地区调度中心的远方控制、必须人工控制的情况。 这些规程多是运行调度人员根据多年运行调度情况，总结几代调度员的经验制定出来 的，有些完全是经验。但实事b 明拥有这样的一套系统陂复规程对于实际具有重要的现 实意义，扃者是随着计算机技术的发展得以发展。电力系统实现了调度自动化，因此也 将计算机引八了恢复领域。现令在黑起动研究领域，人们更加注意运用专家系统，人1 二 神经网络和模糊控制等智能控制技术来揭示问题的本质。这将在本论文的后面章节加以 洋细探讨。 1 2 本论文所作主要工作 分析并介绍黑启动过程审所涉及的理论问题。在黑启动过程中的启动原则，启动策 略及主要理论依据及所涉及的重要计算软件。通过理论分析确定黑启动过程中的主要需 要解决的问题，从而确定黑肩动方案实施的可行性。 分析并介绍辽宁电网的特点及网槊结构，分析并研究辽宁电网负荷特点。从全局上 考虑黑启动方案的整体思想，确定四个子系统的分别建立及环升地点，确定遴出负荷的 顺序。 以沈海予系统为主，着重阐述子系统的恢复过程。在进行自励磁及操作过电压校验 和系统仿真后，做出沈海子系统的整体恢复思路。再对其它三个子系统进行分别介绍及 和系统仿真后，做出沈海子系统的牲体恢复思路。再对其它三个子系统进行分别介绍及 盎i b 盘生三堡题茎焦逢盘篓二至i i 主 网络分析，分别作出三个子系统的启动方案。 在四个子系统建立后，经过理论分析及计算，并经过仿真验算。把四个子系统进行 环并，形成整个辽宁电网主网架。并最终进行剩余负荷及线路的送山，从而完成整个黑 启动研究方案。 盎a ! 叁生兰程塑堂焦逢童 笠三空墨廛壶壅塞基熊堡缝 第二章黑启动方案的基础理论 2 1黑启动方案所涉及的理论 2 1 1 黑启动中涉及主要名词解释 黑启动，所谓黑启动，是指整个系统因故障停运后，不依赖于别的网络帮助，通过 系统中具有自启动能力机组的起动，带动无自启动能力的机组，逐渐扩大系统恢复范围， 最终实现整个系统的恢复。 自励磁，同步发电机的自励磁是无励磁发电机在过大的电容负荷下电压自发上升的 一利，现象，建立的电压可能很高。当发电机带空载长线路时，相当于带一容性负荷，如 果发电机转子有剩磁，则机端会有一个微小的电压u ，此电压加在容性负荷上，系统 将产生容性电流，该容性电流会对发电机产生助磁效应；随着励磁电流的增大，机端电 压将会升高，那么，系统中的容性电流也将增大，则助磁效应增强，【，又将上升 如此往复，机端电压将越来越高，但由于实际存在的磁路饱和，机端电压不会无限增大。 合闸过电压，在计划性的合闸之前，线路上不存在接地，系统是对称的，线路上初 始电压为零，在合闸初瞬间的暂态过程中，电源电压通过系统等值电感上。对空载线路 的等值电容c ，充电，回路中将发生高频振荡过程，从而产生过电压。 2 1 2 黑启动中的自励磁问题 当同步发电机向高压远距离输电线路充电时( 图2 1 ) ，由于线路导线之间及导线 对地之间有电容存在，将产生充电电流，此电流是容性的。发电机送出电流要产生助 磁性的电枢反应。也就是说，。在发电机空载电势邑的作用下的充电电流要产生使 发电机电压增大的电枢反应。 如果不考虑发电机的漏抗，且设发电机未加励磁，仅有剩磁，该剩磁产生的空载电 势为昱。，在e 。的作用下，在线路电容c 中产生充电电流。，它在电容c 上的电压u ，将 按照输电线路的u ，= i ，x ，直线关系变化，同时发电机在此0 的作用下产生一个助磁 的电枢反应，使发电机的电势有所升高，在增大了发电机电势的作用下，又产生一个更 大一些的充电电流，从而要产生一个更大的助磁电枢反应，这又使发电机电压进一步升 高。这个过程一直持续到直线u ，= i 。x 。与同步电机的空载特性曲线岛= 厂也) 相交 为止。这就发生了自励磁。 发电机自励磁时的电压和电流数值决定于发电机本身和电网参数。这是一种参数谐 振，在包括有电阻、电感、电容的电路中，如果其中的电抗或电容周期性变化所产生的 盎j b 盎生兰焦题生焦造塞 簋三童墨痘动左塞基些堡缝 能量超过电阻上所消耗的，就能j t 生参数谐振。 黑启动过程中首先遇到得问题是自励磁问题。作为系统恢复第一步，欲送出起动功 率至其他机组，必须先投入发电厂与变电所之间的2 2 0 k v 线路，此时，要考虑投入空载 长线时机组是否会发生自励磁。 ，。 圈2 1 发电机向线路充电等值电路图 f i g 2 1t h ee q u i v a l e n c ec i r c u i tp l o tw h e ng e n e r a t o rc h a r g et h el i n e 发电机自励磁现象的实质是参数谐振。设在一同步发电机l ! l 勺定予中有一组稳定正序 电流流过，其综合相量为，如果发电机能够送出电磁功率，以平衡输电系统电阻中 的功率损耗，则发生了同步自励磁。 同步自励磁产生时，定子电流产生的磁场与转子相对静止，并由于实际存在的磁路 饱和，发电机电压不会无限上升而要稳定在某一固定值( 尽管有时这一固定值非常大) 。 所以同步自励磁最后是一种稳态运行方式。 根据参数谐振的概念得到其稳定边界，其边界条件为 y。 l _ 图2 2 f i g 2 2 卜半卜竽 2 弦， 式中x 。为线路对地电容，为发电机直轴同步电抗，石。为发电 机纵轴同步电抗，r 为等效电阻。 用图形表示即为图三中半圆i l l 。这一半圆圆心的坐标为( 0 ， 半) ，而其半径为( 孚) 。半圆内的阴影部分i 是不稳定 区。当代表输电系统参数的点( r ，t ) 落于半圆m 内时，系统发生同步自励磁。 参考文献1 7 提供自励磁仿真数字方法是基于如图2 3 、图2 4 所示的肠( p ) 、局( p ) 等值电路图。这样就必须进行参数变换，求出肠( p ) 、五( p ) 等值电路图中的参数。通 过对数值仿真得到结论。 盎i b 盘茔墨摆墅生焦造童簋三室一墨皇塾主塞叁熊堡迄 r x 图2 4 蜀( p ) 等值电路图 f i g2 4t h ep l o to f 蜀( 口) q u i v a l e n c cc i r c u i t 按参考文献1 7 ，发电机的差分方程组、电容器电压方程和电阻元件电压方程分别为 发电机的差分方程组有1 2 个： 甲f ( t + a t ) + a _ t 七k o + f ) = 、壬j f ( r ) a tr ，i f ( ，) 甲。( t + a t ) + a ：_ tr d 。f 。o + f ) = v 。( f ) 一a 了t7 k z 。( r ) 甲，( ，+ f ) 一( x n + x 眦+ x 删) 0 0 + r ) 一( x + x 耐) f 。0 + f ) + x 。d o + a 1 ) = 0 甲。( f + r ) 一( x 彤+ x 卅) f f 0 + f ) 一( x d 。+ 茁阳+ z 鲥) f 。( f + a t ) + x 。d i d ( t + f ) = 0 w d ( t + a t ) 一x 鲥i f ( r + a t ) 一x a d i 肌o + r ) + ( x 。+ x 删) o + r ) = 0 甲m ( f + a f ) + a _ tr 跏f 未( t + a t ) = 掣h 。( f ) 一等7 k f o ) 甲q c ( t + a t ) + 等饧。i 副o + 出) = 甲 o ) 一了a lr 。1 印( r ) 、王，册o + f ) 一( x 肌+ x 0 ) f 执o + f ) 一x 岫i e 。( t + a t ) + x 州i 目u + ) = o 。p + f ) - x a q i 胁o + ，) 一( x 出+ x a q ) 7 出0 + r ) + x 叼f 目o + ) = o 蠡j 盘生里程巫茎焦遮盘 錾三重墨星勤左塞基坐堡垒 q v + a t ) 一x 州1 h e u + a t ) 一【x q c + 艽吖) t q c t t + a t ) + l x o + x 叼j i q ( f + f ) = 0 一了a tr i d c ( f + a f ) + q d ( t + a t ) 一等_ ( f + f ) 一了a t ( f + f ) ：k ( f ) + _ a t 【，( f ) + ( r ) + u d l ( f ) 一等峨( r + f ) + 等k ( r + + 一( r + i r ) 一等( r + 蜘 = 甲9 ( f ) + i a t i r f g ( f ) 一( f ) + u q l ( f ) 】 电容器电压方程有2 个： 一a _ tx c i d o + r ) + u d 2 + f ) 等“q 2 p 十f ) ：m d 2 0 ) + _ a _ t h 。屯( f ) + “。：( f ) 】 一i a tx c i q ( t + o + u q 2 u + f ) + a 丁t “d 2 ( f + f ) r = 2 ( f ) + 詈 x j g ( f ) + “d 2 ( f ) 电阻元件电压方程也有2 个： “。“+ a t ) 一r i d 0 + f ) 一“j ，o + a t ) = 0 “口l p + r ) 一r i 9 0 + a t ) 一“9 2 p + a t ) =