（电力系统及其自动化专业论文）交直流电力系统恢复控制策略研究.pdf

浙江大学博士学位论文 摘要 二次开发语言i p l a n ，引入适用于工程优化问题的粒子群优化算法对所建的最 优负荷恢复问题进行求解，并采用罚函数法对动态约束条件进行处理，以快速求 得在满足系统安全稳定约束条件下可恢复的最大负荷量及负荷位置。 ( 5 ) 对基于电压源换流器( v s c ) 的直流输电系统在电力系统恢复中的应用 进行了研究，提出通过新型直流输电技术( v s c h v d c ) 实现相邻系统或黑起 动机组对停电系统中被起动电厂的厂用负荷进行恢复供电。在对d q 0 坐标系下 v s c 的暂态数学模型进行分析的基础上，建立了用于系统恢复过程中厂用电动 机负荷起动的v s c h v d c 仿真模型，对v s c h v d c 两端系统的控制器分别进 行了设计，并对给水泵等大型异步电动机负荷的起动过程进行了仿真验证，结果 表明v s c h v d c 能够为异步电动机的起动提供有效的无功功率支持，并确保了 电动机起动过程中的厂用母线电压能维持在合理的水平，以实现厂用电动机负荷 的顺利起动。 ( 6 ) 对南方电网因直流故障切机后的恢复策略进行了研究，提出通过降低其 它运行机组出力的控制策略，使被切机组能在短时间内投入，达到在保持系统稳 定的前提下使被切机组快速恢复的目标。利用p s s e 软件的用户自定义计算功能 对发电机的出力调节过程进行建模，对南方电网发生贵广直流双极闭锁故障后被 切机组并网后的带负荷过程进行仿真，结果表明，在被切机组的带负荷过程中， 适当降低其它运行机组的出力，可以保持送端系统输出功率基本不变，不会对系 统的稳定性造成影响，从而证明了该方法的可行性和有效性。 关键词；电力系统，大停电事故，故障恢复，工频过电压，灵敏度分析，谐波谐 振过电压，系统频率响应特性，负荷恢复，冷负荷恢复特性，粒子群优化，p s s e ， 黑起动，异步电动机，直流输电，电压源换流器，安全稳定性，切机，仿真，用 户自定义程序 i i 浙江大学博士学位论文摘要 r e s t o r a t i o n s t r a t e g i e s a b s t r a e t i nr e c e n ty e a r s p o w e rs y s t e m sh a v ei n c r e a s e di nb o t hs i z ea n dc o m p l e x i t yd u et ot h er a p i dg r o w t h o f i n t e r c o o n e c t i o n sa n dw i d e s p r e a da p p l i c a t i o no f l o n gd i s t a n c eh v d ct r a n s m i s s i o n m e a n w h i l e ，w i t h d e v e l o p m e n to f p o w e rm a r k e ta n de x t e n s i v eo p e r a t i o no f e c o n o m i cd i s p a t c h ，p o w e rs y s t e m st e n dt ob e o p e r a t e dc l o s e ra n dc l o s e rt ot h e i rs t a b i l i t yl i m i t s t h e s ef a c t o r sh a v ei s s u e db i gc h a l l e n g e st os y s t e m 鲥：c 峨o p e r a t i o ns ot h a tb u l kp o w e rs y s t e m sa r cm o r ev u l n e r a b l et op o t e n t i a ld i s t u r b a n c e sa n de v e n b l a c k o u t s i no r d e rt om i n i m i z ea d v e r s ei m p a c to nt h ep u b l i c ，t h es y s t e mn e e d st ob er e s t o r e dt on o r m a l o p e r a t i o na sq u i c k l ya n dr e l i a b l ya sp o s s i b l ei nc a s eo f ac o m p l e t eo rp a r t i a lb l a c k o u t t h i sd i s s e r t a t i o n m a i n l yd e n sw i t ht h ev o l m g ea n df r e q u e n c yc o n t r o lp r o b l e m sd m i n gp o w e rs y s t e mr e s t o r a t i o np r o c e s s t h em a i nw o r ki so r g a n i g g da sf o l l o w s ： m o d e l i n ga n ds i m u l a t i o ni s m _ e sp e r t a i n i n gt os y s t e mr e s t o r a t i o np r o c e s sa r ca d d r e s s e d , w h i c h c o v e r sv a r i o u ss t a g e so fr e s t o r a t i o ni n c l u d i n gt h es t a t i c ，t r a m i e n ta n dd y n a m i cb e h a v i o ro fp o w e r s y s t e md u r i n gr e s t o r a t i o n m o d e l sf o rc o l dl o a dp i c k u pa n dg e n e r a t i o nr a m p i n gp r o c e s so fg e n e r a t o r s a r e d e v e l o p e d s i m u l a t i o ns t u d i e sa r ec a r r i e do u tf o r e n e r g i z a t ：i o no fm m s m i s s i o nl i n e sa n d t r a n s f o r m e r s ，s t a r t - u po f a u x i l i a r ym o t o r sa n dg e n e r a t i o nr a m p i n gp r o c e s s ，w h i c ha r ei n d i s p e n s a b l ef o r d e v e l o p m e n to f p u w e rs y s t e mr e s t o r a t i o np l a na n dr e a ls y s t e mr e s t o r a t i o n as e n s i t i v i t ya n a i y s hb a s e dm e t h o di sp r e s e n t e df o rc o n t r o lo fp o w e rf i c q u e n c yo v e r v o l t a g e s c a u s e db ye n e r g i z a t i o no fl i g h t l yl o a d e dt r a n s m i s s i o n sl i n e sd m i n ge a r l yr e s t o r a t i o ns t a g e s t h e e f f i c i e n tc o n t r o lv a i l a b l e sa r ei d e n t i f i e db ym e a n so fs e n s i t i v i t ya n a l y s i st oe n s u r et h a tt 1 1 em i n i m u m s h i f t sa r en e e d e df o rc o n t r o lo fo v e r v o l t a g e s e f f i c i e n c yc o e f f i c i e n t ( e c li sd e f i n e dt ot a k ei n t o a c c o u n tb o t hv o l t a g es e n s i t i v i t yt oc o n t r o lv a r i a b l e sa n do t h e rf a c t o r si n c l u d i n ge q u i p m e n tl i m i t a t i o n s ， s y s t e mo p e r a t i o nc o n s t r a i n t sa n dc u r r e n ta d j u s t i n gm a r g i n se sw e l l t h ec o n t r o lv a r i a b l e ss e l e c t e d a c c o r d i n gt ot h e i re c sg u a r a n t e et h a tn on e wv o l t a g ev i o l a t i o n sw i l lb eg e n e r a t e dd u r i n gt h ec o a t r o l p r o c e s s t h eh a r m o n i co v e r v o l t a g e s o , i g i n a t i n gf i o ms w i t c h i n go ft h en o n l i n e a rd e v i c e ss u c ha s t r a n s f o r m e r sa r co fg r e a tc o n c e r t id u r i n ge a r l ys t a g e so fp o w e rs y s t e mr e s t o r a t i o n b a s e do nd e t a i l e d a n a l y s i so nt h ec a l l g eo fh a r m o n i co v e r v o l t a g e s ，c o n t r o lo fh a r m o n i co v e r v o l m g e si sa c c o m p l i s h e d t h r o u g hc o n t r o lo ft h et r a n s f o r m e ri n r u s ha 峨ta n di m p r o v e m e n to ft h es y s t e mf t e q u e n c yr e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s s e n s i t i v i t ya n a l y s i si sp e r f o r m e dt of i n dt h em o s te f f i c i e n tl o a d sf o ri m p r o v e m e n to f t h e s y s t e mf r e q u e n c yr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c ss ot h a tt h eh a r m o n i co v e r v o l t a g e sc a nb ec o n t r o l l e dw i t ht h e m i n i m u ml o a d sa n do p e r a t i o n s w e i g h t i n gf a c t o r sa r ci n t r o d u c e dt ot a k ei n t oc o n s i d e r a t i o nt h e h a r m o n i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h et r a n s f o r m e ri n r u s hc u r r e n ts oa st og e ts e n s i t i v 埘o ft h eh a r m o n i c o v e r v o l t a g e st os y s t e ml o a dw i t he n o u l g ha c c u r a c y i no r d e rt or e d u c et h el a r g ea m o u n to fs i m u l a t i o n t i m e ，t h ee n e r g yo ft h es i g n a li sa p p l i e dt op r e d i c tt h et e n d e n c yo ft h ev o l t a g ew a v e f o r ma n da n f l g o f i t h mi sd e v e l o p e dt ot e r m i n a t et h ee l e c t r o m a g n e t i ct r a n s i e n ts i m u l a t i o ni nam i n i m u ma l n o o n to f i h 浙江大学博士学位论文 摘要 t i m e w h i c he n a b 】e sf a s ta s s e s s m e n ta n de f f i c i e n tc o n t r o lo f t h eh a r m o n i co v e r v o l t a g e s t h eo p t i m a ll o a dr e s t o r a t i o nm o d e lc o n s i d e r i n gc o l dl o a dp i c k u pi sf o r m u l a t e da sa no p t i m i z a t i o n p r o b l e ms u b j e c t e dt os y s t e mo p e r a t i o nc o n s t r a i n t si n c l u d i n gh 铷u c y ，v o l t a g ea n dg e m f i o no u t p u t , s ot h a tt h em a x i m u ml o a dm a yb ep i c k e du pw h i l em a i n t a i n i n gr e a s o n a b l ef r e q u e n c ya n dv o l t a g e p r o f i l e s w i t l li p l a np r o g r a m m i n gl a n g u a g ep r o v i d e db yp s s e , p a r t i c l e s w a r mo p t i m i z a t i o n a l g o r i t h mi sa p p l i e dt os o l v et h ep r o p o s e do p t i m i z a t i o np r o b l e m i na d d i t i o n ，p e n a l t yi si n u - o d u c e dt o h a n d l es y s t e mo p e r a t i o nc o n s t r a i n t s t h ep r o p o s e dm e t h o di sa b l et od e t e r m i n et h el o a dp o s i t i o n sa n d a m o u n t st h a tc a nb ep i c k e du pw i t h o u td i s t u r b i n gs y s t e ms e c u r i t ya n ds t a b i l i t y a p p l i c a t i o no fv o l t a g es o u r c ec o n v e r t e r ( v s c ) b a s e dh v d cw a n s m i s s i o nd u r i n gp o w e rs y s t e m r e s t o m t i o ni si n v e s t i g a t e d v s cb a s e dh v d cr v s c - h v d c ) t e c h n o l o g yi sp r o p o s e dt os u p p l yt h e a u x i l i a r ym o t o r so ft h es t e a mp l a n tt h a ti st ob eh o tr e s t a r t e db yt h ea d j a c e n ts y s t e mo rb l a c k - s t a r t g e n e r a t o r b a s e do nt h et r a n s i e n tm o d e lo fv s ci nd q 0r e f e r e n c ef t a m e ，as i m u l a t i o nm o d e lo f v s c - h v d cs y s t e mf b fs t a r t u po f t h ea u x i l i a r ym o t o r si sd e v e l o p e da n dd i f f e r e n tc o n t r o ls t r a t e g i e sm a d o p t e df o rc o n t r o l l e r sa tr e c t i f i e ra n di n v e r t e rs i d e sr e s p e c t i v e l y s i m u l a t i o ni sp e r f o r m e dt ov m f yt h e e f f e c t i v e n e s so f t h ep r o p o s e dv s c h v d cs c h e m ef o rs t a r t - u po f l a r g ei n d u c t i o nm o t o r ss u c ha sb o i l e r f e e dp u m pa n di n d u c e dd r a f tf e nm o t o r s t h er e s u l t ss h o wt h a tv s c - h v d ci sa b l et op r o v i d ee f f e c t i v e r e a c t i v ep o w e rs u p p o r tf o rs t a r t - u po fi n d u c t i o nm o t o r sa n dv o l t a g ed r o pa tt h ea u x i l i a r yb u sc a n m a i n t a i nr e a s o n a b l ep r o f i l e s d u r i n gs t a r t - u pp r o c e s so fi n d u c t i o nm o t o r s a sw e l l w h i c hm i n d i s p e n s a b l ef o rs u c c e s s f u ls t a r t - u po f t h ea u x i l i a r ym o t o r s ar e s t o r a t i o ns t r a t e g yi sp r o p o s e df o rc h i n as o u t h e r np o w e rg r i d ( c s p g ) w h e ns o m eg a n c r a t i n g u n i t sh a v et ob et r i p p e df o l l o w i n gs e v e r ed cs y s t e mc o n t i n g e n c i e s i nc a s et h et r i p p e du n i t sg ot h r o u g h as h u t d o w ne n dc o l ds t a r tc y c l ef u rl o n gd u r a t i o n , t h i sd i s s e r t a t i o np r e s e n t sac o n t r o ls l a a t e g yt h a t p o w e rg e n e r a t i o no fs o m er u n n i n gu n i t ss h o u l db er e d u c e dd u r i n gt h i sp r o c e s st op e r m i tt h en i p p e d u n i t st ob er e s y n c h r o n i z e dt ot h es y s t e mw i t h o u tc h a n g i n gt h ep o w e rl e v e la tt h es e n d i n ge n d , w h i c h e n a b l e st h et r i p p e du n i t st ob er e s t o r e dt ol o a dr a p i d l yw i t h o u td i s t u r b i n gs y s t e ms t a b i l i t y w i t hu w m o d e l sd e v e l o p e di np s s e ，s i m u l a t i o n sa r ep e r f o r m e do nc s p gt oi n v e s t i g a t et h es y s t e mb e h a v i o r d u r i n gr e l o a d i n gp r o c e s so f t h o s et h e r m a lu n i t sw h i c hh a v eb e a n 砸p p e df o l l o w i n gd cb l o c kf a u l t t h e r e s u l t ss h o wt h a tp o w e rg e n e r a t i o na tt h es e n d i n ge n dc e nb em a i n t a i n e da tar e a s o n a b l es t e a d yl e v e l w h e no u t p u to fs o m er u n n i n gu n i t sa r ea p p r o p r i a t e l yr e d u c e dd u r i n gt h er e l o a d i n gp r o c e s so ft h e t h e r m a lu n i t s ，t h u sh a v i n gl i t t l ei m p a c to nt h es y s t e ms t s b i l i t y ，w h i c hd e m o n s t r a t e st h ef e a s f b i l i t ya n d e f f e c t i v e n e s so f t h ep r o p o s e ds c h e m e k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ，b l a c k o u t , r e s t o r a t i o n , p o w e rf r e q u e n c yo v e r v o l t a g e ，s e n s i t i v i t y m m l y s i s ，h a r m o n i co v e r v o l t a g a ，s y s t e mf r e q u e n c yr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c s l o a dr e s t o r a t i o n , c o l d l o a dp i c k u pc h a r a c t e r i s t i c s p a r t i c l es w a l mo p t i m i z a t i o n , p s s e ，b l a c k s t a r t , i n d u c t i o nm o m r ，d c t r a n s m i s s i o n , v o l t a g e s o u r c e c o n v e r t e r ，s e c u r i t ya n ds t a b i l i t y ，g e n e r a t o ri z i p p i n g , s i m u l a t i o n , u s e t - w r i t t e ns u b r o u t i n e 浙江大学博士学位论文第一章绪论 1 1引言 第一章绪论 2 1 世纪，随着全球经济的不断发展和环境保护意识的增强，电力系统的发 展将面临一系列新的挑战，电力市场竞争机制的引进和环境保护的制约使建设新 的发电、输电项目日益困难，电力系统必须在越来越紧张的条件下运行，从而使 设备的运行越来越接近其稳定运行的极限，并增加了运行条件的不可预知性，使 电力系统的安全稳定问题越来越突出【1 】。由于电力系统本身具有统一性、同时性 和广域性的特点，致使全国性、区域性以及跨国性的电网互联，以其大范围资源 优化配置、经济性和可靠性的优势而受到各国电力部门的普遍重视和大力推进， 从而使电网互联成为当今世界各国电力系统发展的必然趋势【2 1 。随着电网互联和 远距离交直流输电技术的发展，大容量机组、超高压设备以及电力电子设备和可 控超导技术等在电力系统中的大量引入，电力系统的规模日益扩大，网络结构更 趋复杂，使得系统的动态行为愈加复杂i u 】，也使局部故障波及的范围增大，并 可能引起恶性连锁反应，甚至造成大面积停电事故的灾难。 世界上无数的大灾变、事故的教训说明，随着电力系统的扩大，发生灾变、 事故的因素在增加，波及的范围在加大，对国家安全、经济和人民生命财产造成 的损失也在增加。自2 0 世纪6 0 年代以来，世界各国均发生过大面积停电事故， 1 9 9 6 年7 、8 月美国西部接连发生2 次大停电事故，美国总统认为停电事故己“危 及国家安全”。2 0 0 3 年下半年至今，在北美和加拿大、英国伦敦、瑞典和丹麦、 意大利、希腊、科威特、瑞典以及俄罗斯首都莫斯科等国家和地区都先后发生过 大面积停电事故，其中2 0 0 3 年8 月1 4 日发生的美加大停电波及5 0 0 0 万人口的 供电范围，造成了巨大的经济损失和社会影响，引起了世界各国的普遍关注。我 国近2 0 年来在各大电网发生的停电事故也有1 0 0 余起【4 1 ，引起了大面积地区的 停电，给国民经济造成了很大损失。这些大停电事例说明，电网愈大，发生事故 波及的范围愈大，造成的损失也愈大1 5 1 0 目前我国电力发展己进入大电网、大机组、超高压和信息化的时代，由于我 国能源分布极不均衡，水力资源主要集中在西南部地区，煤炭资源主要集中在“三 西”( 山西、陕西、内蒙西部) 地区，而负荷主要集中在经济发展较快的东南沿 海地区，这种能源资源分布和经济发展区域不平衡的特点，宏观上决定了“全国 联网、西电东送、南北互供”必然成为我国最大范围内资源优化配置的基本取向， 浙江大学博士学位论文第一章绪论 是我国电力工业发展的必然选择【6 j 。随着经济发展和西部大开发战略的实施，电 力建设不断加强，我国电网发展己进入全面推进西电东送、南北互供和全国联网， 实现更大范围资源优化配置的新阶段。随着我国电力市场化改革的逐步深入，投 资的多元化导致了权益分配的多元化和市场竞争日甚，势必为了追求经济性而淡 化安全意识，从而可能对电网的安全稳定运行带来负面的影响。因此，在厂网分 开的新形势下和实施西电东送、南北互供、全国联网的战略过程中，我国的电网 安全运行仍存在较大的隐患，不可能绝对避免因各种原因导致的事故扩大，必须 对系统可能发生停电事故的最坏情况做好准备。为了提高事故处理能力和速度， 尽可能减少停电时间，以在保证系统安全恢复供电的前提下将事故损失减少到最 小，防患于未然，研究系统停电事故后的恢复控制问题具有非常重要的意义。 1 2电力系统恢复的定义及系统全停后的恢复步骤 1 2 1电力系统恢复 通常引起系统发生大面积停电事故的原因有多种类型，如自然灾害、输电线 路过负载、继电保护误动作以及人为因素导致系统的失稳等。在国内外发生的大 停电事故中，多次是因事故过程中大量负荷转移，引起恶性连锁反应而逐步扩大， 最终导致电网的崩溃，其典型的发展过程如图1 1 所示m 。 圈 令囫 臣互堕堕圃g 圆 图1 1系统停电事故发生和发展的一般过程 f i g 1 - l c o m m o ns e q u e n c eo f e v e n t si ns y s t e mb l a c k o u t 由图1 1 可见，当系统中发生单一事故和多重故障时，如果没有及时采取有 效措施加以限制，事故的扩大将引起大量功率潮流的突然变化，从而造成一系列 2 浙江大学博士学位论文第一章绪论 的输电线路和电源的连锁反应跳闸，系统解列成多个孤岛，由于孤岛内的电源装 机容量与负荷的严重不平衡，导致电压水平恶化甚至电压崩溃和频率崩溃等，最 终导致停电事故的发生。因此，恢复过程即是为重建电力系统充裕状态而采取的 一系列控制作用，包括发电机快速起动、再同步并列、输电线路重新带电、负荷 再供电和电力系统解列部分再同步运行等。恢复控制则是指电力系统由于扰动进 入极端紧急状态或崩溃时，为恢复系统充裕性而进行的控制【引。电力系统恢复控 制包括两种情况：( 1 ) 系统局部故障的恢复控制。即系统某些元件因故障退出运 行和某些用户被迫中断供电时，为恢复系统完整性和恢复用户供电而进行的控 制；( 2 ) 系统全停后的恢复控制。即由于严重故障导致大范围停电，为系统全停 后恢复而进行的控制，此时各区域系统需要制定详细的全停后恢复方案，并确保 必要的全停后起动能力以及妥善的恢复步骤，实现在保证系统设备安全的前提下 顺利执行系统恢复的任务。 系统在恢复过程中主要有以下几个方面的特征 5 , 9 , j 0 1 ：( 1 ) 系统的运行状况异 常，有大量负荷不能正常供电，并存在设备跳开、通信中断等现象；( 2 ) 过多的 警报信号。系统全停时，突然会有大量的警报信号涌入调度中心的计算机监控系 统而无法消化，运行人员将淹没在信息的海洋中而不能迅速研究系统的情况；( 3 ) 气氛紧张。由于系统发生大面积停电事故属于低概率事件，系统全停事故对每个 运行人员来说都极少碰到，因而也缺乏处理停电事故的经验。发生事故当时，气 氛非常紧张，调度人员必须在短时间内做出正确的判断，下达正确而可行的操作 命令，如果事先没有考虑周全的恢复计划可供遵循，而要求临时做出决策，难免 会出现错误，如果处理失误，甚至会导致更大的停电事故发生。 因此，系统发生停电事故后的恢复是一个相当复杂且耗费时间的过程，在该 过程中，运行人员在承受很大压力的同时，还要尽可能快速地恢复供电，并要避 免有可能损坏电气元件的情况，确保所做决策的有效性和适用性。虽然电力系统 一般都备有详细的恢复计划，但是由于某些不确定因素，系统在恢复过程中难免 会遇到一些计划中没有考虑到的情况，此时只能依赖调度人员的经验和对系统的 知识来应对各种具体问题。因此，为了尽可能减少停电时间和对停电负荷实行快 速、安全地恢复供电，迫切需要研究系统停电事故后的快速恢复控制策略，以对 调度人员的决策过程进行在线指导。 1 2 2 电力系统恢复控制的目标 电力系统恢复的总体目标是快速实现系统的重建和负荷的恢复供电。为了顺 浙江大学博士学位论文 第一章绪论 利达到系统恢复的目标，系统的恢复过程应该满足如下要求】：( 1 ) 安全恢复。 即在恢复过程中要确保人员和系统设备的安全，防止系统重建过程中可能的重负 载、非同步合闸和过电压等情况对设备的冲击和损坏；( 2 ) 恢复过程应谨慎、平 稳。恢复过程中要确保有功负荷、无功负荷与系统中装机容量相平衡，防止电压 和频率的越限甚至电压崩溃或频率崩溃事故的发生。因此，应首先重建一个稳定 的网架系统，为后续负荷的安全恢复供电奠定基础，以确保恢复步骤的稳定执行 【12 】；( 3 ) 恢复时间最短。系统中的一些重要元件如断路器、r t u ( 远程终端设备) 、 通信和控制系统等，通常要有紧急备用发电机或蓄电池对其供电，当停电时间超 过这些电源的使用期限时，势必影响断路器和控制系统等的工作性能。另外，系 统中不同类型的发电机有最大或最小起动时间限制，如某些热力机组( 带汽包炉) 能安全热起动的最长时间间隔或某些热力机组( 带超临界直流炉) 热起动的最短 时间间隔等【5 】，因此确定发电机最优起动顺序的关键问题在于把握好各种允许的 时间间隔，以加速系统的恢复进程；( 4 ) 对公众的负面影响最小。为尽可能减小 停电事故造成的影响和损失，系统恢复初期应首先对那些重要的、对公众安全影 响最大的关键负荷恢复供电，如交通、医疗等部门。( 5 ) 能灵活应对各种问题。 系统的恢复过程相当复杂，在恢复过程中难免会出现各种异常情况，此时恢复控 制应能灵活地应对各种具体问题，防止停电事故的再次发生。 综上所述，电力系统恢复控制的目标即在晟短的时间内和保证系统设备安全 的前提下，对系统负荷实现安全可靠地恢复供电，其在数学上可以用一个多目标、 多阶段、满足不同约束的组合优化问题来描述 1 3 - 1 5 】，当系统的规模很大时，该问 题的求解存在着组合爆炸问题，目前很难找到一种通用的系统化的分析工具来进 行分析和研究。 1 2 3系统全停后的恢复步骤 全停后的系统恢复，在大规模的现代电力系统中，是一个相当复杂且耗费时 间的过程，根据系统恢复过程中不同时期的特点和主要任务目标，其大体可分为 三个阶段，即准备阶段、系统重建阶段和负荷恢复阶段【9 1 6 - 1 s l 。 1 2 3 1 准备阶段 该阶段主要负责系统恢复的前期准备工作，包括对系统事故后状态的评估， 故障定位，确定停电区域及对该区域频率和电压信息等的收集，对系统内起动电 源的情况分析，根据系统自身条件和停电事故的规模确定系统的起动方式等，如 4 浙江大学博士学位论文 第一章绪论 当停电区域的相邻系统未受破坏时，可通过该相邻系统的联络线为停电机组提供 起动电源和对重要负荷供电【】9 , 2 0 l ，避免黑起动过程造成停电时间的延长，从而大 大加速恢复的进程。否则，当外部系统不能提供起动电源时，需要根据系统中具 有自起动能力的机组情况确定起动电源及其起动顺序。另外，调度人员还要在短 时间内根据系统状况和人员情况确定一个合理的目标系统，以确保后续恢复工作 的顺利进行。恢复准备阶段的时间非常紧急，通常在不超过一个小时【1 6 1 ，且由 于发生事故当时，气氛非常紧张，调度人员必须在短时间内作出正确的判断，下 达正确而可行的操作命令，因此该阶段工作对系统恢复的成功与否有很大的决定 性作用。 1 2 3 2 系统重建阶段 系统重建阶段的主要任务是尽快向各停电厂站恢复送电，并建立一个稳定的 网架系统，为后续大量的负荷恢复奠定基础。根据实际系统的特点及其停电范围， 通常电网恢复过程可采取的基本策略主要有三种，即“自下至上”( b o t t o m u p ) 策略、“自上至下”( t o p - d o w n ) 策略和组合策略( c o m b i n a t i o ns t r a t e g y ) 【9 ，1 1 , 1 6 。 在。自下至上”策略中，一般先将系统划分为多个子系统或孤岛独立地进行恢复， 当各孤岛稳定重建后，再通过调度联系实现并联，以加速全系统的恢复过程。而 “自上至下”策略则通常是通过外部系统提供的电源，将本系统的主干输电系统 进行恢复供电，再通过这些输电系统对重要的发电厂或变电站负荷恢复供电，并 逐渐增加发电量，以对其它输电系统和负荷实现恢复供电。一些系统采用将上述 两种策略结合起来的方法，即组合策略，该策略在重建各个孤岛的同时，也通过 外部系统对某些输电系统进行恢复供电。因此，根据不同的恢复策略，各系统的 恢复计划中制定的各项恢复任务的执行顺序也是不同的。另外，系统在重建阶段 仍需要投入一定量的负荷，以保证发电机能在最低负荷水平下稳定运行并维持系 统电压水平在允许范围内【1 2 】。 1 2 3 3 负荷恢复阶段 负荷的恢复在系统重建阶段主要是作为保持系统稳定的一种控制措施，而在 负荷恢复阶段则是恢复任务的主要目标，即尽可能多、尽可能快地全面恢复负荷， 实现全系统用户的恢复供电，此时要根据发电机出力的爬坡速度、频率响应等逐 步投入负荷，直到所有负荷恢复供电为止，即完成了整个系统的恢复过程。 另外，当系统中含有直流输电线路时，由于直流输电需要交流电网提供换相 电流，因此要求受端系统必须为有源交流网络。同时，交直流输电系统以及各直 浙江大学博士学位论文第一章绪论 流输电子系统之间的相互作用十分复杂，当交流系统较弱或负荷较重时，直流系 统的运行将可能产生一系列问题，如逆变器发生换相失败、直流系统在扰动后难 以快速恢复以及电压失稳等。因此，直流系统往往在系统恢复过程的后期阶段才 投入1 2 1 0 2 1 ，以确保受端交流系统具有足够的短路容量，为直流输电系统提供可靠 的换相电流。近年来随着电力电子技术的发展，基于电压源换流器( v o l t a g es o u r c e c o n v e r t e r , v s c ) 的新型直流输电技术( v s c h v d c ) 得以出现，其换相过程不 受受端交流系统短路容量的影响，且可以工作在无源逆变方式，因此可以向无源 交流网络供电，从而使得v s c h v d c 在电力系统发生全停事故后恢复过程中的 应用成为可能。 1 3系统恢复过程中需要注意的问剧5 , 1 7 , 1 a , z a - 4 7 1 虽然不同电力系统各有自身的具体特点，但在系统恢复的过程中，都有一些 共性的问题需要引起注意。 1 3 1起动电源1 5 ，2 孓2 7 l 在待恢复的某个区域，如果相邻系统不能提供起动电源且本区域内的热力机 组和核电机组均己停机，则需要由本区域内具有自起动能力的机组( 如水轮机、 燃汽轮机等) 提供起动电源，即黑起动。由于这些机组通常容量较小，又经长距 离高压输电线路向其它热力机组的厂用负荷送电，因此对起动机组的无功容量有 较高的要求，一方面，当高压输电线路投入时，为防止由空载线路的电容效应引 发自励磁现象或末端电压过高1 5 刀j ，要求起动机组有足够的吸收无功功率的能 力；另一方面，当由黑起动机组向其它厂用负荷送电时，由于这些异步电动机的 起动要吸收大量的无功功率，可能造成电压下降过大，甚至引起自动减负荷装置 动作，导致已恢复负荷的再次断电等，因此起动机组应有提供足够的无功功率的 能力。同时，由于系统在黑起动过程中比较弱，厂用负荷起动引起的频率和电压 暂态过程也要引起足够的重视，以防止频率或电压超出允许范围而导致起动失败 等1 2 4 7 5 1 。因此，为了确保黑起动方案的可行性，需要进行大量的仿真计算，以确 定发电机端电压、升压变压器和厂用变压器的最佳分接头位置等【1 7 0 5 。2 7 】。 6 浙江大学博士学位论文第一章绪论 1 3 2无功功率平衡和电压控制1 9 , t o , 1 2 l 雄嘲 在超高压电网的恢复过程中，无功功率平衡是一个严重问题。一般而言，恢 复电网有两种可能的做法1 5 ：一种是按系统发展过程的相同顺序恢复系统，将超 高压电网置于最后恢复，这种做法的明显缺点是相当程度地延长了整个的恢复时 间。为了加速系统的恢复进程，通常采取另外一种做法，即先恢复超高压电网， 再依次恢复各厂站，该方法的不足之处是可能产生过电压问题，因此为保证设备 的安全，必须对操作顺序进行仔细的研究和安排。在系统恢复的初始阶段，当恢 复高压架空线路或地下电缆时，由于空载或轻载线路的电容效应，其恢复相当于 无功电源在系统内的突然引入i ”j ，此时若没有足够的无功负荷使之平衡，将会 引起系统范围内的电压升高，即持续工频过电压的产生。工频过电压过于严重时 将引起发电机自励磁和不可控的电压上升【2 1 2 ”o l ，并可能进一步导致变压器的过 励磁、谐波畸变和谐波谐振过电压的产生，甚至破坏避雷器和断路器的电流切断 能力等 3 2 1 ，因此系统在恢复过程中的无功功率平衡问题非常重要。同时，由于 发电机的实际无功能力不仅取决于其设计参数，还要受厂用设备及系统运行条件 的约束，从而导致其实际的无功功率范围要比制造厂家提供的无功容量参数小得 多1 3 ”5 1 。通常系统在恢复过程中对发电机的无功容量都有较高的要求因此如何 确定和优化发电机