電網(wǎng)黑啟動(dòng)方案關(guān)鍵問(wèn)題探討

張 莉，王 晉，盧政堯

(成都電業(yè)局，四川 成都 610021)

0 引言

在電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電事故后，切實(shí)有效的應(yīng)急方案能夠最大程度地降低大停電造成的損失，對(duì)于確保社會(huì)秩序穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)行具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義［1］。“黑啟動(dòng)”是電網(wǎng)大面積停電事故應(yīng)急體系中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一［2］。以成都電網(wǎng)為背景，從電源恢復(fù)、路徑尋優(yōu)、負(fù)荷接入、安全校核、繼電保護(hù)和方案評(píng)估等角度［3－9］出發(fā)，就方案編制中存在的問(wèn)題進(jìn)行了針對(duì)性分析并提出相應(yīng)改進(jìn)建議。

近年來(lái)，成都電網(wǎng)負(fù)荷密度不斷增加，短路電流水平逐年增長(zhǎng)。隨著部分500 kV變電站及其配套工程的投運(yùn)，網(wǎng)內(nèi)多個(gè)220 kV站短路電流已超過(guò)開(kāi)關(guān)遮斷容量。個(gè)別500 kV站主變壓器跳閘將引發(fā)局部220 kV網(wǎng)絡(luò)中各站母線電壓跌落達(dá)20 kV以上，若無(wú)法保證110 kV及以下電網(wǎng)無(wú)功平衡，電壓跌落將更為嚴(yán)重，可能造成局部電網(wǎng)電壓崩潰。在高峰負(fù)荷時(shí)段，網(wǎng)內(nèi)許多主變壓器容載比很低，重載及過(guò)載線路較多，系統(tǒng)穩(wěn)定儲(chǔ)備不足。綜上所述，多種因素使成都電網(wǎng)存在因重要單一元件故障引發(fā)連鎖性故障從而導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生大面積停電事故的可能性。

針對(duì)預(yù)先編制的《電網(wǎng)黑啟動(dòng)方案》所存在的各種問(wèn)題，闡述了黑啟動(dòng)方案的制定方式由離線決策逐步轉(zhuǎn)變至在線實(shí)時(shí)決策的必要性，以適應(yīng)電網(wǎng)大停電發(fā)生后有效輔助電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行部門(mén)作出相應(yīng)動(dòng)態(tài)決策的需要，并提出了開(kāi)發(fā)黑啟動(dòng)輔助決策系統(tǒng)對(duì)于提高調(diào)度運(yùn)行部門(mén)應(yīng)對(duì)大面積停電災(zāi)難的能力將具有重要現(xiàn)實(shí)意義。在此基礎(chǔ)上，探討了黑啟動(dòng)輔助決策系統(tǒng)的體系架構(gòu)和功能構(gòu)成等主要內(nèi)容。

通過(guò)探討當(dāng)前黑啟動(dòng)方案編制中的一些關(guān)鍵問(wèn)題，以期為進(jìn)一步做好電網(wǎng)黑啟動(dòng)工作提供一種新思路。

1 電源恢復(fù)

1.1 黑啟動(dòng)電源的選擇

為獲得較滿意的恢復(fù)效果，選擇黑啟動(dòng)電源時(shí)應(yīng)綜合考慮下列因素:①選擇調(diào)節(jié)性能好、啟動(dòng)速度快和具備進(jìn)相運(yùn)行能力的機(jī)組;②優(yōu)先選擇直調(diào)電廠作為啟動(dòng)電源;③盡量選擇接入較高電壓等級(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)荷中心較近的電廠。

圖1至圖3為成都電網(wǎng)各子網(wǎng)拓?fù)鋱D。在子網(wǎng)1，黑啟動(dòng)電源為紫坪鋪水電廠，現(xiàn)役裝機(jī)規(guī)模為4×190 MW，調(diào)節(jié)庫(kù)容大，可作系統(tǒng)主調(diào)頻電源，對(duì)保證恢復(fù)過(guò)程中的頻率穩(wěn)定可發(fā)揮積極作用;在子網(wǎng)2，黑啟動(dòng)電源為雨城水電廠，現(xiàn)役裝機(jī)規(guī)模為3×20 MW，由于機(jī)組裝機(jī)容量較小，故應(yīng)盡快創(chuàng)造條件與相鄰子系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行;在子網(wǎng)3，黑啟動(dòng)電源為冷竹關(guān)和小關(guān)子水電廠，現(xiàn)役裝機(jī)規(guī)模合計(jì)340 MW，調(diào)節(jié)庫(kù)容較大，完成自啟動(dòng)后可通過(guò)臨興線向隆興站并網(wǎng)電源磽磧提供啟動(dòng)電能。

圖1 子網(wǎng)1恢復(fù)路徑

圖2 子網(wǎng)2恢復(fù)路徑

圖3 子網(wǎng)3恢復(fù)路徑

1.2 電源恢復(fù)策略

成都電網(wǎng)周邊豐富的水電資源為系統(tǒng)黑啟動(dòng)帶來(lái)了極大的便利，但同時(shí)應(yīng)注意不能完全依賴大型水電恢復(fù)系統(tǒng)。除嚴(yán)格遵循依靠黑啟動(dòng)電源盡快啟動(dòng)周邊無(wú)自啟動(dòng)能力機(jī)組的原則之外，考慮到網(wǎng)內(nèi)由高電壓等級(jí)恢復(fù)至低電壓等級(jí)耗時(shí)較長(zhǎng)并延誤部分重要負(fù)荷恢復(fù)的現(xiàn)實(shí)情況，可選擇外部電源擔(dān)任系統(tǒng)黑啟動(dòng)電源并依靠小容量電源恢復(fù)低電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)，以完善電源恢復(fù)策略。

外部電源包括省網(wǎng)內(nèi)部與成都電網(wǎng)相鄰的正常運(yùn)行子系統(tǒng)和外電入川通道。相鄰子系統(tǒng)向成都電網(wǎng)提供啟動(dòng)電能，能有效解決自啟動(dòng)電源與待啟動(dòng)電源間電氣距離較遠(yuǎn)(如子網(wǎng)1)和電源發(fā)電容量有限(如子網(wǎng)2)的問(wèn)題，將加快相關(guān)子系統(tǒng)的恢復(fù)速度。外電入川通道傳輸功率較大，如德寶直流，通過(guò)譚家灣站經(jīng)由兩條500 kV線路即可恢復(fù)龍王站，無(wú)不同電壓等級(jí)間的變換，進(jìn)而可向金堂電廠提供啟動(dòng)電能，恢復(fù)其1200 MW的發(fā)電能力，由此縮短電網(wǎng)的恢復(fù)時(shí)間。然而，如圖1所示，若以紫坪鋪水電站向金堂火電廠提供啟動(dòng)電能需恢復(fù)5座變電站，在220 kV和500 kV電壓等級(jí)間變換兩次。經(jīng)綜合比較，借助外部電源能夠獲得更佳的恢復(fù)效果。

同時(shí)，為獲得更佳的恢復(fù)效果，黑啟動(dòng)電源啟動(dòng)各子系統(tǒng)的同時(shí)也應(yīng)充分挖掘網(wǎng)內(nèi)并入低電壓等級(jí)電網(wǎng)小電源的發(fā)電能力。具備自啟動(dòng)能力的小電源啟動(dòng)后立即向周邊重要負(fù)荷供電;不具備自啟動(dòng)能力的小電源應(yīng)配備柴油發(fā)電機(jī)，或在恢復(fù)高電壓等級(jí)節(jié)點(diǎn)和線路時(shí)，側(cè)重為啟動(dòng)網(wǎng)內(nèi)小電源創(chuàng)造條件。

成都西北部電網(wǎng)內(nèi)的110 kV變電站有數(shù)量可觀的小型水力發(fā)電廠并網(wǎng)，單機(jī)容量小、啟動(dòng)時(shí)間短，帶低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性較好，配備小容量柴油發(fā)電機(jī)即可作為機(jī)組啟動(dòng)電源。為此，在相關(guān)220 kV變電站得到恢復(fù)后，進(jìn)一步向下延伸啟動(dòng)并網(wǎng)小電源，可加快局部110 kV供電網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)速度，對(duì)恢復(fù)該局部的重要負(fù)荷比較有利。

2 電網(wǎng)黑啟動(dòng)路徑

2.1 最優(yōu)路徑搜索

目前，調(diào)度員主要依據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)建立恢復(fù)路徑，尚缺乏足夠的理論支撐輔助其作出科學(xué)決策。黑啟動(dòng)最優(yōu)路徑搜索應(yīng)重視兩個(gè)大方面的結(jié)合:將調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、理論方法和電網(wǎng)分析計(jì)算相結(jié)合;將路徑搜索算法中的單步最優(yōu)與全局最優(yōu)相結(jié)合。

調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)在最優(yōu)路徑搜索中的作用舉足輕重。然而，完全依靠其建立的恢復(fù)路徑雖然可行，但并不一定最優(yōu)。為此，需要引入符合電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際的理論方法。基于安全校核和保護(hù)動(dòng)作值整定等電網(wǎng)分析計(jì)算結(jié)果，修正運(yùn)用理論方法得到的恢復(fù)路徑。例如，對(duì)于投入高抗或控制合閘前節(jié)點(diǎn)運(yùn)行電壓均無(wú)法將操作過(guò)電壓倍數(shù)降低到規(guī)定范圍內(nèi)的路徑，應(yīng)將其從候選路徑中予以排除。

為獲得單步和全局恢復(fù)的最優(yōu)性，便對(duì)黑啟動(dòng)最優(yōu)路徑搜索模型提出了更高的要求。單步最優(yōu)保證每一次恢復(fù)控制可獲得相對(duì)最好的效果，其包括兩項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié):為發(fā)電廠、變電站和輸電線路等電網(wǎng)元件賦予權(quán)重值，準(zhǔn)確表征各元件在恢復(fù)過(guò)程中的重要性;以某已恢復(fù)節(jié)點(diǎn)作為起始點(diǎn)，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)穆窂奖孀R(shí)方法在候選的未恢復(fù)節(jié)點(diǎn)中選擇下一步應(yīng)恢復(fù)的節(jié)點(diǎn)。全局最優(yōu)要求在滿足各項(xiàng)約束條件的前提下達(dá)到預(yù)先設(shè)定的恢復(fù)目標(biāo)。首先，將電網(wǎng)黑啟動(dòng)過(guò)程劃分為若干恢復(fù)階段。然后，為各階段設(shè)定相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件集，以滿足不同階段的恢復(fù)需求。最后，求解最優(yōu)路徑搜索模型。

2.2 試送失敗和無(wú)法試送

在實(shí)際恢復(fù)過(guò)程中，可能因電力設(shè)備故障或其他意外導(dǎo)致試送失敗。水電廠水位不符合要求和變電站直流電源耗盡將導(dǎo)致設(shè)備不具備投運(yùn)條件。由設(shè)備故障或不具備投運(yùn)條件導(dǎo)致預(yù)定恢復(fù)控制無(wú)法實(shí)施的問(wèn)題，應(yīng)從恢復(fù)路徑實(shí)時(shí)選擇的角度加以解決。較理想的方式是根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)工況和運(yùn)行參數(shù)計(jì)算得出恢復(fù)路徑，即要求黑啟動(dòng)方案的制定和生成需從離線決策轉(zhuǎn)變至在線實(shí)時(shí)決策。采用在線實(shí)時(shí)決策方式后，可待本次恢復(fù)控制成功及相關(guān)運(yùn)行參數(shù)明確后，再給出下一步恢復(fù)路徑，從而保證恢復(fù)控制的實(shí)效性。

2.3 負(fù)荷接入方案

除電源和電網(wǎng)的恢復(fù)之外，地調(diào)應(yīng)重視制定一套具有較高可執(zhí)行性的負(fù)荷接入方案，以滿足不同恢復(fù)階段和系統(tǒng)不同運(yùn)行狀態(tài)對(duì)負(fù)荷接入的剛性要求。為此，應(yīng)詳細(xì)列出擬恢復(fù)重要負(fù)荷的優(yōu)先順序及相應(yīng)數(shù)量。

預(yù)先確定各類(lèi)重要負(fù)荷的恢復(fù)優(yōu)先順序，有助于理清其相對(duì)重要性。針對(duì)預(yù)先設(shè)定的黑啟動(dòng)路徑，確定擬恢復(fù)的110 kV變電站，編制詳細(xì)的負(fù)荷接入方案，具體內(nèi)容如下:各站所帶重要負(fù)荷、接入重要負(fù)荷的線路名稱(chēng)和負(fù)荷量。重要負(fù)荷安排原則應(yīng)優(yōu)先保證各級(jí)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)、通信部門(mén)、黨政軍機(jī)關(guān)、重點(diǎn)廠礦企業(yè)的保安負(fù)荷等的供電;應(yīng)避免恢復(fù)電鐵、電弧爐等沖擊負(fù)荷。

明確各重要負(fù)荷的數(shù)量，以保證恢復(fù)重要負(fù)荷的同時(shí)確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。能夠在符合電源恢復(fù)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等系統(tǒng)實(shí)際恢復(fù)情況的前提下較準(zhǔn)確地接入符合約束條件的負(fù)荷。在系統(tǒng)黑啟動(dòng)期間，由于電源出力限制和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱等原因，應(yīng)嚴(yán)格控制負(fù)荷接入量。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際并參照已有經(jīng)驗(yàn)，原則上對(duì)單次接入負(fù)荷量和接入負(fù)荷總量分別占已恢復(fù)發(fā)電容量的比重進(jìn)行限制，即可確保負(fù)荷接入不會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生過(guò)大擾動(dòng)且系統(tǒng)具備足夠的發(fā)電裕度以滿足后續(xù)恢復(fù)的需要。應(yīng)充分考慮不同類(lèi)型負(fù)荷的實(shí)際特性，通過(guò)數(shù)字仿真就其投入時(shí)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行計(jì)算和分析評(píng)估。

恢復(fù)過(guò)程中系統(tǒng)接入負(fù)荷時(shí)主要考慮如下約束條件。

式中，PGi和分別為發(fā)電機(jī)組i的實(shí)時(shí)有功出力及其額定功率;－load為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)總負(fù)荷;Pload為單次接入的負(fù)荷數(shù)量;ξ和η分別為系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用率和單次接入負(fù)荷占系統(tǒng)額定發(fā)電出力的比例，視系統(tǒng)恢復(fù)情況取值。

3 方案的安全校核

目前，黑啟動(dòng)方案的安全校核主要針對(duì)電網(wǎng)恢復(fù)過(guò)程中的頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、操作過(guò)電壓和機(jī)組自勵(lì)磁等問(wèn)題，具體包括機(jī)組并網(wǎng)、空載線路合閘和負(fù)荷接入等恢復(fù)控制，尚未涉及不同子系統(tǒng)間的同期并網(wǎng)過(guò)程。與上述恢復(fù)控制不同，子系統(tǒng)間的并網(wǎng)過(guò)程將使潮流在全網(wǎng)內(nèi)重新分布，可能造成部分節(jié)點(diǎn)母線電壓越限、輸電線路重載甚至過(guò)載，其潛在威脅不亞于單個(gè)電力設(shè)備的投入對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。若相鄰的兩個(gè)子系統(tǒng)在強(qiáng)弱程度上存在差異，并網(wǎng)過(guò)程產(chǎn)生的影響對(duì)強(qiáng)、弱系統(tǒng)而言，分別等同于小擾動(dòng)和較大的沖擊。在電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)過(guò)程中，由于電源結(jié)構(gòu)不完善，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，存在部分較弱的子系統(tǒng)，且安全自動(dòng)裝置的退運(yùn)進(jìn)一步降低了此類(lèi)子系統(tǒng)抵御干擾的能力。因此，在已有安全校核工作的基礎(chǔ)上，有必要運(yùn)用數(shù)字仿真手段就子網(wǎng)間的同期并網(wǎng)過(guò)程對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行計(jì)算和分析評(píng)估。為使數(shù)字仿真符合電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際，需在仿真環(huán)境中應(yīng)用自定義模塊設(shè)計(jì)同期并網(wǎng)斷路器的控制邏輯。

表1 子網(wǎng)2繼電保護(hù)整定計(jì)算結(jié)果表

在仿真過(guò)程中，主要校核并網(wǎng)前后已恢復(fù)節(jié)點(diǎn)母線電壓的提升或跌落程度是否在電壓波動(dòng)允許范圍內(nèi)，以及關(guān)鍵線路是否出現(xiàn)重載或過(guò)載的情況。校核結(jié)果將為采取諸如合理選擇并網(wǎng)點(diǎn)、調(diào)整負(fù)荷接入方案以及控制并網(wǎng)前節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行電壓等應(yīng)對(duì)措施提供決策依據(jù)。

4 繼電保護(hù)配合計(jì)算分析

對(duì)黑啟動(dòng)方案進(jìn)行正確完善的繼電保護(hù)整定計(jì)算，將切實(shí)保證恢復(fù)過(guò)程中的系統(tǒng)安全。依照以下原則進(jìn)行計(jì)算:針對(duì)各子系統(tǒng)分別進(jìn)行整定計(jì)算;為簡(jiǎn)化計(jì)算，只考慮啟動(dòng)過(guò)程中新投運(yùn)線路末端發(fā)生故障的情況，故障類(lèi)型主要考慮發(fā)生概率最大的單相短路和短路電流水平最小的兩相短路;計(jì)算時(shí)考慮線路末端變電站接入和未接入兩種情況。

黑啟動(dòng)過(guò)程中繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行應(yīng)滿足下列要求:根據(jù)整定值，短路電流均可滿足保護(hù)裝置啟動(dòng)電流的要求;相間故障時(shí)，依靠距離保護(hù)保證靈敏度;接地故障時(shí)依靠接地距離保護(hù)、零序II段保證靈敏度，經(jīng)較大過(guò)渡電阻的接地故障時(shí)，則依靠零序保護(hù)末段動(dòng)作切除故障;線路兩端所有保護(hù)(包括縱聯(lián)保護(hù))正常投入。

以子網(wǎng)2為例，相應(yīng)的繼電保護(hù)整定計(jì)算結(jié)果如表1所示。

計(jì)算說(shuō)明:“突變量啟動(dòng)電流”和“零序啟動(dòng)電流”為線路保護(hù)裝置啟動(dòng)所需最小突變量電流和零序電流;短路電流已歸算至實(shí)際電壓等級(jí)。

5 方案評(píng)價(jià)

對(duì)黑啟動(dòng)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)的目的是在若干可行方案中選出最優(yōu)實(shí)施方案，并找到影響方案評(píng)價(jià)值的敏感因素，為調(diào)度員修正方案內(nèi)容和改進(jìn)方案的制定方法提供理論依據(jù)。黑啟動(dòng)方案評(píng)價(jià)是在確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系下運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)方案有效性進(jìn)行分析的過(guò)程。影響評(píng)價(jià)結(jié)果的兩項(xiàng)關(guān)鍵因素為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和數(shù)學(xué)分析方法。

建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，首先要建立明確的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則;其后，要針對(duì)每一項(xiàng)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則分析指標(biāo)中應(yīng)包含的因素，確定相應(yīng)的實(shí)用指標(biāo)，準(zhǔn)則和指標(biāo)間可以是多對(duì)多的關(guān)系;最后，若指標(biāo)間存在重疊，則考慮將重疊的指標(biāo)進(jìn)行合并或刪去其一。此外，在設(shè)計(jì)具體的指標(biāo)時(shí)，還應(yīng)遵循各項(xiàng)指標(biāo)均可獲取的原則，不選用無(wú)法通過(guò)預(yù)先計(jì)算求取的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以免造成方案評(píng)價(jià)結(jié)果的可信性降低。

在運(yùn)用數(shù)學(xué)分析方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)注重將主觀分析方法和客觀分析方法相結(jié)合，充分利用兩者的優(yōu)勢(shì)，并有效融合依據(jù)不同準(zhǔn)則所設(shè)計(jì)的指標(biāo)，以獲得最佳的評(píng)價(jià)效果。同時(shí)，應(yīng)明確方案評(píng)價(jià)屬于綜合評(píng)價(jià)技術(shù)的范疇，最終目標(biāo)是建立如式(3)所示的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，以求得方案的綜合評(píng)價(jià)值。通過(guò)靈敏度分析得到對(duì)各套方案評(píng)價(jià)值具有最大影響的關(guān)鍵指標(biāo)。

式中，xi和λi分別為第i項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算值及其權(quán)重值。

6 黑啟動(dòng)輔助決策系統(tǒng)

目前，《電網(wǎng)黑啟動(dòng)實(shí)施方案》由調(diào)度員在《電網(wǎng)黑啟動(dòng)方案大綱》的基礎(chǔ)上，根據(jù)電網(wǎng)年度運(yùn)行方式修編制定，工作量較大。在方案編制過(guò)程中，往往依經(jīng)驗(yàn)確定恢復(fù)路徑，缺乏理論依據(jù)。同時(shí)，尚未對(duì)所制定方案進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)。最大的問(wèn)題是，針對(duì)預(yù)設(shè)系統(tǒng)運(yùn)行方式而編制的《黑啟動(dòng)方案大綱》在運(yùn)行方式變化后針對(duì)性和有效性均不足，因而缺乏實(shí)際的指導(dǎo)意義。然而，從電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的角度出發(fā)，能夠輔助調(diào)度員對(duì)電網(wǎng)故障后的恢復(fù)控制提供決策支持的手段非常重要。因此，有必要開(kāi)發(fā)一套適應(yīng)電網(wǎng)大停電事故后恢復(fù)控制需求的黑啟動(dòng)輔助決策系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“決策系統(tǒng)”)，使《黑啟動(dòng)方案大綱》隨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式變化而作出相應(yīng)更新，由此提高電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行部門(mén)應(yīng)對(duì)大面積停電災(zāi)難的能力，保證大停電發(fā)生后制定的恢復(fù)控制措施切合實(shí)際。

決策系統(tǒng)應(yīng)兼顧離線分析和在線決策的需要。①離線分析:用于對(duì)黑啟動(dòng)方案進(jìn)行研究，也可作為培訓(xùn)調(diào)度員制定黑啟動(dòng)方案的平臺(tái)。主要功能包括:可人工設(shè)定大面積停電后的系統(tǒng)狀態(tài);自行設(shè)定電源開(kāi)機(jī)情況，建立恢復(fù)路徑，形成恢復(fù)方案;能完成安全校核、繼電保護(hù)配合整定計(jì)算和方案評(píng)價(jià)。②在線決策:用于電力系統(tǒng)崩潰實(shí)際發(fā)生后黑啟動(dòng)方案的在線制定與生成:基于SCADA實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，分析電網(wǎng)拓?fù)浜蛯?shí)際運(yùn)行工況，判定停電區(qū)域，計(jì)算并生成相應(yīng)的恢復(fù)控制方案，顯示單步恢復(fù)過(guò)程，當(dāng)相應(yīng)恢復(fù)控制完成后，給出下一步應(yīng)執(zhí)行的操作。為實(shí)現(xiàn)離線分析和在線決策并作為各功能模塊的支撐，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)分為非實(shí)時(shí)庫(kù)和實(shí)時(shí)庫(kù)。總體上，數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)各模塊內(nèi)部算法所需的電網(wǎng)元件基本參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。實(shí)時(shí)庫(kù)應(yīng)與SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)通信，并具備較高的可維護(hù)性。為保證各功能模塊的運(yùn)算速度并提高決策系統(tǒng)的運(yùn)行效率，需設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。

為制定出完善可行的黑啟動(dòng)方案，決策系統(tǒng)應(yīng)包括以下基本功能:電網(wǎng)拓?fù)浞治觥㈦娫椿謴?fù)方案、恢復(fù)路徑搜索、負(fù)荷接入方案、潮流計(jì)算、恢復(fù)控制安全校核、方案有效性評(píng)價(jià)、繼電保護(hù)配合整定計(jì)算和最優(yōu)方案顯示等。決策系統(tǒng)的功能流程如圖4所示。

圖4 黑啟動(dòng)輔助決策系統(tǒng)功能流程圖

①根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)拓?fù)浞治龃_定電網(wǎng)大停電區(qū)域，保證恢復(fù)方案的針對(duì)性。②根據(jù)大停電后的電源開(kāi)停情況，分析各停運(yùn)機(jī)組的啟動(dòng)特性，通過(guò)算法排定其恢復(fù)次序，形成電源恢復(fù)方案。③基于電源恢復(fù)方案，通過(guò)路徑尋優(yōu)算法建立恢復(fù)路徑。④根據(jù)機(jī)組、變電站節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)情況，跟蹤機(jī)組有功出力和系統(tǒng)實(shí)時(shí)總負(fù)荷，在約束條件下計(jì)算允許的負(fù)荷接入量。⑤基于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、電源恢復(fù)和負(fù)荷接入等情況，對(duì)已恢復(fù)電網(wǎng)做潮流計(jì)算，為安全校核提供基礎(chǔ)參數(shù)。⑥運(yùn)用工程實(shí)用判據(jù)進(jìn)行自勵(lì)磁校核，按電源點(diǎn)單機(jī)啟動(dòng)考慮;針對(duì)黑啟動(dòng)電源恢復(fù)至首個(gè)被啟動(dòng)電源間的路徑，分別考慮斷路器有、無(wú)合閘電阻兩種情況，計(jì)算合空線沿線最高統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓，求出操作過(guò)電壓倍數(shù)，給出末端節(jié)點(diǎn)投入高抗和首端運(yùn)行電壓的建議值;對(duì)并網(wǎng)過(guò)程中敏感節(jié)點(diǎn)的母線電壓和關(guān)鍵線路的傳輸功率進(jìn)行校核;若參數(shù)越限，則發(fā)出告警信息并顯示越限元件及程度。⑦對(duì)通過(guò)安全校核的可行方案進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)，得出方案綜合評(píng)價(jià)值;分析影響方案評(píng)價(jià)值的關(guān)鍵指標(biāo)。⑧針對(duì)最優(yōu)方案，完成繼電保護(hù)整定計(jì)算。⑨在電網(wǎng)接線圖中直觀展示最優(yōu)方案的執(zhí)行過(guò)程。

7 結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)黑啟動(dòng)工作涵蓋系統(tǒng)運(yùn)行的方方面面。黑啟動(dòng)方案的編制是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工作。需統(tǒng)籌考慮多方面問(wèn)題才能切實(shí)保證黑啟動(dòng)方案的有效性。為輔助電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行部門(mén)正確處置大面積停電事故、確保恢復(fù)控制的實(shí)效性，方案的制定方式應(yīng)由離線決策逐步轉(zhuǎn)變至在線實(shí)時(shí)決策。開(kāi)發(fā)黑啟動(dòng)輔助決策系統(tǒng)是適應(yīng)上述需求的途徑之一。通過(guò)探討當(dāng)前黑啟動(dòng)方案編制中的一些關(guān)鍵問(wèn)題，以期為進(jìn)一步做好電網(wǎng)黑啟動(dòng)工作提供一種新思路。

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