電力系統黑啟動恢復新思路——擴展黑啟動方案研究

近年來，世界范圍內大停電事故頻發，如2003年美加8.14大停電、2005年9月我國海南電網大停電、2006年11月歐洲大停電等事故，充分表明大停電是現代電力系統需要面對的嚴重威脅，電力系統大停電后的黑啟動恢復問題是系統安全防御的重要課題。研究系統大停電后的恢復控制技術，對減少事故帶來的經濟損失和社會動蕩具有極其重要的意義，而科學合理的黑啟動方案是實現系統全停后快速恢復的重要保證。華北電力大學聯合河北電力調度通信中心對大停電后的黑啟動恢復控制策略進行了深入的研究，在國內外首次提出了一個黑啟動電源同時啟動多個被啟動電廠的擴展黑啟動方法，為黑啟動恢復問題提供了一種新的研究思路，對大停電后的電力系統恢復控制技術的研究和應用具有重要的參考價值。該成果以論文《電力系統擴展黑啟動方案的研究》的形式在《中國電機工程學報》（Proceedings of the CSEE）2011年10月第31卷28期刊出，該研究內容來源于國家自然科學基金項目 “用于大停電后電力系統恢復的網架重構方案運行可靠性評估方法研究”（項目編號：51077052）和河北省自然科學基金項目“電力系統黑啟動恢復中機組恢復的分層協調優化研究”（項目編號：E2011502025）。

電力系統黑啟動是指電力系統因事故發生大面積停電后，不依賴于外部系統的幫助，通過系統中具有自啟動能力機組的啟動，帶動無自啟動能力的機組逐漸擴大系統恢復范圍，最終實現整個系統的恢復。依據系統在恢復過程不同時期的特點，通常將系統恢復過程分為黑啟動、網架重構和負荷全面恢復3個階段，其中，黑啟動階段是整個恢復過程的基礎和前提，黑啟動方案的優劣決定后續恢復的進程與整個恢復過程的效果。

目前，國內外對黑啟動進行了大量卓有成效的研究，但普遍的做法都是以1臺黑啟動機組（抽水蓄能機組、燃氣輪機組等）啟動1臺被啟動機組（通常為大型火電機組）作為啟動方案，直到被啟動機組成功啟動并與黑啟動機組并列形成一個小系統后，才開始啟動其他機組進入網架重構恢復過程。在這種黑啟動方案中，黑啟動執行過程中除1臺被啟動機組外的其他機組都處于恢復等待的狀態，由于黑啟動階段需耗費較長時間（從幾十分鐘到幾個小時），所以浪費了其他機組寶貴的熱啟動時間，可能在后續網架重構時使某些機組錯過最佳的熱啟動時限，延誤系統恢復進程，影響系統的恢復效果。

華北電力大學在電力系統黑啟動恢復方面具有良好的研究基礎，該文作者帶領的課題組近年來對電力系統黑啟動恢復及其決策支持技術進行了大量研究，完成多項相關科研項目，在黑啟動恢復控制方面取得了一系列研究成果，積累了豐富的研究基礎和經驗。該文是目前課題組工作的延續和深入，首先，鑒于目前有些系統的黑啟動電源有較大容量及較好的運行調節性能的實際情況，提出了擴展黑啟動的基本思路，即用1個黑啟動電廠，采用零起升壓或降低電壓充電的方式，同時對多個被啟動電廠的恢復路徑進行充電并為被啟動電廠提供廠用電源，實現多個被啟動電廠首臺機組的快速啟動。隨后，以擴展黑啟動方案所形成的小系統在優化時間段內提供的發電量加權和最大為優化目標，綜合考慮無功功率、啟動功率、自勵磁及機組啟動時間等約束，建立了擴展黑啟動方案的優化模型；最后，結合最短路徑算法及回溯算法對擴展黑啟動方案進行了優化。

該文提出的擴展黑啟動方法，有多臺機組可以在黑啟動階段得到恢復，并且形成局部小系統后能為后續恢復提供更大的功率支持，有利于網架重構的快速進行，加快整個系統的恢復進程，顯著減少了大停電帶來的經濟和社會損失。該文的研究成果是原創性的，在國內外尚未見到其他研究報道，是大停電后電力系統恢復研究的一個新探索，所獲得的研究成果將對各級電力系統的黑啟動具有普遍的指導意義，對提高我國電力系統黑啟動恢復技術的研究和應用水平具有重要意義。