大容量光伏接入對電網恢復策略的影響研究

孫儀+麥立+賈偉+梁肖+田躍軍+高衛恒

摘 要：隨著電網結構不斷加強，我國電網安全穩定水平大幅提高。但自然災害和外力破壞仍然嚴重威脅電網安全，發生大面積或全網停電的可能性仍然存在。如果沒有電網恢復措施，將使得停電時間大大延長，造成重大的經濟損失和嚴重的社會影響。以往電網恢復電源一般選擇水電機組和抽水蓄能機組，隨著新能源發電的快速發展，文章對大容量光伏電站作為電網恢復電源做了研究。

關鍵詞：大容量光伏；電網恢復；新能源

中圖分類號：U665.12 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）35-0167-02

1 概述

近年來，隨著電網結構不斷加強，我國電網安全穩定水平大幅提高。但自然災害和外力破壞仍然嚴重威脅電網安全，發生大面積或全網停電的可能性仍然存在。電網恢復是指某個系統因故障全部停運后，通過啟動電網中具有自啟動能力的機組來帶動無自啟動能力的機組，逐步的擴大電網的啟動范圍，最終實現整個電網的恢復。

在電力系統發生大面積或全網停電的情況下，如果沒有電網恢復措施，將使得停電時間大大延長，造成重大的經濟損失和嚴重的社會影響。因此研究制定電力系統大面積停電后電網恢復方案是保障電力系統安全穩定運行的重要措施之一。電網恢復的關鍵點即電網恢復電源，其中最常用的水電廠，在枯水期及水資源匱乏地區，可用于電網恢復的水電站非常少，電網恢復電源點數量少會直接影響電網恢復的速度。此時新能源的特性便顯現出來，帶有儲能裝置的風能發電廠及大容量光伏電站等分布式電源能夠較好地避免外部因素的影響，并很好地作為電網恢復電源。

2 電網恢復電源選擇

2.1 傳統電網恢復電源

大面積停電后，通常情況下的電網恢復策略是先將大電網按片區分為幾個片區電網，同時啟動位于各片區電網中具有電網恢復能力的機組，對于每個片區電網內的重要電廠以及輸電線路進行恢復，從而建立穩定的片區電網，最后實現不同地區電網的同步并列，成功實現電網恢復。不需要外來電源就能夠自啟動的機組成為電網恢復的首選機組，在整個電網停運后，迅速發電，然后將電能通過輸電線路傳輸到無法自啟動的機組，如火電機組。電網恢復的首要問題是自啟動機組如何發電的問題，常規水電機組和抽水蓄能機組就作為電網恢復的首選機組，它們與火電或核電機組相比，具有結構簡單，廠用電小，啟動速度快等優點。但常規水電機組作為自啟動電源的關鍵問題在于水輪機軸承的油壓能否建立，如果油壓無法建立，很容易造成水輪機軸承受損。常規水電機組一般遠離負荷中心，需通過較長輸電線路與主網相連，線路恢復操作較為復雜，耗時較長。

2.2 大容量光伏電站作為電網恢復電源

大容量光伏電站一般達到兆瓦級，通過集群控制的方法使變流器并聯運行。光伏電站和電網通過變流器相連，大型光伏電站一般是由幾個基本單元組成，每個光伏單元的容量約為1MW。其中，大容量光伏陣列組件在光電轉換以后，經過匯流母線，將電能傳輸給變流器，再由變流器轉換為交流，通過變壓器升壓后并網。當前，大部分光伏電站是通過35kV或者110kV系統與電網相連，通過光伏電站對配網進行啟動。

3 電網全停后恢復過程

3.1 電網恢復的要求

實施電網恢復應將具備電網恢復能力的機組先啟動，構成相對穩定的最初恢復的小系統，在系統電壓頻率穩定條件下，優先恢復重要發電廠廠用電、重要變電站所用電，根據發用電平衡情況逐步恢復重要電力用戶、重要城市和重點地區電力供應，再逐步恢復整個大電網。

3.2 省級電網恢復的一般過程

電網全停后恢復前的電網狀態為電力系統內各電壓等級母線全部失電，所有大小電廠機組全部與系統解列、鍋爐熄火，原先運行的機組均在熱態，交流廠用電和備用電源已失電。所有變電所交流所用電已失去。某省級電網黑啟動常規電源包括：江南電網為某常規水電站4臺50MW容量機組，某常規水電站2臺30MW容量機組；江北電網為某抽水蓄能電站2臺50MW容量機組；某抽水蓄能電站4臺150MW容量機組。

電網全停后的恢復需要按調度管轄范圍分層分級指揮。華東調控分中心負責恢復500千伏和特高壓電網，以某500kV抽水蓄能電站4臺300MW容量機組為黑啟動電源，經500kV主變及線路進行零起升壓。省級電網調度既要服從華東調控分中心的統一指揮，又要直接下令操作省調調度管轄的電網恢復和指揮下級調度的恢復。地調在省調統一指揮下負責指揮本地區電網的恢復，縣調配調在地調統一指揮下負責指揮本縣調度管轄區域電網的恢復。各統調發電廠服從省調統一指揮。

由于省級220kV電網江南、江北已解環，本黑啟動方案將省級電網分成江南、江北兩大片同時進行系統恢復。將每片中具備黑啟動能力的機組先啟動，然后逐步并列壯大。電壓頻率穩定后，迅速將電送至近區變電所恢復部分近區負荷，構成相對穩定的最初恢復的小系統，在系統電壓頻率穩定條件下，優先恢復重要發電廠廠用電、重要變電站所用電，根據發用電平衡情況逐步恢復重要電力用戶、重要城市和重點地區電力供應，如此逐步再向外擴展完善電網，最后省級電網220kV系統形成江南、江北兩片系統，保持不斷變化每個系統發電用電平衡，頻率電壓穩定。

電網恢復首先需要確定可自啟動的機組，通常情況下選取電網內的常規水電機組，或者選取大容量光伏電站作為電網恢復電源。電網恢復對時間性要求較高，因此將整個電網劃分為若干個子系統同時進行啟動工作，因此要求每個子系統都要有恢復電源。

4 某省級電網恢復過程分析

4.1 江南電網恢復過程

啟動具有黑啟動能力的A水電站#1、#2、#3、#4機，電壓頻率正常且穩定后，通過陳朱線將電送至朱村變電所（A水電站#4機直接送電至朱村變），并恢復該小網部分負荷（約20MW），A水電站電站#4機負責按50±0.5Hz調頻。小系統規模：發電裝機190MW（一般情況下，實際可發電179MW），用電負荷20MW。與此同時，B水電站#1、2機黑啟動，電壓頻率正常且穩定后，通過110千伏青寧線向寧國變電所送電，恢復該所所用電及部分用電負荷（共約10MW），組成先恢復的小系統，B水電站負責按50±0.5Hz調頻。小系統規模：發電裝機60MW（一般情況下，實際可發電50MW），用電負荷10MW。endprint

220千伏各廠站在各級母線失壓后，按規定保留必要的外來電源的220千伏出線開關保留合閘位置，即運行狀態，相關規定也確定了哪臺主變、高備變應在運行狀態。220千伏變電所母聯開關、母線分段開關或閘刀、母線壓變閘刀均應保留合閘狀態，主變220千伏側中性點均應接地。上述線路、主變、備變、母聯及涉及到的母線均沒有明顯故障現象。500千伏和特高壓開關由華東電力調控分中心確定，110千伏及以下開關由地調確定。

4.2 江北電網恢復過程

先啟動具有黑啟動能力的C蓄能電站#5、6機，并送電至崔莊變220千伏側母線，通過220千伏崔揮線和揮手#1主變送電至揮手變110千伏母線，通過110千伏梅響線、紅石變110千伏母線、紅揮線啟動D水電站#1-#4機，同時通過揮響線路啟動F水電站#1-#4機。通過220千伏皋崔、皋文線送電至220千伏文峰變，通過110千伏佛磨、文佛線啟動G水電站#1機H水電站#1-#7機，與先前系統連成一片。各站電壓、頻率正常后，通過皋六線恢復六安變所用電。通過華崔線路恢復火電廠廠用電（約10MW），包括站用電恢復近區負荷共40MW（以后隨恢復范圍擴大可減小這部分負荷），C蓄能電站負責按50±0.5Hz調頻。以上完成最初恢復的小系統。小系統規模：發電裝機167MW（一般情況下，實際可發電120MW），用電負荷約50MW。

與此同時，具有黑啟動能力的J抽水蓄能電站機組#1機黑啟動（125MW，#1～#4機均能啟動，考慮到啟動初期，負荷較少，暫啟動一臺機組，隨著負荷的增加，逐步啟動#2～#4機組），電壓頻率正常且穩定后，通過220千伏瑯清、清滁線路將J抽水蓄能電站站電送至清流變、滁縣變，并恢復滁縣變所用電。滁縣變母線和主變帶電后，進一步恢復清流變所用電（共約20MW），組成先恢復的小系統。J抽水蓄能電站#1機組負責按50±0.5Hz調頻。小系統規模：發電裝機125MW（一般情況下，實際可發電110MW），用電負荷20MW。

5 結束語

電力系統在發生大面積或全網停電的情況下，需要有相應的電網恢復預案，按照預案進行電網恢復，將使得停電時間大大縮短，降低整個經濟損失和社會影響。以往電網恢復電源一般選擇水電機組和抽水蓄能機組，隨著新能源發電的快速發展，本文對大容量光伏電站作為電網恢復電源做了研究。大容量光伏電站作為電網恢復的電源將成為電網調控工作研究的一個新的課題。本文闡述了大容量光伏電站作為電網恢復電源的關鍵問題，可以對電網調控運行工作提供一定的參考。

參考文獻：

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