一种无外部支援的电网黑启动子系统并列方法
【专利摘要】本发明公开了一种无外部支援的电网黑启动子系统并列方法，属于电网运行与调度控制【技术领域】。基于电网黑启动研究方案，进行子系统稳定性校核、子系统并列线路电压计算和子系统并列仿真校核，确定可行的并列路径和推荐的充电方向。从稳定水平相对最高的子系统开始，首先与稳定水平相对次高的子系统并列，然后按稳定水平从高到低的顺序选择子系统进行并列，逐步扩大并列电网范围，最后与剩余的子系统并列，实现所有子系统并列，形成电网整体主网架。本发明为电网调度运行机构有效恢复电网主网架提供了基本方法和备用方案，规避了黑启动风险，提高了黑启动成功率，有利于推进大电网黑启动进程和恢复更大范围的用电需求。
【专利说明】一种无外部支援的电网黑启动子系统并列方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电网运行与调度控制【技术领域】，具体涉及一种无外部支援的电网黑启动子系统并列方法。
【背景技术】
[0002]电网发生大面积停电事故或电网瓦解时，如果电网恢复过慢或在恢复过程再次崩溃，将导致用户停电时间延长和社会影响扩大，给国民经济和人民生活带来极大的损失，甚至影响社会安定。因此，电网黑启动相关研究在国内外逐渐得到重视和加强。当前国内外的电网黑启动研究，主要集中在黑启动研究方案、黑启动试验方案和黑启动调度操作方案三个方面，其中对黑启动研究方案的研究相对较多，包括子系统划分、黑启动电源和黑启动路径选择、自励磁和过电压计算，以及基于某种优化算法的不同黑启动研究方案优化选择等内容，此外还包括黑启动过程中继电保护和安全自动装置等二次系统方面的问题研究。
[0003]关于电网黑启动，国内目前仅有一个技术标准，即国家电力调度通信中心文件调技[2005]88号文的附件《电力系统黑启动方案编制和实施技术规范(试行)》。该规范指出，黑启动方案应包括黑启动研究方案、黑启动试验方案和黑启动调度操作方案。对于黑启动研究方案，该规范明确了黑启动电源选择方法、子系统划分原则、黑启动路径选择原则、负荷恢复方式、对选定的黑启动路径进行电气计算的内容、黑启动过程对二次系统的要求和对黑启动初始状态的要求。其中对子系统划分原则，该规范规定:各子系统至少具有I个黑启动电源。关于黑启动子系统并列，该规范仅规定:各个子系统间应具有明确、可靠的同期并列点，各黑启动路径送电后应在规定的并列点并列，逐步形成王网架。
[0004]当前的电网黑启动研究方案，主要依据上述黑启动技术规范，划分子系统，从黑启动电源开始，沿着黑启动路径，进行相关电气计算，启动其它电源、变电站和恢复相应的负荷，逐步恢复子系统运行。各个子系统可以利用内部黑启动电源或外部黑启动电源进行黑启动。而对于已经启动的子系统之间的并列，上述技术规范未做具体要求，当前的黑启动研究方案也未做重点研究。因此，这种电网黑启动研究方案，实际上是电网的各个子系统的黑启动研究方案。
[0005]本发明与上述研究不同，不是某个子系统的黑启动研究方案，也不是黑启动试验方案或调度操作方案，而是基于当前的黑启动研究方案，提出一种在某一确定的电压等级实现子系统之间并列的电网黑启动子系统并列方法。本发明提出的是无外部支援的电网黑启动子系统并列方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是，提供一种无外部支援的电网黑启动子系统并列方法，该方法在黑启动研究方案的基础上，提出一种无外部支援的电网黑启动子系统并列方法，在某一确定的电压等级实现各个子系统并列，指出了子系统间可行的并列路径，明确了黑启动过程中不可行的子系统并列路径，从而规避了黑启动风险，提高了黑启动的成功率，有效地恢复电网主网架。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种无外部支援的电网黑启动子系统并列方法，该方法包含下列步骤:
A、电网全黑后，依据《电力系统黑启动方案编制和实施技术规范(试行)》和黑启动研究方案，划分子系统，对各子系统分别进行黑启动；
B、对每个恢复到30%以上正常负荷的子系统，进行稳定性校核，得到各子系统的稳定水平；
C、对不稳定的子系统，继续恢复负荷，每增长5%的正常负荷，进行一次稳定性校核，得到各子系统的稳定水平，直到每个子系统均稳定；
D、对子系统间的并列线路，采用电力系统专业仿真软件进行电压计算，初步确定不可行的并列路径，得到初步的可行并列路径，并选择末端充电电压较小的充电方向作为充电方向；
E、对步骤D中初步的可行并列路径，采用电力系统专业仿真软件继续进行并列仿真校核，进一步确定不可行的并列路径，得到可行的并列路径；
F、无外部支援的电网黑启动子系统并列，按下列顺序进行:
F1、稳定水平相对最高的子系统与稳定水平相对次高的子系统并列，得到区域子网；
F2、依稳定水平从高到低的顺序选择子系统与区域子网进行并列，得到大区域子网；
F3、剩余的子系统与大区域子网并列，完成全电网黑启动子系统并列；
F4、在上述并列的每一个步骤中，如果两个子系统间有多条可行路径，按照过电压水平从低到闻的顺序进行。
[0008]与现有技术相比，本发明的优点是:
1.现有的电网黑启动研究方案是电网黑启动子系统并列的基础，本发明提出电网黑启动子系统之间的并列方法，有利于电网调度运行人员实现更大区域电网的快速恢复。
[0009]2.本发明提出的电网黑启动子系统并列方法将电网特性分析和计算校核相结合，弥补了现有黑启动研究方案过度依赖对系统运行特性的定性分析和日常运行经验而计算校核不足的缺点。
[0010]3.本发明提出的电网黑启动子系统并列方法比现有的黑启动研究方案的进步之处还在于不仅提出了子系统间可行的并列路径，同时指明了并列时的具体充电方向，还能够明确黑启动过程中不可行的子系统并列路径，从而规避了黑启动风险，提高了黑启动成功率。
[0011]4.本发明为电网调度运行机构有效恢复电网主网架提供了基本方法和备用方案，弥补了现有黑启动研究方案过度依赖对系统运行特性的定性分析和日常运行经验而计算校核不足的缺点，有利于推进大电网黑启动进程和恢复更大范围的用电需求，具有重要的社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明方法总体流程图；
图2是无外部支援的子系统并列流程图。【具体实施方式】
[0013]为了便于技术人员理解和实现本发明，现结合附图描述本发明的实施例。由图1可知，为了实现本发明，所述包括以下步骤: 步骤A:电网全黑后，依据《电力系统黑启动方案编制和实施技术规范(试行)》和黑启动研究方案，划分子系统，对各子系统分别进行黑启动；
当前的电网黑启动研究方案，实际上是电网的各个子系统的黑启动研究方案，根据上述技术规范，电网黑启动研究方案把电网划分为N个黑启动子系统，详细调查子系统1、子系统2、…、子系统N的黑启动研究方案,如图1所不，明确子系统的黑启动电源、黑启动路径、电源和负荷恢复次序及数量、子系统间某一电压等级的联络线和同期并列点。在无外部支援的情况下，黑启动电源均为内部电源。子系统1、子系统2、…、子系统N分别独立黑启动，建立各自的目标网架，即由通过各自的黑启动电源沿着黑启动路径逐步启动的其它电源、恢复的线路、变电站和负荷建立起来的各子系统的基础电网。
[0014]步骤B:对每个恢复到30%以上正常负荷的子系统，进行稳定性校核，得到各子系统的稳定水平；
基于子系统1、子系统2、…、子系统N已启动的电源、目标网架和负荷恢复情况，分别建立子系统1、子系统2、…、子系统N负荷恢复至30%正常负荷水平的子系统运行方式，作为子系统1、子系统2、…、子系统N的并列初始状态。此处的子系统并列初始状态的负荷恢复水平，即子系统正常负荷的30%，是指使得子系统保持足够稳定水平和抗扰动能力从而能够可靠实施子系统并列的最小负荷恢复水平。实际上由于各个子系统的范围大小不同、负荷量不同、黑启动初期恢复的电源类型不同，各个子系统并列初始状态的负荷恢复水平也可以相应不同。例如:负荷总量小电网范围大的子系统，其负荷恢复水平可以相对较低；具备较多容易启动的小水电的子系统，即使恢复的负荷水平较低，子系统也能保持较高的稳定水平和抗扰动能力，而对于启动的绝大多数都是火电机组尤其是单机容量较大的火电机组的子系统，则相应要求恢复较多的负荷。因此前述的30%正常负荷恢复水平是一个建议值。对子系统1、子系统2、…、子系统N，根据《国家电网安全稳定计算技术规范》(Q/GDW404-2010)，利用电力系统专业仿真软件，例如电力系统综合分析程序PSASP或PSD-BPA、PSS/E，基于步骤B建立的初始状态，分别仿真校核子系统内发生故障时系统的稳定水平，主要仿真校核发生无故障掉机和110千伏及以上电压等级线路单相永久接地短路故障时系统的功角稳定性、电压稳定性和频率稳定性。
[0015]步骤C:对不稳定的子系统，继续恢复负荷，每增长5%的正常负荷，进行一次稳定性校核，得到各子系统的稳定水平，直到每个子系统均稳定；
根据步骤B的仿真校核结果，分别判断子系统1、子系统2、…、子系统N的稳定水平。若某子系统稳定水平较低，则返回到步骤B，调整该子系统的并列初始状态，具体调整方法是:在前一次初始状态基础上进一步启动电源、恢复线路和负荷，以继续恢复5%正常负荷水平的子系统运行状态作为新的并列初始状态，然后返回步骤B，校核该子系统稳定性，直到每个子系统均稳定。
[0016]步骤D:对子系统间的并列线路，采用电力系统专业仿真软件进行电压计算，初步确定不可行的并列路径，得到初步的可行并列路径，并选择末端充电电压较小的充电方向作为充电方向； 步骤A中确定的子系统间某一电压等级的联络线就是子系统间可能的并列线路，针对这些并列线路，分别计算从两侧充电时的线路电压容升效应，当并列线路末端充电电压不超过额定电压的1.1倍时，该并列线路为可行的并列线路，选择末端充电电压较小的充电方向作为推荐充电方向。如果末端电压超过额定电压的1.1倍，可以降低首端初始电压(但不得低于额定电压的0.9倍)，从而降低末端充电电压。如果降低了初始电压且利用了线路高抗等可用的电压控制措施后，无论从线路两侧的哪一侧向对侧充电都仍然使得对侧末端电压超过额定电压的1.1倍，则不能以该线路作为并列线路实施子系统并列。
[0017]步骤E:对步骤D中初步的可行并列路径，采用电力系统专业仿真软件继续进行并列仿真校核，进一步确定不可行的并列路径，得到可行的并列路径；
根据步骤D中确定的各子系统之间某一电压等级的各种可行并列线路及其充电方向，分别进行子系统并列暂态仿真计算，校核子系统并列时并列线路上的功率波动、并列子系统的机组相对功角、重要变电站母线电压以及系统频率的变化。
[0018]步骤F:无外部支援的电网黑启动子系统并列，按下列顺序进行:
F1、稳定水平相对最高的子系统与稳定水平相对次高的子系统并列，得到区域子网；
F2、依稳定水平从高到低的顺序选择子系统与区域子网进行并列，得到大区域子网；
F3、剩余的子系统与大区域子网并列，完成全电网黑启动子系统并列；
F4、在上述并列的每一个步骤中，如果两个子系统间有多条可行路径，按照过电压水平从低到闻的顺序进行。
[0019]无外部黑启动电源支援时，如图2所示，从稳定水平相对最高的子系统开始，首先与稳定水平相对次高的子系统并列，然后按稳定水平从高到低的顺序选择子系统进行并列，逐步扩大并列电网范围，最后与剩余的子系统并列，实现所有子系统并列，形成电网整体主网架。
[0020]下面以某省级电网为例，进一步详细说明本发明方法的一个具体实施例。
[0021]步骤A:电网全黑后，依据《电力系统黑启动方案编制和实施技术规范(试行)》和黑启动研究方案，划分子系统，对各子系统分别进行黑启动；
根据该电网黑启动研究方案，该电网划分为湘中北、湘西北、湘西南和湘南4个黑启动子系统，每个子系统均有各自的黑启动电源、黑启动路径、电源和负荷恢复次序及数量。
[0022]4个子系统之间500千伏层面的联络线分别是:湘中北与湘西北之间的岗艾线、复艾线、复沙线；湘中北与湘南之间的古船线；湘中北与湘西南之间的民鹤线；湘西南与湘西北之间的五民线；湘西南与湘南之间的长船线、长宗线、艳宗线；湘西北与湘南之间无500千伏联络线。上述9条线路是该电网黑启动子系统之间可能的并列路径。
[0023]步骤B:对每个恢复到30%以上正常负荷的子系统，进行稳定性校核，得到各子系统的稳定水平；
以湘中北、湘西北、湘西南和湘南4个子系统之间相互独立、各子系统内部500千伏电网恢复单回线(对双回线或多回线，以恢复其中的I线为例进行说明，因此除特别说明外，本文中的线路均指I线)、根据黑启动研究方案启动各子系统到负荷恢复至30%水平的子系统运行方式，作为这4个子系统并列初始状态。
[0024]基于湘中北、湘西北、湘西南和湘南4个子系统的并列初始状态，利用电力系统综合分析程序PSASP，分别仿真校核4个子系统内发生无故障掉机和110千伏及以上电压等级线路单相永久接地短路故障时系统的频率稳定性、电压稳定性和功角稳定性。
[0025]子系统稳定性校核结论如下:湘中北、湘西北和湘西南3个子系统内发生无故障掉机和110千伏及以上电压等级线路单相永久接地短路故障时，子系统能够维持稳定运行，其中湘西北子系统稳定水平相对较高，抵御故障能力最强，其后依次是湘中北子系统和湘西南子系统。湘南子系统在紫宗线紫侧发生单相永久接地短路故障时子系统电压难以维持，其它故障时子系统能够维持稳定运行。
[0026]步骤C:对不稳定的子系统，继续恢复负荷，每增长5%的正常负荷，进行一次稳定性校核，得到各子系统的稳定水平，直到每个子系统均稳定；
对湘南子系统，继续启动电源、恢复线路和负荷，每增长5%的正常负荷，进行一次稳定性校核。当恢复到40%的正常负荷水平时，稳定性校核结果表明，湘南子系统能够维持稳定运行。
[0027]步骤D:对子系统间的并列线路，采用电力系统专业仿真软件进行电压计算，初步确定不可行的并列路径，得到初步的可行并列路径，并选择末端充电电压较小的充电方向作为充电方向；
对步骤A中明确的各种可能的并列线路，分别计算从两侧充电时的线路电压变化，据此确定推荐的充电方向，对部分充电后电压超过额定电压1.1倍的情况，提出对充电前初始电压的控制要求。该电网子系统间部分500千伏电压等级的并列线路电压计算结果如下列表所示，其中电压单位为千伏，加粗行表示推荐的充电方向，备注指明了电压控制措施。
[0028]1、湘西北与湘中北经复艾I线并列
【权利要求】
1.一种无外部支援的电网黑启动子系统并列方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: A、电网全黑后，依据《电力系统黑启动方案编制和实施技术规范(试行)》和黑启动研究方案，划分子系统，对各子系统分别进行黑启动； B、对每个恢复到30%以上正常负荷的子系统，进行稳定性校核，得到各子系统的稳定水平； C、对不稳定的子系统，继续恢复负荷，每增长5%的正常负荷，进行一次稳定性校核，得到各子系统的稳定水平，直到每个子系统均稳定； D、对子系统间的并列线路，采用电力系统专业仿真软件进行电压计算，初步确定不可行的并列路径，得到初步的可行并列路径，并选择末端充电电压较小的充电方向作为充电方向； E、对步骤D中初步的可行并列路径，采用电力系统专业仿真软件进行并列仿真校核，进一步确定不可行的并列路径，得到可行的并列路径； F、无外部支援的电网黑启动子系统并列，按下列顺序进行: F1、稳定水平相对最高的子系统与稳定水平相对次高的子系统并列，得到区域子网； F2、依稳定水平从高到低的顺序选择子系统与区域子网进行并列，得到大区域子网； F3、剩余的子系统与大区域子网并列，完成全电网黑启动子系统并列； F4、在上述并列的每一个步骤中，如果两个子系统间有多条可行路径，按照过电压水平从低到闻的顺序进行。
2.根据权利要求1所述的一种无外部支援的电网黑启动子系统并列方法，其特征在于，所述步骤B、步骤D和步骤E中所述的电力系统专业仿真软件采用PSASP、PSD-BPA或PSS/E。
【文档编号】H02J3/38GK103647305SQ201310734646
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】徐敬友, 常青, 王春明, 许汉平, 徐友平, 李继升, 黄大玮, 熊秀文 申请人:国家电网公司, 国网湖北省电力公司经济技术研究院, 华中电网有限公司