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1、第七讲第七讲黑黑 启启 动动 中国电力的形势中国电力的形势:1.装机容量:8.74亿千瓦(09年统计)今天，世界第一2.电网公司与发电公司:国家电网公司、南方电网公司，以及中国华能集团、中国大唐集团、中国华电集团、中国国电集团、中国电力投资集团五大发电集团公司有没有可能合成一个公司？3.大区电网有:东北、华北、华中、华东、西北、南方6个区域电网,已经实现除新疆、西藏、海南和台湾省外的全国互联电网4.与国外电力工业相比，目前还有很大的差距。(1)电气化程度低。我国人均用电量约为世界平均值的1/3。节省用电是中国人的特点.美国用电占世界的80%，是世界上最大耗能国家。美国好战争，没有办法？(2)单
2、机容量小，供电煤耗高。我国平均单机容量为54MW，平均供电煤耗率为392g/kW，高出世界先进水平约6070g/kW。近几年已经拆毁了小电厂。(3)电网薄弱，供电可靠性差。长期以来我国发、输、配电工程投资结构不合理，造成城乡电网薄弱，设备低效、陈旧，线损高，供电可靠性比发达国家低0.2%左右。发达国家达到99。99%(4)环境问题突出。我国发电能源构成中，煤电比例大，2002年火力发电量占发电总量的80.05%。因我国动力用煤灰分高、含硫量大，加之烟气除尘率低，SO2的排放处于失控状态，使得如何有效地控制污染成为电力工业可持续发展的关键问题之一。低炭、排放量？大力发展水电.风电.太阳能.清洁能
3、源.核电发展要求慎重。我国电网技术现状我国电网技术现状(1)超高压交流输电技术得到普遍应用。目前我国东北、华北、华东、华中、南方电网已形成500kV电压等级的主干输电网架。西北电网330kV电压等级现已无法满足输电需要，经过论证和可行性研究，已开始建设高一级电压等级750kV输变电工程。随着我国电力工业的持续发展，1000kV以上特高压输电也成功了.(2)直流输电技术具有输电容量大、稳定性好、控制灵活等优点，在我国跨大区电网互联中具有广泛的应用前景。除已投入运行的葛南线外，天生桥广州、三峡华东的直流输电工程也于近期建成投入生产运行，其中三峡华东直流输送功率将达到300万kW，在500kV直流输
4、电领域居世界首位，对于加强我国资源优化、提高大电网的安全性和经济性具有重要意义。(3)灵活交流输电技术(FACTS)的应用可实现对交流输电功率和潮流的灵活控制，大幅度提高电力系统的安全稳定水平。我国于90年代以来开始对FACTS技术进行系统的研究和开发，其中对500kV超高压输电线路可控硅串联补偿(TCSC)的研究已取得成果，静止同步补偿器(ASVG)的实际装置已投入试运行。(4)对电网互联运行安全的最大威胁是运行稳定性的破坏。2001年我国颁布实施新的电力系统安全稳定导则，规定了三级安全稳定标准，提出建立防止稳定破坏的三道防线，用以指导电力系统设计、建设、运行和管理。作为电力工业强制性标准，
5、这个导则反映了目前我国电网安全稳定控制水平。如果黑龙江与云南联网，怎样稳定。(5)针对全国联网初期网络联系薄弱，大电源远距离输电问题比较复杂，采用技术先进的安全自动装置和稳定控制策略，保证互联电网的安全稳定运行。(6)自动化技术得到了迅速发展，华北、华东、东北、华中、西北电网的调度中心已采用了现代化能量管理系统(EMS)。继电保护和自动装置全面推进微机化。(7)农村电网经过技术改造，结构进一步优化，自动化程度进一步提高，全国已有一半的县级电网调度自动化系统达到实用化要求，六氟化硫和真空断路器、自动重合器、一点多址微波、光纤通信、配电自动化与负荷管理技术、无功动态补偿等新技术在农网得到了广泛应用
6、。(8)电网的数字化水平大幅提高。电力专用通信网各级干线电路已全部实现了数字化，基本覆盖了全国36个网、省公司。以北京为中心连接各主要电网的电力通信、调度通信网络已基本形成。但是,中国电网太大了.相当于二个欧洲人口。这个电网一定比国外电网先进.高电压.大系统.自动化带来新问题. 近年来美国、加拿大及欧洲等国电力系统发生的大停电事故，引起了世界范围的广泛关注。尽管我国没有出现过类似的大规模停电事故，但是随着电网规模越来越大、结构越来越复杂，也使得造成大停电事故的风险更大 2011年9月27日报道：1、智利大停电：1600万民众两眼一模黑；原因：输电线路振动引起线路相-；2、韩国大停电；大停电力其
7、实是人祸。原因：电力用不足备。3、日本万户停电。原因：鸟粪与绝缘子连接引起漏电。 当发生电网大面积停电或电网全停电事故，系统的恢复过程将变得空前的繁琐，若没有任何黑启动措施，运行人员的束手无策将导致电网的恢复会非常缓慢，这将使停电的损失和影响难以估计。若事先采取相应措施，制定适当的启动程序，可尽快恢复系统运行和大大减少停电时间 因此，在研究不断提高电网运行安全性的同时，对于如何在事故后，迅速、可靠地恢复电力系统的正常运行，即系统的黑启动问题已成为电力系统研究的一个热点问题。1.黑启动的定义 是指整个系统因故障停运后(不排除孤立系统仍维持运行),不依赖于别的网路的帮助，而通过系统中具有自启动能力
8、机组的启动，带动无自启动能力的机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复 简单讲:系统黑了以后,按一定程序亮起来.黑启动实施的必要性 当电力系统发生大停电事故时，如果事先有了黑启动方案，就能够按照方案快速、可靠地恢复或重构一种新的稳定运行方式，及时恢复供电，使损失降低到最小反之，如果没有任何黑启动措施，将使停电时间大大延长，甚至在恢复系统时可能无从下手，不知所措我国制定黑启动方案的必要性我国电网结构比较薄弱，加上装机容量不足，供电紧张，负荷高峰时段电力系统往往处于零备用运行，电网安全受到极大威胁。应预先通过组织联合反事故演习以及制定电网“黑启动”方案等措施，不断提高调度人员和生产一线人
9、员应付电网突发事故的能力我国黑启动现场试验华北电力调度局在19992000年三次在北京十三陵抽水畜能电厂及周边电网进行了黑启动试验2003年11月云南电网全面模拟了黑启动的整个恢复过程贵州电网于2004年以乌江和东风电厂进行黑启动试验江苏电网于2006年4月以电厂作为黑启动电源进行试验网上消息:江苏电网首次黑启动成功网上消息国内首次60万机组黑启动在福建成功进行2.黑启动电源的选取 电网黑启动成功的关键是黑启动电源，从电网的结构特点和迅速恢复的角度考虑，每个地区应尽可能找到一个具备黑启动能力的发电机组，具备黑启动能力的发电机组启动成功后，通过不断开启较大的发电机组，实现地区电网的成功黑启动简单
10、讲:以小带大,以少带多,星星之火,可以燎原.黑启动电源分类 第二类为事故后残存的机组或孤岛，他们通常为装有满负荷减载装置的汽轮机，跳闸后带自身的厂用电运行，或是低频解列后形成的孤岛，另外还有相邻系统的支援 第一类是本身具有黑启动能力的机组，通常为水轮机和具有黑启动能力的燃气轮机 一般情况下，火电机组没有厂用电时是无法启动的，而燃气轮机和水轮机对厂用电的要求较低，所以都是以该类电厂作为黑启动机组 作为黑启动的起始电源也可以是事故后残存的机组,跳闸后带自身的厂用电运行 作为最理想的黑启动电源，必须是不用外来电源即能快速自启动的机组，燃气轮机的启动初期需要外部动力把机组带至一定的转速才能点火升速，国
11、外较多的燃气轮机使用柴油机作为燃机的起动机，完全不需要外界电源即能自启动3.黑启动步骤电网发生瓦解和崩溃事故，厂、站表现为母线失电，首先应按照母线失电的原则进行处理。厂、站在由可控状态即将进入黑状态时，应根据事故情况预计可能来电的途径，对本厂、站进行必要的操作，达到黑启动等待方式一般在恢复网架的同时就可以进行负荷的恢复，以减少负荷的停电时间电网瓦解后，根据黑启动方案，依靠外部电源或各地区内具备全冷黑启动能力的发电机组启动小机组，然后逐步启动较大的机组，恢复瓦解的地区供电网络，最终达到全网正常运行黑启动成功后的电网间应尽早实现最高一级电压联络线的互联，并控制尽可能小的功率交换，以输送黑启动所需启
12、动电力为原则，提高系统运行的灵活性和稳定性 电力系统恢复的总目标是在最短的时间内使系统恢复带负荷能力 具体要求有两种： 一是最小化实现，即用最小的启动功率尽可能多地启动机组 二是制定严格地操作票,实现操作步骤最少。恢复过程 主要是用系统中的黑启动电源分别向停止运行的火力发电厂提供启动电源使它们恢复发电能力，重新并入电网,并开始形成一个个子系统1.黑启动初始阶段 这一阶段将逐步恢复主网的网架，即充电输电线，同步子系统，完成网络重建且监测系统电压，无功平衡，电压和频率动态响应，故障清除情况等2.恢复和建立网架阶段3.负荷恢复阶段 当火电机组已经启动并且有一定的发电能力，而且也已建立较为稳固的网架以
13、后，系统可供给的有功和无功大大增加，便可以逐渐恢复负荷黑启动规律黑启动中的关键环节是机组能否获得启动功率及其热启动能力。最主要的是系统频率、电压和稳定问题 分析不同类型系统的恢复计划，需要考虑的共同问题有： 1.迅速恢复厂（站）用电-黑洞 2.开关操作的时间特性影响-排序3.火电厂机组启动特性的影响-时间4.同步发电机的自励磁问题-自励特性5.空载线路、变压器充电时的过电压问题-电容6.原动机突然带上负荷时的频率响应-加力7.负荷的冷启动效应、功率因数以及负荷需求的概率特性8.黑启动初期低频振荡问题的分析及计算研究9.系统初步恢复后系统稳定问题的分析及计算研究黑启动原则 为确保在最短的时间内顺
14、利有序地恢复电网，必须充分考虑发电资源分配和电网网架结构特点，来制定黑启动恢复策略及步骤 系统恢复的基本策略有： 串行恢复 并行恢复串行恢复系统完全瓦解后在有可靠外部互联援助时采用串行恢复，其步骤如下：在大多数发电机并网前对整个网络进行充电对系统状态评估，判断开关位置和储能情况，电厂各机组处于热启动还是冷启动状态给高压线路和超高压线路充电，避免出现持续过电压和谐波共振给非黑启动机组提供启动电源发电机组并网带负荷负荷全部恢复供电，系统恢复正常并行恢复系统分成几个子系统同时恢复，然后再同步并列系统完全瓦解或没有任何外部互联援助时，常采用并行恢复，其主要步骤：评估系统状态将系统划分几个子系统向非黑启
15、动机组提供启动电源当无功吸收能力满足时，合上各子网路开关，恢复网架在发电机达到最小功率要求,但子系统内的负荷没有全部恢复前，将子系统内的发电厂互联子系统同步并带一定负荷稳定发电机组启动超临界直通炉机组并网同步运行4.黑启动规定1.直流系统2.电力通信3.继电保护4.安全自动装置5.调度自动化黑启动仿真 在研究黑启动问题时，需要对电网的操作暂态过电压、机组自励磁、系统潮流、稳定等进行计算仿真，可以使用EMTP暂态分析程序和BPA稳定计算程序EMTP暂态分析程序 EMTP是一个高级的暂态分析程序,用于对电磁暂态的仿真和谐波分析，能满足电能质量、雷击保护、铁磁谐振、电力电子等领域的研究分析，可以模拟
16、各种对称及不对称故障、各种复故障、发电机失磁故障等，其辅助支持程序还可以进行变压器阻抗矩阵、磁饱和、磁滞回线、氧化锌避雷器、线路参数等计算BPA稳定计算程序 BPA电力系统分析程序包括潮流计算程序和稳定计算程序 负荷静特性模型、自动电压控制、网络 等值、系统事故分析等其主要的功能有：5.黑启动关键问题 由于输电线路具有分布电容，特别是500kV的超高压线路，其分布电容可能使得作为黑启动电源的发电机产生自励磁现象，从而使发电机端和线路上出现很高的电压。为了避免因出现自励磁而使发电机和其他设备遭到破坏，在确定黑启动过程时应进行自励磁计算，确保自励磁不会发生1.发电机自励磁问题发电机的自励磁现象指当
17、发电机所带的容性负荷达到某一指标后，回路中容性电流所产生的助磁会使得发电机的端电压逐渐增大，而升高的发电机电压又引起容性电流的增长，机端电压因助磁作用再度增加，如此循环下去，使机端电压自发增大，越来越高的现象自励磁实际上是一种参数谐振2.空载线路合闸过电压问题 在空载情况下，分布电容所产生的无功功率还会引起线路末端的电压升高3.其他注意事项 电力系统发生事故造成大规模停电甚至全黑时，整个系统的恢复工作总是围绕机组恢复进行的，因此合理科学地安排机组的恢复次序直接影响到系统恢复过程的快慢。特别是火电机组的恢复受到多方面因素的限制,主要分成三类：机组的额定出力机组自身的状态系统对机组启动的限制 如果黑启动机组提供的初始启动功 率不同，则机组的恢复顺序也完全不同在黑启动恢复过程中可能遇到的其他问题有：1.无功功率平衡问题2.有功功率平衡问题3.有功功率协调4.保护系统的调整5.机组启动顺序在黑启动恢复过程中可能遇到的其他问题有：1.无功功率平衡问题2.有功功率平衡问题3.有功功率协调4.保护系统的调整5.机组启动顺序完
