电力系统黑启动恢复新思路——扩展黑启动方案研究

近年来，世界范围内大停电事故频发，如2003年美加8.14大停电、2005年9月我国海南电网大停电、2006年11月欧洲大停电等事故，充分表明大停电是现代电力系统需要面对的严重威胁，电力系统大停电后的黑启动恢复问题是系统安全防御的重要课题。研究系统大停电后的恢复控制技术，对减少事故带来的经济损失和社会动荡具有极其重要的意义，而科学合理的黑启动方案是实现系统全停后快速恢复的重要保证。华北电力大学联合河北电力调度通信中心对大停电后的黑启动恢复控制策略进行了深入的研究，在国内外首次提出了一个黑启动电源同时启动多个被启动电厂的扩展黑启动方法，为黑启动恢复问题提供了一种新的研究思路，对大停电后的电力系统恢复控制技术的研究和应用具有重要的参考价值。该成果以论文《电力系统扩展黑启动方案的研究》的形式在《中国电机工程学报》（Proceedings of the CSEE）2011年10月第31卷28期刊出，该研究内容来源于国家自然科学基金项目 “用于大停电后电力系统恢复的网架重构方案运行可靠性评估方法研究”（项目编号：51077052）和河北省自然科学基金项目“电力系统黑启动恢复中机组恢复的分层协调优化研究”（项目编号：E2011502025）。

电力系统黑启动是指电力系统因事故发生大面积停电后，不依赖于外部系统的帮助，通过系统中具有自启动能力机组的启动，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。依据系统在恢复过程不同时期的特点，通常将系统恢复过程分为黑启动、网架重构和负荷全面恢复3个阶段，其中，黑启动阶段是整个恢复过程的基础和前提，黑启动方案的优劣决定后续恢复的进程与整个恢复过程的效果。

目前，国内外对黑启动进行了大量卓有成效的研究，但普遍的做法都是以1台黑启动机组（抽水蓄能机组、燃气轮机组等）启动1台被启动机组（通常为大型火电机组）作为启动方案，直到被启动机组成功启动并与黑启动机组并列形成一个小系统后，才开始启动其他机组进入网架重构恢复过程。在这种黑启动方案中，黑启动执行过程中除1台被启动机组外的其他机组都处于恢复等待的状态，由于黑启动阶段需耗费较长时间（从几十分钟到几个小时），所以浪费了其他机组宝贵的热启动时间，可能在后续网架重构时使某些机组错过最佳的热启动时限，延误系统恢复进程，影响系统的恢复效果。

华北电力大学在电力系统黑启动恢复方面具有良好的研究基础，该文作者带领的课题组近年来对电力系统黑启动恢复及其决策支持技术进行了大量研究，完成多项相关科研项目，在黑启动恢复控制方面取得了一系列研究成果，积累了丰富的研究基础和经验。该文是目前课题组工作的延续和深入，首先，鉴于目前有些系统的黑启动电源有较大容量及较好的运行调节性能的实际情况，提出了扩展黑启动的基本思路，即用1个黑启动电厂，采用零起升压或降低电压充电的方式，同时对多个被启动电厂的恢复路径进行充电并为被启动电厂提供厂用电源，实现多个被启动电厂首台机组的快速启动。随后，以扩展黑启动方案所形成的小系统在优化时间段内提供的发电量加权和最大为优化目标，综合考虑无功功率、启动功率、自励磁及机组启动时间等约束，建立了扩展黑启动方案的优化模型；最后，结合最短路径算法及回溯算法对扩展黑启动方案进行了优化。

该文提出的扩展黑启动方法，有多台机组可以在黑启动阶段得到恢复，并且形成局部小系统后能为后续恢复提供更大的功率支持，有利于网架重构的快速进行，加快整个系统的恢复进程，显著减少了大停电带来的经济和社会损失。该文的研究成果是原创性的，在国内外尚未见到其他研究报道，是大停电后电力系统恢复研究的一个新探索，所获得的研究成果将对各级电力系统的黑启动具有普遍的指导意义，对提高我国电力系统黑启动恢复技术的研究和应用水平具有重要意义。