CN105846463B - 一种多源协调的黑启动方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多源协调的黑启动方法及系统，该方法通过柴油发电机、光伏电站、储能系统和风电场有序阶段式的作为启动电源，逐步完成区域电力系统的黑启动；该方法的启动过程包括三个阶段：第一阶段中，由柴油发电机和光伏电站作为启动电源为风电场厂用电母线供电，以及为储能系统充电；第二阶段中，柴油发电机、光伏电站和储能系统共同作为启动电源并分批次启动风电场内的所有风电机组；风电场启动后，进入第三阶段：风电场、储能系统、柴油发电机和光伏电站共同作为电源，启动火电厂。本发明具有启动速度快，运行稳定的优点，切实有效地减少了电网恢复时间。

Description

一种多源协调的黑启动方法及系统

技术领域

本发明涉及电网黑启动领域，尤其是一种多源协调的黑启动方法及系统。

背景技术

黑启动是指整个电网系统因故障停运后，不依靠别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力也称为黑启动能力的机组的启动，带动无自启动能力的机组，逐渐扩大系统输电范围，最终实现整个系统的恢复。不同的电力系统恢复的方式不尽相同，但总的目标是在最短时间内使系统能够恢复带负荷的能力。

所谓黑启动方案，是指电力系统发生事故后，尽快有序地恢复或重构一种新的稳定运行方式的方案。对其一般有三个要求，一是速度要快；二是恢复或重构新的运行方式的过程必须是有序的；三是新的运行方式必须是一个稳定的方式。

由于中国对电力系统恢复问题的研究起步相对较晚，同时由于各网区、各电网的具体情况不一样，目前还没有也不可能有广泛适用于不同网络(运行方式和工况)的恢复方案，这就迫切要求各电网根据各自电网的实际情况，合理选择黑启动电源，合理划分区域，合理分配负荷，制定严格的操作步骤，制定出适合的黑启动方案，利用自身优势，争取在系统发生故障后在最短的时间内有序地实现系统的重建和对尽可能多的用户恢复可靠供电。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供一种多源协调的黑启动方法及系统。

技术方案：本发明提出一种多源协调的黑启动系统，它包括柴油发电机、光伏电站、内置BMS模块的储能系统、风电场和火电厂；其中，

风电场包括风电场厂用电母线、风电机组馈线、风电场厂用电负载和风电场无功补偿装置和风电机组；柴油发电机、光伏电站、储能系统以及风电场厂用电负载分别通过变压器与风电场厂用电母线相连；风电场厂用电负载包括风电场照明装置和风电场控制电路；风电场无功补偿装置和风电机组分别通过变压器与风电机组馈线相连；风电场厂用电母线通过变压器与风电机组馈线相连；

火电厂包括火电厂母线以及分别通过变压器接入火电厂母线的火电厂控制电路、火电厂无功补偿装置和火电机组；火电厂母线通过变压器与风电机组馈线相连，同时通过变压器与大电网相连，

进一步的，所述风电机组包括风机辅机和风机发电机；风机辅机包括变桨装置、偏航装置、变流装置和控制装置。

优选的，所述风电场无功补偿装置为静止无功发生器SVG。

本发明还提供一种多源协调的黑启动方法，该方法通过柴油发电机、光伏电站、储能系统和风电场有序阶段式的作为启动电源，逐步完成区域电力系统的黑启动，具体包括以下步骤：

S1构建如权利要求1至3中任意一项所述的多源协调的黑启动系统；

S2当电力系统停止供电时长超过设定的阈值时，闭合柴油发电机、光伏电站、储能系统与风电场厂用电母线之间的变压器，柴油发电机和光伏电站启动并作为启动电源为风电场厂用电母线供电，以及为储能系统充电；

S3在为储能系统充电的同时，工作人员通过储能系统内置的BMS模块获取储能系统充电状况，当储能系统充满电时，闭合风电场厂用电母线与风电机组馈线之间的变压器，由柴油发电机、光伏电站和储能系统共同作为启动电源启动风电场内的风电机组；所述风电场无功补偿装置为风电机组馈线提供无功电压支撑；

S4风电场启动完毕后，合上风电机组馈线与火电厂母线间的变压器，由风电场、储能系统、柴油发电机和光伏电站共同作为电源，启动火电厂控制电路、火电厂无功补偿装置和火电机组；

S5火电厂启动后并入大电网，同时切断柴油发电机和储能系统，由火电厂、光伏电站、风电场一起作为启动电源对外恢复大电网。

进一步的，所述步骤S2中柴油发电机和光伏电站的启动方法包括：

S20当电力系统停止供电时长超过设定的阈值时，首先闭合柴油发电机与风电场厂用电母线之间的变压器，恢复风电场厂用电负载供电；

S21恢复风电场厂用电负载供电后，闭合光伏电站与风电场厂用电母线之间的变压器；光伏电站和柴油发电机一起为风电场厂用电母线供电；

S22光伏电站启动后，闭合储能系统与风电场厂用电母线之间的变压器并通过柴油发电机和光伏电站为储能系统充电。

进一步的，所述步骤S3中风电机组的启动采用串行启动方式，具体步骤为：

根据火电厂内负载容量需求分批启动风电场内的风电机组，每次启动一台或多台风电机组，在先启动的风电机组限功率运行，其输出的发电功率和柴油发电机、光伏电站以及储能系统输出的发电功率一起作为在后启动的风电机组的启动电能。

进一步的，所述步骤S4中火电厂的启动方法为：

在恢复火电厂母线供电后，首先启动火电厂控制电路和火电厂无功补偿装置，再根据大电网中接入负载的容量分批次启动火电机组。

有益效果：

(1)从经济角度出发，本发明大大降低了单独采用火电厂进行黑启动的配置容量，节约成本。

(2)从技术角度出发，本方明将柴油发电机作为最先启动的电源，具有着以下优点：

1)启动性能好2)调频调压能力好3)移动性好。此外，本发明中储能系统既能作为负载，也能作为电源，可靠性较好；接入无功补偿装置，既提供了相应的无功功率，又提高了电力系统的稳定性。

(3)从电力系统角度出发，本方明通过柴油发电机、光伏电站、储能系统和风电场进行有序阶段式多电源启动，切实有效地减少了电网恢复时间，从而降低了由于电力系统发生故障而造成的相应损失。

(4)本发明引进了太阳能、风能这些清洁能源作为黑启动的电源点，取用方便的同时减小了环境污染，增加了黑启动系统的适用范围。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例中多源协调的黑启动系统电气接线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和出示的实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示为本发明实施例中的多源协调的黑启动系统，它包括柴油发电机、光伏电站、储能系统、风机、静止无功发生器SVG、火电厂和输电线路，其中输出线路包括10kV风电场厂用电母线、35kV风电场机组馈线和110kV火电厂母线。该多源协调的黑启动系统的连接关系为：

柴油发电机、光伏电站、储能系统和风电场厂用电负载分别通过变压器接入10kV风电场厂用电母线；

风电机组、静止无功发生器SVG分别通过变压器接入35kV风电场机组馈线；

火电厂厂内负载和火电机组分别通过变压器接入110kV火电厂母线；

10kV风电场厂用电母线、35kV风电场机组馈线和110kV火电厂母线之间的连接关系为：10kV风电场厂用电母线通过变压器与35kV风电场机组馈线相连；35kV风电场机组馈线通过变压器与110kV火电厂母线相连。

在黑启动过程中分次启动这三根输电线路及输电线路上连接的负载。

上述多源协调的黑启动系统启动流程如下：

(1)当电力系统发生故障停电时，系统进入第一阶段。首先，闭合柴油发电机与10kV风电场厂用电母线之间的变压器，柴油发电机发出的电能为风电场内照明用电和控制系统等负载供电；其次，在所述系统电压频率稳定的基础上，闭合光伏电站与10kV风电场厂用电母线之间的变压器，光伏电站和柴油发电机一起，为风电场内照明用电和控制系统等供电；最后，闭合储能系统(此时作为负载)与10kV风电场厂用电母线之间的变压器，柴油发电机和光伏电站一起作为电源，对储能系统充电。

(2)储能系统内置BMS模块，工作人员通过BMS模块获取储能系统充电状况，当储能系统充电完毕，系统进入第二阶段。首先，启动35kV风电场机组馈线上接入的静止无功发生器SVG，静止无功发生器SVG充电完毕后，为系统提供相应的无功电压支撑；其次，储能系统、柴油发电机和光伏电站一起作为电源，为风电机组的变桨、偏航、控制回路等辅机系统供电，当风机发电机转速＞空转转速时，电源开始提供励磁，则风电机组开始自启动发电运行。这里优选采用串行启动方式：启动风电场内第一台风电机组；在此基础上，已启动的风电机组和储能系统、柴油发电机、光伏电站一起作为电源启动第二台风机；按照所述步骤，逐台启动风电场内的所有风电机组。在第二阶段中，储能系统作从负载转换为电源，柴油发电机和光伏电站仍作为电源，已启动的风电机组由负载变成电源，未启动风电机组的辅机为负载。

(3)风电场启动完毕，系统进入第三阶段。首先，闭合35kV风电场机组馈线和110kV火电厂母线之间的变压器，风电场、储能系统、柴油发电机和光伏电站一起作为电源，为110kV火电厂母线供电；其次，启动火电厂的厂用电系统、控制系统、无功补偿装置；最后，按照火电机组既定开机流程，有序启动该火电厂内的火电机组。在第三阶段中，风电场、储能系统、柴油发电机和光伏电站作为电源，火电厂内所有待启动负荷作为负载。

(4)火电厂启动后，切断柴油发电机和储能系统，并根据对传统黑启动电源的电压、相位进行同期控制，从而加速恢复大电网。

本方明通过柴油发电机、光伏电站、储能系统和风电场进行有序阶段式多电源启动，切实有效地减少了电网恢复时间，具有启动速度快，运行稳定的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多源协调的黑启动方法，其特征在于，通过柴油发电机、光伏电站、储能系统和风电场有序阶段式的作为启动电源，逐步完成区域电力系统的黑启动，该方法包括以下步骤：

S1构建多源协调的黑启动系统，包括柴油发电机、光伏电站、内置BMS模块的储能系统、风电场和火电厂；其中，风电场包括风电场厂用电母线、风电机组馈线、风电场厂用电负载和风电场无功补偿装置和风电机组；柴油发电机、光伏电站、储能系统以及风电场厂用电负载分别通过变压器与风电场厂用电母线相连；风电场厂用电负载包括风电场照明装置和风电场控制电路；风电场无功补偿装置和风电机组分别通过变压器与风电机组馈线相连；风电场厂用电母线通过变压器与风电机组馈线相连；火电厂包括火电厂母线、火电厂控制电路、火电厂无功补偿装置和火电机组；火电厂母线通过变压器与风电机组馈线相连，同时通过变压器与大电网相连；

S2当电力系统停止供电时长超过设定的阈值时，闭合柴油发电机、光伏电站、储能系统与风电场厂用电母线之间的变压器，柴油发电机和光伏电站启动并作为启动电源为风电场厂用电母线供电，以及为储能系统充电；

S3 在为储能系统充电的同时，工作人员通过储能系统内置的BMS模块获取储能系统充电状况，当储能系统充满电时，闭合风电场厂用电母线与风电机组馈线之间的变压器，由柴油发电机、光伏电站和储能系统共同作为启动电源启动风电场内的风电机组；所述风电场无功补偿装置为风电机组馈线提供无功电压支撑；

S4风电场启动完毕后，合上风电机组馈线与火电厂母线间的变压器，由风电场、储能系统、柴油发电机和光伏电站共同作为电源，启动火电厂控制电路、火电厂无功补偿装置和火电机组；

S5火电厂启动后并入大电网，同时切断柴油发电机和储能系统，由火电厂、光伏电站、风电场一起作为启动电源对外恢复大电网。

2.根据权利要求1所述的一种多源协调的黑启动方法，其特征在于，所述风电机组包括风机辅机和风机发电机；风机辅机包括变桨装置、偏航装置、变流装置和控制装置。

3.根据权利要求1所述的一种多源协调的黑启动方法，其特征在于，所述风电场无功补偿装置为静止无功发生器SVG。

4.根据权利要求3所述的一种多源协调的黑启动方法，其特征在于，所述步骤S2中柴油发电机和光伏电站的启动方法包括：

S20当电力系统停止供电时长超过设定的阈值时，首先闭合柴油发电机与风电场厂用电母线之间的变压器，恢复风电场厂用电负载供电；

S21恢复风电场厂用电负载供电后，闭合光伏电站与风电场厂用电母线之间的变压器；光伏电站和柴油发电机一起为风电场厂用电母线供电；

S22 光伏电站启动后，闭合储能系统与风电场厂用电母线之间的变压器并通过柴油发电机和光伏电站为储能系统充电。

5.根据权利要求4所述的一种多源协调的黑启动方法，其特征在于，所述步骤S3中风电机组的启动方法为：

根据火电厂内负载容量需求分批启动风电场内的风电机组，每次启动一台或多台风电机组，在先启动的风电机组限功率运行，其输出的发电功率和柴油发电机、光伏电站以及储能系统输出的发电功率一起作为在后启动的风电机组的启动电能。

6.根据权利要求5所述的一种多源协调的黑启动方法，其特征在于，所述步骤S4中火电厂的启动方法为：

在恢复火电厂母线供电后，首先启动火电厂控制电路和火电厂无功补偿装置，再根据大电网中接入负载的容量分批次启动火电机组。