CN109004678B - 一种多能组合发电厂黑启动配电系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多能组合发电厂黑启动配电系统结构，采用太阳能电源、风能电源和柴油发电机组构成多能组合黑启动电源，风电场专线、太阳能专线电源容量远大于柴油发电机组，带负载能力远强于柴油发电机组，黑启动负载可以同时成批切换，无需分批启动，有利于快速启动发电机组，提高黑启动电源的可靠性，改善电压质量、运行经济性和污染物排放。风电场专线、太阳能专线电源电能质量、运行经济性、污染物排放都好于柴油发电机组。系统结构简单、技术成熟、故障率低、可靠性高、造价及日常运行维护简单费用低。

Description

一种多能组合发电厂黑启动配电系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电气供配电领域，涉及发电机组的黑启动供电技术，尤其涉及一种多能组合发电厂黑启动配电系统。

背景技术

黑启动是电网因故障瘫痪(blackout)导致发电厂解列停机，失去内部厂用电源及外部启动公用电源而无法正常自启动情况下，通过自备应急电源逐次自启动发电机组，恢复电力系统的启动过程(black start)。黑启动配电系统是电网故障失电时发电厂自启动的应急电源，保障电网供电安全的最后一道防线。

当区域电网因故障瘫痪，安全自动保护装置动作，将网上电厂与电网解列并停机；故障解除后，必须重新启动发电机组恢复全网供电。因为故障导致全网机组解列停机，发电机组已经失去全部电源，必须依靠黑启动电源重新启动。

典型黑启动过程为：启动黑启动柴油发电机组，向黑启动母线段供电，顺序投入发电厂照明系统、控制保护系统、燃料运输系统、热能动力系统，调节热力负荷，逐步投入汽水系统，切入汽轮发电机，待发电机组稳定并可以带低负荷运行，切换厂用电供电，黑启动柴油发电机组退出，发电机组并网使电网部分恢复供电，逐渐增大负荷直至达到额定运行状态，完成黑启动。

通常发电厂采用柴油发电机作为黑启动电源。从实际运行效果来看，由于柴油发电机组的制造和装配质量、运行管理及维护的状况等因素，可靠性不够理想，如启动成功率低、启动时间长、运行电能质量不佳等，影响发电机组黑启动可靠性。因此，采用一种多能组合配电系统结构提高、改善发电厂黑启动的可靠性及运行性能。

目前还没有完善的多能组合发电厂黑启动配电系统结构。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多能组合发电厂黑启动配电系统及控制方法，应用太阳能电源、风能电源和柴油发电机组构成多能组合黑启动电源，提高黑启动电源的可靠性，改善电能质量、运行经济性和污染物排放。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种多能组合发电厂黑启动配电系统，包括黑启动母线段HQM和合闸同期装置TQJ以及并联的风电场专线L1和发电机专线L3；

风电场专线L1的变压器通过开关1ZKK与黑启动母线HQM连接，变压器与开关1ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器1PT的一端连接，电压互感器1PT的另一端与同期合闸装置TQJ的输入端连接，同期合闸装置TQJ的输出端与开关1ZKK连接，同期合闸装置TQJ还通过电压互感器PT与黑启动母线HQM连接；

发电机组专线L3通过开关3ZKK与黑启动母线HQM连接，发电机组与开关3ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器3PT的一端连接，电压互感器3PT的另一端与同期合闸装置TQJ连接，同期合闸装置TQJ与开关3ZKK连接。

优选的，还包括与风电场专线L1并联的太阳能专线L2；

太阳能专线L2的变压器通过开关2ZKK与黑启动母线HQM连接，变压器2与开关2ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器2PT的一端连接，电压互感器2PT的另一端与同期合闸装置TQJ的输入端连接，同期合闸装置TQJ的输出端与开关2ZKK连接。

优选的，所述风电场专线L1和太阳能专线L2的变压器均为降压隔离变压器。

优选的，风电场专线L1、太阳能专线L2采用电缆或架空导线与变压器的高压侧连接。

优选的，所述变压器的低压侧采用硬母线与黑启动母线HQM连接。

优选的，所述发电机专线L3采用柴油发电机组发电。

本发明还提供了一种多能组合发电厂黑启动配电系统的控制方法，当电网故障，黑启动母线段HQM失去正常工作电源，闭合风电场专线L1的开关1ZKK，或闭合太阳能专线L2的开关2ZKK给黑启动母线供电；

当同期合闸装置TQJ检测到风电场专线L1和太阳能专线L2与黑启动母线电压波形一致时，同期合闸装置TQJ同时闭合开关1ZKK和2ZKK给黑启动母线供电。

优选的，当风电场专线L1和太阳能专线L2同时失电，则闭合发电机专线L3的开关3ZKK给黑启动母线段HQM供电，当发电机组启动成功恢复供电后，黑启动母线段HQM切换到正常工作电源供电。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的多能组合发电厂黑启动配电系统结构，采用黑启动柴油发电机组、风电场专线、太阳能专线组成三种能源型式组合、各路完全独立的电源联合供电。即使在全电网崩溃的情况下，通过风电场专线、太阳能专线，可以保障电厂的黑启动电源供应，加上黑启动柴油发电机组作为后备手段，黑启动电源的可靠性大大提高。

风电场专线、太阳能专线电源容量远大于柴油发电机组，带负载能力远强于柴油发电机组，黑启动负载可以同时成批切换，无需分批启动，有利于快速启动发电机组。

风电场专线、太阳能专线电源电能质量、运行经济性、污染物排放都好于柴油发电机组。

附图说明

图1为本发明系统的电路示意图；

图中：1、柴油发电机组；2、变压器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，一种多能组合发电厂黑启动配电系统，包括电机组专线L3、风电场专线L1和太阳能专线L2，三条供电线路与发电机组的黑启动母线HQM并联，三条供电线路独立供电。通过风电场专线、太阳能专线，保障全电网崩溃的情况下，向发电厂供应黑启动电源。发电机组专线L3作为风电场专线和太阳能专线的后备电源。发电机组专线L3采用柴油发电机组1发电。

风电场专线L1的变压器2通过开关1ZKK与黑启动母线HQM连接，变压器2与开关1ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器1PT的一端连接，电压互感器1PT的另一端与同期合闸装置TQJ连接，同期合闸装置TQJ与开关1ZKK连接，同期合闸装置TQJ还通过电压互感器PT与黑启动母线HQM连接。

太阳能专线L2的变压器2通过开关2ZKK与黑启动母线HQM连接，变压器2与开关2ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器2PT的一端连接，电压互感器2PT的另一端与同期合闸装置TQJ连接，同期合闸装置TQJ与开关2ZKK连接。

柴油发电机组专线L3通过开关3ZKK与黑启动母线HQM连接，柴油发电机组与开关3ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器3PT的一端连接，电压互感器3PT的另一端与同期合闸装置TQJ连接，同期合闸装置TQJ与开关3ZKK连接。

变压器2为降压/隔离变压器；变压器高压侧用电缆或架空导线与风电场专线L1、太阳能专线L2连接；变压器低压侧以硬母线与配电装置母线连接。配电装置的出线用电缆连接。柴油发电机出线通过电缆连接到配电装置。变压器处于热备用状态随时可以进行电源切换，电源切换成功率高。

变压器2和配电装置布置在专用配电室内。室内有采暖通风、照明、检修起吊设施。仪表、控制、保护及自动装置安装在配电装置柜体内。

柴油发电机组布置在专用车间内。柴油机的进气、排气装置通向室外。室内有日用油箱、消防、采暖通风、照明、检修起吊设施。燃油管道从油箱接到柴油机进油口。

设备基础负荷设备荷载要求，坚固平直，埋件尺寸准确。

下面对本申请提供的一种多能组合发电厂黑启动配电系统的工作原理进行详细的阐述。

风电场专线L1、太阳能专线L2正常情况处于带电状态，变压器2处于带电热备用状态，母线开关1ZKK、2ZKK、3ZKK为断开状态。黑启动母线段HQM电压为非常重要的电压值，在中央控制室监测。

当电网故障，发电机组解列停机，黑启动母线HQM失去正常工作电源，电压互感器PT失电，即可闭合风电场专线L1进线开关1ZKK，或太阳能专线L2进线开关2ZKK。

也可根据电厂黑启动要求及风电场专线L1、太阳能专线L2当时的负载状态，同期合闸装置TQJ检测专线与黑启动母线电压波形，当电压波形一致，在同期合闸装置TQJ判别合闸条件后，同时闭合开关1ZKK和2ZKK并列运行。

在极端严重情况下，如风电场专线L1、太阳能专线L2同时失电，启动黑启动柴油发电机供电。

当发电机组启动成功恢复供电后，黑启动母线段HQM切换到正常工作电源供电，黑启动即告完成。

该多能组合发电厂黑启动配电系统，风电场专线L1、太阳能专线L2组成双路黑启动电源联合供电，当电网故障崩溃发电厂解列停机失去厂用电源，经过合闸同期装置TQJ判别合闸条件后，闭合1ZKK,或2ZKK，切换到风电场专线L1、太阳能专线L2向黑启动母线段HQM供电；在极端严重情况下，风电场专线L1、太阳能专线L2均故障失电，此时柴油发电机快速启动，提供后备电源。

发生电网故障导致电网瘫痪发电机组解列停机，可以立即切换投入风电场专线、太阳能专线向发电厂黑启动母线供电，保证电厂不失电。因为风电场或太阳能电厂只需外部有风、有光即可发电，即使电网故障解列情况下，风力发电机或太阳能电池板仍可以继续运行发电；采用专用线输送电力，与电力网无联接，不受电网事故影响，保证在电网故障情况下，通过专用线仍然可靠供电。电网故障解除后，发电厂依靠风电或太阳能黑启动，按上述启动程序恢复供电即可。黑启动柴油发电机组仅作为后备手段。因此，黑启动电源的可靠性大大提高。风电或太阳能电厂的容量比柴油发电机大得多，带负荷能力强，电动机启动和运行电压稳定性和电能质量比柴油发电机好，启动性能好、成功率高。风电或太阳能电厂电能比柴油发电机更经济，黑启动运行经济性更好、污染物排放更低。

本发明公开一种多能组合发电厂黑启动配电系统结构，采用太阳能电源、风能电源和柴油发电机组构成多能组合黑启动电源，提高黑启动电源的可靠性，改善电压质量、运行经济性和污染物排放。

相比于常规单一的黑启动柴油发电机电源，黑启动柴油发电机组、风电场专线、太阳能专线构成三种能源型式组合、各路完全独立的电源联合供电，黑启动电源的可靠性大大提高。

风电场专线、太阳能专线电源容量远大于柴油发电机组，带负载能力远强于柴油发电机组，黑启动负载可以同时成批切换，无需分批启动，有利于快速启动发电机组。

风电场专线、太阳能专线电源电能质量、运行经济性、污染物排放都好于柴油发电机组。系统结构简单、技术成熟、故障率低、可靠性高、造价及日常运行维护简单费用低。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多能组合发电厂黑启动配电系统，其特征在于，包括黑启动母线段HQM和合闸同期装置TQJ以及并联的风电场专线L1和发电机专线L3，以及与风电场专线L1并联的太阳能专线L2；

风电场专线L1的变压器通过开关1ZKK与黑启动母线HQM连接，变压器与开关1ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器1PT的一端连接，电压互感器1PT的另一端与同期合闸装置TQJ的输入端连接，同期合闸装置TQJ的输出端与开关1ZKK连接，同期合闸装置TQJ还通过电压互感器PT与黑启动母线HQM连接；

发电机组专线L3通过开关3ZKK与黑启动母线HQM连接，发电机组与开关3ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器3PT的一端连接，电压互感器3PT的另一端与同期合闸装置TQJ连接，同期合闸装置TQJ与开关3ZKK连接；

太阳能专线L2的变压器通过开关2ZKK与黑启动母线HQM连接，变压器2与开关2ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器2PT的一端连接，电压互感器2PT的另一端与同期合闸装置TQJ的输入端连接，同期合闸装置TQJ的输出端与开关2ZKK连接；

所述风电场专线L1和太阳能专线L2的变压器均为降压隔离变压器，风电场专线L1和太阳能专线L2采用电缆或架空导线与变压器的高压侧连接；

当电网故障，黑启动母线段HQM失去正常工作电源，闭合风电场专线L1的开关1ZKK，或闭合太阳能专线L2的开关2ZKK给黑启动母线供电；

当同期合闸装置TQJ检测到风电场专线L1和太阳能专线L2与黑启动母线电压波形一致时，同期合闸装置TQJ同时闭合开关1ZKK和2ZKK给黑启动母线供电；

当风电场专线L1和太阳能专线L2同时失电，则闭合发电机专线L3的开关3ZKK给黑启动母线段HQM供电，当发电机组启动成功恢复供电后，黑启动母线段HQM切换到正常工作电源供电。

2.根据权利要求1所述一种多能组合发电厂黑启动配电系统，其特征在于，所述变压器的低压侧采用硬母线与黑启动母线HQM连接。

3.根据权利要求1所述一种多能组合发电厂黑启动配电系统，其特征在于，所述发电机专线L3采用柴油发电机组发电。