毕业论文：十堰地区电网黑启动研究.doc

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1、毕业论文：十堰地区电网黑启动研究毕业论文：十堰地区电网黑启动研究毕业论文：十堰地区电网黑启动研究:2013-3-3 10:15:37毕业论文：十堰地区电网黑启动研究提示：本文原版含图表word版全文下载地址附后（正式会员会看到下载地址）。这里只复制粘贴部分内容或目录（下面显示的字数不代表全文字数）,有任何不清楚的烦请咨询本站客服。摘要本文结合十堰地区的电网特点对其进行了黑启动设计。文章首先对国内外电网黑启动技术的研究现状和黑启动过程中涉及的一些问题做了简单的阐述，接着重点结合实际电网，以地区为单位将电网划分为若干个小系统，通过利用系统外电源或者与系统有电气连接而正常不并网的小系统、小电源，先启

2、动小系统，然后逐步恢复整个电网运行的方法，确定出各个小系统的恢复方案和具体路径，并对其进行了潮流、过电压、机电暂态等仿真计算分析，确定出了系统可行的恢复方案。关键词：电网；黑启动；方案设计；潮流计算 AbstractThis paper mainly do some analysis and research based on the characteristics of Shiyan power system in the aspects of the black start.The paper first introduces the research status of home and

3、 broad black start technology and gives a brief explaination on the problems of black start process. Then the power system is divided into several small parts according to the actual situation of the power system. By using the power out of the system or the power of small systems with electrical con

4、nections, small systems are restarted, and the gradually recover the entire power system. Finally the recovery scheme and path is settled according to the Electrical and Mechanical simulation analysis, such as tide of the programe, over-volgate, transient.Key Word: Power Grid Black Start Scheme Desi

5、gn Flow Calculation 目 录第一章 绪 论11.1 选题背景及其意义11.2 国内外研究现状21.3 本文研究的主要内容2第二章 黑启动过程及其关键技术42.1 黑启动的过程42.1.1 电网黑启动应遵循的主要原则42.1.2 黑启动的一般过程62.1.3 电网黑启动中的保护配合62.2 黑启动过程的关键技术72.2.1 黑启动电源的确定72.2.2 黑启动机组的自励磁问题82.2.3 空载线路的过电压问题122.2.4 大型辅机的启动182.2.5 黑启动初期的系统稳定问题192.2.6 分析工具简介222.3 小结23第三章 十堰地区电网现状及特点243.1 十堰电网概况

6、243.2 十堰的电网结构243.3 十堰的电网特点253.4 小结25第四章 十堰地区的电网黑启动264.1 电网黑启动小系统的划分及原则264.2 十堰市区（张湾区和茅箭区）的电力恢复.黑启动电源选择原则黑启动首先遇到的问题是黑启动电源的确定，可从三个方面考虑。第一类黑启动电源是本身具有自启动能力的机组，在系统全停的条件下，电厂内部的厂用电几乎全部失去。大部分火力发电厂由柴油发电机提供的事故保安电源的容量仅仅能够保证在这种以外情况下发电机、主变等主要设备不被损坏，而不可能为机组提供足够的厂用电来启动因故障停机的主机，所以一般来说如果没有外界电源，火力发电厂机组是不具备自启动能力的；与之相对

7、应的水轮机机组和燃气轮机机组的启动，对厂用电要求很低，有的时候甚至不需要厂用电，因此黑启动电源通常选在此类电厂。按照国际国内对黑启动的经验，大容量的抽水蓄能电厂中的水轮机是非常理想的黑启动电源。第二类黑启动电源为事故后残存的机组或孤岛，它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负荷运行，或是低频解列后形成的孤岛。第三类黑启动电源为相邻系统的支援。通常列入恢复计划的只有第一类电源，而后几类电源因为跟系统事故后的状态有关。所以很难被列入事先制定的恢复计划中去。黑启动电源的选择原则为：（1）尽量选择调节性能好、启动速度快、具备进相运行能力的机组；（2）优先选择直调电厂作为黑启动电源，其次

8、选择用户电源；（3）尽量接入较高电压等级的电厂；（4）有利于快速恢复其他电源的电厂；（5）距离负荷中心近的电厂。2.子系统划分的原则黑启动时需要将电网划分为多个子系统，各子系统内部可以同时进行黑启动操作，以加速全系统恢复，每一个子系统都应有一个主网架，包括子系统内的黑启动电源、主要电厂、枢纽变电站和重要负荷。子系统划分原则如下：（1）根据电网结构特点和黑启动电源所在的地理位置合理划分子系统；（2）各子系统至少有一个黑启动电源；（3）各子系统应具有较好的调频调压手段；（4）各子系统应具有明确、可靠的同期并列点。3.黑启动路径选择原则每个黑启动电源应当有相对独立的黑启动路径，各黑启动路径送电后应在

9、规定的并列点并列，逐步形成主网架。（1）应能在尽量短的时间内以最少的操作步骤恢复系统供电；（2）应尽量减少不同电压等级之间的变换；（3）应距离下一个电源点最近，以尽快恢复本地区电网的主力电厂，建立相对稳定的供电系统；（4）应便于主网架的快速恢复。4.负荷恢复原则（1）频率、电压控制，备用容量要求。黑启动过程中，负荷应当在调度的统一指挥下按轮次有序恢复。在调度操作方案中应列出负荷恢复的优先次序和数量，应优先保证各级电力调度机构、电厂、通讯部门、党政机关、重点厂矿企业的保安负荷等重要负荷的供电；负荷恢复初期应避免电铁、电弧炉等冲击性负荷。在负荷恢复的过程中，应控制系统工频误差在0.5Hz内，电压在

10、0.9-1.1标幺值之间。在负荷恢复过程中，系统应留有一定的旋转备用容量，旋转备用容量一般不低于系统发电负荷的30%。（2）负荷恢复操作原则负荷恢复在市调的统一指挥下进行；市调按照其调度的220kv或500kv站的变压器中压测或低压侧母线向相关区县调度下令恢复指定容量的负荷；各级调度优先恢复公用站的站用电，恢复顺序应按照从高到低的电压等级、系统站-中转站-负荷站的顺序执行；负荷恢复的顺序按照甲类负荷-乙类负荷-丙类负荷-一般负荷的顺序执行；多电源用户的电源按照市调500kv、220kv、系统站、中转站、负荷站的顺序优化选择一条；如果单一用户的负荷容量超过了市调下达的负荷总量要求，有关区县调度在

11、进行负荷恢复操作时应明确告知用户负荷的容量限制。2.1.2 黑启动的一般过程不同的电力系统恢复的方式不同，但总的目标是在最短时间内使系统恢复带负荷能力并恢复基本网架结构。具体要求有2个方面：最小实现，用最小启动功率启动尽可能多的机组；制定严格的操作步骤，实现操作步骤最少。其具体过程可分为如下几方面：1.电网发生严重故障，导致系统崩溃时，首先检测和确定系统的状态，明确目标系统，并在此基础上，将整个系统划分为若干个小系统，确定启动电源、需要优先恢复厂用电的机组和负荷以及恢复路径。小系统划分时必须保证每个小系统内具有独立的自启动机组。2.分别进行小系统内黑启动机组的自启动，若存在联络线支援，可考虑将

12、它与黑启动机组相配合，以实现尽快系统恢复。同时为确保黑启动机组的稳定运行和频率、电压在允许范围内波动，需及时适当的接入一定容量的负荷。3.黑启动机组启动发电并稳定运行后，将启动功率通过线路送至其他机组，带动其他机组启动。4.小系统内机组的并列。首先完成各机组零起升压，达到并列条件后，将机组与系统同期并列，恢复更多的负荷，并完成满负荷运行。5.各小系统成功恢复后，调整各小系统频率及电压平衡，利用系统间的联络线进行同期并列，完成整个网络的重建。6.恢复系统剩余负荷，最终完成整个系统的恢复。2.1.3 电网黑启动中的保护配合21.将涉及元件及有关线路的保护、低频低压解列装置投入运行；2.线路重合闸应

13、退出运行；3.有关机组的高频保护、过电压保护、自动调整励磁装置必须投入；4.送出负荷的低频、低电压减负荷装置必须投入；5.过压保护必须投入运行。2.2 黑启动过程的关键技术2.2.1 黑启动电源的确定区域电力系统发生大面积停电事故后，系统恢复所需的黑启动电源主要来源于三类：本身具有黑启动能力的机组；事故后残存的机组或“孤岛”；相邻系统的支援。但是由于第二和第三种黑启动电源具有不确定性，难以在黑启动方案的制定中把握其状态，因此通常只有第一类电源被列入恢复计划。为了具备提供黑启动服务能力的性能，提供黑启动能力发电厂的辅助发电设备，以及相应的主发电设备，无论什么样的机组类型，都需要满足一定的技术性能

14、指标。根据“北美电力安全委员会”的要求，这些技术性能指标主要包括以下的几个方面：（1）系统发生大面积事故后，在规定的时间范围内，在没有使用外部电源支援的情况下，能够至少启动发电厂的一台主发电机组。（2）在接到电力调度部门的指令两个小时内，能够给电网的部分输电系统供电，如果必要，能够给本地的部分配电系统供电。（3）能够瞬间接受因需求引起的大容量负荷，能瞬间接受负荷容量理想值在30-50MW之间，同时，在接受瞬间大容量负荷的过程中，频率值和电压值的范围可以被控制在允许的范围内。在黑启动过程中，频率值范围应控制在47Hz-53Hz之间。（4）考虑到电力系统黑启动的过程中的极不确定性和极不稳定性，容易

15、引起各种保护装置的误动，使得黑启动机组从系统中失去同步或退出运行。所以，黑启动机组必须能够在接受任务的期间，具有至少三次的连续黑启动能力。（5）根据黑启动指令，具有黑启动能力的发电厂，应该保证足够的燃料储备，使得发电厂能够在接受指令之后，稳定持续运行一段时间，比较理想的范围为3-7天。（6）提供黑启动服务的发电厂，它的主发电机组和补助发电机组的故障率应该足够低，可用率保持在90%以上。（7）提供黑启动服务的发电厂，必须具有一定的无功吸收能力。根据上述的黑启动技术性能指标，对电力系统的各主要类型的发电厂的运行特性和启动特性进行分析，以确定哪一种类型的发电厂适合作为黑启动电源，以及它们作为黑启动电

16、源时应该注意的一些问题。一般来说，所有发电厂的启动都需要一定的启动电能的供应。水电厂的厂用电相当小，仅为电厂最大负荷的0.1%-1%；火电厂则大得多，约为5%-8%；原子能电厂为4%-5%。在电力系统正常运行的操作环境下，各类发电厂可以通过输电系统或配电系统获得所需的启动电能。在电力系统发生崩溃瓦解的全黑事故的紧急状态下，一部分具有黑启动能力的发电机组通过安装在特定位置的补助发电设备获得所需的启动电能。而其余的无黑启动能力的机组，则需要在黑启动机组启动之后，获得启动电能后才能正常启动。因此在我国南方有着丰富水资源的地区一般选用水电机组作为黑启动电源，而北方则选取具有自启动能力的小火电机组或燃机

17、机组作为黑启动电源。2.2.2 黑启动机组的自励磁问题自励磁现象是同步电机内部电磁能量交换的一种不稳定工作状态，可分为同步自励磁（根据同步发电机转子结构的不同，同步自励磁又分为反应同步自励磁和推斥同步自励磁）和异步自励磁。发电机带空载长线路（如图2.1）自励磁问题实质上是一种参数谐振现象。 图2.1 发电机带空载长线路同步发电机的自励磁现象是指无励磁发电机在过大的电容性负荷下电压自发上升的现象，建立的电压值可能很高。当发电机带空载长线路时，相当于带了一个容性负载，如果发电机有剩磁，则机端会有一个幅值较小的电压 ，此电压加在容性负载上，系统将产生容性电流，该容性电流会对发电机产生助磁性的电枢反应

18、。随着励磁电流增大，机端电压增高，系统中的容性电流也将增大，助磁性的电枢反应进一步增强，机端电压 又将上升。如此反复，机端电压将越来越高，但由于实际存在磁路的饱和特性，所以机端电压不会无限增大。由于此时并无真正的励磁电流，系统容性电流充当励磁电流，所以有以下关系： （2.1）由于转子铁心渐趋饱和， 渐小， 也渐小， 最终会稳定在某一定值，即最后有一个稳态结果。因此，由于饱和的存在，可以说所谓发电机自励磁就是在电容性负荷条件下，发电机发出反应功率并建立了一个对应于某一饱和直轴同步电抗（饱和 值） 的稳态运行方式。所建立的电压的大小与线路的长度和发电机参数有关。当发电机参数一定时，线路越长，电压越

19、高，甚至会达到非常大的数值，危及系统的正常运行和设备的安全。发电机自励磁的特点 是：首先，自励磁所需的能量由参数变化的发电机供给，而不需单独的电源电压。在起始阶段，只要回路中具有某些参与能量，例如，转子剩磁切割绕组而产生不大的感应电压，或电容两端具有微小的残压，就可保证自励磁现象的持续发展。其次，由于实际电网中存在着一定的损耗电阻，所以每次参数变化所引起的能量变化应当足够大（即参数变化足够大），不仅可以补偿电阻中的能量损耗，并且还可以使回路中的储能愈积愈多，保证自励磁的发展。再次，自励磁发生后，回路中的电流和电压的幅值，理论上能趋于无穷大。但是随着电流的增大，电感线圈逐渐达到磁饱和状态，电感L

20、迅速变小，使回路自动偏离共振条件，从而限制了自励磁过电压和过电流的幅值。发电机自励磁的判据方法 ：可通过分析系统特征方程的特征根，来判定发生自励磁的具体情况。若特征方程具有正实根，系统各变量单调增长，定子电流频率（定子电流的振荡频率决定于定子回路的电感和电容）及与之相应的定子磁场转速和转子保持同步，也就是说参数谐振频率等于工频时，则发生的是同步自励磁（注意若特征根只有一个正实根，则发生的是反应同步自励磁）。若特征方程出现实部为正的复根，系统中各变量将以增幅振荡的方式失去稳定，定子电流向量与转子不同步，此时发生的则是异步自励磁，对于凸极同步发电机，它既可以产生同步自励磁，又能产生异步自励磁，但对

21、于隐极同步发电机（ = ）,则只能产生异步自励磁。（1）容量比较法 （2.2）为不产生自励磁的条件。其中， 为发电机容量、 为线路充电容量、K为发电机的短路比。当自励磁时， =0，E=0，则有 ，取发电机本身容量 为基准值，则发电机充电容量为： （因取 ，则 ），式中K为短路比，发电机充电能力的实际值为K 。因此，只要发电机的容量 乘以发电机的短路比K大于线路的充电容量 ，即满足公式2.2就不会发生自励磁。（2）阻抗判别法如图2.2所示，当线路充电特性与发电机空载特性曲线相切时，相当于 ，此为临界。当 时，充电特性与曲线无交点，不能发生自励磁，而当 时，则会产生自励磁条件。一般情况下，发电机经

22、变压器带空载线路，考虑到变压器的漏抗 ，即 不会发生自励磁。考虑到机组参数、线路、变压器等元件参数的误差，为了可靠地脱离自励磁区域，实际使用该判据时，应留有适量裕度，一般取系数 ，即 时就不会发生自励磁。 图2.2 自励磁的阻抗判据法（3）边界条件法如图2.3所示，设在一同步发电机的定子中有一组稳定正序电流流过，如果发电机能够送出电磁功，以平衡输电系统电阻中的功率损耗，则发生了同步自励磁。同步自励磁产生时，定子电流产生的磁场与转子相对静止，并由于实际存在的磁路饱和，发电机电压不会无限上升而要稳定在某一固定值（尽管有时这一固定值非常大），所以同步自励磁最后是一种稳态运行方式。 图2.3 产生自励

23、磁的边界条件根据参数谐振的概念得到其稳定边界，其边界条件为 即 （2.3）式中： 为线路等效电抗； 为发电机等效纵轴电抗； 为发电机等效横轴电抗。用图形表示即为图2.3中半圆m，这一半圆圆心的坐标为 ，而其半径为 ，半圆内的1部分是不稳定区。当代表外电路参数的点 ，落于半圆m内时，就会有能量的积累，将产生电流、电压自发增大的同步自励磁。由于此时发电机的输出功率是由d轴和q轴的同步电感系数 与 不相等所致，也称为反应同步自励磁。当代表外电路参数的点落在图2.3所示的半圆2内时，也将发生同步自励磁。由于此时是由q轴的 与d轴的 不相等所致，因此成为推斥同步自励磁。由于电机磁路的饱和，电流、电压不能无限增长，推斥同步自励磁并不能持续，实际上发生的往往是异步自励磁。当代表输电系统参数点 落于图2.3中2部分半圆内时，系统将发生异步自励磁。发生异步自励磁的边界条件为 即 （2.4）式中 为暂态电抗。此外，如果系统未到自励磁边界，也要注意发电机进相是否会