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摘要：文章对大电网面临的风险进行分析，并对黑启动的概念进行介绍，从几个典型案例中总结电网黑启动的经验和教训，并新能源电站参与黑启动的可行性和优缺点进行研究，以供参考。
关键词：新能源电站；黑启动；经验与教训
1引言
近年来随着全球电能需求量增加，以及资源紧缺和环境恶化问题的加剧，世界各国都在大力发展新能源电站，如风电站、水电站、核电站、光伏电站等。但是这些新能源电站在逐渐兴起并接入电网来对传统的发电形式进行逐步取代的过程中，其自身具有的波动性和间歇性也增加了电网系统的不稳定性，并且增加了会导致电网大面积停电事故发生的概率。为了减少大规模停电对国民经济造成的巨大损失，对黑启动提出了很高的要求，即电网的快速恢复，需要在尽可能短的时间内实现安全启动。
2大电网面临的风险与黑启动
2.1大电网面临的风险
目前电网系统的主要发展趋势就是远距离大容量送电以及区域大电网互联，但是此种现代电网形式却导致在电网运行中存在较大的安全风险，即电网系统中局部系统出现故障就容易导致整个大电网出现停电事故，甚至会引发较为严重的故障发生而导致整个电力系统出现崩溃瓦解的风险。从全球角度来看，过去十年中发生了十几次大规模停电。主要的原因就是由于过负荷、输电线路或变压器设备等出现故障、以及监控和保护系统存在缺陷等原因导致的，而且这些大面积停电事故发生之后，就需要在短时间内进行快速的电网恢复，来降低停电事故造成的损失。黑启动是整个电力系统恢复过程的第一个操作和重要部分。
2.2黑启动
黑启动是大规模停电后电力系统的恢复。其总体目标是在系统中实现停电或部分停电之后，为了最小化电网中大规模停电造成的损失，确保电网的安全和快速恢复。在大规模停电后的电力系统恢复过程中，电网将经历黑启动，电网重建和负荷恢复三个阶段。黑启动阶段是电力系统恢复的第一阶段，通常需要30到60分钟。检测到断路器的状态、辅助启动、单元启动和黑启动功率并列形成一个小系统，以完成黑启动过程。
3电网黑启动的经验与教训
继2005年海南电网大规模供电和黑启动以及2008年漳州电网黑启动和2008年贵州电网黑启动等情况后，得出以下黑启动的经验和教训：由于电网在受到自然灾害等其他难以预料的事故而引发大面积停电事故具有不确定性，所以应该加强对电网抵御自然灾害的能力进行加强。此外，由于电网的黑启动过程很复杂，因此需要通过单元启动线恢复变压器启动负载以获取剩余单元并启动直到最终的整个网络恢复。该过程不仅需要很长时间，而且还需要在频率调制，电压调节，故障分析，通信和保护方面进行充分考虑和控制。并且通过实现进行多套黑启动方案的制定和试验来确保黑启动方案的有效实施，满足大面积停电事故之后电网的恢复需求。
4新能源电站参与黑启动及其注意事项
4.1电网黑启动案例介绍
我国的第一次大规模黑启动实践案例是2005年的海南电网受到台风袭击之后进行的黑启动方案的实施，在事故发生1.5h之后开始对多套黑启动方案进行实施，且其中多套方案在实施中宣告失败，4小时后，实现了南丰水电站，大光坝电厂和洋浦电厂燃气轮机的黑启动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆之后才开始部分变电站进行供电恢复，并在事故发生之后大概30h之后变电站全部恢复送电，在变电站送电之后36h才使得主网恢复环网运行，以及在事故发生之后13d之后海南电网才全部恢复运行。虽然在之前对海南电网进行分析时得出的结论为，此电网中包括数量较多的小水电，其对黑启动具有重要作用，可以大大缩短黑启动的时间，但是从此次事故来看，小水电黑启动成功所消耗的时间较长，此外，在事故发生前在岛上运行并模拟外部电源的企业所有的发电厂没有优先并网。因此，在事故发生后，还建造了海底电缆网络项目，以提高电网应对自然灾害和黑启动的能力。
4.2黑启动电源的选择
在出现大面积停电事故之后，在进行黑启动时应首先将相邻电网作为电源来进行快速和安全的黑启动，因此，在规划和建设电网时，需要与相邻的电网建立连接。另外，在岛上运行的电源可以用作启动电源，并且在一些极端情况下，可以选择黑启动单元用于本地黑启动能力。
4.3对黑启动机组的要求
黑启动机组需要能够在没有外界网络帮助下完成自启动，所以要求其不具有复杂的辅机系统，而且具有较少的厂用电负荷和加强的自启动能力，还必须有足够的DC和UPS系统容量，以满足快速启动的要求。目前，根据黑启动电源的类型，黑启动分为几种模式，如水电站或抽水蓄能电站启动，燃气轮机启动，外部网络接触线启动和孤岛启动。而且以第一种即水轮发电机组启动为最优，但是此种启动方式会受到季节以及水库容量的影响，从而出现水量变化较大以及黑启动时间较长和能力较差等问题。燃气轮机的启动可以用作水力发电机组启动的备用启动模式。柴油机则本身具有较低的投资和较小的容量，以及具有较好的移动性特点，可以作为紧急事故电源来使用。然而，由于其结构复杂且厂用电负荷大，火力发电厂不适合用作黑启动电源。
4.4新能源电站的黑启动能力
与水电站相比，新能源电站结构更简单，单机容量更小，电厂的电力消耗也更小。所以更加适用于作为黑启动电源，此外，其不仅满足黑启动的要求，而且还可以利用并网逆变器来对频率和电压进行控制，满足孤岛运行的要求。此外，我国的大型新能源发电设备只需要进行简单的改造就可以作为黑启动电源来使用，而且在大型新能源电站机组中的一个机组黑启动成功就是使得其他机组相继启动成功。不仅如此，新能源电站参与黑启动也不需要进行格外的投资，在我国电网较为薄弱且水电机组比较缺乏的地区更加适合作为黑启动电源来发挥其作用。
4.5太阳能与水能的互补
对于水资源稀缺的地区，水电或抽水蓄能电站不能作为黑启动首选。这需要具有快速启动能力的燃气轮机单元和孤岛启动模式下的黑启动方法。燃气轮机需要大功率柴油发电机来提供其启动公路，需要定期开启以进行维护，因此初期投资和维护成本很高。如果在水电资源稀缺的地区可以找到替代的黑启动电源，这些区域的黑启动能力将大大提高。从国家太阳能分布可以看出，太阳能丰富的地区通常缺乏水资源，因此它们可以利用两者的互补性。特别是在我国西北部，它更为突出。如果太阳能电站可以作为黑启动电源，它将大大增加长江，特别是西北电网的黑启动能力。
5结语
总之，新能源电站在没有额外投资的情况下参与黑启动，或者只需要更少的额外投资，更适合长江以北水电相对稀缺的广大地区。并在广袤的沿海地区拥有丰富的风电资源。但是此中黑启动电源形式也具有其自身的缺陷，主要表现在风电容易受到风力的影响，而光伏则容易受到日照的影响，所以可以将风电、水电以及光伏等新能源电站进行结合，这样就可以通过多种新能源电站形式之间的互补作用来提高其黑启动能力，实现大型新能源发电站的黑启动。因此，在新能源发电站的发展过程中，应加强对其黑启动能力的研究和试验工作。
参考文献：
[1]刘亚平.水电站厂用电黑启动方案的分析研究[J].通信电源技术,2016,33(3):73-74.
[2]于远鹏,刘学,侯飞,等.二滩水电站黑启动监控流程化研究[J].水电与新能源,2018(3).
论文作者:徐秀祥
论文发表刊物:《科技新时代》2018年7期
论文发表时间:2018/9/13
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