充放儲一體化電站黑啟動方案

充放儲一體化電站黑啟動方案是指利用充放儲一體化電站作為黑啟動電源的方案。作為給電動汽車提供能量的電動汽車充放儲一體化電站，可以視作配電網中的分散式電源。當主電網發生故障或進行檢修、維護時，具有獨立控制系統的一體化電站要離網獨立運行，並在電網恢復正常之後可以隨時併網。在主電網發生崩潰全黑以，一體化電站進入孤島運行狀態，孤島運行的一體化電站可以運行在電壓源模式，相當於一台發電機。此時，一體化電站可以作為一種黑啟動電源，參與電網的黑啟動。

基本介紹

• 中文名：充放儲一體化電站黑啟動方案
• 外文名：black start-up plan of the integrated storage plant
• 類型：配電網黑啟動方案
• 優勢：啟動時間短、成本低
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

電網規模不斷擴大，潛在的大電網全停事故發生的危險性也在增加。2003年8月14日，北美發生美加大停電事故，隨後英國倫敦、義大利等也出現了大面積停電事故。在發生大停電事故後，制定有效可靠的恢複方案，快速地恢復系統供電，對電網來說有重要的意義。

電力系統發生停電事故後，整個網路就會解列為很多停電的小系統，此時個別孤立的系統可能仍在運行。電網通過內部具有自啟動能力的發電機組帶動無自啟動能力的機組發電，最終實現整個系統電力恢復的過程，即為電力系統的黑啟動。

大部分電網所制訂的恢復計畫基本都是利用水輪機和燃氣輪機作為黑啟動電源。主要是因為:火電廠沒有廠用電時無法啟動，而水輪機和燃氣輪機對廠用電的要求較低，容易啟動。但水電站通常位於距離城市電網較遠的邊遠地區，並且水電機組調速系統反應較慢，這些缺點在一定程度上限制了其作為黑啟動電源的能力;燃氣輪機在啟動初期時需要外部動力把機組帶至一定的轉速才能點火升速，國外大都採用柴油機作為起動機，國內主要採用電動機。

作為給電動汽車提供能量的電動汽車充放儲一體化電站，可以視作配電網中的分散式電源。當主電網發生故障或進行檢修、維護時，具有獨立控制系統的一體化電站要離網獨立運行，並在電網恢復正常之後可以隨時併網。在主電網發生崩潰全黑以，一體化電站進入孤島運行狀態，孤島運行的一體化電站可以運行在電壓源模式，相當於一台發電機。此時，一體化電站可以作為一種黑啟動電源，參與電網的黑啟動。

充放儲一體化電站原理

為電動汽車提供充電服務的充放儲一體化電站主要由四部分構成:調度中心、多用途變流裝置、充放儲電池更換系統和梯次電池儲能系統。

充放儲一體化電站綜合了電動汽車充電站、電池更換站與電池儲能電站的功能，完成與電網、電動汽車間的信息互動，實現有序能量管理，既可以作為區域電網中的用電負荷，也可以作為分散式電源向電網供電。

一體化電站可等效為四象限變流裝置控制的電流源或電壓源，其電壓源控制算法通過SVPWM控制，使一體化電站作為電壓和相角可調的受控電壓源來運行，即電壓源運行模式。如果將輸出電抗器作為內部等值電抗，一體化電站就可以等值於同步發電機。

黑啟動原理

黑啟動電源

黑啟動電源可以分為兩類:第一類是本身具有黑啟動能力的機組，主要為水輪機和具有自啟動能力的燃氣輪機;第二類是事故後殘存的機組和孤島，另外還有相鄰系統的支援。 電網中除了具備自啟動能力的黑啟動機組之外，還有一種沒有自啟動能力的機組，但在其廠用電恢復後能快速恢復供電，並參與以後的系統恢復過程，這種機組稱為非黑啟動機組

黑啟動的原則

1)目標

電網恢復的總目標是在最短時間內使電網恢復正常運行，滿足負荷的用電需求，把停電損失降到最低。具體包括三個方面:用最小的啟動功率啟動機組;提高一次啟動的成功率;優先恢復對重要負荷供電。

2)恢複方法

黑啟動方案的網架恢復策略可分為向上恢復(又稱並行恢復)和向下恢復(又稱串列恢復))}16}。向上恢復是多個黑啟動電源並行啟動，形成多個獨立分散運行的小系統後同步併網;向下恢復與之相反，通過一個黑啟動電源建立電壓後，其他電源以此為同步逐步併網。

3)劃分子系統

為了加快事故後區域大電網的恢復速度，黑啟動時常常需要將電網劃分成若干個具有自啟動能力的子系統，各子系統內部可以同時進行黑啟動，子系統正常運行之後，再在同期點逐步並列、合環。

4)恢復過程

在子系統恢復正常之後，開始對輸電線充電，子系統依次同步，逐漸完成網路的重建，同時監測系統電壓、頻率和功率平衡。在火電機組都已啟動並具有一定的發電能力之後，就可以通過較穩定的網架，在保證線路不過載的情況下恢復負荷。

一體化電站參與黑啟動的基本原理

一體化電站作為有源型儲能裝備，可以在電網峰荷時向電網輸出功率，分擔區域電網的供電任務; 在電網處於谷荷狀態時，電網給一體化電站充電，把電網中多餘的電能儲存起來，功能類似於抽水蓄能電站。文獻【12]指出，當電網出現短時和長時故障或因故障全黑時，一體化電站進入相應的運行狀態:短時同步、長時同步和孤島運行。在短時和長時故障修復後，一體化電站和電網重新無縫同期。孤島運行的一體化電站完全依靠儲存的電能維持自身的運行，並且可以給區域內的重要負荷供電。

一體化電站對黑啟動原則的滿足

(1)一體化電站作為黑啟動電源的優勢

首先，系統中的重要負荷和一體化電站多位於市區，在系統故障後可以迅速地對重要負荷供電。其次，在電網崩潰之後，大量的一體化電站都處於孤島運行狀態，一體化電站可以通過SVPWM控制策略運行於電壓源模式，其獨立的控制系統可以調節孤島運行時的電壓、頻率和相位，可以隨時作為黑啟動電源參與電網的黑啟動。

當含有一體化電站的電網進入全黑狀態時，一體化電站與電網脫離，並採取一定的控制策略保持自身孤島的穩定運行，其切除負荷順序如表1所示。

孤島運行的一體化電站在參與黑啟動時，只保留了站內的第三種負荷，所以自身用電很少，類比於其他黑啟動電源，廠用電負荷很小，這也就很好地保證了一體化電站能以最小的啟動功率參與黑啟動。

綜上可知，一體化電站出色地滿足了黑啟動第一個原則的三個方面。

(2)一體化電站作為黑啟動電源的恢複方法 傳統的系統恢複方法對一體化電站也同樣適用。含有一體化電站的大系統，可以劃分為n個子系統，第。個子系統有n、個一體化電站，並且至少有一個容量足夠大的非黑啟動機組，其劃分如圖5所示。

此後將繼續同期其他一體化電站，保證有足夠容量來動下一個非黑啟動機組，重複以上過程，可以完成1區的黑啟動。在每個區域，用同樣的方法進行黑啟動，在所有的子系統都成功啟動之後，在同期點並列即可實現整個系統的恢復。可見，一體化電站所在的大系統同時滿足了劃分子系統和向上恢復的黑啟動原則。

(3)一體化電站作為黑啟動電源的恢復過程

參與黑啟動的一體化電站處於電壓源運行模式，利用一體化電站很好的調頻調壓能力就可以保證各個子系統的電壓和頻率在允許的範圍內波動，實現子系統平穩的恢復。根據一體化電站的運行特點，它所在的子系統採用向下恢復的策略進行啟動。一體化電站在對空載線路進行充電時，會產生大量的無功，而一體化電站不僅可以產生無功，還能吸收無功，相當於具有一定進相運行能力的發電機組。所以，一體化電站也能夠滿足黑啟動的第四個原則。

因此，一體化電站在電網崩潰後不僅能夠參與電網的黑啟動，還可以有效地解決電網中黑啟動電源不足的問題。

一體化電站參與黑啟動的其他優勢

(1)啟動方案簡化

傳統大電網在黑啟動過程中，由於輸電線路太長，線路的分布電容可能會使得同步發電機產生自勵磁現象，機端電壓將自發增大，越來越高，帶來不安全的因素，甚至導致事故。而一體化電站不存在自勵磁的問題，可以提高啟動成功的機率。此外，在以一體化電站為黑啟動電源的方案中，一體化電站可以快速為其他非黑啟動電源提供同步電壓，可以大大減少同期點的設定，從而使黑啟動的方案簡化。

(2)啟動時間短

傳統的黑啟動方案多是利用水電機組啟動火電機組，水電站本身的成功自啟動是有一定機率的，並且水電站多位於偏遠地區，很可能會由於線路問題或者操作時間過長導致送電失敗;一體化電站隨時可以參與黑啟動，而且位於市區，送電時間要比水電機組短。水電機組與一體化電站的黑啟動時間如表2所示。效地降低停電損失。

(3)成本優勢

從黑啟動成本方面來說，專門設定的要比一體化電站大的多。專門設定的黑啟動哇

除了初期比較大的靜態投資之外，在平時閒置郎候還要進行定期的維護和試驗，保證在發生意故的情況下，它能夠成功啟動。

而一體化電站可以直接參與電網的運行，渠一定的經濟收益，平時的運行成本比黑啟動電廠維護費用要少，並且一體化電站一直在運行，札於處在熱備用狀態，在需要參與黑啟動時只要架運行模式即可。能夠完成黑啟動的一體化電站長容量的傳統黑啟動電源相比，不僅經濟，而且夏環保，。

總結

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(1)一體化電站黑啟動完全滿足黑啟動的基本原則:啟動功率小，一次啟動成功率高，可以優先給區域重要負荷供電，並且採用向上恢復的方法完成電網黑啟動，加快恢復進程。

(2)一體化電站參與黑啟動可以有效解決局部電網黑啟動電源不足的問題，對電力系統崩潰後的-恢復具有重要意義，減少大停電損失。

(3)與傳統黑啟動電源相比，一體化電站參與黑啟動時，啟動速度更快，更加經濟，更加可靠，具有非常廣闊的前景。