黑啟動服務

黑啟動服務是指發電機組在系統大停電時，在無外來電源情況下進行自啟動，為恢復系統供電而向電力系統提供的輔助服務。

基本介紹

• 中文名：黑啟動服務
• 外文名：black start service
• 類別：電力系統輔助服務
• 套用時間：系統大停電
• 形式：3種
• 學科：電力

概述

隨著電力市場研究和實踐的深入電力系統輔助服務對於系統安全的重要性越來越引起人們的關注。當電力系統運行時可能發生的最嚴重的故障是整個系統全停。一旦系統全部停電電力系統安全措施的最後一條就是如何快速恢復系統給用戶供電。近年來世界範圍內發生的幾起大停電事故提醒我們研究電力系統事故後的恢復問題即黑啟動服務問題具有重要的理論和實際意義。所謂的電網黑啟動服務指的是：整個系統因故障停運後不依賴別的網路的幫助通過系統中具有自啟動能力機組的啟動帶動無自啟動能力的機組逐步擴大電力系統的恢復範圍最終實現整個電力系統的恢復。黑啟動服務作為輔助服務中的一種是電力系統安全運行的重要措施之一。

在電力市場的競爭機制下對於黑啟動服務機組充裕的電網和黑啟動服務機組不足的電網希望黑啟動服務服務能達到的目標是不同的：黑啟動服務機組充裕的電網在事故情況下能獲得足夠的黑啟動服務電源通過選擇合適的電源減少黑啟動服務完成的時間降低電網或用戶承擔的黑啟動服務服務費用儘量減少因為大面積斷電引起的供電方和用戶的損失；黑啟動服務機組不足的電網可以通過簽訂長期輔助服務契約等方式使用鄰網合適的機組作為黑啟動服務機組在本網出現大停電事故時能有效利用這些機組自啟動實現本網供電的恢復也可通過從鄰網獲得一定的黑啟動服務緊急功率支持的方式實現本網供電的恢復避免為了滿足系統黑啟動服務的要求而增加大量的投資去引入黑啟動服務機組。

黑啟動服務的形式

根據各個電網黑啟動服務能力的不同黑啟動服務可以分為3種形式：

a.電網內有足夠的黑啟動服務能力在系統大停電時能根據黑啟動服務的恢復計畫自行恢復系統供電這是一般系統常用的形式。

b.電網內沒有能夠滿足黑啟動服務要求的機組或黑啟動服務機組的數量不能滿足系統恢復的需要而在本地理區域內有滿足條件但不屬本電網的黑啟動服務機組。本電網必須與黑啟動服務機組及機組所屬電網的經營者簽訂契約約定黑啟動服務服務的提供方式和費用計算方法。

c.電網內沒有能夠滿足黑啟動服務要求的機組或黑啟動服務機組的數量不能滿足系統恢復的需要也沒有其他電網的黑啟動服務機組可以利用。這種形式的恢復過程相對較為被動只有在其他電網區域部分恢復~系統有能力向本區域提供黑啟動服務的緊急功率支持的情況下才能逐步地恢復系統的供電。這種形式不需要維持黑啟動服務能力的費用只需要支付黑啟動服務緊急功率支持的費用所以費用較少代價是供電恢復的時間延長並具有一定的不確定性。這種形式的系統恢複方案必須與相鄰的電網區域簽訂黑啟動服務的服務契約約定提供黑啟動服務緊急功率支持的時間及相應的費用。

黑啟動服務需要的資源及機組選擇

系統維持黑啟動服務能力~提供黑啟動服務服務需要以下個方面的資源：

a.黑啟動服務機組2能在沒有外部電源的情況下自啟動，並給輸電線充電，帶動其他沒有自啟動能力的機組啟動，最終對全網的用戶重新提供服務；

b.非黑啟動服務機組2在廠用電恢復時能快速恢復供電，並參與以後的系統供電恢復過程；

c.輸電系統的設備~控制和通信：大範圍停電發生時監控和重建電力系統。

在停電後的系統恢復過程中，首先應有可靠的啟動電源，即黑啟動服務機組。黑啟動服務機組的選擇[2]標準如下：

a.自啟動能力：在沒有外部電網支持的情況下有自啟動的能力，啟動速度快。

b.在電網中的位置：離大容量機組近，啟動的路徑短，電壓等級變換少，離重要負荷中心近。

c.帶負荷的能力：有足夠容量帶動非黑啟動服務機組廠用負荷。負荷調整~頻率控制~電壓控制能力強，供電時間長。

一般選擇水電機組作為黑啟動服務機組，因為水電機組有自啟動能力，且啟動速度快。

提供黑啟動服務服務所需的工作

系統崩潰後，恢復過程必須以有序~安全的方式進行，優先向電站和輸電系統供電，在發電機和輸電系統可以承受的情況下儘量恢復用戶的供電。出現大停電的時間無法預知，而且系統恢復過程很迅速，系統操作者必須避免因不正確的行為而導致系統重新崩潰。這就需要制定一個詳盡並且有一定靈活性的黑啟動服務計畫，通過試驗來驗證方案和設備的有效性，同時還必須對人員進行操作培訓。具體而言，為保證系統有足夠的黑啟動服務能力，各個部門需要做如下工作。

電網調度部門

電網調度部門應事先制定黑啟動服務計畫，並校驗其可行性。在系統崩潰的情況下，無法預知系統設備的狀態，所以制定的計畫必須能夠靈活地適應可能出現的意外情況，不至於因為某一設備的故障而導致黑啟動服務過程無法進行。

電力調度部門必須每年根據黑啟動服務機組、傳輸線路、非黑啟動服務機組、負荷以及黑啟動服務計畫的信息對系統的黑啟動服務過程進行至少一次的仿真，通過仿真來分析各個部分在恢復過程中可能採取的行為，並確認每項操作能夠達到期望的效果，以保證該黑啟動服務計畫有很高的成功率。

組織協調整個系統的黑啟動服務試驗和訓練，使有關人員在大停電事故時能勝任比平時更為緊張~複雜的操作，避免因為人員的誤操作造成系統恢復進程的延誤或人身、設備的傷害。培訓的人員應包括調度人員、輸電系統運行人員、黑啟動服務和非黑啟動服務機組運行人員。練習過程中指揮所使用的通信工具必須是實際黑啟動服務過程中能得到的。

黑啟動服務電廠

黑啟動服務機組有一些技術上的限制，例如自啟動能力、回響速度、控制能力和電壓調節能力等，這些能力與黑啟動服務的成功與否有直接的聯繫，因此除了對通信和計量儀表的統一要求外，黑啟動服務電廠應根據黑啟動服務計畫，進行單獨的機組黑啟動服務試驗~線路充電試驗和帶負荷試驗：

a.機組黑啟動服務試驗，每年至少進行一次，將機組從系統中獨立出來，在規定的時間內自啟動，並且至少保持30min的電壓和頻率的穩定。試驗中，交流廠用電中斷的情況下，黑啟動服務機組的主輔設備性能應滿足黑啟動服務的需要，即機組僅靠本廠備用電源，能從靜止狀態轉為發電狀態；還需檢驗黑啟動服務機組的進相運行能力。對於不符合要求的設備，需要投入一定的資金進行改造。

b.線路充電試驗，每3年至少進行一次，以證明發電機對線路的充電能力，保證至少30min穩定。

c.帶負荷試驗，每6年至少進行一次，以證明它能帶起輸電線遠端的足夠負荷至少30min。

在系統恢復初期，黑啟動服務機組處於"孤島'運行狀態，系統運行情況變化較大，此時一般靠黑啟動服務電廠來調頻~調壓，所以黑啟動服務機組的調頻~調壓能力應能承受被啟動火電廠大型輔機投入及負荷投入時產生的衝擊。對於不滿足要求的調頻~調壓設備的參數，應針對黑啟動服務過程的工況重新整定，甚至將硬體升級或改造。

黑啟動服務電廠應根據黑啟動服務計畫，調整本廠的操作規程和人員配置；應定期或不定期地進行黑啟動服務演習，提高有關人員的業務水平，使之能勝任黑啟動服務過程中比平時更為緊張~複雜的操作。

非黑啟動服務機組

非黑啟動服務機組必須向調度部門提供它的恢復計畫，指明非黑啟動服務機組從廠用電供電開始到與系統同步並帶起負荷所需的時間，以及每台機組恢復供電對廠用電有功和無功功率的要求。計畫還需指明機組的特性參數，如最小負荷、最大負荷、負荷增加速度、在最大和最小負荷時的無功能力等。

輸電系統

輸電系統必須保證其傳輸能力來支持黑啟動服務。輸電系統要向調度部門提供輸電系統所有與黑啟動服務相關設備的能力和要求，包括：沒有全網手動或自動控制支持時的控制能力、沒有全網支持的通信能力、後備電源的使用時間、緊急反應的人員、同步能力及其他重建系統時使用的特殊設備等。通信、計量儀器和控制系統在沒有電力系統支持的情況下，應有足夠的工作能力來支持系統黑啟動服務恢復過程。

黑啟動服務服務的費用

費用分為2種：維持系統黑啟動服務能力的費用及系統實際黑啟動服務過程的費用。維持系統黑啟動服務能力的費用是系統保證足夠黑啟動服務能力的固定費用，為了在大停電時能有效、快速地恢復供電，這種費用是必需的。系統實際黑啟動服務過程中的費用由系統大停電發生後的供電成本及相關費用組成。