大容量光伏接入对电网恢复策略的影响研究

孙仪+麦立+贾伟+梁肖+田跃军+高卫恒

摘 要：随着电网结构不断加强，我国电网安全稳定水平大幅提高。但自然灾害和外力破坏仍然严重威胁电网安全，发生大面积或全网停电的可能性仍然存在。如果没有电网恢复措施，将使得停电时间大大延长，造成重大的经济损失和严重的社会影响。以往电网恢复电源一般选择水电机组和抽水蓄能机组，随着新能源发电的快速发展，文章对大容量光伏电站作为电网恢复电源做了研究。

关键词：大容量光伏；电网恢复；新能源

中图分类号：U665.12 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0167-02

1 概述

近年来，随着电网结构不断加强，我国电网安全稳定水平大幅提高。但自然灾害和外力破坏仍然严重威胁电网安全，发生大面积或全网停电的可能性仍然存在。电网恢复是指某个系统因故障全部停运后，通过启动电网中具有自启动能力的机组来带动无自启动能力的机组，逐步的扩大电网的启动范围，最终实现整个电网的恢复。

在电力系统发生大面积或全网停电的情况下，如果没有电网恢复措施，将使得停电时间大大延长，造成重大的经济损失和严重的社会影响。因此研究制定电力系统大面积停电后电网恢复方案是保障电力系统安全稳定运行的重要措施之一。电网恢复的关键点即电网恢复电源，其中最常用的水电厂，在枯水期及水资源匮乏地区，可用于电网恢复的水电站非常少，电网恢复电源点数量少会直接影响电网恢复的速度。此时新能源的特性便显现出来，带有储能装置的风能发电厂及大容量光伏电站等分布式电源能够较好地避免外部因素的影响，并很好地作为电网恢复电源。

2 电网恢复电源选择

2.1 传统电网恢复电源

大面积停电后，通常情况下的电网恢复策略是先将大电网按片区分为几个片区电网，同时启动位于各片区电网中具有电网恢复能力的机组，对于每个片区电网内的重要电厂以及输电线路进行恢复，从而建立稳定的片区电网，最后实现不同地区电网的同步并列，成功实现电网恢复。不需要外来电源就能够自启动的机组成为电网恢复的首选机组，在整个电网停运后，迅速发电，然后将电能通过输电线路传输到无法自启动的机组，如火电机组。电网恢复的首要问题是自启动机组如何发电的问题，常规水电机组和抽水蓄能机组就作为电网恢复的首选机组，它们与火电或核电机组相比，具有结构简单，厂用电小，启动速度快等优点。但常规水电机组作为自启动电源的关键问题在于水轮机轴承的油压能否建立，如果油压无法建立，很容易造成水轮机轴承受损。常规水电机组一般远离负荷中心，需通过较长输电线路与主网相连，线路恢复操作较为复杂，耗时较长。

2.2 大容量光伏电站作为电网恢复电源

大容量光伏电站一般达到兆瓦级，通过集群控制的方法使变流器并联运行。光伏电站和电网通过变流器相连，大型光伏电站一般是由几个基本单元组成，每个光伏单元的容量约为1MW。其中，大容量光伏阵列组件在光电转换以后，经过汇流母线，将电能传输给变流器，再由变流器转换为交流，通过变压器升压后并网。当前，大部分光伏电站是通过35kV或者110kV系统与电网相连，通过光伏电站对配网进行启动。

3 电网全停后恢复过程

3.1 电网恢复的要求

实施电网恢复应将具备电网恢复能力的机组先启动，构成相对稳定的最初恢复的小系统，在系统电压频率稳定条件下，优先恢复重要发电厂厂用电、重要变电站所用电，根据发用电平衡情况逐步恢复重要电力用户、重要城市和重点地区电力供应，再逐步恢复整个大电网。

3.2 省级电网恢复的一般过程

电网全停后恢复前的电网状态为电力系统内各电压等级母线全部失电，所有大小电厂机组全部与系统解列、锅炉熄火，原先运行的机组均在热态，交流厂用电和备用电源已失电。所有变电所交流所用电已失去。某省级电网黑启动常规电源包括：江南电网为某常规水电站4台50MW容量机组，某常规水电站2台30MW容量机组；江北电网为某抽水蓄能电站2台50MW容量机组；某抽水蓄能电站4台150MW容量机组。

电网全停后的恢复需要按调度管辖范围分层分级指挥。华东调控分中心负责恢复500千伏和特高压电网，以某500kV抽水蓄能电站4臺300MW容量机组为黑启动电源，经500kV主变及线路进行零起升压。省级电网调度既要服从华东调控分中心的统一指挥，又要直接下令操作省调调度管辖的电网恢复和指挥下级调度的恢复。地调在省调统一指挥下负责指挥本地区电网的恢复，县调配调在地调统一指挥下负责指挥本县调度管辖区域电网的恢复。各统调发电厂服从省调统一指挥。

由于省级220kV电网江南、江北已解环，本黑启动方案将省级电网分成江南、江北两大片同时进行系统恢复。将每片中具备黑启动能力的机组先启动，然后逐步并列壮大。电压频率稳定后，迅速将电送至近区变电所恢复部分近区负荷，构成相对稳定的最初恢复的小系统，在系统电压频率稳定条件下，优先恢复重要发电厂厂用电、重要变电站所用电，根据发用电平衡情况逐步恢复重要电力用户、重要城市和重点地区电力供应，如此逐步再向外扩展完善电网，最后省级电网220kV系统形成江南、江北两片系统，保持不断变化每个系统发电用电平衡，频率电压稳定。

电网恢复首先需要确定可自启动的机组，通常情况下选取电网内的常规水电机组，或者选取大容量光伏电站作为电网恢复电源。电网恢复对时间性要求较高，因此将整个电网划分为若干个子系统同时进行启动工作，因此要求每个子系统都要有恢复电源。

4 某省级电网恢复过程分析

4.1 江南电网恢复过程

启动具有黑启动能力的A水电站#1、#2、#3、#4机，电压频率正常且稳定后，通过陈朱线将电送至朱村变电所（A水电站#4机直接送电至朱村变），并恢复该小网部分负荷（约20MW），A水电站电站#4机负责按50±0.5Hz调频。小系统规模：发电装机190MW（一般情况下，实际可发电179MW），用电负荷20MW。与此同时，B水电站#1、2机黑启动，电压频率正常且稳定后，通过110千伏青宁线向宁国变电所送电，恢复该所所用电及部分用电负荷（共约10MW），组成先恢复的小系统，B水电站负责按50±0.5Hz调频。小系统规模：发电装机60MW（一般情况下，实际可发电50MW），用电负荷10MW。endprint

220千伏各厂站在各级母线失压后，按规定保留必要的外来电源的220千伏出線开关保留合闸位置，即运行状态，相关规定也确定了哪台主变、高备变应在运行状态。220千伏变电所母联开关、母线分段开关或闸刀、母线压变闸刀均应保留合闸状态，主变220千伏侧中性点均应接地。上述线路、主变、备变、母联及涉及到的母线均没有明显故障现象。500千伏和特高压开关由华东电力调控分中心确定，110千伏及以下开关由地调确定。

4.2 江北电网恢复过程

先启动具有黑启动能力的C蓄能电站#5、6机，并送电至崔庄变220千伏侧母线，通过220千伏崔挥线和挥手#1主变送电至挥手变110千伏母线，通过110千伏梅响线、红石变110千伏母线、红挥线启动D水电站#1-#4机，同时通过挥响线路启动F水电站#1-#4机。通过220千伏皋崔、皋文线送电至220千伏文峰变，通过110千伏佛磨、文佛线启动G水电站#1机H水电站#1-#7机，与先前系统连成一片。各站电压、频率正常后，通过皋六线恢复六安变所用电。通过华崔线路恢复火电厂厂用电（约10MW），包括站用电恢复近区负荷共40MW（以后随恢复范围扩大可减小这部分负荷），C蓄能电站负责按50±0.5Hz调频。以上完成最初恢复的小系统。小系统规模：发电装机167MW（一般情况下，实际可发电120MW），用电负荷约50MW。

与此同时，具有黑启动能力的J抽水蓄能电站机组#1机黑启动（125MW，#1～#4机均能启动，考虑到启动初期，负荷较少，暂启动一台机组，随着负荷的增加，逐步启动#2～#4机组），电压频率正常且稳定后，通过220千伏琅清、清滁线路将J抽水蓄能电站站电送至清流变、滁县变，并恢复滁县变所用电。滁县变母线和主变带电后，进一步恢复清流变所用电（共约20MW），组成先恢复的小系统。J抽水蓄能电站#1机组负责按50±0.5Hz调频。小系统规模：发电装机125MW（一般情况下，实际可发电110MW），用电负荷20MW。

5 结束语

电力系统在发生大面积或全网停电的情况下，需要有相应的电网恢复预案，按照预案进行电网恢复，将使得停电时间大大缩短，降低整个经济损失和社会影响。以往电网恢复电源一般选择水电机组和抽水蓄能机组，随着新能源发电的快速发展，本文对大容量光伏电站作为电网恢复电源做了研究。大容量光伏电站作为电网恢复的电源将成为电网调控工作研究的一个新的课题。本文阐述了大容量光伏电站作为电网恢复电源的关键问题，可以对电网调控运行工作提供一定的参考。

参考文献：

[1]刘建坤，崔文琪.不确定环境条件下光伏储能系统作为电网黑启动电源的可行性分析[J].南方电网技术，2016，10（8）：82-88.

[2]叶四海.电网黑启动中的厂网配合体系研究[J].中国高新技术企业，2016，24（2）：15-16.

[3]孙仪，麦立，贾伟，等.大容量光伏电站对地区级电网运行的影响分析[J].科技创新与应用，2017（31）：175-176.endprint