释义

电力系统黑启动指整个系统因故障停运后，不依赖别的网络的帮助，通过系统中具有自启动能力的机组的启动，带动无自启动能力的机组，逐步扩大电力系统的恢复范围，最终实现整个电力系统的恢复。

发展历程

电力系统黑启动问题最初在20世纪80年代由美国学者提出，1998年国家科技部将电力系统恢复方案作为科研项目的子课题之一，标志着我国黑启动研究的开始。近年来国内逐渐将电网是否具有黑启动能力作为考核电网是否安全的重要指标。各区域、省公司都加大了对电网黑启动研究工作的投入，制定了与地区电网实际情况相适应的黑启动方案，相继进行了黑启动试验并获得成功。如今新能源发电的占比越来越大，预计到2020年风电、光伏装机容量将分别达到210GW和110GW，将新能源发电引入到黑启动研究中成为了当下热点，许多专家和学者提出了新思路并取得了初步成果。

内容介绍

大停电事故后的恢复，即电力系统恢复，其总目标是在系统全黑或部分停电的情况下安全、快速地恢复电网供电，最大限度地减少电网大停电的影响。电力系统的恢复过程分为黑启动、网架重构和负荷恢复3个阶段。黑启动电源自启动并向发电厂供电形成子系统，之后各子系统并列，通过区域内重要变电站及输电线路逐步恢复系统主干网架，最后进行大规模的负荷投入，实现电网恢复正常供电。电力系统恢复过程漫长且复杂，3个阶段完成大约需要8～10h。

黑启动阶段的恢复操作主要包括启动电源的自启动、输电线路充电、启动发电厂大型机组、被启动机组并网恢复发电能力及投入一定量的负荷以保证系统的稳定，整个过程大约历时30～60min。

关键技术

图1 黑启动中的关键技术

黑启动中的关键技术如图1所示。经过几十年的不懈研究，图1中许多关键技术也逐渐成熟。这些关键技术不仅制约着黑启动的成功，同时也影响着黑启动的效果。在制定黑启动方案时，选择最佳的黑启动电源、被启动机组和最优的恢复路径，直接决定了一个黑启动方案的成败。而在黑启动现场实施过程中，运行人员则更加关心负荷的恢复以及面临的安全问题。

黑启动电源的选择

进行黑启动，首先要保证可靠的黑启动电源，通过它来后续恢复其他机组和负荷。适合作为黑启动电源的是在无外部电源条件下具有自启动能力的机组，如常规水电、燃气机组、新能源电源以及微电网等。当区域电网中黑启动电源种类和数量较充足时，电源的优化选择成为了关键问题。

目前，国内外对各类黑启动电源特性的研究成果较多。水电机组和燃气机组因其厂用电负荷低，启动速度快，可在5～10min完成自启动，成为黑启动电源的首选。近年来，国内外利用常规的黑启动电源多次成功进行了黑启动现场试验。试验大多采用额定容量较大的水电机组来实施，充分印证了在面对电网突发性事故时水电机组是黑启动电源的最佳选择。

然而受地域资源条件的限制，如西北地区的水电站较少，不太可能选择水电机组作为黑启动电源。此时可以考虑将新能源电源作为黑启动电源。风力/光伏发电的厂用电较少，启动快速简单，如果配置一定容量的储能为风电/光伏提供外部稳定的电压，风电/光伏便可恢复并网发电，并与储能配合达到稳定的有功功率输出效果。国外学者提出了一种风电黑启动的思路，由双馈风机和加在直流侧的蓄电池构成黑启动电源。

被启动机组的选择

被启动电厂(机组)启动成功后将作为主要电源向系统内其他电源及负荷供电，承担后续的系统恢复任务，因此要优先考虑距离重要负荷较近的大型火电厂中的大容量机组。对于300MW以上的机组，由于厂用电较大，对小系统的冲击较大，一般情况下也不予考虑，所以通常选择300MW的火电机组作为被启动机组。此外机组被成功恢复的可能性也要尽可能大。空载线路充电和空载变压器投入产生的过电压以及大型辅机启动时对系统的电压和频率冲击都会影响机组的成功恢复，因此在评价机组恢复成功率时需要将这些影响考虑在内。综合考虑机组容量大小及恢复成功率来选择被启动机组。

黑启动路径的规划

黑启动路径是否合理，直接影响系统恢复的速度。现代区域电网结构的复杂性使得路径规划问题变得尤为重要。黑启动路径应遵循最基本的路径规划原则，以尽快恢复地区电网主力电厂为目标，尽量减少启动路径的长度及不同电压等级的变换，在最短时间内以最少的操作步骤恢复供电。实际上，被启动机组恢复顺序确定之后，相应的启动路径也就大致明确了。为了保证停机机组在规定时间内获得启动电源，在规划中有时还需要考虑机组的启动时间限制。

黑启动阶段的负荷恢复