Енергийната система е "спасителният пояс" на националната икономика. Мащабните-прекъсвания на тока могат да имат катастрофални въздействия върху промишленото производство, сигурността на поминъка и обществената безопасност, потенциално дори да причинят колапс на цялата енергийна система. Следователно, как да се възстанови електрозахранването възможно най-бързо след широко{3}}мащабно прекъсване на електрозахранването в електроенергийната система и да се минимизират произтичащите от това загуби за националната икономика е решаващ и практичен въпрос. Черният старт е ефективното решение на този проблем.
I. Какво е Black Start
1. Определение за Black Start
Черно стартиране се отнася до техническия процес, чрез който, след като цялата електрическа мрежа или местна област претърпи пълно спиране на тока поради сериозна повреда, системата постепенно възстановява спомагателното захранване, стартира главните генераторни блокове и в крайна сметка постига пълно възстановяване на захранването на мрежата с помощта на вътрешни източници на енергия, способни на само-запуск (източници на черно пускане) и без да разчита на външна поддръжка на захранване. Неговият основен принцип е „без зависимост от външно захранване“, а същността му е автономното преустройство на енергийната система от „състояние на колапс“ в „състояние на стабилна работа“.
Наличието на възможности за пускане в неработещ режим може да съкрати продължителността на прекъсването, да намали икономическите загуби и социалните въздействия, да осигури електрозахранване на критични товари като транспортни центрове и комуникационни базови станции, да поддържа обществената безопасност и да подобри способностите за „против-срив“ и „бързо възстановяване“ на енергийната система срещу рискове като екстремни метеорологични условия, повреда на оборудването и човешка намеса.
2. Традиционен път на внедряване за Black Start
Традиционният акумулаторен пуск разчита на процес стъпка-по-стъпка: „Само{2}}захранващ източник → Възстановяване на спомагателното захранване → Пускане-на основните генераторни агрегати → Синхронизиране и свързване на секцията → Пълно възстановяване на мрежата.“ Основното е изборът на източници на захранване с „само-способност за стартиране“. Конкретните стъпки са както следва:
Идентифицирайте източника на черно стартиране: Изберете източници на енергия, които могат да стартират без външно захранване, традиционно главно водноелектрическа енергия и малки газови турбини.
Възстановяване на спомагателното захранване: Източникът на черно стартиране първо осигурява захранване на спомагателните системи (напр. водни помпи, вентилатори, захранване на системата за управление) на околните електроцентрали (като топлинни или ядрени централи), активирайки спомагателното оборудване на основните модули.
Стартирайте основните генераторни блокове: След като спомагателното захранване бъде възстановено, постепенно стартирайте основните енергийни източници като топлинни и ядрени блокове, за да увеличите капацитета на електрозахранването.
Синхронизиране на секциите и пълно възстановяване на мрежата: Постепенно синхронизирайте и свържете възстановените секции на мрежата с главната мрежа, като разширите обхвата на електрозахранването, докато се постигне пълно възстановяване на мощността на мрежата.
3. Ограничения на традиционния черен старт
Традиционното черно стартиране разчита на източници на енергия като водноелектрическа енергия и малки газови турбини, но техническите им характеристики затрудняват посрещането на нуждите на новите енергийни системи. Традиционният черен старт има силни географски зависимости: хидроенергията разчита на реки и резервоари и може да бъде разгърната само в определени райони; газовите турбини изискват поддържащи тръбопроводи за природен газ, което затруднява покритието в отдалечени райони. Скоростта им на реагиране също е сравнително бавна: стартирането-на хидроенергия отнема от 30 минути до 2 часа, газовите турбини отнемат 10-30 минути, неспособни да отговорят на търсенето за „минутно възстановяване на критични товари“. Освен това газовите турбини отделят CO₂ по време на работа и имат сложна механична поддръжка, което води до високи годишни оперативни разходи.
II. Как системите за съхранение на енергия постигат черен старт
Не всички технологии за съхранение на енергия могат да отговорят на изискванията за черно стартиране. Те трябва да притежават три ключови характеристики: „Възможност за само-стартиране (активиране без външно захранване)“, „Възможност за стабилен изход (поддържане на спомагателни захранващи товари)“ и „Широка адаптивност на напрежението (съответствие на различни интерфейси на електроцентрали)“.
1. Технология за само-контрол на старта
Самата система за съхранение на енергия трябва да притежава способността за "активиране без външно захранване". В основата на това е постигането на само-стартиране чрез „резервен източник на енергия + стратегия за управление“. Системата за съхранение на енергия има вграден-UPS, който осигурява първоначално захранване на своя контролер, инвертор и охладителна система. След като UPS се активира, контролерът първо проверява състоянието на елементите за съхранение на енергия (батерийните клетки). След потвърждение за липса на неизправности, той стартира инвертора, преобразувайки постояннотоковото захранване от акумулаторните модули в променливотоково захранване (съответстващо на напрежението/честотата на спомагателното захранване или натоварване), като в крайна сметка постига „автономно захранване-включване“ за системата за съхранение на енергия.
2. Технология за съпоставяне на товара и контрол на мощността
В началния етап на черно стартиране, колебанията на мощността от товарите могат да доведат до претоварване на системата за съхранение на енергия или до срив на напрежението. Използват се следните технологии за постигане на съответствие на натоварването:
Прогнозиране и степенуване на товара: Получете предварително изискванията за мощност на товарите, които трябва да бъдат възстановени (напр. спомагателната мощност е около 10MW-50MW, болничните товари около 1MW-5MW). Натоварванията се категоризират на „трябва-да поддържат товари“ (напр. системи за управление, аварийно осветление) и „отлагаеми-стартови товари“ (напр. некритични водни помпи), като се дава приоритет на задължителните товари.
Droop Control: Използва алгоритъма за контрол на спада на инвертора за автоматично регулиране на изходното напрежение/честота на системата за съхранение на енергия според промените в натоварването (напр. честотата леко намалява, но остава в приемливи граници, когато натоварването се увеличи), като се избягват въздействия върху мощността.
Конфигурация на капацитет за съхранение на енергия: Изчислете необходимия капацитет за съхранение на енергия въз основа на мощността на натоварване и необходимото време за възстановяване. Формула: Капацитет за съхранение на енергия=Мощност на натоварване × Време за възстановяване × Фактор на безопасност (коефициент на безопасност обикновено 1,2-1,5), гарантиращ, че съхранението на енергия не се изчерпва по време на процеса на черно стартиране.
3. Технология за синхронизиране на мрежата
След като системата за съхранение на енергия възстанови захранването на местните товари, тя трябва да бъде синхронизирана и свързана с други източници на енергия (като традиционни електроцентрали, нови електроцентрали) или основната мрежа. Ядрото постига синхронизация в "напрежение, честота и фаза":
Използвайте оборудване за синхронизиране, за-откриване в реално време на амплитудата на напрежението, честотата и фазовата разлика между системата за съхранение на енергия и страната, която ще бъде свързана.
Ако има отклонения, контролерът регулира мощността на зареждане/разреждане на системата за съхранение на енергия (напр. увеличаване на мощността на разреждане за повишаване на честотата, регулиране на изходната фаза на инвертора), за да намали отклонението до допустимите граници (обикновено отклонение на напрежението По-малко или равно на 5%, отклонение на честотата По-малко или равно на 0,2 Hz, фазова разлика По-малко или равно на 5 градуса).
След като отклонението отговаря на стандарта, използвайте прекъсвачи, за да постигнете "мека връзка" (постепенно увеличаване на мощността на свързване), като избягвате пусков ток, който може да повреди оборудването.
III. Резюме
Черният старт е последната линия на защита за безопасната работа на електроенергийната система. Със своите характеристики на бърза реакция, висока гъвкавост и нулево замърсяване, системите за съхранение на енергия се превърнаха във важна добавка към традиционните източници на захранване при черно стартиране, играейки незаменима роля, особено в нови енергийни бази, за гаранция за критично натоварване и при екстремни условия.
С разработването на дълготрайна-технология за съхранение на енергия и намаляващите разходи, системите за съхранение на енергия ще си сътрудничат с традиционните източници на енергия, за да формират система за черно стартиране, съчетаваща „разпределени + централизирани“ подходи, изграждане на предпазна бариера срещу-колапс и бързо възстановяване на енергийната система и поддържане на стабилната работа на новата енергийна система.