Antecedentes

• A medida que se profundiza en la investigación y la práctica del mercado eléctrico, la importancia de los servicios auxiliares del sistema eléctrico para la seguridad del sistema ha atraído cada vez más atención. El fallo más grave que puede ocurrir durante el funcionamiento del sistema eléctrico es la parada total del sistema. Una vez que todo el sistema eléctrico se queda sin suministro, la última línea de las medidas de seguridad del sistema eléctrico es cómo restaurar rápidamente el sistema para alimentar a los usuarios. En los últimos años, varios accidentes de apagones a gran escala ocurridos en todo el mundo nos han recordado que estudiar el problema de la restauración del sistema eléctrico después de un accidente, es decir, el problema del servicio de arranque en negro, tiene un importante significado teórico y práctico.

• El llamado arranque en negro se refiere a que, tras una parada del sistema completo por una avería, todo el sistema queda sin suministro eléctrico (sin excluir que pequeñas redes aisladas sigan en operación), encontrándose en un estado totalmente "negro", sin depender de la ayuda de otras redes, mediante el arranque de grupos generadores con capacidad de autoarranque presentes en la red, los cuales ponen en marcha a los grupos generadores sin capacidad de autoarranque, ampliando gradualmente el alcance de la restauración del sistema y logrando finalmente la restauración completa del sistema.

Plan de arranque en negro de toda la estación

2.1 Plan de arranque en negro remoto

Cuando la red de la planta se queda sin suministro eléctrico, es necesario que las baterías y los PCS operen para alimentar las cargas de la planta, como se muestra en la Figura 1. Antes del arranque en negro se cierran los interruptores de cada transformador de caja y del transformador principal; el PCS realiza un aumento de tensión desde cero para activar el transformador principal de la planta y otras cargas. Como la capacidad del transformador principal de la planta y de las demás cargas es relativamente grande, la corriente de excitación requerida también es grande, por lo que se requiere que los PCS de una o varias barras de la planta realicen simultáneamente el aumento de tensión desde cero. El diagrama de flujo de operación se muestra en la Figura 2.

Como se muestra en la Figura 2, una vez que el PCS establece la tensión, las demás cargas de la planta pueden conectarse secuencialmente según su importancia, hasta completar el arranque en negro de toda la planta.

La ventaja del aumento de tensión desde cero en este esquema es que la corriente de excitación del transformador aumenta relativamente despacio, lo que produce un menor impacto sobre el transformador y el PCS; el esquema de aumento de tensión desde cero tiene requisitos elevados para la red de comunicación del PCS, y el error de sincronización de las instrucciones de arranque recibidas por cada PCS debe ser inferior a 3 ms, para evitar que una diferencia de ángulo de fase excesiva en el proceso de establecimiento de tensión fuera de red entre los distintos PCS provoque la inestabilidad del sistema.

2.2 Plan de arranque en negro local

Considerando la condición de trabajo más extrema de la planta, cuando toda la planta se queda sin suministro eléctrico (UPS sin energía, sin generador diésel), el sistema de comunicación queda fuera de servicio en ese momento, por lo que no es posible realizar el arranque en negro remoto y es necesario que el PCS arranque localmente tras la energización de la batería, conectándose secuencialmente los demás PCS y cargas. El diagrama de flujo de operación del arranque en negro local se muestra en la Figura 3.

Como se muestra en la Figura 3, dado que la planta no dispone de comunicación, solo se puede arrancar localmente un PCS en primer lugar; la capacidad de carga de un solo PCS es limitada, por lo que antes del arranque es necesario abrir el interruptor del transformador principal y los interruptores del lado de alta tensión de los demás transformadores de caja. Tras el establecimiento de la tensión por parte de un solo PCS, los demás PCS del mismo transformador de caja pueden formar red y conectarse en red, aumentando la capacidad de carga. Cuando todos los PCS de una barra completa hayan formado red con éxito y se hayan arrancado, se puede cerrar el interruptor de acoplamiento de barras para arrancar los PCS de otras barras de alta tensión. Una vez que los PCS de las demás barras hayan arrancado, se puede cerrar el interruptor del transformador principal y conectar las demás cargas de la planta.

La ventaja del modo de arranque en negro local de toda la estación radica en que los requisitos de comunicación son bajos, e incluso es posible arrancar en condiciones sin comunicación; la desventaja es que el transformador y las demás cargas de la planta deben conectarse en vacío, con una gran corriente de irrupción de excitación, lo que provoca un impacto considerable sobre el PCS y el transformador. Se puede recurrir al inversor formador de red de nuestra empresa para mejorar la capacidad de resistencia al impacto del PCS. Asimismo, en comparación con el arranque en negro remoto, la velocidad de arranque del arranque en negro local también es relativamente más lenta.

3 Resumen

En relación con el problema del arranque en negro de toda la estación, nuestra empresa ha propuesto en total dos planes: el arranque en negro remoto y el arranque en negro local. El arranque en negro remoto es aplicable a las condiciones en que el UPS y el sistema de comunicación de la planta aún disponen de energía, y exige una alta consistencia de la comunicación de la planta; la velocidad de arranque del arranque en negro remoto es relativamente rápida y el impacto sobre el transformador y el PCS es menor. El arranque en negro local es aplicable a escenarios de aplicación en los que toda la planta se encuentra en estado totalmente "negro", con una velocidad de arranque más lenta y un mayor impacto sobre el transformador y el PCS.