-
Wraz z pogłębianiem badań i praktyki na rynku energii elektrycznej, znaczenie usług systemowych dla bezpieczeństwa systemu elektroenergetycznego budzi coraz większe zainteresowanie. Najpoważniejszą awarią, jaka może wystąpić podczas pracy systemu elektroenergetycznego, jest całkowite wyłączenie systemu. W przypadku całkowitej utraty zasilania w systemie ostatnią linią środków bezpieczeństwa jest to, jak szybko przywrócić system i dostarczyć energię odbiorcom. Kilka poważnych awarii sieciowych, które miały miejsce na świecie w ostatnich latach, przypomina nam, że badanie problemu odbudowy systemu elektroenergetycznego po awarii, czyli problemu usługi black start, ma istotne znaczenie teoretyczne i praktyczne.
-
Tak zwany black start oznacza, że po tym jak cały system zostanie wyłączony w wyniku awarii, system jest całkowicie pozbawiony zasilania (nie wykluczając, że izolowane mikrosieci nadal pracują), znajduje się w stanie pełnej "ciemności" i nie polegając na pomocy innych sieci, uruchamia generatory posiadające zdolność samostartu, które z kolei uruchamiają generatory pozbawione takiej zdolności, stopniowo poszerzając zakres odbudowy systemu, a ostatecznie przywracając pracę całego systemu.
W przypadku utraty zasilania sieciowego stacji konieczne jest, aby akumulatory i PCS napędzały odbiorniki stacji, jak pokazano na rysunku 1. Przed black start należy zamknąć wyłączniki wszystkich transformatorów kontenerowych i transformatora głównego, a PCS realizuje płynne narastanie napięcia od zera (zero-voltage soft start), zasilając transformator stacji oraz pozostałe odbiorniki. Ponieważ pojemność transformatora głównego stacji oraz pozostałych odbiorników jest stosunkowo duża, wymagany prąd magnesujący jest również duży, dlatego konieczne jest, aby PCS-y pracujące na jednej lub kilku szynach stacji jednocześnie realizowały płynne narastanie napięcia od zera; schemat operacyjny przedstawiono na rysunku 2.
Rysunek 1 Schemat systemu black start dla całej stacji
Rysunek 2 Schemat operacyjny zdalnego black start dla całej stacji
Jak pokazano na rysunku 2, po ustabilizowaniu napięcia przez PCS-y, pozostałe odbiorniki stacji mogą być stopniowo załączane według ważności, aż do zakończenia black start całej stacji.
> Zaletą płynnego narastania napięcia od zera w tym schemacie jest to, że prąd magnesujący transformatora narasta powoli, co powoduje mniejszy oddziaływanie udarowe na transformator i PCS. Schemat z płynnym narastaniem napięcia od zera stawia wysokie wymagania wobec sieci komunikacyjnej PCS-ów; błąd synchronizacji poleceń startu odbieranych przez poszczególne PCS-y powinien być mniejszy niż 3 ms, aby zapobiec zbyt dużym różnicom kątów fazowych w procesie budowania napięcia w trybie wyspowym przez poszczególne PCS-y, które mogłyby prowadzić do destabilizacji systemu.
## 2.2 Schemat lokalnego black start
Biorąc pod uwagę najbardziej wymagające warunki pracy stacji, czyli całkowitą utratę zasilania całej stacji (UPS pozbawiony zasilania, brak generatora diesla), system komunikacyjny jest wówczas sparaliżowany i zdalny black start nie jest możliwy. W takiej sytuacji konieczne jest, aby PCS uruchomił się lokalnie po włączeniu zasilania akumulatorów, a pozostałe PCS-y i odbiorniki są stopniowo dołączane. Schemat operacyjny lokalnego black start przedstawiono na rysunku 3.
Rysunek 3 Schemat operacyjny lokalnego black start dla całej stacji
Jak pokazano na rysunku 3, ponieważ stacja nie posiada komunikacji, możliwe jest jedynie lokalne uruchomienie najpierw jednego PCS-a. Zdolność obciążeniowa pojedynczego PCS-a jest ograniczona, dlatego przed uruchomieniem konieczne jest odłączenie wyłącznika transformatora głównego oraz wyłączników stron wysokiego napięcia pozostałych transformatorów kontenerowych. Po ustabilizowaniu napięcia przez pojedynczy PCS, pozostałe PCS-y w ramach tego samego transformatora kontenerowego mogą utworzyć sieć wyspową i się zsynchronizować, zwiększając zdolność obciążeniową. Gdy wszystkie PCS-y na całej szynie zbiorczej pomyślnie utworzą sieć wyspową i się uruchomią, można załączyć wyłącznik sprzęgła szyn (coupler) i uruchomić PCS-y na pozostałych szynach wysokiego napięcia. Po uruchomieniu PCS-ów na pozostałych szynach można załączyć wyłącznik transformatora głównego oraz dołączyć pozostałe odbiorniki stacji.
> Zaletą lokalnego black start całej stacji są niższe wymagania wobec komunikacji — umożliwia wręcz uruchomienie w warunkach braku komunikacji. Wadą jest to, że transformator oraz pozostałe odbiorniki stacji muszą być załączane na biegu jałowym, co powoduje duży prąd udarowy magnesowania i znaczący wpływ udarowy na PCS oraz transformator. Można temu przeciwdziałać, stosując falowniki typu grid-forming (构网型) naszej firmy, które zwiększają odporność PCS na udary. Jednocześnie, w porównaniu ze zdalnym black start, lokalny black start charakteryzuje się również stosunkowo wolniejszym tempem uruchamiania.
## 3 Podsumowanie
W odniesieniu do problemu black start całej stacji nasza firma łącznie proponuje dwa schematy: zdalny black start oraz lokalny black start. Schemat zdalnego black start nadaje się do warunków, w których UPS stacji oraz system komunikacyjny nadal posiadają zasilanie, i stawia wysokie wymagania dotyczące spójności komunikacji w stacji. Tempo uruchamiania w przypadku zdalnego black start jest stosunkowo szybkie, a oddziaływanie udarowe na transformator i PCS jest niewielkie. Schemat lokalnego black start jest przeznaczony do scenariuszy pełnej "ciemności" stacji, tempo uruchamiania jest wolniejsze, a oddziaływanie udarowe na transformator i PCS jest większe.
---
