燃气轮机分布式供能系统的黑启动方案技术问题评估方法技术方案

本发明专利技术公开的是燃气轮机分布式供能系统的黑启动方案技术问题评估方法，包括以下步骤：首先对基于燃气轮机的分布式供能系统作为自启动电源的黑启动场景进行分析与分类；然后选取技术问题较严重的场景进行影响因素分析，技术问题主要包括空载合闸线路过电压幅值和空充变压器励磁涌流幅值；最后采用误差反传神经网络构建黑启动方案技术问题评估模型，选取其中性能最优的作为黑启动方案技术评估模型。本发明专利技术的方法，同时考虑了多条线路的操作过过电压幅值和励磁涌流幅值，并结合分布式供能系统的特点，增加了变压器容量和就地负荷参数作为神经网络的特征输入，能够得到更具有工程适用性、更贴近实际黑启动情况的技术问题评估校验模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及黑启动方案技术问题评估领域，特别涉及燃气轮机分布式供能系统的黑启动方案技术问题评估方法。
技术介绍
黑启动是指整个电网故障停运后，不依赖外网帮助，通过系统内具有自启动能力的机组自启动后，带动其他无自启动能力的机组，逐渐恢复整个系统供电的过程。大范围的系统停运会造成国民经济的重大损失、严重影响社会的稳定。在系统停运后的第一时间内展开黑启动、尽快恢复系统供电能够有效降低系统崩溃所带来的负面影响。从缩短停电时间、减小停电成本角度，在发生大停电事故后快速制定出切实可行的黑启动方案十分必要。常用的自启动机组包括水轮机组、柴油机组和燃气轮机，它们具有优异的自启动能力，能够满足黑启动的技术性能要求。但水轮机组受地理位置限制，在大中型城市中数量较少，柴油机组存在污染重、效率低的问题。而目前基于燃气轮机的分布式系统在国家鼓励综合供能系统发展的政策下将得到大力推广。作为黑启动电源，燃气轮机启动迅速、调节灵活，此外，基于燃气轮机的分布式系统作为整体参与黑启动时，还可在启动过程中方便地调节就地负荷，以改善过电压、励磁涌流等技术问题指标。基于燃气轮机的分布式系统在未来电网黑启动中将起到越来越重要的作用。黑启动方案制定的第二步要确定被启动机组及输电路径。被启动机组通常选取大容量火电机组，一般有多个候选对象；输电路径涉及输电线路与途径变电站的选取，范围很广。这导致可选的启动方案数额众多。对于自启动机组为燃气轮机分布式系统的情况，由于其可采用分区启动再互联的方式减少黑启动所耗时间，每个分区都需要有各自的黑启动方案，致使总体黑启动方案的数量成倍增加。实际的黑启动过程受电力系统多个技术问题的影响，其中较严重的问题包括线路操作过电压和变压器励磁涌流。无论是黑启动方案的前期制定，或是现场调度人员根据大面积停电的实际情况从备选方案中选取最佳方案，都必须进行操作过电压和励磁涌流幅值的评估校验，排除幅值超过电气设备可承受范围的方案，确保方案的可行性。目前，通常采用电磁暂态仿真软件建模仿真的方式进行幅值评估，该方法依靠技术人员手动建模，并需要一定的仿真时间。对于数额众多的黑启动候选方案，若采用建模仿真的方法逐个进行幅值校验，将会耗费大量的精力和时间。国内外的学者提出通过神经网络的方法获取黑启动技术问题与相关参数间的映射关系，然后将黑启动方案中的相关参数代入到神经网络的映射关系中，从而快速评估技术问题的合理性。但目前针对上述问题的研究主要集中在操作过电压问题中，未涉及到励磁涌流问题，对黑启动过程中励磁涌流的研究则主要集中于定性的分析，缺乏幅值的定量预测评估。此外，对黑启动过程中技术问题的评估校验主要集中在水轮机组作为自启动电源的情况，对燃气轮机分布式供能系统的研究专利技术较少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供燃气轮机分布式供能系统的黑启动方案技术问题评估方法，能够有效地实现对黑启动过程中多条线路的操作过电压和变压器励磁涌流的同时评估校验。本专利技术所提供的技术方案为：燃气轮机分布式供能系统的黑启动方案技术问题评估方法，包括以下步骤：S1、对基于燃气轮机的分布式供能系统作为自启动电源的黑启动场景进行分类与分析；S2、选取技术问题较严重的场景进行影响因素分析，所述技术问题较严重的场景包括空载合闸线路过电压幅值超过预设阈值J、空充变压器励磁涌流幅值超过预设阈值K；阈值J、K根据需要进行设定；S3、采用误差反传神经网络构建黑启动方案技术问题评估模型对技术问题进行评估。所述步骤S1具体为：燃气轮机分布式供能系统作为可自启动的电源，在发生大面积停电事故时有不同的应用场景。不同的应用场景下，黑启动路径的电气特性有较大的不同，需要分别进行研究。将基于燃气轮机的分布式供能系统作为自启动电源的黑启动场景归结为两类：近距离启动场景和远距离启动场景；在近距离启动场景中，被启动的电源与分布式系统距离小于设定值D，经过的变压器数量少于设定值M，空载合闸线路操作过电压现象和空充变压器励磁涌流现象不明显，所述空载合闸线路操作过电压现象和空充变压器励磁涌流现象不明显是指空载合闸线路过电压幅值不超过预设阈值J、空充变压器励磁涌流幅值不超过预设阈值K；阈值J、K以及设定值D、M根据需要进行设定；在远距离启动场景中，被启动的电源与分布式系统距离大于或等于设定值D，经过的变压器数量大于或等于设定值M，，存在较严重的线路操作过电压现象和变压器励磁涌流现象，所述较严重的线路操作过电压现象和变压器励磁涌流现象是指空载合闸线路过电压幅值超过预设阈值J、空充变压器励磁涌流幅值超过预设阈值K。远距离启动场景的路径示意图如图2所示。在远距离输电场景下，存在对110kV输电线路和220kV输电线路进行空载合闸的操作，会产生幅值较高的操作过电压，在空充110kV/220kV升压变压器时，也会产生幅值较高的励磁涌流。本专利技术后续将针对远距离启动场景进行介绍，但本专利技术的方法不限于远距离启动场景。所述步骤S2具体为：1)分析空载合闸线路过电压的影响因素，影响空载线路合闸过电压的因素包括电源电抗、输电线路的电抗和电纳；2)分析空充变压器励磁涌流的影响因素，影响空充变压器励磁涌流的因素包括电源电抗、变压器容量；3)分析就地负荷对线路过电压和变压器励磁涌流的影响。在黑启动的过程中，自启动机组启动后恢复少量就地负荷能够维持其稳定运行，大量仿真发现负荷恢复量对操作过电压和励磁涌流幅值有较显著的影响。对于分布式供能系统，具有灵活的能量供应方式，其用电负荷相对一般的电力系统更易控制。在黑启动过程中设置合理的负荷恢复方案，可以改善相关的技术问题幅值。因此，对本专利技术研究的黑启动问题，增加就地负荷值作为一个影响因素。影响空载合闸线路过电压的因素主要包括电源电抗、输电线路的电抗和电纳等参数，影响空充变压器励磁涌流的因素主要包括电源电抗、变压器容量等参数。结合上述分析可知，远距离启动场景中的技术问题主要包括110kV输电线路操作过电压、220kV输电线路操作过电压和110kV/220kV变压器励磁涌流三项。因此，在该场景中，与上述技术问题相关的主要因素包括电源电抗、110kV输电线路电抗、110kV输电线路电导、变压器容量、220kV输电线路电抗和220kV输电线路电导。此外，在黑启动的过程中，自启动机组启动后需要恢复少量就地负荷维持其稳定运行，大量仿真发现负荷恢复量对操作过电压和励磁涌流幅值有较显著的影响。对于分布式供能系统，具有较为灵活的能量供应方式，输出的电负荷相对一般的电力系统更容易控制。在黑启动过程中通过设置合理的负荷恢复方案，可以大大改善相关的技术问题幅值。因此，对本专利技术研究的黑启动问题，增加就地负荷值作为一个影响因素。所述步骤S3具体为：1)选取合适的特征输出和特征输入：特征输出为110kV线路过电压幅值、220kV线路过电压幅值和110kV/220kV升压变压器励磁涌流幅值；特征输入需要准确反映对特征输出的影响，并且容易获取，最终特征输入选定为7个，分别是电源电抗、负荷恢复量、110kV输电线路长度、110kV输电线路型号、变压器容量、220kV输电线路长度、220kV输电线路型号；2)形成训练样本集和测试样本集：对每个特征输入变量赋若干典型数值形成输入样本空间，在PSCAD中建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
燃气轮机分布式供能系统的黑启动方案技术问题评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对基于燃气轮机的分布式供能系统作为自启动电源的黑启动场景进行分类与分析；S2、选取技术问题较严重的场景进行影响因素分析，所述技术问题较严重的场景包括空载合闸线路过电压幅值超过预设阈值J、空充变压器励磁涌流幅值超过预设阈值K；S3、采用误差反传神经网络构建黑启动方案技术问题评估模型对技术问题进行评估。

【技术特征摘要】
1.燃气轮机分布式供能系统的黑启动方案技术问题评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对基于燃气轮机的分布式供能系统作为自启动电源的黑启动场景进行分类与分析；S2、选取技术问题较严重的场景进行影响因素分析，所述技术问题较严重的场景包括空载合闸线路过电压幅值超过预设阈值J、空充变压器励磁涌流幅值超过预设阈值K；S3、采用误差反传神经网络构建黑启动方案技术问题评估模型对技术问题进行评估。2.根据权利要求1所述燃气轮机分布式供能系统的黑启动方案技术问题评估方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：将基于燃气轮机的分布式供能系统作为自启动电源的黑启动场景归结为两类：近距离启动场景和远距离启动场景；在近距离启动场景中，被启动的电源与分布式系统距离小于设定值D，经过的变压器数量少于设定值M，空载合闸线路操作过电压现象和空充变压器励磁涌流现象不明显，所述空载合闸线路操作过电压现象和空充变压器励磁涌流现象不明显是指空载合闸线路过电压幅值不超过预设阈值J、空充变压器励磁涌流幅值不超过预设阈值K；在远距离启动场景中，被启动的电源与分布式系统距离大于或等于设定值D，经过的变压器数量大于或等于设定值M，，存在较严重的线路操作过电压现象和变压器励磁涌流现象，所述较严重的线路操作过电压现象和变压器励磁涌流现象是指空载合闸线路过电压幅值超过预设阈值J、空充变压器励磁涌流幅值超过预设阈值K。3.根据权利要求1所述燃气轮机分布式供能系统的黑启...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙毅，荆朝霞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44