Energetický systém je „záchranným lanem“ národního hospodářství. Rozsáhlé-výpadky mohou mít katastrofální dopady na průmyslovou výrobu, zabezpečení živobytí a veřejnou bezpečnost a mohou dokonce způsobit kolaps celého energetického systému. Zásadní a praktickou otázkou je tedy to, jak co nejrychleji obnovit dodávku energie po rozsáhlém-výpadku elektrické energie v energetické soustavě a minimalizovat výsledné ztráty pro národní hospodářství. Černý start je efektivním řešením tohoto problému.
I. Co je Black Start
1. Definice Black Start
Černý start označuje technický proces, při kterém poté, co dojde k úplnému výpadku sítě nebo místní oblasti kvůli vážné poruše, systém postupně obnoví pomocné napájení, spustí hlavní výrobní jednotky a nakonec dosáhne úplné obnovy napájení sítě pomocí vnitřních zdrojů energie, které se mohou samy -spustit (zdroje spouštění na černo) a bez spoléhání na externí podporu napájení. Jeho základním principem je „nespoléhání se na vnější sílu“ a jeho podstatou je autonomní rekonstrukce energetického systému ze „stavu kolapsu“ do „stavu stabilního provozu“.
Existence funkcí černého startu může zkrátit dobu výpadku, snížit ekonomické ztráty a sociální dopady, zajistit napájení kritických zátěží, jako jsou dopravní uzly a komunikační základnové stanice, zachovat veřejnou bezpečnost a zlepšit schopnosti energetického systému „proti zhroucení“ a „rychlé obnově“ proti rizikům, jako je extrémní počasí, selhání zařízení a lidské rušení.
2. Tradiční cesta implementace pro černý start
Tradiční černý start se opírá o postup-za{1}}krokem: „Samočinné-spuštění zdroje energie → Obnovení pomocného napájení → Spuštění-hlavních výrobních jednotek → Synchronizace sekcí a připojení → Úplné obnovení sítě.“ Jádrem je výběr zdrojů energie se schopností samočinného spouštění-. Konkrétní kroky jsou následující:
Identifikujte zdroj černého startu: Vyberte zdroje energie, které lze spustit bez externího napájení, tradičně hlavně vodní elektrárny a malé plynové turbíny.
Obnovení pomocného napájení: Zdroj černého startu nejprve napájí pomocné systémy (např. vodní čerpadla, ventilátory, napájení řídicího systému) okolních elektráren (jako jsou tepelné nebo jaderné elektrárny), čímž aktivuje pomocná zařízení hlavních jednotek.
Spuštění hlavních generujících jednotek: Po obnovení pomocného napájení postupně spusťte hlavní zdroje energie, jako jsou tepelné a jaderné bloky, abyste zvýšili kapacitu napájení.
Synchronizace sekcí a úplná obnova sítě: Postupně synchronizujte a propojujte obnovené části sítě s hlavní sítí, rozšiřte rozsah napájení, dokud nebude dosaženo úplné obnovy napájení ze sítě.
3. Omezení tradičního černého startu
Tradiční černý start se opírá o zdroje energie, jako jsou vodní elektrárny a malé plynové turbíny, ale jejich technické vlastnosti znesnadňují uspokojení potřeb nových energetických systémů. Tradiční černý start má silné geografické závislosti: vodní energie závisí na řekách a nádržích a lze je rozmístit pouze ve specifických oblastech; plynové turbíny vyžadují podporu plynovodů zemního plynu, což ztěžuje pokrytí ve vzdálených oblastech. Jejich rychlost odezvy je také relativně pomalá: spuštění vodní-elektrárny trvá 30 minut až 2 hodiny, plynové turbíny 10-30 minut, takže nejsou schopny pokrýt požadavek na „minutové obnovení kritických zátěží“. Plynové turbíny navíc během provozu vypouštějí CO₂ a mají složitou mechanickou údržbu, což má za následek vysoké roční provozní náklady.
II. Jak systémy pro ukládání energie dosahují černého startu
Ne všechny technologie skladování energie mohou splnit požadavky na černý start. Potřebují mít tři klíčové vlastnosti: „Samo{1}}schopnost spouštění (aktivace bez externího napájení), „Schopnost stabilního výstupu (podporující zátěže pomocného napájení)“ a „Přizpůsobivost širokého napětí (odpovídající různým rozhraním elektrárny)“.
1. Technologie Self-Start Control
Samotný systém skladování energie musí mít schopnost „aktivace bez externího napájení“. Jádrem toho je dosažení vlastního-startu prostřednictvím „záložního zdroje energie + strategie řízení“. Systém ukládání energie má vestavěnou- UPS, která poskytuje počáteční napájení jeho řídicí jednotce, invertoru a chladicímu systému. Po aktivaci UPS regulátor nejprve zkontroluje stav zásobníků energie (bateriových článků). Poté, co se potvrdí, že nejsou závady, spustí střídač a převede stejnosměrný proud z úložných jednotek na střídavý proud (odpovídající napětí/frekvenci pomocného napájení nebo zátěže), čímž nakonec dosáhne „autonomního napájení-zapnuto“ pro systém ukládání energie.
2. Technologie Load Matching a Power Control
V počáteční fázi černého startu mohou kolísání výkonu ze zátěže způsobit přetížení systému skladování energie nebo kolaps napětí. K dosažení přizpůsobení zatížení se používají následující technologie:
Load Forecasting and Grading: Obtain the power requirements of the loads to be restored in advance (e.g., auxiliary power is about 10MW-50MW, hospital loads about 1MW-5MW). Loads are categorized into "must-support loads" (e.g., control systems, emergency lighting) and "delayable-start loads" (e.g., non-critical water pumps), prioritizing the must-support loads.
Řízení poklesu: Používá algoritmus řízení poklesu invertoru k automatickému nastavení výstupního napětí/frekvence systému akumulace energie podle změn zatížení (např. frekvence se mírně sníží, ale zůstane v přijatelných mezích, když se zatížení zvýší), čímž se zabrání dopadům na výkon.
Konfigurace kapacity úložiště energie: Vypočítejte požadovanou kapacitu úložiště energie na základě výkonu zátěže a požadované doby obnovy. Vzorec: Kapacita akumulace energie=Výkon zátěže × Doba obnovení × Bezpečnostní faktor (bezpečnostní faktor obvykle 1,2–1,5), který zajišťuje, že se během procesu černého startu nevyčerpá zásoba energie.
3. Technologie synchronizace sítě
Poté, co systém akumulace energie obnoví napájení místních zátěží, musí být synchronizován a připojen k jiným zdrojům energie (jako jsou tradiční elektrárny, nové energetické elektrárny) nebo k hlavní síti. Jádro dosahuje synchronizace v „napětí, frekvenci a fázi“:
Pomocí synchronizačního zařízení-v reálném čase zjistěte amplitudu napětí, frekvenci a fázový rozdíl mezi systémem akumulace energie a připojovanou stranou.
Pokud existují odchylky, regulátor upraví nabíjecí/vybíjecí výkon systému akumulace energie (např. zvýšením vybíjecího výkonu pro zvýšení frekvence, úpravou výstupní fáze invertoru), aby se odchylka snížila na povolené limity (obvykle odchylka napětí menší nebo rovna 5 %, odchylka frekvence menší nebo rovna 0,2 Hz, fázový rozdíl menší nebo roven 5 stupňům ).
Jakmile odchylka splňuje normu, použijte jističe, abyste dosáhli "měkkého spojení" (postupně zvyšujte výkon připojení), abyste se vyhnuli nárazovému proudu, který by mohl poškodit zařízení.
III. Shrnutí
Černý start je poslední linií obrany pro bezpečný provoz energetického systému. Se svými vlastnostmi rychlé odezvy, vysoké flexibility a nulového znečištění se systémy pro skladování energie staly důležitým doplňkem tradičních zdrojů energie s černým startem, hrají nezastupitelnou roli zejména v nových energetických základech, pro garanci kritického zatížení a v extrémních podmínkách.
S rozvojem technologie dlouhodobého ukládání energie a klesajícími náklady budou systémy pro ukládání energie spolupracovat s tradičními zdroji energie a vytvořit tak systém černého startu, který kombinuje „distribuované + centralizované“ přístupy, vytváří bezpečnostní bariéru proti zhroucení a rychlé obnově energetického systému a podporuje stabilní provoz nového energetického systému.