Elektroenergetski sustav je "slamka spasa" nacionalnog gospodarstva. Nestanak struje velikih-razmjera može imati katastrofalan učinak na industrijsku proizvodnju, sigurnost sredstava za život i javnu sigurnost, potencijalno čak uzrokujući kolaps cijelog elektroenergetskog sustava. Stoga je ključno i praktično pitanje kako obnoviti opskrbu električnom energijom što je brže moguće nakon-nestanka struje u elektroenergetskom sustavu velikih razmjera i minimizirati nastale gubitke za nacionalno gospodarstvo. Black start je učinkovito rješenje za ovaj problem.
I. Što je Black Start
1. Definicija crnog starta
Crno pokretanje odnosi se na tehnički proces kroz koji, nakon što cijela elektroenergetska mreža ili lokalno područje doživi potpuni nestanak električne energije zbog ozbiljnog kvara, sustav postupno vraća pomoćno napajanje, pokreće glavne proizvodne jedinice i na kraju postiže potpuni oporavak mreže korištenjem unutarnjih izvora napajanja koji se mogu samo-pokrenuti (izvori crnog pokretanja) i bez oslanjanja na vanjsku podršku za napajanje. Njegov temeljni princip je "bez oslanjanja na vanjsko napajanje", a njegova bit je autonomna rekonstrukcija elektroenergetskog sustava iz "stanja kolapsa" u "stanje stabilnog rada".
Postojanje mogućnosti pokretanja bez napajanja može skratiti trajanje prekida rada, smanjiti ekonomske gubitke i društvene utjecaje, osigurati opskrbu električnom energijom kritičnih opterećenja kao što su prometna čvorišta i komunikacijske bazne stanice, održati javnu sigurnost i poboljšati mogućnosti "protiv-kolapsa" i "brzog oporavka" elektroenergetskog sustava protiv rizika kao što su ekstremni vremenski uvjeti, kvar opreme i ljudsko uplitanje.
2. Tradicionalni put implementacije za Black Start
Tradicionalni crni start oslanja se na proces-po-korak: "Samo-izvor napajanja → Obnova pomoćnog napajanja → Pokretanje-glavnih proizvodnih jedinica → Sinkronizacija sekcije i povezivanje → Puna obnova mreže." Suština je odabir izvora napajanja s "-sposobnošću samopokretanja." Konkretni koraci su sljedeći:
Identificirajte izvor pokretanja u crnom stanju: odaberite izvore energije koji se mogu pokrenuti bez vanjskog napajanja, tradicionalno uglavnom hidroelektrane i male plinske turbine.
Vraćanje pomoćnog napajanja: izvor crnog pokretanja prvo daje napajanje pomoćnim sustavima (npr. pumpe za vodu, ventilatori, napajanje upravljačkog sustava) okolnih elektrana (kao što su termoelektrane ili nuklearne elektrane), aktivirajući pomoćnu opremu glavnih jedinica.
Pokrenite glavne generatorske jedinice: nakon ponovnog uspostavljanja pomoćnog napajanja, postupno pokrenite glavne izvore energije poput toplinskih i nuklearnih jedinica kako biste povećali kapacitet napajanja.
Sinkronizacija dionica i puna obnova mreže: Postupno sinkronizirajte i povežite obnovljene dijelove mreže s glavnom mrežom, proširujući raspon napajanja dok se ne postigne potpuni oporavak mreže.
3. Ograničenja tradicionalnog crnog starta
Tradicionalni crni start oslanja se na izvore energije poput hidroenergije i malih plinskih turbina, ali njihove tehničke karakteristike otežavaju zadovoljavanje potreba novih energetskih sustava. Tradicionalni crni start ima snažnu geografsku ovisnost: hidroenergija se oslanja na rijeke i akumulacije i može se koristiti samo u određenim područjima; plinske turbine zahtijevaju podupiranje cjevovoda prirodnog plina, što otežava pokrivenost u udaljenim područjima. Njihova brzina odziva također je relativno spora: pokretanje hidroelektrana-traje 30 minuta do 2 sata, plinskim turbinama potrebno je 10-30 minuta, ne mogu zadovoljiti zahtjev za "minutnu obnovu kritičnih opterećenja." Nadalje, plinske turbine emitiraju CO₂ tijekom rada i imaju složeno mehaničko održavanje, što rezultira visokim godišnjim operativnim troškovima.
II. Kako sustavi za pohranu energije postižu crni start
Ne mogu sve tehnologije za pohranjivanje energije ispuniti zahtjeve pokretanja bez napajanja. Moraju posjedovati tri ključne karakteristike: "Mogućnost samo-pokretanja (aktivacija bez vanjskog napajanja)", "Mogućnost stabilnog izlaza (podržavanje pomoćnih energetskih opterećenja)" i "Široka prilagodljivost naponu (usklađivanje s različitim sučeljima elektrane)".
1. Tehnologija samo-kontrole pokretanja
Sam sustav za pohranjivanje energije mora imati mogućnost "aktivacije bez vanjskog napajanja". Srž toga je postizanje samo-pokretanja putem "rezervnog izvora napajanja + strategije upravljanja." Sustav za pohranu energije ima ugrađen-UPS koji daje početnu snagu njegovom upravljaču, pretvaraču i sustavu hlađenja. Nakon što je UPS aktiviran, upravljač najprije provjerava status jedinica za pohranu energije (baterijske ćelije). Nakon što potvrdi da nema grešaka, pokreće pretvarač, pretvarajući istosmjernu struju iz jedinica za pohranu u izmjeničnu (odgovarajući naponu/frekvenciji pomoćnog napajanja ili opterećenja), naposljetku postižući "autonomno-uključivanje" za sustav za pohranu energije.
2. Tehnologija usklađivanja opterećenja i kontrole snage
U početnoj fazi pokretanja bez napajanja, fluktuacije snage od opterećenja mogu uzrokovati preopterećenje sustava za pohranu energije ili doživjeti kolaps napona. Za postizanje usklađenosti opterećenja koriste se sljedeće tehnologije:
Predviđanje i ocjenjivanje opterećenja: Pribavite zahtjeve za snagom za opterećenja koja se trebaju vratiti unaprijed (npr. pomoćna snaga je oko 10MW-50MW, bolnička opterećenja oko 1MW-5MW). Opterećenja se kategoriziraju u "opterećenja koja moraju{13}}podupirati" (npr. kontrolni sustavi, rasvjeta u nuždi) i "opterećenja s-pokretanjem s odgodom" (npr. nekritične pumpe za vodu), dajući prioritet opterećenjima koja moraju nositi.
Kontrola pada: koristi algoritam kontrole pada pretvarača za automatsko prilagođavanje izlaznog napona/frekvencije sustava za pohranu energije u skladu s promjenama opterećenja (npr. frekvencija malo opada, ali ostaje unutar prihvatljivih granica kada se opterećenje povećava), izbjegavajući utjecaje snage.
Konfiguracija kapaciteta pohrane energije: Izračunajte potrebni kapacitet pohrane energije na temelju snage opterećenja i potrebnog vremena obnavljanja. Formula: Kapacitet pohrane energije=Snaga opterećenja × Vrijeme obnavljanja × Sigurnosni faktor (sigurnosni faktor obično 1,2-1,5), osiguravajući da se pohrana energije ne isprazni tijekom procesa crnog pokretanja.
3. Tehnologija sinkronizacije mreže
Nakon što sustav za pohranu energije vrati napajanje lokalnim potrošačima, potrebno ga je sinkronizirati i povezati s drugim izvorima energije (kao što su tradicionalne elektrane, nove elektrane) ili glavnom mrežom. Jezgra postiže sinkronizaciju u "naponu, frekvenciji i fazi":
Upotrijebite opremu za sinkronizaciju za-detektiranje amplitude napona, frekvencije i fazne razlike između sustava za pohranu energije i strane koju želite spojiti.
Ako postoje odstupanja, upravljač prilagođava snagu punjenja/pražnjenja sustava za pohranu energije (npr. povećanje snage pražnjenja za povećanje frekvencije, prilagođavanje izlazne faze pretvarača) kako bi smanjio odstupanje unutar dopuštenih granica (obično odstupanje napona manje od ili jednako 5%, odstupanje frekvencije manje od ili jednako 0,2 Hz, fazna razlika manje od ili jednako 5 stupnjeva).
Nakon što odstupanje zadovolji standard, upotrijebite prekidače za postizanje "mekog spoja" (postupno povećavajući priključnu snagu), izbjegavajući udarnu struju koja bi mogla oštetiti opremu.
III. Sažetak
Black start je zadnja linija obrane za siguran rad elektroenergetskog sustava. Sa svojim karakteristikama brzog odziva, visoke fleksibilnosti i nultog zagađenja, sustavi za pohranu energije postali su važan dodatak tradicionalnim izvorima napajanja bez pokretanja, igrajući nezamjenjivu ulogu, posebno u novim energetskim bazama, za jamstvo kritičnog opterećenja i pod ekstremnim uvjetima.
S razvojem dugotrajne-tehnologije pohrane energije i smanjenjem troškova, sustavi pohrane energije surađivat će s tradicionalnim izvorima energije kako bi formirali sustav crnog pokretanja koji kombinira "distribuirane + centralizirane" pristupe, gradeći sigurnosnu barijeru protiv-kolapsa i brzog oporavka za elektroenergetski sustav i podržavajući stabilan rad novog elektroenergetskog sustava.