南京理工大学本科生科研训练百千万计划开题报告.docx

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1、南京理工大学本科生科研训练“百千万”计划开题报告项目名称基于电网侧储能电站的火电机组恢复控制策略研究资助类别国家级（）；省级（）；校级重点（）；校级普通（J）项目来源部、省级以上科研课题O企、事业单位委托课题（J）卓工计划联合培养项目（）学生自拟课题（）竞赛项目（）其他（）项目组成员姓名学号学院专业是否主持人徐力Y0434自动化学院智能电网信息工程是周宇航Y0437自动化学院电力电子否华凡Y0419自动化学院电力系统否指导教师姓名职称学院电话谢云云副教授自动化学院一、项目简介1项目背景:如今，电网规模不断膨胀、结构愈加复杂。在提供稳定电能的同时，电网的维护与运营也成了当今一大难题。尤其是在出现

2、重大自然灾害以及人为失误所造成的电网无法正常供电时，大面积停电所带来的损失无法估量。已有研究和经验表明，电力系统的安全运行能力和故障后恢复能力极大程度取决于系统是否可以快速恢复。在如今大规模用电的社会，如何在短时间恢复是值得研究的问题。黑启动是电网恢复的首要阶段。在以往的人工阶段时期，由于技术限制，常常假定系统为全黑状态。然而，真实的电网系统中很少出现全黑的状态，这导致恢复控制可能出现冗余情况，并非最优解。如今，随着快速切负荷（FCB）技术的应用和分布式发电技术的快速推广，具备FCB技术的大型火电机组和分布式电源可引入到恢复策略之中，这也使得故障恢复策略有了新的发展。结合现代电力系统恢复控制的

3、任务、主要问题以及解决方法。从宏观角度将恢复控制划分为恢复计划和恢复培训、有功平衡与频率控制、无功平衡与电压控制和继电保护以及安全自动装置的配合4个主要问题。恢复计划的制定是一个复杂的优化问题，一般可离线预计划,并采用人工智能技术和最优化方法相结合,予以解决。2目标：本项目为基于电网侧储能电站的火电机组恢复控制策略研究，将具体从黑启动电源入手，将具有FCB技术特性的火电机组作为黑启动电源，进一步研究电源恢复策略。寻找最优的黑启动电源规划模型。通过总结得出影响黑启动电源布置的主要因素。3需解决的问题：(1)黑启动电源的工作机理：随着FCB技术的应用，带有FCB的火电机组如今也是黑启动电源的热门之

4、一。对于这种可快速甩负荷的黑启动电源，我们需要了解其基本构成以及FCB技术的实际原理。这对后续黑启动电源的规划有很大帮助。(2)电源恢复路径的选择：合理规划黑启动恢复路径是保障网架可靠恢复的前提，为此如何规划电源恢复路径是我们需要考虑的问题。(3)电源恢复顺序先后的规划问题：电源的恢复先后不是随意确定的，需要综合考量过每处电源的实际能力来进行多目标规划。以综合排名靠前的电源优先进行恢复。这需要多目标规划方法的参与。(4)黑启动电源的效益问题：在对电源恢复进行规划后，效益是否处于最大化，是也要考虑在内的问题。为此，需要计算出最优容量、成本等数据，进行后续处理。二、文献综述及主要参考文献1现代电力

5、恢复控制系统：电力系统恢复控制是指电力系统发生故障,系统部分负荷停电甚至处于解列状态乃至全网停电后,在尽量少的时间内，最大限度地恢复系统至新的正常运行状态的控制过程。恢复控制在数学上可以被描述为一个多目标、多阶段、非线性、并带多个约束条件的组合优化问题。该过程难以建立准确的数学模型，目前尚没有通用解法,只有结合所研究领域的专门知识,将智能方法和数值优化算法结合起来,才有可能找到切实可行的解决办法。1.1恢复计划恢复控制的主要目的是将非正常的电网运行状态逐步恢复至新的正常运行状态,其过程要求非常细致的计划。目前，电力部门在处理大停电时仍以离线制定的恢复方案为主,但离线恢复方案不一定适合大停电事故

6、后的具体情况。通过研读不同的文献，可以看出，恢复计划的制订是一个多约束条件下的组合寻优过程,故障后的电网结构和运行工况的偶然性和随机性更增加了问题的求解难度。目前，对于恢复计划的制订目前有各种方法：如采用专家知识库的方法,将知识库根据处理问题的不同进行划分,从而可以将一个多维问题求解简化成多个小问题的协同求解叫还有遗传算法与专家系统相结合以及MAS技术与蚁群算法结合,提高了系统的鲁棒性等。2效益最大化的黑启动电源规划问题文献描述了黑启动的目标、形式,通过对黑启动机组的选择及提供黑启动服务所需工作的讨论,提出了黑启动服务费用的计算、收取和支付方法,并指明了参与黑启动服务各方在提供服务过程中的权利

7、和义务。文献网提出一种针对系统恢复的电力资源布置规划模型,研究在特定地区如何布置检修站，以及检修站内如何布置资源,使得在系统发生事故后的资源运输和检修站建设总成本最小。黑启动电源对于恢复进程的影响是多方面的,火电厂自备厂用电比外来电源更可靠,可暂时保证火电厂内的通信、自动控制装置、照明等必需电源,在故障运行状态下迅速启动保证辅机电源,避免设备损坏。3火电机组为了大力推进能源结构清洁化改革，风力发电（风电）、太阳能发电装机容量迅速增长。但新能源具有随机性、间歇性、不稳定性等特点，其比重增加到一定程度后，必然导致电网调峰困难，加之传统煤电产能过剩，这就要求现役火电机组提高灵活性以及深度调峰能力，以

8、维持电网稳定。4FCB技术FCB功能的作用主要体现在两个方面。首先，对机组来说，当电网发生严重故障导致机组与电网解列时，机组能够不停机不停炉，锅炉能够不发生主燃料跳闸，降低了因锅炉跳闸造成的寿命消耗，同时节省锅炉重启成本，减少停运时间。这是因为在对锅炉保护的过程中，主燃料跳闸的作用主要是连续监控锅炉运行参数，一旦发现锅炉蒸汽、温度、压力等参数出现异常，锅炉可能处于不安全运行状态时，就快速切断进入炉膛的燃料，避免事故发生。一般情况下，主燃料跳闸发生动作后还会有一系列的连锁动作，比如：给粉机全停，油枪全停；燃油进油电磁阀关闭；制粉系统全停；汽机跳闸，发电机解列；高低旁路自动开启等。这些动作的发生都

9、会影响锅炉的使用寿命，降低启动效率，同时还增加了锅炉重新启动的成本。而FCB可以在锅炉未发生主燃料跳闸前，通过一系列自动控制避免锅炉超温超压，使主燃料跳闸不动作，并且避免后续动作的发生,对机组起到有效的保护动作。5保护意识在整个恢复过程中，还必须密切注意发电机的保护,包括发电机励磁系统的保护、负序电流保护等。要维持发电机机端电压在允许的范围内，防止发电机的转子、定子过热。发电机励磁系统的保护装置一般有低励保护、失磁保护、最小励磁限制器、失步保护、过励磁保护等。应注意其与系统恢复控制的配合。参考文献：1刘强，石立宝，周明，李庚银，倪以信.现代电力系统恢复控制研究综述J.电力自动化设备，2007,

10、11：1-2.2房鑫炎,郁惟铺,熊惠敏,等.电力系统黑启动的研究J.中国电力,2000,33(1):40-43,96.FANGXin-yan,YUWei-yong,XIONGHui-min,eta1.Studyonpowersystemb1ackstartJ.E1ectricPower,2000,33(1):40-43,96.3GERMANO1T,daSI1VA1EB,RIBEIROGM,eta1.Aninte11igenttoo1forpowersystemrestoration:anexamp1eusingCESPC/Internationa1ConferenceonPowerSystem

11、Tech-no1ogy.Kunming,China:Powercon,2000:1131-1136.4彭志强，卜强生,袁宇波，郑明忠，电网侧储能电站监控系统体系架构及关键技术J2023,61-675牟春华，居文平，黄嘉驷，张建元，火电机组灵活性运行技术综述与展望J2018,1-76卢恩基于大型火电机组FCB技术的电力系统智能恢复控制研究与应用D20147林姿峰，闵勇，周云海.电力市场中的黑启动服务.电力系统自动化，2002,26(2):9-13.8WANGShaojun,SARKERBR,MANN1,eta1.Resourcep1aningandadepot1ocationmode1fore1

12、ectricpowerrestoration.EuropeanJourna1ofOperationa1Research,2004,155(1):22-43.三、研究方案思维导图：黑启动电源：FCB火电机组火电机组恢复控制研究电源后动规划问题电源恢复路径路检规划问题电源恢复顺序先后电源规划后的效益F1oyd算法最短路径搜寻算法Dijkstra算法多目标规划非线性约束如上图所示，我们主要从电源恢复为切入点，主要研究FCB火电机组在电源恢复顺序、恢复后效益变化、最优恢复路径为主要模块，对火电机组恢复控制做出一定的研究。其中，对于这三个模块所涉及的方法，目前仅仅是做出大致的分析。对于后续更为具体的过程

13、，有待组内进行优化与改进。四、进度安排2023年9月60-2023年9月20日：通过网上文献学习FCB火电机组的原理、多目标规划的方法、最短路径搜索法和非线性的规划方法。2023年9月21日-2023年11月30日：查阅相关资料得到火电机组自身的限制条件。构建相关的约束条件，建立电源恢复先后顺序的模型。同时加以验证。2023年12月1日-2023年12月30日：改进上述模型，查找电源恢复带来的成本、收益等内容，考虑可能影响电源恢复的因素。学习如何在多个约束条件下进行非线性的规划与评估问题。2023年1月1日-2023年7月15日：改进电源恢复问题，开始进行电源恢复的最优路径研究2023年7月1

14、6日-2023年8月10日：检验所建立的模型，同时检查前面的工作还有什么不足之处。2023年8月11日-2023年8月31日整理相关文档，撰写科研训练结题报告；2023年9月1日-2023年9月10日准备科研训练结题答辩。五、成员分工周宇航：负责火电机组工作时的限制条件与稳定性分析；并负责在不同阶段下火电机组所带来的约束条件。华凡：负责解决火电机组启动方面问题。包括：常规黑启动模型、再同步模型，通过数学方法得出在什么条件下能够实现启动的最快速度。徐力：负责解决不同情况下的电源恢复问题；以及恢复过程中的电压控制。同时组织小组成员多进行交流与合作共同部分：三人可相互帮助，每一项并非只一人做，可互相协作。天，预期成果成果名称：得到火电机组具体的恢复控制策略。依据火电机组与电网的特性，得到在多约束条件下恢复控制的具体策略。选取某一段具体的电网系统，模拟正常情况下黑启动的过程，并对启动过程进行优化得到更佳的启动策略。对于电源恢复，依据多目标规划以及最优路径的选取得到一个综合的恢复控制策略。七、经费概算总经费预算：600元；电脑耗材：IOO-300元;日常开销：100300元