本文由李军徽、孔明、穆钢、张佳星（均来自东北电力大学电气工程学院）以及齐军、魏哲明、郭琦（均来自内蒙古电力(集团)有限责任公司）共同撰写。文章《电力系统黑启动关键技术研究综述》（英文标题：Overview of Researches on Key Technologies of Power System Black-start）发表于《南方电网技术》（South. Power Syst. Technol.）期刊2017年第5期（第11卷，第5期）。
本文是一篇关于电力系统黑启动（Black-start）关键技术的综合性研究综述。文章旨在总结和梳理近年来国内外在该领域的研究成果，为后续的研究提供指导和参考。其核心主题是探讨大停电事故后，如何通过黑启动技术快速恢复电力系统，并系统地介绍了从黑启动电源选择到安全校验等关键环节的研究进展，并对未来发展趋势进行了展望。
文章首先阐述了黑启动研究的紧迫性和重要性。随着现代电网向“远距离大容量送电、区域大电网互联”方向发展，局部故障引发大面积停电的风险增加，对社会经济影响巨大。黑启动作为大停电后系统恢复的第一步，其成功与否直接决定了整个恢复进程的速度和效果。因此，对黑启动关键技术进行深入研究，制定科学有效的方案，对于保障电网安全稳定运行具有重大意义。
文章的主体部分系统性地梳理和评述了黑启动的五大关键技术，并分别阐述了其研究进展、面临的问题及解决方案：
第一，黑启动电源的选择。 这是黑启动的基础。文章指出，传统上具备自启动能力的水电机组和燃气机组是首选的黑启动电源，因其厂用电负荷低、启动速度快，并已通过多次现场试验验证。然而，受地域资源限制（如西北地区水电站少），文章重点探讨了将新能源（风电、光伏）作为黑启动电源的可能性与挑战。其关键在于储能系统（如蓄电池）的配合，以提供稳定的电压支撑和有功功率输出。文章引用了相关文献，论证了风储/光储系统实施黑启动的可行性，并提及了初步的控制策略仿真研究。同时，文章也介绍了微电网（Microgrid）作为另一种黑启动场景的研究，指出微电网中的分布式电源可以在主网停电后维持局部供电甚至支援主网，其黑启动控制策略通常基于分层控制，按顺序启动各类微源（如光伏、储能、燃气轮机等）。文章总结认为，新能源和微电网的引入为黑启动提供了新的思路，能增加电源选择范围，具有重要的现实意义。
第二，被启动机组的选择。 被启动机组是黑启动后系统后续恢复的主力电源。文章指出，选择时应优先考虑距离重要负荷近的大型火电厂中的大容量机组，但通常不选择300MW以上的机组，因其厂用电大，对小系统冲击大。除了容量，机组恢复的成功率也至关重要。文章提到，需要评估空载线路充电、变压器投入产生的过电压以及大型辅机启动对系统电压和频率的冲击等因素对恢复成功率的影响。在确定首台被启动机组后，后续机组的恢复顺序需要优化。文章列举了多种优化思路，例如根据机组最佳启动时间与线路恢复时间的关系进行优选，或以机组可提供发电量最大为目标进行选择。此外，层次分析法和模糊决策法等也被用于对多台机组的启动顺序进行排序，以综合考虑多种限制因素，提高系统恢复效率。
第三，黑启动路径的规划。 合理的恢复路径直接影响恢复速度。文章给出了基本的规划原则：以尽快恢复地区主力电厂为目标，路径应尽量短、操作步骤应尽量少，并考虑机组的启动时间限制。在此基础上，更精确的路径优选方法是通过制定量化评估指标（如路径权重因子、节点权重因子等），利用优化算法对多条候选路径进行筛选。文章特别提及了一种综合考虑路径重要度和节点重要度，通过构造“关联权重因子”来反映路径优先选择程度的新方法，认为这是一种有效的路径寻优方法。文章展望指出，未来的路径规划应根据恢复过程不同阶段（如黑启动、网架重构、负荷恢复）的不同目标进行区分和优化。
第四，黑启动阶段的负荷恢复。 恢复初期需要及时接入适量负荷以维持系统频率和电压稳定。文章强调了负荷恢复的有序性：必须在调度统一指挥下，按轮次进行，优先保证各级调度机构、通信、党政机关、重点厂矿企业等重要负荷的供电。同时，负荷恢复需兼顾电网稳定和恢复速度。文章指出，不同的恢复目标（如平衡机组出力、防止过电压）决定了负荷恢复的优先级和数量策略，并引用了基于重要性优先算法和二分法搜索思想的负荷量优化流程研究。此外，文章也提及了对整个电力系统恢复过程（三个阶段）中负荷恢复规律特性的研究，旨在制定更实用、可操作的负荷恢复策略。
第五，黑启动安全校验。 由于恢复初期系统薄弱，任何操作失误都可能导致失败，因此安全校验至关重要。文章详细分析了黑启动过程中可能出现的四类主要安全问题及其应对措施： 1. 发电机的控制与自励磁（Self-excitation）：孤网运行时，需调整发电机励磁和调速系统的参数以适应特殊运行方式。文章重点讨论了发电机空充长线路时可能因容性电流导致端电压升高而产生的自励磁现象，介绍了工程上常用的判断方法及其局限性，并提到了更全面的“自励磁综合区域”判据。限制措施包括使用并联电抗器、手动励磁控制并投入系统稳定器。 2. 过电压（Overvoltage）：主要包括操作过电压（Switching overvoltage）和工频过电压（Power frequency overvoltage）。文章分析了其产生原因（如空载线路合闸、电容效应）和危害，指出操作过电压幅值更大，是仿真校验的重点。限制措施包括在线路断路器上并联合闸电阻、在线路首末端装设避雷器以限制操作过电压；装设并联电抗器、增加感性负荷以削弱电容效应，降低工频过电压。同时也提及了空载变压器合闸可能引发的谐振过电压及其抑制方法（如调节变压器分接头）。 3. 厂用负荷启动时系统电压和频率跌落：大型辅机（多为异步电动机）启动时的功率冲击会导致系统电压和频率大幅跌落。文章给出了安全校验的指标（电压控制在0.7~1.1 p.u.，频率变化在0.5 Hz以内），并通过仿真测量跌落幅度和持续时间来判断启动是否成功。应对措施包括合理安排辅机启动顺序、控制每次恢复的负荷量。 4. 对二次系统的要求：文章强调必须确保继电保护、安全自动装置、通信、直流电源等二次设备的可靠运行。具体措施包括：确保事故后直流电源供电；统一配置保护及安自装置，并调整定值以适应恢复初期短路电流小的特点（如降低过电流定值、缩短动作时间）；退出线路重合闸，投入三相跳闸功能；利用二次谐波制动防止变压器差动保护因励磁涌流误动等。
在系统梳理关键技术后，文章对未来的研究方向进行了展望，提出了四个发展趋势： 1. 新能源黑启动：重点研究储能与风电/光伏的配合，包括储能容量配置的优化依据，以及有效的协调运行控制策略，使新能源系统能快速切换至黑启动状态并稳定输出功率。 2. 辅助决策技术：研究并开发基于人工智能（如专家系统）的辅助决策技术，实现黑启动方案的自动生成、评估与排序，以提升调度部门的恢复决策水平和效率。 3. 扩展黑启动方案：研究以一个黑启动电源同时启动多台机组的策略，这可以大大加快系统恢复进程，是简单黑启动方案的发展与延伸。 4. 黑启动实施操作：关注预案编制与实际操作的差异。强调应建立多套经过试验/仿真检验的详细方案，并要求运行人员操作规范、配合准确，并能根据现场情况灵活调整方案，以保证成功率。
本文的学术价值和应用意义显著。作为一篇综述，它系统性地整合了截至2017年电力系统黑启动领域的关键技术研究成果，为研究人员和工程技术人员提供了一个清晰、全面的知识框架和技术路线图。文章不仅总结了成熟的技术（如常规机组黑启动），更前瞻性地指出了新兴的研究方向（如新能源黑启动、辅助决策、扩展方案），对推动该领域的技术创新和工程应用具有重要的指导作用。其价值在于将分散的研究成果进行归纳、比较和评述，明确了技术难点、现有解决方案和未来突破口，有助于后续研究找准方向，促进黑启动技术的不断完善和在更复杂电网环境下的可靠应用。