張鐘平，徐狄森

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.杭州厚普科技有限公司，浙江杭州310030）

一起分布式能源站跳閘事件的分析及建議

張鐘平1，徐狄森2

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.杭州厚普科技有限公司，浙江杭州310030）

燃氣分布式能源站可以提高供電可靠性和安全性，但是隨著燃氣分布式能源快速發(fā)展，國內還未形成燃氣分布式設計、建設和評估標準，從而導致部分燃氣分布式能源站在運行、安全和可靠性方面存成一定的缺陷。本文主要對某個分布式能源站跳閘停電事件的分析，總結出項目在設計和調試中存成的問題，并提出優(yōu)化方案。

燃氣分布式；MEMS；同期；微網(wǎng)

0 引言

部分分布式能源站存在缺少能源集中管理系統(tǒng)，主要為電氣監(jiān)控、熱工系統(tǒng)、機務系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)等幾個獨立系統(tǒng)，系統(tǒng)之間缺少實時通信和數(shù)據(jù)交互，難以達到數(shù)據(jù)共享和集中管理，部分項目還存在管理系統(tǒng)不完善和錯誤問題，導致分布式能源站安全穩(wěn)定和高效運行存在一定的難度，而微網(wǎng)的典型特點是具有并網(wǎng)、離網(wǎng)和并離網(wǎng)切換[2]等多種運行方式，而分布式微網(wǎng)的能量管理和控制技術是微網(wǎng)的核心技術難點[3]，本文主要對一起分布式能源站由于控制邏輯和能量協(xié)調管理問題引起的跳閘停電事件進行分析，并提出優(yōu)化方案和建議[1]。

1 分布式能源站概況

某分布式能源站總裝機6.7MW，采用2臺3349kW 10.5kV燃機發(fā)電機，發(fā)電機經(jīng)過自帶同期功能的并網(wǎng)開關接入園區(qū)10kV微網(wǎng)總配電室開關站供電系統(tǒng)，開關站經(jīng)過2回出線接入電網(wǎng)110kV變電站10kV母線。

分布式能源站DCS系統(tǒng)已經(jīng)建設完成，主要負責儀表、溫度計、流量計和閥門等設備監(jiān)測和控制，分布式能源站的電氣監(jiān)控系統(tǒng)和微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)均未建成，發(fā)電機本體電氣設備和并網(wǎng)開關操作只能就地控制。

2 電氣系統(tǒng)結構

分布式能源站10kV微網(wǎng)供電系統(tǒng)電負荷有#1變壓器、#2變壓器、#3變壓器、#4變壓器、AB座配電室、HI座配電室、EFG座配電室，其中#1變壓器和2號變壓器低壓側為廠用電負荷。燃機發(fā)電系統(tǒng)具有自帶同期功能，而微網(wǎng)系統(tǒng)設置1臺同期屏，用于總配電室201開關和202開關的同期合閘操作功能。分布式能源站微網(wǎng)電氣結構如圖1所示。

圖1 電氣系統(tǒng)主接線

3 事件經(jīng)過及原因分析

3.1 事件過程

燃機發(fā)電機廠家技術人員計劃對微網(wǎng)的#2發(fā)電機進行并網(wǎng)轉離網(wǎng)運行的切換試驗過程中發(fā)生#1發(fā)電機故障停機、能源站失電和廠用電負荷開關二次熔絲燒壞。調試方案采用245開關代替202開關位置來模擬#2發(fā)電機并網(wǎng)轉離網(wǎng)試驗，#2發(fā)電機控制系統(tǒng)通過并網(wǎng)開關位置判斷并網(wǎng)和離網(wǎng)運行模式。微網(wǎng)201開關合位、202開關分位、245開關合位，10kV母線和其它負荷切換至201開關供電模式，#1和#2發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，其中#1和#2發(fā)電機輔機電源均由10kV母線供電，輔機電源聯(lián)絡開關445處于合閘位置。在進行#2發(fā)電機并網(wǎng)轉切換過程中，模擬未成功，大約10s后#1發(fā)電機跳閘，導致整個能源站和部分辦公樓停電，并發(fā)現(xiàn)發(fā)電機輔機電源開關二次熔絲燒毀，并出現(xiàn)電燈閃爍現(xiàn)象。

3.2 原因分析

3.2.1 控制邏輯問題

對于發(fā)電機控制系統(tǒng)，發(fā)電機并網(wǎng)和離網(wǎng)需要通過并網(wǎng)開關201和202的位置判別，由于并網(wǎng)開關承擔部分辦公樓負荷的不間斷供電，所以實際試驗時無法操作201開關，否則將導致辦公樓停電。根據(jù)發(fā)電機控制邏輯（如圖2所示），發(fā)電機必須采用245開關操作來代替201和201并網(wǎng)開關來模擬并網(wǎng)轉離網(wǎng)的切換試驗，但是當#2發(fā)電機切換為離網(wǎng)運行時，廠內站用電仍由電網(wǎng)和#1發(fā)電機提供，這就導致#2發(fā)電機和微網(wǎng)系統(tǒng)不同期供電，導致站用負荷開關二次熔絲燒壞并跳閘，輔機電源失電后導致#1發(fā)電機故障跳閘停機。

圖2 發(fā)電機切換邏輯

3.2.2 不同電源非同期

當能源站245聯(lián)絡開關分閘時，#2發(fā)電機控制系統(tǒng)進入離網(wǎng)運行模式，而此時無參考電源和VF模式電源，#2發(fā)電機啟動后經(jīng)過#2變壓器對廠用電輔機電源供電，而此時輔機電源由#1發(fā)電機和電網(wǎng)供應，這就導致#1發(fā)電機和#2發(fā)電機共同對廠用電輔機供電，由于2個電源未經(jīng)過同期和控制，不同電源不同期并網(wǎng)導致兩個不同的電源電壓疊加，瞬時最大值有可能達到2倍峰值電壓，導致輔機開關跳閘和熔絲燒毀，#1發(fā)電機輔機電源失電后#1發(fā)電機故障跳閘停機。

圖3 微網(wǎng)并離網(wǎng)切換邏輯

4 建議與思考

4.1 完善微網(wǎng)控制邏輯

根據(jù)分布式能源站原有設計和控制邏輯，分布式電源在并網(wǎng)和離網(wǎng)切換的時候存在無法統(tǒng)一控制和協(xié)調管理，并存在不同期合閘等問題，所以完善控制邏輯可以防止此類事故發(fā)生。主要采用微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)和發(fā)電機控制系統(tǒng)，經(jīng)過協(xié)調控制實現(xiàn)切換功能，發(fā)電機控制系統(tǒng)通過并網(wǎng)開關狀態(tài)、MEMS系統(tǒng)控制和判別指令、同期判別等滿足控制邏輯后，迅速切換發(fā)電機運行方式。

根據(jù)圖3所示，微網(wǎng)通過對并網(wǎng)開關、微網(wǎng)主電源識別判斷后，確定需要從并網(wǎng)切換為離網(wǎng)，發(fā)電機控制系統(tǒng)經(jīng)過同期合閘條件檢定，同時接收微網(wǎng)管理系統(tǒng)的切換指令，再發(fā)離網(wǎng)合閘指令，保障供電可靠性。

圖4 微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)建設結構

4.2 建設微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

分布式微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（Microgrid-EMS，簡稱MEMS系統(tǒng)）將實現(xiàn)與分布式能源站的DCS系統(tǒng)和電氣監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)對分布式能源站所有熱控系統(tǒng)參數(shù)、機務參數(shù)、電氣參數(shù)和分布式電源本體的數(shù)據(jù)采集和集中管理，并根據(jù)用戶需求和運行情況協(xié)調控制每個分布式電源的運行特性和并離網(wǎng)模式、負荷開關、并網(wǎng)開關。

控制系統(tǒng)需要統(tǒng)籌各個分布式電源和并網(wǎng)設備的運行方式，在電力系統(tǒng)中扮演重要的中間角色，并完成系統(tǒng)內部各微電源之間、電源和負荷、電源和大電網(wǎng)、負荷和電網(wǎng)等多種協(xié)作和管理，保證微網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。

4.3 完善微網(wǎng)系統(tǒng)設計和調試方案

分布式能源站和多能源微網(wǎng)供能系統(tǒng)的系統(tǒng)運行和控制方式與傳統(tǒng)電廠具有明顯的區(qū)別，其運行方式存在并網(wǎng)、離網(wǎng)、并離網(wǎng)切換等模式，這就要求項目初期設計考慮用戶的需求和實際情況，并在項目調試時考慮微網(wǎng)中分布式電源和電網(wǎng)的特殊性來制定方案。

5 結語

分布式能源站安全穩(wěn)定和高效運行是其最大的優(yōu)點，而分布式微網(wǎng)的能量管理和控制技術是微網(wǎng)的核心技術，所以在分布式能源能量管理、控制技術方面必須綜合考慮，采用協(xié)調控制技術實現(xiàn)能源供應的可靠性和安全性。

[1]張連芹，邰能靈.微網(wǎng)能量管理方案研究[J].水電能源科學，2013，31（4）：183~186.

[2]汪少勇.基于分布式電源的微網(wǎng)的設計與運行[J].電力自動化設備，2011，31（4）：120 ~123.

[3]郭思琪，袁越，鮑薇.并網(wǎng)型微電網(wǎng)能量管理策略研究[J].電工技術學報，2012，27（3）：35~42.

Analysis and Suggestion on the Trip of a Distributed Energy Station

ZHANG Zhong-ping1，XU Di-sen2
（1.National Energy Distributed Energy Technology R&D Center，Hangzhou 310030，China；2.Hangzhou Puhou Technology Co.，Ltd，Hangzhou 310030，China）

Gas distributed energy station can improve the reliability and security of power supply，but with the rapid development of gas distributed energy，the domestic has not formed a gas distributed design，construction and evaluation standards，which leads to some gas distributed energy stations in operation，safety and reliability of the side of the defect.In this paper，the analysis of a distributed power station tripping event is analyzed，and the problems in the design and debugging of the project are summarized，and the optimization scheme is put forward.

Gas distribution；MEMS；synchronization；Micro grid

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.002

TM762

B

2095-3429（2015）06-0004-03

2015-11-02

修回日期：2015-12-17

張鐘平（1984-），男，浙江諸暨人，本科，工程師，主要從事分布式能源和微網(wǎng)技術方面研究工作。