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        一起分布式能源站跳閘事件的分析及建議

        2015-12-20 08:32:11張鐘平徐狄森
        發(fā)電技術 2015年6期
        關鍵詞:發(fā)電機系統(tǒng)

        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。

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