一起分布式能源站跳閘事件的分析及建議

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，并提出優化方案。

燃氣分布式；MEMS；同期；微網

0 引言

部分分布式能源站存在缺少能源集中管理系統，主要為電氣監控、熱工系統、機務系統和光伏系統等幾個獨立系統，系統之間缺少實時通信和數據交互，難以達到數據共享和集中管理，部分項目還存在管理系統不完善和錯誤問題，導致分布式能源站安全穩定和高效運行存在一定的難度，而微網的典型特點是具有并網、離網和并離網切換[2]等多種運行方式，而分布式微網的能量管理和控制技術是微網的核心技術難點[3]，本文主要對一起分布式能源站由于控制邏輯和能量協調管理問題引起的跳閘停電事件進行分析，并提出優化方案和建議[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燃機發電機，發電機經過自帶同期功能的并網開關接入園區10kV微網總配電室開關站供電系統，開關站經過2回出線接入電網110kV變電站10kV母線。

分布式能源站DCS系統已經建設完成，主要負責儀表、溫度計、流量計和閥門等設備監測和控制，分布式能源站的電氣監控系統和微網能量管理系統均未建成，發電機本體電氣設備和并網開關操作只能就地控制。

2 電氣系統結構

分布式能源站10kV微網供電系統電負荷有#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。燃機發電系統具有自帶同期功能，而微網系統設置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。分布式能源站微網電氣結構如圖1所示。

圖1 電氣系統主接線

3 事件經過及原因分析

3.1 事件過程

燃機發電機廠家技術人員計劃對微網的#2發電機進行并網轉離網運行的切換試驗過程中發生#1發電機故障停機、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發電機并網轉離網試驗，#2發電機控制系統通過并網開關位置判斷并網和離網運行模式。微網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發電機并網發電狀態，其中#1和#2發電機輔機電源均由10kV母線供電，輔機電源聯絡開關445處于合閘位置。在進行#2發電機并網轉切換過程中，模擬未成功，大約10s后#1發電機跳閘，導致整個能源站和部分辦公樓停電，并發現發電機輔機電源開關二次熔絲燒毀，并出現電燈閃爍現象。

3.2 原因分析

3.2.1 控制邏輯問題

對于發電機控制系統，發電機并網和離網需要通過并網開關201和202的位置判別，由于并網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。根據發電機控制邏輯（如圖2所示），發電機必須采用245開關操作來代替201和201并網開關來模擬并網轉離網的切換試驗，但是當#2發電機切換為離網運行時，廠內站用電仍由電網和#1發電機提供，這就導致#2發電機和微網系統不同期供電，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發電機故障跳閘停機。

圖2 發電機切換邏輯

3.2.2 不同電源非同期

當能源站245聯絡開關分閘時，#2發電機控制系統進入離網運行模式，而此時無參考電源和VF模式電源，#2發電機啟動后經過#2變壓器對廠用電輔機電源供電，而此時輔機電源由#1發電機和電網供應，這就導致#1發電機和#2發電機共同對廠用電輔機供電，由于2個電源未經過同期和控制，不同電源不同期并網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發電機輔機電源失電后#1發電機故障跳閘停機。

圖3 微網并離網切換邏輯

4 建議與思考

4.1 完善微網控制邏輯

根據分布式能源站原有設計和控制邏輯，分布式電源在并網和離網切換的時候存在無法統一控制和協調管理，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生。主要采用微網能量管理系統和發電機控制系統，經過協調控制實現切換功能，發電機控制系統通過并網開關狀態、MEMS系統控制和判別指令、同期判別等滿足控制邏輯后，迅速切換發電機運行方式。

根據圖3所示，微網通過對并網開關、微網主電源識別判斷后，確定需要從并網切換為離網，發電機控制系統經過同期合閘條件檢定，同時接收微網管理系統的切換指令，再發離網合閘指令，保障供電可靠性。

圖4 微網能量管理系統建設結構

4.2 建設微網能量管理系統

分布式微網能量管理系統（Microgrid-EMS，簡稱MEMS系統）將實現與分布式能源站的DCS系統和電氣監控系統的數據通信，實現對分布式能源站所有熱控系統參數、機務參數、電氣參數和分布式電源本體的數據采集和集中管理，并根據用戶需求和運行情況協調控制每個分布式電源的運行特性和并離網模式、負荷開關、并網開關。

控制系統需要統籌各個分布式電源和并網設備的運行方式，在電力系統中扮演重要的中間角色，并完成系統內部各微電源之間、電源和負荷、電源和大電網、負荷和電網等多種協作和管理，保證微網安全穩定和經濟運行。

4.3 完善微網系統設計和調試方案

分布式能源站和多能源微網供能系統的系統運行和控制方式與傳統電廠具有明顯的區別，其運行方式存在并網、離網、并離網切換等模式，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中分布式電源和電網的特殊性來制定方案。

5 結語

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

[1]張連芹，邰能靈.微網能量管理方案研究[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.并網型微電網能量管理策略研究[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技術方面研究工作。