一起分布式能源站跳闸事件的分析及建议

张钟平，徐狄森

（1.华电电力科学研究院，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闸事件的分析及建议

张钟平1，徐狄森2

（1.华电电力科学研究院，浙江杭州310030；2.杭州厚普科技有限公司，浙江杭州310030）

燃气分布式能源站可以提高供电可靠性和安全性，但是随着燃气分布式能源快速发展，国内还未形成燃气分布式设计、建设和评估标准，从而导致部分燃气分布式能源站在运行、安全和可靠性方面存成一定的缺陷。本文主要对某个分布式能源站跳闸停电事件的分析，总结出项目在设计和调试中存成的问题，并提出优化方案。

燃气分布式；MEMS；同期；微网

0 引言

部分分布式能源站存在缺少能源集中管理系统，主要为电气监控、热工系统、机务系统和光伏系统等几个独立系统，系统之间缺少实时通信和数据交互，难以达到数据共享和集中管理，部分项目还存在管理系统不完善和错误问题，导致分布式能源站安全稳定和高效运行存在一定的难度，而微网的典型特点是具有并网、离网和并离网切换[2]等多种运行方式，而分布式微网的能量管理和控制技术是微网的核心技术难点[3]，本文主要对一起分布式能源站由于控制逻辑和能量协调管理问题引起的跳闸停电事件进行分析，并提出优化方案和建议[1]。

1 分布式能源站概况

某分布式能源站总装机6.7MW，采用2台3349kW 10.5kV燃机发电机，发电机经过自带同期功能的并网开关接入园区10kV微网总配电室开关站供电系统，开关站经过2回出线接入电网110kV变电站10kV母线。

分布式能源站DCS系统已经建设完成，主要负责仪表、温度计、流量计和阀门等设备监测和控制，分布式能源站的电气监控系统和微网能量管理系统均未建成，发电机本体电气设备和并网开关操作只能就地控制。

2 电气系统结构

分布式能源站10kV微网供电系统电负荷有#1变压器、#2变压器、#3变压器、#4变压器、AB座配电室、HI座配电室、EFG座配电室，其中#1变压器和2号变压器低压侧为厂用电负荷。燃机发电系统具有自带同期功能，而微网系统设置1台同期屏，用于总配电室201开关和202开关的同期合闸操作功能。分布式能源站微网电气结构如图1所示。

图1 电气系统主接线

3 事件经过及原因分析

3.1 事件过程

燃机发电机厂家技术人员计划对微网的#2发电机进行并网转离网运行的切换试验过程中发生#1发电机故障停机、能源站失电和厂用电负荷开关二次熔丝烧坏。调试方案采用245开关代替202开关位置来模拟#2发电机并网转离网试验，#2发电机控制系统通过并网开关位置判断并网和离网运行模式。微网201开关合位、202开关分位、245开关合位，10kV母线和其它负荷切换至201开关供电模式，#1和#2发电机并网发电状态，其中#1和#2发电机辅机电源均由10kV母线供电，辅机电源联络开关445处于合闸位置。在进行#2发电机并网转切换过程中，模拟未成功，大约10s后#1发电机跳闸，导致整个能源站和部分办公楼停电，并发现发电机辅机电源开关二次熔丝烧毁，并出现电灯闪烁现象。

3.2 原因分析

3.2.1 控制逻辑问题

对于发电机控制系统，发电机并网和离网需要通过并网开关201和202的位置判别，由于并网开关承担部分办公楼负荷的不间断供电，所以实际试验时无法操作201开关，否则将导致办公楼停电。根据发电机控制逻辑（如图2所示），发电机必须采用245开关操作来代替201和201并网开关来模拟并网转离网的切换试验，但是当#2发电机切换为离网运行时，厂内站用电仍由电网和#1发电机提供，这就导致#2发电机和微网系统不同期供电，导致站用负荷开关二次熔丝烧坏并跳闸，辅机电源失电后导致#1发电机故障跳闸停机。

图2 发电机切换逻辑

3.2.2 不同电源非同期

当能源站245联络开关分闸时，#2发电机控制系统进入离网运行模式，而此时无参考电源和VF模式电源，#2发电机启动后经过#2变压器对厂用电辅机电源供电，而此时辅机电源由#1发电机和电网供应，这就导致#1发电机和#2发电机共同对厂用电辅机供电，由于2个电源未经过同期和控制，不同电源不同期并网导致两个不同的电源电压叠加，瞬时最大值有可能达到2倍峰值电压，导致辅机开关跳闸和熔丝烧毁，#1发电机辅机电源失电后#1发电机故障跳闸停机。

图3 微网并离网切换逻辑

4 建议与思考

4.1 完善微网控制逻辑

根据分布式能源站原有设计和控制逻辑，分布式电源在并网和离网切换的时候存在无法统一控制和协调管理，并存在不同期合闸等问题，所以完善控制逻辑可以防止此类事故发生。主要采用微网能量管理系统和发电机控制系统，经过协调控制实现切换功能，发电机控制系统通过并网开关状态、MEMS系统控制和判别指令、同期判别等满足控制逻辑后，迅速切换发电机运行方式。

根据图3所示，微网通过对并网开关、微网主电源识别判断后，确定需要从并网切换为离网，发电机控制系统经过同期合闸条件检定，同时接收微网管理系统的切换指令，再发离网合闸指令，保障供电可靠性。

图4 微网能量管理系统建设结构

4.2 建设微网能量管理系统

分布式微网能量管理系统（Microgrid-EMS，简称MEMS系统）将实现与分布式能源站的DCS系统和电气监控系统的数据通信，实现对分布式能源站所有热控系统参数、机务参数、电气参数和分布式电源本体的数据采集和集中管理，并根据用户需求和运行情况协调控制每个分布式电源的运行特性和并离网模式、负荷开关、并网开关。

控制系统需要统筹各个分布式电源和并网设备的运行方式，在电力系统中扮演重要的中间角色，并完成系统内部各微电源之间、电源和负荷、电源和大电网、负荷和电网等多种协作和管理，保证微网安全稳定和经济运行。

4.3 完善微网系统设计和调试方案

分布式能源站和多能源微网供能系统的系统运行和控制方式与传统电厂具有明显的区别，其运行方式存在并网、离网、并离网切换等模式，这就要求项目初期设计考虑用户的需求和实际情况，并在项目调试时考虑微网中分布式电源和电网的特殊性来制定方案。

5 结语

分布式能源站安全稳定和高效运行是其最大的优点，而分布式微网的能量管理和控制技术是微网的核心技术，所以在分布式能源能量管理、控制技术方面必须综合考虑，采用协调控制技术实现能源供应的可靠性和安全性。

[1]张连芹，邰能灵.微网能量管理方案研究[J].水电能源科学，2013，31（4）：183~186.

[2]汪少勇.基于分布式电源的微网的设计与运行[J].电力自动化设备，2011，31（4）：120 ~123.

[3]郭思琪，袁越，鲍薇.并网型微电网能量管理策略研究[J].电工技术学报，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

张钟平（1984-），男，浙江诸暨人，本科，工程师，主要从事分布式能源和微网技术方面研究工作。