園區(qū)燃?xì)夥植际侥茉凑疚㈦娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)解析

杜炬虎，劉靜

(1．中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100070;2．華電分布式能源工程技術(shù)有限公司，北京 100070)

1 園區(qū)概況

華北地區(qū)某產(chǎn)業(yè)園占地4．35 hm2，總建筑面積約為25萬(wàn)m2，其中地上建筑面積約為17萬(wàn)m2，包含商業(yè)辦公樓、精品商務(wù)設(shè)施、寫(xiě)字樓、4星級(jí)商務(wù)酒店等。園區(qū)地下一層建有一座燃?xì)夥植际侥茉凑?，為園區(qū)提供冷、熱、電等綜合能源。

該園區(qū)微電網(wǎng)由燃?xì)夥植际诫娫础⑷細(xì)夥植际诫娫粗悄芸刂葡到y(tǒng)、園區(qū)高/低壓配電網(wǎng)、園區(qū)配電監(jiān)控系統(tǒng)、園區(qū)用電負(fù)荷、繼電保護(hù)裝置等組成，實(shí)現(xiàn)了自我控制、保護(hù)和管理，是一個(gè)典型的包含(電)源、(配電)網(wǎng)、(用電負(fù))荷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，可與區(qū)域電網(wǎng)交互功率的微型電力系統(tǒng)。它既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行。

2 園區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)

園區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)采用10 kV，0．4 kV兩級(jí)電壓配電方式，為放射式與樹(shù)干式相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。設(shè)總配電室1座、分配電室3座。

園區(qū)微電網(wǎng)總配電室電氣主接線如圖1所示。10 kV系統(tǒng)采用單母線分段有聯(lián)絡(luò)的接線方式，由分布式電源和區(qū)域電網(wǎng)同時(shí)供電。10 kV母線Ⅰ段#4母線電源進(jìn)線為201開(kāi)關(guān)(區(qū)域電網(wǎng))、203開(kāi)關(guān)(分布式電源)，饋線回路分為#1～#3分配電室的#1電源及#1，#3低壓變壓器;10 kV母線Ⅱ段#5母線電源進(jìn)線為202開(kāi)關(guān)(區(qū)域電網(wǎng))、204開(kāi)關(guān)(分布式電源)，饋線回路分為#1～#3分配電室的#2電源及#2，#4低壓變壓器;設(shè)母線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)245。

園區(qū)總配電室位于D座地下一層，設(shè)10 kV配電母線2段、0．4 kV配電母線4段、配電變壓器4臺(tái)，容量為1600 kV·A×2+1 000 kV·A×2;供電范圍為C，D座辦公、照明、底層商業(yè)、二次泵房、能源站等。

園區(qū)#1分配電室位于B座地下一層，內(nèi)設(shè)10 kV配電母線2段、0．4 kV配電母線4段、配電變壓器4臺(tái)，容量為1 600 kV·A×2+1 250 kV·A×2;供電范圍為A，B座辦公、照明、底層商業(yè)等。

園區(qū)#2分配電室位于E座地下一層，內(nèi)設(shè)10 kV配電母線2段、0．4 kV配電母線4段、配電變壓器4臺(tái)，容量為1600 kV·A×2+1250 kV·A×2;供電范圍為E，F(xiàn)，G座辦公、照明、底層商業(yè)及室外充電樁等。園區(qū)#1，#2分配電室電氣主接線如圖2所示。

圖1 園區(qū)總配電室電氣主接線Fig．1 Main electrical connection of the main distribution room in the park

圖2 園區(qū)#1，#2分配電室電氣主接線Fig．2 Main electrical connection of No．1 and No．2 sub-distribution room in the park

園區(qū)#3分配電室位于H座地下一層，內(nèi)設(shè)0．4 kV配電母線2段、配電變壓器2臺(tái)，容量為1 600 kV·A×2;供電范圍為H，I座4星級(jí)酒店、底層商業(yè)等，其電氣主接線如圖3所示。

3 用電負(fù)荷

園區(qū)業(yè)態(tài)包含商業(yè)辦公樓、精品商務(wù)設(shè)施、寫(xiě)字樓、4星級(jí)商務(wù)酒店等，其用電負(fù)荷設(shè)計(jì)情況見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)，園區(qū)最大設(shè)計(jì)用電負(fù)荷為8665．93 kW。

4 分布式電源

園區(qū)燃?xì)夥植际侥茉凑窘ㄔO(shè)有2臺(tái)3328kW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組出口電壓選為10．5kV，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器(GCB)。

圖3 園區(qū)#3分配電室電氣主接線Fig．3 Main electrical connection of No．3 sub-distribution room in the park

兩臺(tái)燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組直接接入園區(qū)總配電室10 kV系統(tǒng)。#1發(fā)電機(jī)組接入10 kV母線Ⅰ段#4母線(203間隔)，#2發(fā)電機(jī)組接入10 kV母線Ⅱ段#5母線(204間隔)。園區(qū)總配電室203，204開(kāi)關(guān)為并網(wǎng)點(diǎn)。

5 繼電保護(hù)

所有繼電保護(hù)裝置均為數(shù)字式微機(jī)型。

(1)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置由生產(chǎn)廠家配套提供，單套配置。該保護(hù)裝置具有發(fā)電機(jī)電流差動(dòng)、匝間短路、90%定子接地、定子繞組過(guò)負(fù)荷、復(fù)壓電壓過(guò)流、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地、定子過(guò)電壓、欠電壓、失磁、逆功率、頻率異常、熱工保護(hù)等功能;另外，在發(fā)電機(jī)出口GCB柜配有數(shù)字式微機(jī)型保護(hù)，具有三段定時(shí)限方向過(guò)電流、三段定時(shí)限零序過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷、低壓解列、低周減載等功能。

表1 園區(qū)用電負(fù)荷設(shè)計(jì)Tab．1 Power load design for the park

(2)10 kV并網(wǎng)線路繼電保護(hù)有電流差動(dòng)保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)。線路的電流差動(dòng)保護(hù)由內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)配置完成，另在GCB開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)有帶方向的過(guò)流保護(hù)作后備保護(hù)。

(3)10 kV市電進(jìn)線(201，202)線路繼電保護(hù)裝置，具有三段定時(shí)限方向過(guò)電流、三段定時(shí)限零序過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷、低壓解列、低周減載等功能。

(4)低壓變壓器繼電保護(hù)有速斷、過(guò)流、零序過(guò)流、過(guò)負(fù)荷、失壓帶電流閉鎖、非電量保護(hù)等功能。

(5)園區(qū)總配電室的10 kV并網(wǎng)側(cè)配置一套安全自動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)10 kV母線電壓頻率異常緊急控制功能。該裝置故障解列市電進(jìn)線斷路器(201，202)。

6 自動(dòng)控制

(1)能源站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)作為主要的監(jiān)視及控制核心，實(shí)現(xiàn)全站集中控制。配置一套分散控制系統(tǒng)(DCS)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組及其輔助設(shè)備的檢測(cè)、控制、報(bào)警、保護(hù)等，完成系統(tǒng)啟動(dòng)、停止、正常運(yùn)行和事故處理;另外，在DCS操作臺(tái)上配置機(jī)組硬接線的緊急停止按鈕及重要輔機(jī)的操作按鈕，以保證機(jī)組在緊急情況下安全停機(jī)。

(2)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組具備恒功率輸出和自動(dòng)適應(yīng)用電負(fù)荷輸出運(yùn)行方式。

(3)能源站DCS預(yù)留有與園區(qū)樓宇中央監(jiān)控室的通信接口。

(4)園區(qū)總配電室內(nèi)配置一套遠(yuǎn)動(dòng)裝置，實(shí)時(shí)采集能源站及總配電室運(yùn)行信息，主要包括站并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并網(wǎng)點(diǎn)電流電壓，發(fā)電機(jī)發(fā)電量，總配電室接入點(diǎn)開(kāi)關(guān)、主進(jìn)開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)狀態(tài)等。遠(yuǎn)動(dòng)信息通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)裝置、通信設(shè)備及光纜，以單路專網(wǎng)遠(yuǎn)動(dòng)通道方式接入國(guó)網(wǎng)變電站調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，上傳至當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)區(qū)調(diào)。

(5)園區(qū)總配電室配置兩套計(jì)量及電能采集設(shè)備，包括10 kV計(jì)量專用柜、電能量遠(yuǎn)程采集終端設(shè)備等。關(guān)口計(jì)量點(diǎn)按1+1原則安裝多功能電能計(jì)量表，具有正、反雙向有功、無(wú)功計(jì)量及事件記錄功能，同時(shí)具備電壓、電流量等信息的采集功能。發(fā)電機(jī)出口對(duì)應(yīng)并網(wǎng)點(diǎn)按1+0原則配置0．2S級(jí)多功能高精度電能計(jì)量表。

(6)園區(qū)總配電室內(nèi)敷設(shè)一根24芯非金屬管道阻燃光纜，沿電力隧道敷設(shè)，至區(qū)域110 kV變電站。光纜通信電路將能源站的自動(dòng)化信息、計(jì)量信息、調(diào)度電話信息上送區(qū)域電網(wǎng)區(qū)調(diào)。

7 運(yùn)行方式

(1)運(yùn)行方針。冷熱定電、自發(fā)自用、余電上網(wǎng)、缺電網(wǎng)補(bǔ)。

(2)運(yùn)行策略。依據(jù)與區(qū)域電網(wǎng)簽署的調(diào)度協(xié)議，暫定園區(qū)微電網(wǎng)與區(qū)域電網(wǎng)在運(yùn)行中僅允許經(jīng)一個(gè)點(diǎn)并網(wǎng)，即201與202開(kāi)關(guān)互為閉鎖，不同時(shí)閉合，母聯(lián)開(kāi)關(guān)245閉合運(yùn)行。

(3)運(yùn)行方式。同期點(diǎn)設(shè)置在201，202，203及204開(kāi)關(guān)處。正常情況下，機(jī)組經(jīng)系統(tǒng)倒送電啟動(dòng)，區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)201或202閉合，母聯(lián)開(kāi)關(guān)245閉合，視園區(qū)用電負(fù)荷，發(fā)電機(jī)組開(kāi)關(guān)203，204檢同期并網(wǎng)運(yùn)行;區(qū)域電網(wǎng)故障時(shí)，發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行。

(4)故障對(duì)策。發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障，跳開(kāi)203或204開(kāi)關(guān)，分離故障設(shè)備，區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)201或202保持閉合狀態(tài)，帶園區(qū)全部負(fù)荷;發(fā)電機(jī)組故障排除后(或切換機(jī)組)，203或204開(kāi)關(guān)檢同期并網(wǎng)運(yùn)行。區(qū)域電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，跳開(kāi)區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)201或202開(kāi)關(guān)，分離故障設(shè)備，發(fā)電機(jī)組不停機(jī)轉(zhuǎn)入孤網(wǎng)運(yùn)行模式;區(qū)域電網(wǎng)故障排除后(或切換電源)，201或202開(kāi)關(guān)檢同期再并網(wǎng)運(yùn)行。

(5)自動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)冷、熱、電等負(fù)荷參數(shù)及環(huán)境因素的變化，按經(jīng)濟(jì)效益最大化的原則，智能控制、調(diào)節(jié)燃?xì)夥植际侥茉凑緝?nèi)的冷、熱調(diào)峰設(shè)備及與區(qū)域電網(wǎng)的交互功率，實(shí)現(xiàn)智能匹配園區(qū)用戶的冷、熱、電負(fù)荷需求，確保園區(qū)微電網(wǎng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)。

8 結(jié)束語(yǔ)

該園區(qū)微電網(wǎng)于2013年年底投入孤網(wǎng)運(yùn)行，2015年8月實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。孤網(wǎng)運(yùn)行期間，該園區(qū)運(yùn)行可靠性約為99．988 4%，并網(wǎng)后運(yùn)行可靠性約為 99．9994%。

該園區(qū)微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行靈活、管理界限清晰，可為探索新型電力供應(yīng)模式提供借鑒。