CN212412750U - 一种园区微电网继电保护控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于微电网继电保护技术领域，涉及园区微电网继电保护控制系统。一种园区微电网继电保护控制系统，包括主网侧、微网侧，所述的主网侧包含高压柜、变压器，所述的微网侧主要包括并网柜、AC/DC双向变换器、DC/DC双向变换器；经所述变压器转换后的低压电源通过所述并网柜接入所述微网侧，从所述并网柜引出的低压交流母线接入AC/DC双向变换器，所述AC/DC双向变换器引出直流母线，所述直流母线接入所述DC/DC双向变换器；在所述微网侧设有保护装置和微网控制器，所述保护装置与微网控制器连接，并受所述微网控制器的控制。本实用新型按组成位置进行分级，形成每一关键位置的保护方案，并进行区域设置，实现微电网源网荷系统融合的继电保护措施，保证微网系统运行安全。

Description

一种园区微电网继电保护控制系统

技术领域

本实用新型属于微电网继电保护技术领域，涉及园区微电网继电保护控制系统。

背景技术

能源危机和环境污染问题，使绿色清洁可再生能源开发利用成为国家重要战略。集中式的光伏和风电发电场站建设导致新能源发电的难以消纳。在微电网技术发展中，将分布式发电与新能源消纳相结合，并结合电动汽车的快速发展，将“变配光储充放”一体化深度结合，在微电网内部高比例消纳可再生能源发电，做到就地利用，高效转换，减少长距离输送，是提高新能源消纳的有效解决方案，具有极高的实用性和实践意义。新能源微网系统创新实现双向配网、分布式光伏发电、智慧储能、电动汽车充放电、电热转换等多能源交互管理的多源系统。具备能量双向路由、交直柔混网、并离网切换、供需侧管控、电网友好交互、全景信息融合等多功能于一体的能量魔方。

微网系统融合了变配光储充放等元素，针对电源的源就有多点输出，系统交直流装备以低压柜体为基本单元组成，含母线室、二次室、功能室、接线室为空间分隔的低压专用系统，母线室应贯通便于交直流母线的连接，各单元柜以交流、直流和输入输出的基本结构，在空间上予以分区和联系，使整体母线系统和接入开关单元易于布置和连接，避免不同性质的母线过多交叉、迂回。柜体面板应以直观、清晰的方式标识出不同功能区域和不同性质的输入输出的接点。如何处理各源、荷间的保护措施是重点研发工作。

传统的配电网继电保护装置分散安装，各保护装置的过流保护通过时序相互配合，这在时间上不能满足微电网的稳定要求，而风机、光伏及储能逆变器的限流作用，使得微电网内部故障时，随着分布式能源接入容量不同，提供的短路电流亦不同，可能出现较少分布式发电接入配电网的短路电流可能小于较多分布式发电接入配电网的负荷电流的情况，这使得定值整定极为困难，因此过电流保护不宜作为微电网的主保护。

目前的继电保护采用的是单元式保护原理，各保护装置根据自身的采集信息进行相应的逻辑判断，相互之间缺乏协调与配合，并且只能实现单向保护，无法实现整个微网系统的双向协调保护。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的问题，提供一种园区微电网各源网荷间的控制保护系统。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种园区微电网继电保护控制系统，包括主网侧、微网侧，所述的主网侧包含高压柜、变压器，所述的微网侧主要包括并网柜、AC/DC双向变换器、DC/DC变换器；经所述变压器转换后的低压电源通过所述并网柜接入所述微网侧，从所述并网柜引出的低压交流母线接入AC/DC双向变换器，所述AC/DC双向变换器引出直流母线，所述直流母线接入所述DC/DC双向变换器；在所述微网侧设有保护装置和微网控制器，所述保护装置与微网控制器连接，并受所述微网控制器的控制。

作为本实用新型的一种优选方式，所述的保护装置包括用于采集电参数的传感器和控制电路通断的开关；所述的微网控制器用于接收所述保护装置采集的电参数和开关量，通过逻辑判断，控制开关的动作。

进一步优选地，所述的保护装置包括设置在所述并网柜内的第一电流传感器和第一开关，所述第一电流传感器用于采集并网点电流参数，所述第一开关用于控制并网点两侧电路的通断。

进一步优选地，所述的第一电流传感器采用90°接线方式，用于采集正、反两个方向的电流参数。

进一步优选地，所述的保护装置包括设置在所述AC/DC双向变换器处的第一电压传感器、第二电流传感器和第二开关，所述的电压传感器用于采集交流母线的电压参数，第二电流传感器用于采集交流母线的电流参数；所述第二开关用于控制所述AC/DC双向变换器两侧的通断。

进一步优选地，所述的保护装置包括设置在所述直流母线上的第二电压传感器，所述第二电压传感器用于采集直流母线的电压参数。

进一步优选地，所述的保护装置包括设置在所述DC/DC双向变换器处的第三电流传感器和第三开关，所述第三电流传感器用于采集直流母线分支的电流参数，所述第三开关用于控制直流母线分支与低压直流负荷之间电路的通断。

本实用新型的园区微电网继电保护控制系统，利用在微网侧布置的保护装置及微网控制器，实现各个区域之间的通信来实现系统保护，在系统低压交流侧，可将连接到交流母线的线路组成一个站域保护区域，分别在变压器低压侧、各负荷线路、AC/DC交流侧和其他线路上安装电流采集设备，在交流母线上安装电压采集设备，统一由控制器进行采集和判别，并控制各个开关的通断。本实用新型按组成位置进行分级，形成每一关键位置的保护方案，并进行区域设置，实现微电网源网荷系统融合的继电保护措施，保证微网系统运行安全。

附图说明

图1是本实用新型实施例的园区微电网继电保护控制系统电路连接示意图；

图2是本实用新型实施例中园区微电网继电保护原理示意图；

图3是低电压穿越能力要求示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

本实用新型提供的其中一个实施例是：一种园区微电网继电保护控制系统，该系统主要应用在箱式变电站产品，如图1所示，该系统包括：系统侧和微网侧，其中系统侧包括一组高压柜1、变压器2；微网侧主要包括并网柜3、AC/DC双向变换器4、交流负荷柜5、DC/DC双向变换器6、交流母线7、直流母线8、微网控制器9。

高压柜1用于10kV高压电源的引入，变压器2用于将高压柜1引入的10kV高压电源转换成0.4kV低压电源，并接入并网柜3。并网柜3与变压器2采用铜排连接。并网柜3与AC/DC双向变换器4通过铜排连接，实现系统侧与微网侧的并网连接。从并网柜3引出的0.4kV低压交流母线7接入AC/DC双向变换器4，AC/DC双向变换器4将0.4kV低压交流电能转换为750V直流电能，引出直流母线8，进行直流电能传输。

直流母线8的分支上分别连接两个DC/DC双向变换器6，其中一个DC/DC双向变换器连接电动汽车，另一个DC/DC双向变换器连接电池。

如图1所示，在并网柜3内设置有第一电流传感器31、第一开关32；第一电流传感器31采用90°接线方式，用于采集流经并网柜3处的正、反两个方向的电流参数。第一开关32用于断开并网柜3两侧的电路，实现保护。

在AC/DC双向变换器4处设置有第二电流传感器41、第二开关42以及第一电压传感器43。其中第一电压传感器43用于采集接入AC/DC双向变换器4的0.4kV低压交流母线7的电压，第二电流传感器41用于采集流经AC/DC双向变换器4的0.4kV低压交流母线7的电流参数，第二开关42用于断开AC/DC双向变换器4两侧的电路，实现保护。

在750V直流母线8上，设置有第二电压传感器81，第二电压传感器81用于采集直流母线的电压参数。

DC/DC双向变换器6处设有第三电流传感器61和第三开关62；第三电流传感器用于采集流经DC/DC双向变换器6的支路电流参数，第三开关62用于断开直流母线分支与用电负荷(电动汽车或电池)的电路。

上述的4个电流传感器、2个电压传感器和4个开关均与微网控制器电连接，微网控制器9用于采集上述各电流传感器、电压传感器的电参数，并进行逻辑运算和判断，控制各节点的开关，实现微电网继电保护。

基于上述园区微电网继电保护控制系统，本实用新型的工作原理如图2所示，具体包括：

一、孤岛保护

孤岛是指配电线路或部分配电网与主网的连接断开后形成的一个由DER供电的配电子系统。

1.1电压和频率保护

孤岛运行时，DER功率输出与负载功率之间不平衡，导致电压下降或上升，因此可通过欠电压、过电压和失压保护来实现孤岛保护。

在孤岛发生瞬间，系统电压将因为负荷功率的突变使其运行电压发生变化，进而导致采样点电压大小、频率、相位变化，通过第一电压传感器43、第二电流传感器41采集交流母线7、直流母线8处的电压、频率，经微网控制器9对比正常电压和频率判定，实现第二开关和第三开关动作，实现孤岛保护。

二、并网点保护集成

微网并网点应具有相应继电保护功能，确保正确应对主网侧和微网侧的各种故障，保证设备安全和人身安全。并网点的保护配置需要实现对以下两个方面的保护措施：

2.1、并网点保护

1.1.1双向阶段式过电流保护

考虑到两种不同故障位置的故障特征，需在并网柜3处设定电流采集，并在此处设定开关控制。主网侧发生故障时，可以在并网柜3处的第一开关32设定灵敏性和选择性；流经并网柜3处的电流，通过第一电流传感器31采用90°接线方式进行采集：

正方向动作方程为：

反方向动作方程为：

三相方向元件DA、DB、DC输入的交流量Ir、Ur见下表：

	Ir	Ur
			DA	Ia	Ubc
DB	Ib	Uca
			DC	Ic	Uab

如图3所示，并网柜3处的正向I段保护定值按并网点线路或变压器2末端的三相短路电流整定。II段保护与下级负荷线路的速断保护、AC/DC双向变换器4的截断保护配合，增加一个时间差。III段保护按躲开正常运行时的最大负荷电流整定，在确定最大运行电流时，还要综合考虑下游负荷电流的影响。III段保护宜具备配置反时限功能。

反向I段保护定值按联络线主网测变压器2末端三相短路整定，同时要躲过相邻线路故障时提供的故障电流。考虑到微网故障电流的特性，应具有较大的灵敏性，过流保护采用快速算法：在电流明显下降前瞬时段保护出口跳闸。反向电流保护II段，考虑到AC/DC双向变换器提供的故障电流可能迅速衰减，II段保护存在拒动的可能性。II段保护应具备低电压保持功能，一旦II段过电流保护启动，低电压条件满足，保护就被低电压保持，一直维持在动作状态，保证故障被可靠切除。

2.1.2逆功率保护

根据微网系统在并网柜3处和AC/DC双向变换器4处电流和电压采集，当检测到逆向功率超过额定值5％时，微网控制器9应在0.5～2秒内分断并网柜3处的第一开关32。

2.2、微网侧保护

正确切除微网内部的故障，防止引起上游保护动作而造成配电网停电。设定断路器保护，在并网柜3处设置阶段式保护，即I段保护定值按并网点线路或变压器2末端的三相短路电流整定，II段保护与下级负荷线路的速断保护、AC/DC双向变换器的截断保护配合，增加一个时间差；III段保护按躲开正常运行时的最大负荷电流整定，并判断并网柜3处第一电流传感器31采集的电流方向，在正方向上发生故障时，控制第一开关32断开电路。

2.3、系统侧保护

通过检测并网柜3处的正向电流，微网控制器9检测到主网故障，跳开并网柜3处的第一开关32，切换至离网运行模式，以保障系统的安全。

2.3.1低压交流保护配置和整定

并网柜3处第一开关32的保护配置应在不同运行模式下一致。交流负荷5线路保护按常规电流保护配置，AC/DC双向变换器4处的第二开关42配置阶段式过电流保护，配置方法与并网柜3处的第一开关31的配置方式一致。交流负荷5线路不需要配置方向元件，末端线路的后备保护不应配置方向元件，如果定值整定难以配合，则可采用区域保护替代各线路的速断保护，保留II段和III段保护作为后备保护。

2.3.2低压直流保护配置和整定

在系统低压直流侧的区域保护与交流侧保护的配置类似，在直流母线8、两个DC/DC双向变换器6处的开关设定阶段式过流保护和电流方向采集，将连接到直流母线8的线路组成一个区域保护区域，在直流母线8上安装第二电压传感器81，统一由微网控制器9进行采集和判别。

2.3.3继电保护与电力电子设备的配合

为了保证过电流保护可靠动作，在装置两个DC/DC双向变换器6处的第三开关62设定瞬时过流保护，采用瞬时值的快速保护算法，在电流明显下降前瞬时段保护出口跳闸。一种改进方法是采用低电压保持的定时限过流保护，即一旦过电流保护动作，低电压条件满足，保护就被低电压保持，一直维持在动作状态，保证故障被可靠切除。AC/DC双向变换器4具备隔离功能，即任意一侧发生故障时，不会在另一侧产生故障电流。如果难以配合，可基于区域保护实现交流/直流的方向纵联功能。

三、区域保护

微网控制器9实现各个保护之间的通信来实现系统保护，在系统低压交流侧，可将连接到交流母线7的线路组成一个站域保护区域，分别在变压器2低压侧、各负荷线路、AC/DC双向变换器4交流侧和其他线路上安装交流采集设备，在交流母线7上安装第一电压传感器43，统一由微网控制器9进行采集和判别。

3.1区域差动保护

系统范围内各个节点电气量的实时采集，微网控制器9根据采集实时电气量与正常运行与故障状态的差别作为判据。当任何一组负荷发生故障时，只切除故障支路，微网的其他负荷和发电设备均可继续运行。

3.2区域方向纵联

各个保护需在配置时确定正方向和上下游关系，当某个保护正向启动并且没有收到下游保护的正向启动信号，则可确定故障点位于本区段；反之，如果收到下游保护的任意一个正向启动信号，则故障点不在本区段，由下游保护动作。区域保护的动作效果与常规阶段式电流保护类似。

Claims (7)

1.一种园区微电网继电保护控制系统，包括主网侧、微网侧，所述的主网侧包含高压柜、变压器，其特征在于：所述的微网侧主要包括并网柜、AC/DC双向变换器、DC/DC变换器；经所述变压器转换后的低压电源通过所述并网柜接入所述微网侧，从所述并网柜引出的低压交流母线接入AC/DC双向变换器，所述AC/DC双向变换器引出直流母线，所述直流母线接入所述DC/DC双向变换器；在所述微网侧设有保护装置和微网控制器，所述保护装置与微网控制器连接，并受所述微网控制器的控制。

2.根据权利要求1所述的园区微电网继电保护控制系统，其特征在于：所述的保护装置包括用于采集电参数的传感器和控制电路通断的开关；所述的微网控制器用于接收所述保护装置采集的电参数和开关量，通过逻辑判断，控制开关的动作。

3.根据权利要求2所述的园区微电网继电保护控制系统，其特征在于：所述的保护装置包括设置在所述并网柜内的第一电流传感器和第一开关，所述第一电流传感器用于采集并网点电流参数，所述第一开关用于控制并网点两侧电路的通断。

4.根据权利要求3所述的园区微电网继电保护控制系统，其特征在于：所述的第一电流传感器采用90°接线方式，用于采集正、方两个方向的电流参数。

5.根据权利要求2所述的园区微电网继电保护控制系统，其特征在于：所述的保护装置包括设置在所述AC/DC双向变换器处的第一电压传感器、第二电流传感器和第二开关，所述的电压传感器用于采集交流母线的电压参数，第二电流传感器用于采集交流母线的电流参数；所述第二开关用于控制所述AC/DC双向变换器两侧电路的通断。

6.根据权利要求2所述的园区微电网继电保护控制系统，其特征在于：所述的保护装置包括设置在所述直流母线上的第二电压传感器，所述第二电压传感器用于采集直流母线的电压参数。

7.根据权利要求2所述的园区微电网继电保护控制系统，其特征在于：所述的保护装置包括设置在所述DC/DC双向变换器处的第三电流传感器和第三开关，所述第三电流传感器用于采集直流母线分支的电流参数，所述第三开关用于控制直流母线分支与低压直流负荷之间电路的通断。

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