淺談交直流混合微電網中的(de)安全性

随著(zhe)分(fēn)布式發電和(hé)儲能的(de)大(dà)量應用(yòng)和(hé)直流負荷的(de)快(kuài)速增長(cháng),使得(de)直流配電越來(lái)越受關注。直流配電系統将會成爲未來(lái)配電技術的(de)一個(gè)重要組成部分(fēn)。2017年8月(yuè)26日,國家863課題“高(gāo)密度分(fēn)布式能源接入直流混合微電網關鍵技術”示範工程在浙江上虞投入運行,實現國内首次交直流混合微電網用(yòng)戶側運行,工程改造或接入分(fēn)布式光(guāng)伏總容量1.4MW,2套5kW風力發電系統,1套250kW/800kWh鉛酸電池儲能系統,1套交直流微電網功率變換與網架系統,系統内交流最高(gāo)負荷約1.2MW,直流最高(gāo)負荷約0.9MW。下(xià)圖爲該工程拓撲圖。

可(kě)以看到,該工程采用(yòng)單層直流母線結構,約0.85MWp光(guāng)伏系統通(tōng)過DC/DC變流裝置接入微電網直流母線,1.0MWp光(guāng)伏接入微電網交流母線,約800kWh鉛酸電池組維持直流母線電壓穩定,保證微電網離網穩定運行。交流母線和(hé)直流母線之間采用(yòng)雙向AC/DC換流器連接,直流母線通(tōng)過DC/DC變流器變換電壓給電動汽車充電樁、LED照(zhào)明(míng)、廠房(fáng)設備等直流負荷進行供電。該示範工程提供了(le)高(gāo)密度分(fēn)布式能源接入的(de)新模式,爲光(guāng)伏、風電等新能源安全穩定接入大(dà)電網掃清了(le)技術障礙,在國内首次實現交直流混合微電網用(yòng)戶側的(de)商業化(huà)運營,能滿足今後電力用(yòng)戶多(duō)樣化(huà)性的(de)需求。

新的(de)技術随之帶來(lái)的(de)是新的(de)用(yòng)電安全問題,直流配電系統中運用(yòng)了(le)大(dà)量的(de)電力電子變換設備,電力環境更加複雜(zá),顯然在原來(lái)交流配電系統中普遍應用(yòng)的(de)低壓保護電器無法繼續沿用(yòng),以配電系統中的(de)接地故障保護爲例,對(duì)于采用(yòng)TN、TT、IT接地方式的(de)交流配電系統,一般采用(yòng)剩餘電流保護。傳統電子式AC型剩餘電流保護器利用(yòng)零序互感器檢測漏電,零序互感器依據法拉第電磁感應電流,磁通(tōng)量變化(huà)産生感應電流,僅能對(duì)交流成分(fēn)的(de)剩餘電流進行保護。

與交流配電系統一樣,直流配電系統的(de)接地形式也(yě)分(fēn)爲TN、TT、IT,由于直流用(yòng)電設備對(duì)供電電源要求有可(kě)能是負電源或正電源,因此配電系統中有兩條電源線的(de)兩線制或增加一條中間導線(M線)的(de)三線配電制。下(xià)圖3爲配電系統常用(yòng)的(de)TT、IT接地形式的(de)系統簡圖。

        針對(duì)采用(yòng)電源端接地的(de)TT、TN接地形式的(de)直流配電系統的(de)接地故障防護,使用(yòng)剩餘電流保護依然是最好的(de)方式,對(duì)此IEC發布了(le) IEC TS 63053:2017《General requirements for residual current protective devices for DC systems》。該直流剩餘電流保護裝置(DC-RCD)标準規定設定保護阈值最小20mA,最大(dà)1A。

在交直流混合電網中直流負載側,顯然普通(tōng)AC型剩餘電流保護器無法完成保護,需要使用(yòng)DC-RCD進行直流漏電保護,然而目前直流漏電保護還(hái)并未推廣和(hé)市場(chǎng)化(huà),國内也(yě)尚無相關标準。實際上,在交直流混合微電網中,漏電成分(fēn)是非常複雜(zá)的(de),我們來(lái)看下(xià)ABB對(duì)于交直流混合微電網中交流側接地故障的(de)仿真模型。

可(kě)以看到,如果交流負載發生絕緣損壞,産生的(de)剩餘電流不僅有交流成分(fēn),還(hái)有直流成分(fēn),如果按照(zhào)慣性思維依然使用(yòng)AC型漏電保護器在交流負載端進行漏電保護顯然是不行的(de),不僅無法檢測直流漏電,甚至疊加的(de)直流漏電會導緻檢測磁芯預先磁化(huà),導緻脫扣值增大(dà),破壞剩餘電流保護器的(de)原有的(de)保護功能!

       針對(duì)剩餘電流成分(fēn)複雜(zá)的(de)剩餘電流保護器,需要使用(yòng)Type B型剩餘電流保護器,對(duì)應IEC标準爲IEC62423:2009《Type F and type B residual current operated circuit-breakers with and without integral overcurrent protection for household and similar uses》,對(duì)應國内标準爲GB22794:2008《家用(yòng)和(hé)類似用(yòng)途的(de)不帶和(hé)帶過電流保護的(de)B型剩餘電流動作斷路器》

B型剩餘電流保護器不僅能夠對(duì)交流剩餘電流、脈動直流剩餘電流進行保護,此外,還(hái)能對(duì)1000Hz及以下(xià)的(de)正弦交流剩餘電流、交流剩餘電流疊加平滑直流剩餘電流、脈動直流剩餘電流疊加平滑剩餘電流、兩相或多(duō)相整流電路産生的(de)脈動直流剩餘電流、平滑直流剩餘電流确保脫扣,能夠非常好的(de)應用(yòng)在交直流混合微電網中。

Magtron基于iFluxgate技術的(de)SoC芯片整體方案,爲B型漏電保護進行了(le)數字化(huà)集成,爲RCCB從傳統的(de)AC型/A型向B型的(de)技術升級,提供了(le)一套高(gāo)性價比的(de)B型漏電解決方案,爲充電設備的(de)用(yòng)電安全提供了(le)更好的(de)保障。

【參考文獻】

[1] GB 22794-2008 家用(yòng)和(hé)類似用(yòng)途的(de)不帶和(hé)帶過電流保護的(de)B型剩餘電流動作斷路器(B型RCCB和(hé)B型RCBO)

[2]胡宏宇.低壓直流配電系統綜合保護與産品标準分(fēn)析.建築電氣.

[3]ABB.Faults in LVDC microgrids with front-end converters.