園區燃氣分布式能源站微電網結構解析

杜炬虎，劉靜

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

1 園區概況

華北地區某產業園占地4．35 hm2，總建筑面積約為25萬m2，其中地上建筑面積約為17萬m2，包含商業辦公樓、精品商務設施、寫字樓、4星級商務酒店等。園區地下一層建有一座燃氣分布式能源站，為園區提供冷、熱、電等綜合能源。

該園區微電網由燃氣分布式電源、燃氣分布式電源智能控制系統、園區高/低壓配電網、園區配電監控系統、園區用電負荷、繼電保護裝置等組成，實現了自我控制、保護和管理，是一個典型的包含(電)源、(配電)網、(用電負)荷，實現自動控制，可與區域電網交互功率的微型電力系統。它既可以與外部電網并網運行，也可以孤立運行。

2 園區配電網絡

園區配電網絡采用10 kV，0．4 kV兩級電壓配電方式，為放射式與樹干式相結合的網絡結構。設總配電室1座、分配電室3座。

園區微電網總配電室電氣主接線如圖1所示。10 kV系統采用單母線分段有聯絡的接線方式，由分布式電源和區域電網同時供電。10 kV母線Ⅰ段#4母線電源進線為201開關(區域電網)、203開關(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母線電源進線為202開關(區域電網)、204開關(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;設母線聯絡開關245。

園區總配電室位于D座地下一層，設10 kV配電母線2段、0．4 kV配電母線4段、配電變壓器4臺，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、二次泵房、能源站等。

園區#1分配電室位于B座地下一層，內設10 kV配電母線2段、0．4 kV配電母線4段、配電變壓器4臺，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、底層商業等。

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

圖1 園區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#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#3分配電室位于H座地下一層，內設0．4 kV配電母線2段、配電變壓器2臺，容量為1 600 kV·A×2;供電范圍為H，I座4星級酒店、底層商業等，其電氣主接線如圖3所示。

3 用電負荷

園區業態包含商業辦公樓、精品商務設施、寫字樓、4星級商務酒店等，其用電負荷設計情況見表1。

由表1可見，園區最大設計用電負荷為8665．93 kW。

4 分布式電源

園區燃氣分布式能源站建設有2臺3328kW燃氣內燃機系統。發電機組出口電壓選為10．5kV，發電機出口裝設發電機出口斷路器(GCB)。

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

兩臺燃氣內燃發電機組直接接入園區總配電室10 kV系統。#1發電機組接入10 kV母線Ⅰ段#4母線(203間隔)，#2發電機組接入10 kV母線Ⅱ段#5母線(204間隔)。園區總配電室203，204開關為并網點。

5 繼電保護

所有繼電保護裝置均為數字式微機型。

(1)燃氣內燃機發電機繼電保護裝置由生產廠家配套提供，單套配置。該保護裝置具有發電機電流差動、匝間短路、90%定子接地、定子繞組過負荷、復壓電壓過流、發電機轉子一點接地、定子過電壓、欠電壓、失磁、逆功率、頻率異常、熱工保護等功能;另外，在發電機出口GCB柜配有數字式微機型保護，具有三段定時限方向過電流、三段定時限零序過電流、過負荷、低壓解列、低周減載等功能。

表1 園區用電負荷設計Tab．1 Power load design for the park

(2)10 kV并網線路繼電保護有電流差動保護和過電流保護。線路的電流差動保護由內燃機發電機繼電保護配置完成，另在GCB開關柜內設有帶方向的過流保護作后備保護。

(3)10 kV市電進線(201，202)線路繼電保護裝置，具有三段定時限方向過電流、三段定時限零序過電流、過負荷、低壓解列、低周減載等功能。

(4)低壓變壓器繼電保護有速斷、過流、零序過流、過負荷、失壓帶電流閉鎖、非電量保護等功能。

(5)園區總配電室的10 kV并網側配置一套安全自動裝置，實現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線斷路器(201，202)。

6 自動控制

(1)能源站采用計算機監控系統作為主要的監視及控制核心，實現全站集中控制。配置一套分散控制系統(DCS)，實現對機組及其輔助設備的檢測、控制、報警、保護等，完成系統啟動、停止、正常運行和事故處理;另外，在DCS操作臺上配置機組硬接線的緊急停止按鈕及重要輔機的操作按鈕，以保證機組在緊急情況下安全停機。

(2)燃氣內燃機發電機組具備恒功率輸出和自動適應用電負荷輸出運行方式。

(3)能源站DCS預留有與園區樓宇中央監控室的通信接口。

(4)園區總配電室內配置一套遠動裝置，實時采集能源站及總配電室運行信息，主要包括站并網點開關狀態，并網點電流電壓，發電機發電量，總配電室接入點開關、主進開關、分段開關狀態等。遠動信息通過遠動裝置、通信設備及光纜，以單路專網遠動通道方式接入國網變電站調度數據網，上傳至當地電網區調。

(5)園區總配電室配置兩套計量及電能采集設備，包括10 kV計量專用柜、電能量遠程采集終端設備等。關口計量點按1+1原則安裝多功能電能計量表，具有正、反雙向有功、無功計量及事件記錄功能，同時具備電壓、電流量等信息的采集功能。發電機出口對應并網點按1+0原則配置0．2S級多功能高精度電能計量表。

(6)園區總配電室內敷設一根24芯非金屬管道阻燃光纜，沿電力隧道敷設，至區域110 kV變電站。光纜通信電路將能源站的自動化信息、計量信息、調度電話信息上送區域電網區調。

7 運行方式

(1)運行方針。冷熱定電、自發自用、余電上網、缺電網補。

(2)運行策略。依據與區域電網簽署的調度協議，暫定園區微電網與區域電網在運行中僅允許經一個點并網，即201與202開關互為閉鎖，不同時閉合，母聯開關245閉合運行。

(3)運行方式。同期點設置在201，202，203及204開關處。正常情況下，機組經系統倒送電啟動，區域電網進線開關201或202閉合，母聯開關245閉合，視園區用電負荷，發電機組開關203，204檢同期并網運行;區域電網故障時，發電機組孤網運行。

(4)故障對策。發電機組發生故障，跳開203或204開關，分離故障設備，區域電網進線開關201或202保持閉合狀態，帶園區全部負荷;發電機組故障排除后(或切換機組)，203或204開關檢同期并網運行。區域電網發生故障時，跳開區域電網進線開關201或202開關，分離故障設備，發電機組不停機轉入孤網運行模式;區域電網故障排除后(或切換電源)，201或202開關檢同期再并網運行。

(5)自動調節。根據冷、熱、電等負荷參數及環境因素的變化，按經濟效益最大化的原則，智能控制、調節燃氣分布式能源站內的冷、熱調峰設備及與區域電網的交互功率，實現智能匹配園區用戶的冷、熱、電負荷需求，確保園區微電網運行安全、可靠、穩定、經濟。

8 結束語

該園區微電網于2013年年底投入孤網運行，2015年8月實現并網運行。孤網運行期間，該園區運行可靠性約為99．988 4%，并網后運行可靠性約為 99．9994%。

該園區微電網系統結構簡單、運行靈活、管理界限清晰，可為探索新型電力供應模式提供借鑒。