海岛智能微电网继电保护

海岛智能微电网继电保护研究

陈德志 张功辉

（珠海兴业绿色建筑科技有限公司 广东 珠海 519000）

摘 要： 随着海洋资源的不断开发和利用，海岛的开发越来越受到国家和社会的重视，然而，海岛的电力供应始终是制约海岛经济发展的瓶颈。保证海岛供电安全，提高海岛的供电可靠性则势在必行。研究海岛智能微网模型，讨论在微电网的过电流继电保护。鉴于微电源的多变性，微电网中潮流双向性以及短路故障电流小等特点，探讨采用先进的通讯设备，建立一套的继电保护系统。该系统能够不断追踪检测微电源的运行情况从而来改变过流继电器的整定值，从而使断路器在短路发生时能够及时地动作，确定并切除故障。

关键词： 海岛；智能微电网；自动检测；继电保护；潮流双向性

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1110088-01

如图1所示，该海岛微电网的保护系统由微电源（光伏发

0 引言

电、风力发电、柴油机发电等）、数字断路器，变压器，并网微电网在海岛上的应用是微电网应用的重大举措之一。随

逆变器，风能变流器，双向逆变器，以及主控机，交换机，总着海洋资源的不断开发利用，发展海岛经济越来越受到国家和

线等组成。该继电保护系统是基于先进的通讯设备和检测设社会的重视。然而海岛一般远离市区，海底电缆工程造价昂

备，监测微电源的运行情况，将运行数据回馈到主控机上，由贵，电力供应始终是制约海岛经济发展的瓶颈。某些海岛已经

主控机自动调整过流继电器的整定值，从而使得断路器能在线改变了当初单一依靠柴油机供电模式，充分利用太阳能，风能

路故障时及时切除故障，保障线路设备不受到损坏。

等新能源发电，形成了独具特色的风光柴蓄微电网供电系统。

图1中有三个微电源：光伏发电，风力发电以及柴油机发为了保障海岛的供电安全，提高海岛的供电可靠性，建立海岛

电（或蓄电池）。柴油机发电（或蓄电池）通过双向逆变器这智能微电网继电保护系统是势在必行的。

条支路对整个微电网系统起电压支撑的作用。如图1所示，低压

1 海岛智能微电网保护的特性

交流母线上并入微电源，通常微电源分布的地域范围较广，造海岛远离大陆，基本上无市电，相当于孤网运行。微电网

成低压交流母线的距离较长，为了更好更快地发现故障，在低的特殊结构决定了微电网的继电保护和普通配电网的不同，其

压交流母线上加装了断路器，将低压交流母线分为几段，这样特性有以下几点：

做的好处是能及时发现故障发生位置以及缩小受故障影响的区1）在普通配电网中，其结构一般都是放射型的，采用单

域。本文提出一个整定电流的办法，例如当低压母线上发生故电源供电模式，因此其潮流方向一般都是单向的，而在微电网

障k2，如图1所示，当发生短路故障k2时，此时的CB3.1按照以中，有多个分布式电源（DG）并在同一条交流母线上，这样对

下的公式整定

于某个节点来说，其潮流的方向是双向的。

2）在普通的配电网中，故障电流一般都很大，而在微电

网中，各个分布式电源采用电力电子装置给微电网供电，这样

K i指的是微电源对故障点短路电流的贡献系数。I DGi指的是当微电网发生故障时，微电源产生的故障电流较之普通配电网

微电源的额定电流。一般来说，采用电力电子装置接入微网的较小，就造成继电保护的灵敏性问题，因此需要新的继电整定

微电源，系数k i取2，而直接接入的微网的同步电源系数k i取5。方法。

假设为阴雨天气，光伏发电功率很小，则此时光伏发电对故障3）太阳能和风能，在无光或无风的特殊天气情况下，此类

电流贡献系数则为0。通过主控机的控制，整定值会根据光伏是清洁能源的发电功率几乎为零，那么低压线路上的故障电流则

否发电相应的做出调整。当CB3.1跳开之后，主控机根据控制会产生一定的变化，线路上继电器的整定值则需要重新调整。

程序，远程控制先后断开断路器CB2.1和CB1。这样不仅能准确

2 海岛智能微电网继电保护原理

地切除故障k2，而且监控人员根据控制屏上的显示发现故障位海岛智能微电网继电保护系统图如图1所示。

置，方便维修。

假设主变压器发生故障k1，断路器CB1根据整定值跳闸。

跳闸之后，断路器CB0在主控机的控制之下跟随CB1跳闸。这样

不仅能够切除变压器故障，低压侧仍然能够为负荷供电。而对

于负荷侧的故障k3，系统断开断路器CB3.4切除该故障，若

CB3.4没有跳闸，则CB3.3和CB3.5作为后备保护，切断光伏供

电、故障和低压交流母线的联系。

3 结语

海岛的电力供应是制约海岛经济发展的一个重要因素，确

保海岛的电力供应可靠就显得非常重要。太阳能，风能等清洁

能源的利用确实丰富了海岛上的电力来源，同时也有利于海岛

生态环境的保护。但此类清洁能源发电易受自然因素的影响，

变化较大，接入海岛微电网中会引起海岛供电网络的潮流变化

较大，对海岛微电网的继电保护提出了更高的要求。本文介绍图1 海岛智能微电网继电保护系统图（下转第90页）

集成规范和企业统一采用的集成应用技术及平台，根据相关应2）采用模块化结构，大大加快了开发的速度，升级维护更加用系统的业务需求，定制相应的信息集成接口应用服务逻辑，方便；3）遵循通用的接口标准，具有良好的扩充性和集成性。

2.4 集控软件平台技术

通过卷包车间生产过程数据采集与集控系统专用集成框架体

系，灵活配置，并随着企业应用业务的扩展自动伸缩，实现企以Wonderware的INTOUCH10.0为核心，配备IndustrialSQL 业整体信息化框架内的信息共享、业务模式变更随动与协同应Server（与MES系统共享）为历史数据库，以及SuiteVoyager 用集成[3-6]。 2.6门户网站服务器，构建卷接包数据采集集控系统，实现工

厂自动化和信息架构的灵活统一。使用Wonderware产品，提供

2 关键技术

全新的一层实时数据获取、报警与事件管理、数据处理服务及

2.1 OPC技术

协作开发功能，提高系统先进性和部署扩展的能力。

OPC全称是OLE for Process Control，是过程控制业中的

3 体会与建议

新兴标准，它的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控

制应用建立了桥梁。在过去，为了存取现场设备的数据信息，从目前烟草行业信息化建设的现状看，企业在部署信息化每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场系统时，对整个企业的信息化缺乏统一规划。信息系统规划设设备的种类繁多，且产品的不断升级，往往给用户和软件开发计时，信息接口定义不够清晰，各系统功能划分不明确， 缺乏商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需规范统一的数据交换规则。因此，卷包车间生产过程数据采集要，系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、与集控系统项目的建设，应纳入到整个企业的信息化建设中，开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种情况进行统一规划[1]。

下，OPC标准应运而生。OPC以OLE/COM/DCOM机制作为应用程序从早期其它卷烟企业实施的数据采集系统看，数据采集与级的通信标准，采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务上传实时性都不高。我在设计卷包车间生产过程数据采集与集放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给控系统项目时，充分运行了OPC、实时数据库等新技术，极大用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高的提高了数采数据上传通讯时效性与车间过程管理功能界面的了系统的开放性和互操作性[8]。实时数据获取能力。

卷包车间生产过程数据采集与集控系统运用OPC技术，极从系统的应用效果看，数据的利用效率不高，专业分析功大地简化了与设备通信的复杂性，提高了与设备通信的实时能不够深入，可以考虑引进工业级实时数据存储与历史追溯以性，使系统具有极高的可维护性与可扩展性。及SPC分析等技术，为操作层和管理层提供更加强有力的帮助。

2.2 复杂报表统计技术 4 结束语

基于生产数据的统计报表，不再是简单的数据累加的过卷烟企业卷包车间生产过程数据采集与集控系统在实施过程，不但要从海量的生产历史数据中按照科学的采样运算模式程中，应建立有效的项目组织、配备相应的人员承担有关工抽取数据，还要提供灵活多样的方式，把各种业务数据相关作，明确分工，明确职责，这是工程成功的重要基础。同时，连，实现层层数据挖掘的在线分析功能。应充分借荐其它烟草企业的实施经验，不断进行改造完善[2]。

PEM提供一套可以应用于Wonderware®Industrial

Application Server的应用对象模板。当一个特定的生产事件参考文献：

[1]接道良，卷包车间的自动数据采集系统，烟草科技，2005发生时，每个PEM对象将一系列的生产属性记录下来。与每个

（7）：17-20.

对象有关的生产属性随着对象的功能而变化，获取必要的信息

[2]何善君、陈志平，卷包车间数据采集系统的设计与应用，烟草科来描述生产事件。在这个过程中，系统可以间歇的运算并记录

技，2009（10）：26-29.

工艺分析要求的数据。

[3]陈建明、崔志明，烟草行业综合业务管理信息系统的设计与实

在SuiteVoyager门户内的PEM报表组件允许用户将生产历

现，苏州大学学报（自然科学），2002（18）：25-26.

史与广泛的其它重要的工厂信息相关联，这些信息包括：实时

[4]张思荣，烟草企业的信息化与电子商务，烟草科技，2002和历史的生产数据，关键性能指标（KPIs），实时的统计过程

（5）：14-15.

控制（SPC）图表，设备停机信息，整体设备效率（OEE）计算

[5]袁可风、袁茜，管理信息系统的开发与应用，江西科学，2001和批量管理信息。

（19）：34-237.

2.3 数采软件平台技术

[6]乐观、陈震峰、姚鹤，烟草行业网站信息动态发布与管理，烟草

卷包数采软件（数采站）设计的总目标是：实现现场数据

科技，2003（2）：8-11.

的全面、实时、准确采集；现场操作界面友好，操作简单方

[7]王鹏，生产执行系统（MES）在烟草行业中的应用，烟草科技，便；良好的扩充性和可维护性。

2003（3）：15-17.

虽然卷包数采设备型号千差万别，但软件功能基本上是相

[8]OPC FOUNDATION.Data Access Automation Interface Standard 同的，采用通用的数采软件平台进行设计开发，可带来以下好

Version 2.05.[DB/OL].[2002-06-28] .

处：1）保证了各设备数采软件界面风格一致，操作模式一致；

出版社，2010.

了海岛微电网保护的一些特性，分析海岛微电网继电保护系统

[2]张宗包、袁荣湘，微电网继电保护方法探讨[J].电力系统保护与结构的基础上提出了如何确定整定值的方法。最后分析各个故

控制，2010，38（18），204-208.

障产生后，系统如何快速发现与切除故障。探讨建立一种采用

先进的通讯设备，能够不断适应微电源变化的继电保护系统。该继电保护系统能够高效地对海岛微电网系统进行保护，保障电力的正常供应。

参考文献：

[1]张建华、黄伟，微电网运行控制与保护技术[M].北京：中国电力

[3]胡成志、卢继平、胡利华、冉力，分布式电源对配电网继电保护影响的分析[J].重庆大学学报（自然学报），2006，29（8）.

[4]Nikkhajoei H,Lasseter R. H. Microgrid protection[C].Power Engineering Society General Meeting.2007.

[5]ＨAl-Nasseri,M A Redfern R.O'Gorman,Protecting Micro-grid Systems containing Solid-State Converter Generation.

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