园区燃气分布式能源站微电网结构解析

杜炬虎，刘静

(1．中国华电科工集团有限公司，北京 100070;2．华电分布式能源工程技术有限公司，北京 100070)

1 园区概况

华北地区某产业园占地4．35 hm2，总建筑面积约为25万m2，其中地上建筑面积约为17万m2，包含商业办公楼、精品商务设施、写字楼、4星级商务酒店等。园区地下一层建有一座燃气分布式能源站，为园区提供冷、热、电等综合能源。

该园区微电网由燃气分布式电源、燃气分布式电源智能控制系统、园区高/低压配电网、园区配电监控系统、园区用电负荷、继电保护装置等组成，实现了自我控制、保护和管理，是一个典型的包含(电)源、(配电)网、(用电负)荷，实现自动控制，可与区域电网交互功率的微型电力系统。它既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

2 园区配电网络

园区配电网络采用10 kV，0．4 kV两级电压配电方式，为放射式与树干式相结合的网络结构。设总配电室1座、分配电室3座。

园区微电网总配电室电气主接线如图1所示。10 kV系统采用单母线分段有联络的接线方式，由分布式电源和区域电网同时供电。10 kV母线Ⅰ段#4母线电源进线为201开关(区域电网)、203开关(分布式电源)，馈线回路分为#1～#3分配电室的#1电源及#1，#3低压变压器;10 kV母线Ⅱ段#5母线电源进线为202开关(区域电网)、204开关(分布式电源)，馈线回路分为#1～#3分配电室的#2电源及#2，#4低压变压器;设母线联络开关245。

园区总配电室位于D座地下一层，设10 kV配电母线2段、0．4 kV配电母线4段、配电变压器4台，容量为1600 kV·A×2+1 000 kV·A×2;供电范围为C，D座办公、照明、底层商业、二次泵房、能源站等。

园区#1分配电室位于B座地下一层，内设10 kV配电母线2段、0．4 kV配电母线4段、配电变压器4台，容量为1 600 kV·A×2+1 250 kV·A×2;供电范围为A，B座办公、照明、底层商业等。

园区#2分配电室位于E座地下一层，内设10 kV配电母线2段、0．4 kV配电母线4段、配电变压器4台，容量为1600 kV·A×2+1250 kV·A×2;供电范围为E，F，G座办公、照明、底层商业及室外充电桩等。园区#1，#2分配电室电气主接线如图2所示。

图1 园区总配电室电气主接线Fig．1 Main electrical connection of the main distribution room in the park

图2 园区#1，#2分配电室电气主接线Fig．2 Main electrical connection of No．1 and No．2 sub-distribution room in the park

园区#3分配电室位于H座地下一层，内设0．4 kV配电母线2段、配电变压器2台，容量为1 600 kV·A×2;供电范围为H，I座4星级酒店、底层商业等，其电气主接线如图3所示。

3 用电负荷

园区业态包含商业办公楼、精品商务设施、写字楼、4星级商务酒店等，其用电负荷设计情况见表1。

由表1可见，园区最大设计用电负荷为8665．93 kW。

4 分布式电源

园区燃气分布式能源站建设有2台3328kW燃气内燃机系统。发电机组出口电压选为10．5kV，发电机出口装设发电机出口断路器(GCB)。

图3 园区#3分配电室电气主接线Fig．3 Main electrical connection of No．3 sub-distribution room in the park

两台燃气内燃发电机组直接接入园区总配电室10 kV系统。#1发电机组接入10 kV母线Ⅰ段#4母线(203间隔)，#2发电机组接入10 kV母线Ⅱ段#5母线(204间隔)。园区总配电室203，204开关为并网点。

5 继电保护

所有继电保护装置均为数字式微机型。

(1)燃气内燃机发电机继电保护装置由生产厂家配套提供，单套配置。该保护装置具有发电机电流差动、匝间短路、90%定子接地、定子绕组过负荷、复压电压过流、发电机转子一点接地、定子过电压、欠电压、失磁、逆功率、频率异常、热工保护等功能;另外，在发电机出口GCB柜配有数字式微机型保护，具有三段定时限方向过电流、三段定时限零序过电流、过负荷、低压解列、低周减载等功能。

表1 园区用电负荷设计Tab．1 Power load design for the park

(2)10 kV并网线路继电保护有电流差动保护和过电流保护。线路的电流差动保护由内燃机发电机继电保护配置完成，另在GCB开关柜内设有带方向的过流保护作后备保护。

(3)10 kV市电进线(201，202)线路继电保护装置，具有三段定时限方向过电流、三段定时限零序过电流、过负荷、低压解列、低周减载等功能。

(4)低压变压器继电保护有速断、过流、零序过流、过负荷、失压带电流闭锁、非电量保护等功能。

(5)园区总配电室的10 kV并网侧配置一套安全自动装置，实现10 kV母线电压频率异常紧急控制功能。该装置故障解列市电进线断路器(201，202)。

6 自动控制

(1)能源站采用计算机监控系统作为主要的监视及控制核心，实现全站集中控制。配置一套分散控制系统(DCS)，实现对机组及其辅助设备的检测、控制、报警、保护等，完成系统启动、停止、正常运行和事故处理;另外，在DCS操作台上配置机组硬接线的紧急停止按钮及重要辅机的操作按钮，以保证机组在紧急情况下安全停机。

(2)燃气内燃机发电机组具备恒功率输出和自动适应用电负荷输出运行方式。

(3)能源站DCS预留有与园区楼宇中央监控室的通信接口。

(4)园区总配电室内配置一套远动装置，实时采集能源站及总配电室运行信息，主要包括站并网点开关状态，并网点电流电压，发电机发电量，总配电室接入点开关、主进开关、分段开关状态等。远动信息通过远动装置、通信设备及光缆，以单路专网远动通道方式接入国网变电站调度数据网，上传至当地电网区调。

(5)园区总配电室配置两套计量及电能采集设备，包括10 kV计量专用柜、电能量远程采集终端设备等。关口计量点按1+1原则安装多功能电能计量表，具有正、反双向有功、无功计量及事件记录功能，同时具备电压、电流量等信息的采集功能。发电机出口对应并网点按1+0原则配置0．2S级多功能高精度电能计量表。

(6)园区总配电室内敷设一根24芯非金属管道阻燃光缆，沿电力隧道敷设，至区域110 kV变电站。光缆通信电路将能源站的自动化信息、计量信息、调度电话信息上送区域电网区调。

7 运行方式

(1)运行方针。冷热定电、自发自用、余电上网、缺电网补。

(2)运行策略。依据与区域电网签署的调度协议，暂定园区微电网与区域电网在运行中仅允许经一个点并网，即201与202开关互为闭锁，不同时闭合，母联开关245闭合运行。

(3)运行方式。同期点设置在201，202，203及204开关处。正常情况下，机组经系统倒送电启动，区域电网进线开关201或202闭合，母联开关245闭合，视园区用电负荷，发电机组开关203，204检同期并网运行;区域电网故障时，发电机组孤网运行。

(4)故障对策。发电机组发生故障，跳开203或204开关，分离故障设备，区域电网进线开关201或202保持闭合状态，带园区全部负荷;发电机组故障排除后(或切换机组)，203或204开关检同期并网运行。区域电网发生故障时，跳开区域电网进线开关201或202开关，分离故障设备，发电机组不停机转入孤网运行模式;区域电网故障排除后(或切换电源)，201或202开关检同期再并网运行。

(5)自动调节。根据冷、热、电等负荷参数及环境因素的变化，按经济效益最大化的原则，智能控制、调节燃气分布式能源站内的冷、热调峰设备及与区域电网的交互功率，实现智能匹配园区用户的冷、热、电负荷需求，确保园区微电网运行安全、可靠、稳定、经济。

8 结束语

该园区微电网于2013年年底投入孤网运行，2015年8月实现并网运行。孤网运行期间，该园区运行可靠性约为99．988 4%，并网后运行可靠性约为 99．9994%。

该园区微电网系统结构简单、运行灵活、管理界限清晰，可为探索新型电力供应模式提供借鉴。