隨著分布式發(fā)電和儲(chǔ)能的大量應(yīng)用和直流負(fù)荷的快速增長(zhǎng)，使得直流配電越來越受關(guān)注。直流配電系統(tǒng)將會(huì)成為未來配電技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。2017年8月26日，國家863課題“高密度分布式能源接入直流混合微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”示范工程在浙江上虞投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)首次交直流混合微電網(wǎng)用戶側(cè)運(yùn)行，工程改造或接入分布式光伏總?cè)萘?.4MW，2套5kW風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，1套250kW/800kWh鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，1套交直流微電網(wǎng)功率變換與網(wǎng)架系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)交流最高負(fù)荷約1.2MW，直流最高負(fù)荷約0.9MW。下圖為該工程拓?fù)鋱D。
圖 1 高密度分布式能源接入直流混合微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)工程拓?fù)鋱D
可以看到，該工程采用單層直流母線結(jié)構(gòu)，約0.85MWp光伏系統(tǒng)通過DC/DC變流裝置接入微電網(wǎng)直流母線，1.0MWp光伏接入微電網(wǎng)交流母線，約800kWh鉛酸電池組維持直流母線電壓穩(wěn)定，保證微電網(wǎng)離網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。交流母線和直流母線之間采用雙向AC/DC換流器連接，直流母線通過DC/DC變流器變換電壓給電動(dòng)汽車充電樁、LED照明、廠房設(shè)備等直流負(fù)荷進(jìn)行供電。該示范工程提供了高密度分布式能源接入的新模式，為光伏、風(fēng)電等新能源安全穩(wěn)定接入大電網(wǎng)掃清了技術(shù)障礙，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)交直流混合微電網(wǎng)用戶側(cè)的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，能滿足今后電力用戶多樣化性的需求。
新的技術(shù)隨之帶來的是新的用電安全問題，直流配電系統(tǒng)中運(yùn)用了大量的電力電子變換設(shè)備，電力環(huán)境更加復(fù)雜，顯然在原來交流配電系統(tǒng)中普遍應(yīng)用的低壓保護(hù)電器無法繼續(xù)沿用，以配電系統(tǒng)中的接地故障保護(hù)為例，對(duì)于采用TN、TT、IT接地方式的交流配電系統(tǒng)，一般采用剩余電流保護(hù)。傳統(tǒng)電子式AC型剩余電流保護(hù)器利用零序互感器檢測(cè)漏電，零序互感器依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)電流，磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，僅能對(duì)交流成分的剩余電流進(jìn)行保護(hù)。
圖2 家用剩余電流保護(hù)器及其內(nèi)部零序互感器工作原理
與交流配電系統(tǒng)一樣，直流配電系統(tǒng)的接地形式也分為TN、TT、IT，由于直流用電設(shè)備對(duì)供電電源要求有可能是負(fù)電源或正電源，因此配電系統(tǒng)中有兩條電源線的兩線制或增加一條中間導(dǎo)線(M線)的三線配電制。下圖3為配電系統(tǒng)常用的TT、IT接地形式的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。
圖3 直流配電系統(tǒng)常用的TT、IT接地形式系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
針對(duì)采用電源端接地的TT、TN接地形式的直流配電系統(tǒng)的接地故障防護(hù)，使用剩余電流保護(hù)依然是最好的方式，對(duì)此IEC發(fā)布了 IEC TS 63053:2017《General requirements for residual current protective devices for DC systems》。該直流剩余電流保護(hù)裝置(DC-RCD)
圖4 DC-RCD IEC標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)定保護(hù)閾值最小20mA，最大1A。
在交直流混合電網(wǎng)中直流負(fù)載側(cè)，顯然普通AC型剩余電流保護(hù)器無法完成保護(hù)，需要使用DC-RCD進(jìn)行直流漏電保護(hù)，然而目前直流漏電保護(hù)還并未推廣和市場(chǎng)化，國內(nèi)也尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上，在交直流混合微電網(wǎng)中，漏電成分是非常復(fù)雜的，我們來看下ABB對(duì)于交直流混合微電網(wǎng)中交流側(cè)接地故障的仿真模型。
圖5 交直流混合電網(wǎng)交流側(cè)接地故障剩余電流回路
可以看到，如果交流負(fù)載發(fā)生絕緣損壞，產(chǎn)生的剩余電流不僅有交流成分，還有直流成分，如果按照慣性思維依然使用AC型漏電保護(hù)器在交流負(fù)載端進(jìn)行漏電保護(hù)顯然是不行的，不僅無法檢測(cè)直流漏電，甚至疊加的直流漏電會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)磁芯預(yù)先磁化，導(dǎo)致脫扣值增大，破壞剩余電流保護(hù)器的原有的保護(hù)功能!
圖6 含有直流分量的交流剩余電流保護(hù)特性改變
圖7各種類型剩余電流
針對(duì)剩余電流成分復(fù)雜的剩余電流保護(hù)器，需要使用Type B型剩余電流保護(hù)器，對(duì)應(yīng)IEC標(biāo)準(zhǔn)為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(yīng)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)為GB22794:2008《家用和類似用途的不帶和帶過電流保護(hù)的B型剩余電流動(dòng)作斷路器》
B型剩余電流保護(hù)器不僅能夠?qū)涣魇Ｓ嚯娏鳌⒚}動(dòng)直流剩余電流進(jìn)行保護(hù)，此外，還能對(duì)1000Hz及以下的正弦交流剩余電流、交流剩余電流疊加平滑直流剩余電流、脈動(dòng)直流剩余電流疊加平滑剩余電流、兩相或多相整流電路產(chǎn)生的脈動(dòng)直流剩余電流、平滑直流剩余電流確保脫扣，能夠非常好的應(yīng)用在交直流混合微電網(wǎng)中。
Magtron基于iFluxgate技術(shù)的SoC芯片整體方案，為B型漏電保護(hù)進(jìn)行了數(shù)字化集成，為RCCB從傳統(tǒng)的AC型/A型向B型的技術(shù)升級(jí)，提供了一套高性價(jià)比的B型漏電解決方案，為充電設(shè)備的用電安全提供了更好的保障。
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