隨著分散式發電和儲能的大量應用和直流負荷的快速增長,使得直流配電越來越受關注。 直流配電系統將會成為未來配電技術的一個重要組成部分。 2017年8月26日,國家863課題“高密度分散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,實現國內首次交直流混合微電網使用者側運行,工程改造或接入分散式光伏總容量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,系統內交流最高負荷約1.2MW,直流最高負荷約0.9MW。 下圖為該工程拓撲圖。
可以看到,該工程採用單層直流母線結構,約0.85MWp光伏系統通過DC/DC變流裝置接入微電網直流母線,1.0MWp光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。 交流母線和直流母線之間採用雙向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汽車充電樁、LED照明、廠房設備等直流負荷進行供電。
新的技術隨之帶來的是新的用電安全問題,直流配電系統中運用了大量的電力電子變換設備,電力環境更加複雜,顯然在原來交流配電系統中普遍應用的低壓保護電器無法繼續沿用,以配電系統中的接地故障保護為例,對於採用TN、TT、IT接地方式的交流配電系統,一般採用剩餘電流保護。 傳統電子式AC型剩餘電流保護器利用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,磁通量變化產生感應電流,僅能對交流成分的剩餘電流進行保護。
與交流配電系統一樣,直流配電系統的接地形式也分為TN、TT、IT,由於直流用電設備對供電電源要求有可能是負電源或正電源,因此配電系統中有兩條電源線的兩線制或增加一條中間導線(M線)的三線配電制。
針對採用電源端接地的TT、TN接地形式的直流配電系統的接地故障防護,使用剩餘電流保護依然是最好的方式,對此IEC發佈了 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)標準規定設定保護閾值最小20mA,最大1A。
在交直流混合電網中直流負載側,顯然普通AC型剩餘電流保護器無法完成保護,需要使用DC-RCD進行直流漏電保護,然而目前直流漏電保護還並未推廣和市場化,國內也尚無相關標準。 實際上,在交直流混合微電網中,漏電成分是非常複雜的,我們來看下ABB對於交直流混合微電網中交流側接地故障的模擬模型。
可以看到,如果交流負載發生絕緣損壞,產生的剩餘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型漏電保護器在交流負載端進行漏電保護顯然是不行的,不僅無法檢測直流漏電,甚至疊加的直流漏電會導致檢測磁芯預先磁化,導致脫扣值增大,破壞剩餘電流保護器的原有的保護功能!
針對剩餘電流成分複雜的剩餘電流保護器,需要使用Type B型剩餘電流保護器,對應IEC標準為IEC62423:2009《Type F and type B residual current operated circuit-breakers with and without integral overcurrent protection for household and similar uses》,對應國內標準為GB22794:2008《家用和類似用途的不帶和帶過電流保護的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交流剩餘電流、脈動直流剩餘電流進行保護,此外,還能對1000Hz及以下的正弦交流剩餘電流、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、兩相或多相整流電路產生的脈動直流剩餘電流、平滑直流剩餘電流確保脫扣,能夠非常好的應用在交直流混合微電網中。
Magtron基於iFluxgate技術的SoC晶片整體方案,為B型漏電保護進行了數位化集成,為RCCB從傳統的AC型/A型向B型的技術升級,提供了一套高性價比的B型漏電解決方案,為充電設備的用電安全提供了更好的保障。
【參考文獻】
[1] GB 22794-2008 家用和類似用途的不帶和帶過電流保護的B型剩餘電流動作斷路器(B型RCCB和B型RCBO)
[2]胡宏宇.低壓直流配電系統綜合保護與產品標準分析.建築電氣.
[3]ABB.Faults in LVDC microgrids with front-end converters.
Magtron是All Programamble PGA Sensor、磁電傳感SoC的全球領先企業,致力於實現新一代更智慧的、高功率密度和差異化的磁電傳感系統方案。在整個行業向工業物聯網和傳感智慧化的大趨勢推動下,Magtron的創新技術Quadcore,RCMU,iShunt等創新技術使得磁電傳感,特別是電流感測器應用既高度集成易用,同時實現高功率密度化,也首次實現感測器高速軟體化。
本文由Magtron工程師:YANGTAO 授權發佈,如需轉載請聯繫Magtron公司~!
可以看到,如果交流負載發生絕緣損壞,產生的剩餘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型漏電保護器在交流負載端進行漏電保護顯然是不行的,不僅無法檢測直流漏電,甚至疊加的直流漏電會導致檢測磁芯預先磁化,導致脫扣值增大,破壞剩餘電流保護器的原有的保護功能!
針對剩餘電流成分複雜的剩餘電流保護器,需要使用Type B型剩餘電流保護器,對應IEC標準為IEC62423:2009《Type F and type B residual current operated circuit-breakers with and without integral overcurrent protection for household and similar uses》,對應國內標準為GB22794:2008《家用和類似用途的不帶和帶過電流保護的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交流剩餘電流、脈動直流剩餘電流進行保護,此外,還能對1000Hz及以下的正弦交流剩餘電流、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、兩相或多相整流電路產生的脈動直流剩餘電流、平滑直流剩餘電流確保脫扣,能夠非常好的應用在交直流混合微電網中。
Magtron基於iFluxgate技術的SoC晶片整體方案,為B型漏電保護進行了數位化集成,為RCCB從傳統的AC型/A型向B型的技術升級,提供了一套高性價比的B型漏電解決方案,為充電設備的用電安全提供了更好的保障。
【參考文獻】
[1] GB 22794-2008 家用和類似用途的不帶和帶過電流保護的B型剩餘電流動作斷路器(B型RCCB和B型RCBO)
[2]胡宏宇.低壓直流配電系統綜合保護與產品標準分析.建築電氣.
[3]ABB.Faults in LVDC microgrids with front-end converters.
Magtron是All Programamble PGA Sensor、磁電傳感SoC的全球領先企業,致力於實現新一代更智慧的、高功率密度和差異化的磁電傳感系統方案。在整個行業向工業物聯網和傳感智慧化的大趨勢推動下,Magtron的創新技術Quadcore,RCMU,iShunt等創新技術使得磁電傳感,特別是電流感測器應用既高度集成易用,同時實現高功率密度化,也首次實現感測器高速軟體化。
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