中电联团体标准-220kV变电站并联直流电源系统技术规范编制说明

.工作过程1.1任务来源2020年9月，中电联《关于印发2020年第二批中国电力企业联合会标准制修订计划的通知》（中电联标准[2020]183号），中国电力科学研究院有限公司主导申请的《220kV变电站并联直流电源系统技术规范》（T/CEC20202057）中电联团体标准获批立项。1.2主要工作过程2020年12月23、24日，在杭州召开了标准制定启动会暨制定工作组第一次会议，成立了标准编写工作组，制定了标准编制大纲；2021年3~10月，方案编制组成员召开多次讨论会，结合理论计算及已投运工程设计建设经验，以浙江、江苏两个220kV新建变电站工程作为依托，重点研究如下主要内容，得到工程设计方案及本文件相关研究结论：（1）并联直流电源系统输出过载特性；（2）并联电源组件选择原则、组件数量计算方法；（3）电池模块与并联电源变换模块匹配；（4）载续流电路路及超级电容电路作为附加电路的关键技术要点；（5）并联电源变换模块试验内容及方法。2021年10月~2022年2月，在国网电科院开展并联电源变换模块试验，试验涵盖2A、4A、8A模块，验证了并联电源变换的基本运行特性以及模块稳态及暂态错在电路倍率输出特性等；2021年12月~2022年1月，编写组讨论形成并联直流系统系统试验方案；2022年1月，召开工作组第二次会议，形成标准初稿；2022年5月，编写组完成了标准工作组讨论稿的编制；2022年7月，在国网电科院开展系统试验，分别开展2A模块配合铅酸电池及4A、8A模块配合磷酸铁锂电池的试验，验证了系统设计的正确性以及分别设置两种附加回路情况下，系统级差配合的正确性；2022年7月28日，召开工作组第三次会议，讨论形成征求意见稿；2022年8月10日~9月20日，采用挂网、邮件、指定人员等方式，广泛、多次在电力行业范围内征求意见。2.编写原则和主要内容2.1编写原则本标准编制遵循现有相关法律、条例、标准和导则，着眼于我国变电站并联直流电源系统的发展，在制定过程中，进行了广泛的调查分析，总结了近些年来并联直流电源系统的设计和运行经验，开展了专题研究和工程试点应用，充分吸纳了该领域新的科研成果及工程实践经验，广泛征求了全国有关单位的意见，经审查形成定稿。在变电站直流电源方面，长期以来采用串联型直流电源系统，存在单体电池更换需退出运行、现场核容不便等问题。为此，研究实现了变电站直流电源系统的并联方式，但仍存在系统组成不明确、并联直流电源模块过载输出特性不明确、电池个性化管理方式、试验及运行维护不明确等问题，应用不便。本标准的编制目的是指导变电站并联直流电源系统的系统构建，保障变电站并联直流电源系统安全可靠。2.2主要内容本标准正文包括八章，附录包含附录A、B、C、D、E、F。第一章是本标准的范围；第二章是规范性引用文件；第三章是术语和定义；第四章是系统要求，介绍了并联直流电源系统构成、系统设计与系统运行特性；第五章是技术要求，介绍了正常使用时的环境条件、电气条件、外观与结构、电气安全要求等，分别规定了并联直流电源系统、并联电源组件、并联电源变换模块、电池模块、附加电路的技术要求，同时明确了保护与监控、在线核容等功能的要求；第六章是设备选择，介绍了并联电源组件、附加电路、直流保护电器以及电缆的选择方法；第七章是设备布置与维护要点，介绍了并联直流电源系统成套装置的布置原则，以及并联直流电源系统区别于串联型直流电源系统的主要维护要点；第八章是试验方法与检验规则，介绍了并联直流电源系统检验规则与试验方法等；附录A是并联直流电源组件放电电流输出特性曲线，分别给出了稳态和暂态电流倍率输出特性曲线；附录B是并联直流电源组件数量选择及电池模块容量匹配计算，给出了计算方法；附录C是超级电容容量及内阻选择，给出了超级电容选配计算方法；附录D是并联直流电源系统保护电气选择性配合计算，给出了级差配合计算法方法；附录E是并联直流电源系统保护电气选择性配合计算案例，给出了某220kV变电站的级差配合计算案例；附录F并联直流电源系统屏柜布置原则，给出了系统组屏原则。3.主要试验验证情况3.1并联电源变换模块试验本部分试验验证依托国网电力科学研究院有限公司实验验证中心交直流电源实验室开展，试验验证了并联电源变换模块2A、4A、8A等多个额定规格样机适配不同类型的电池模块下的运行情况。本次试验验证的样机主要来自于“石家庄通合电子科技股份有限公司”、“深圳市泰昂能源科技股份有限公司”、“深圳蓝信电气有限公司”、“江苏南瑞泰事达电气有限公司”四个厂家的三个规格样品。试验验证用电池模块使用了浙江南都提供的200Ah阀控铅酸蓄电池、中国电科院提供的100Ah间歇式磷酸铁锂电池、上海航天提供的100Ah浮充式磷酸铁锂电池。并联电源变换模块试验验证项目主要涵盖基本运行、并机均流、稳态过载放电、暂态性能四个方面。基本运行试验下考察了并联电源变换模块在交流供电下及不同电池模块供电下的运行效率的稳定性和输出阻抗的一致性。不同工况下的测试数据表明，同一并联变换模块分别在交流、直流供电下输出阻抗存在差异，发现在电池模块供电时输出电压偏低，验证了变换模块交、直流供电切换的稳定性。并机均流试验考察并联电源变换模块在不同供电方式下，多模块并联时输出电流的情况，从试验结果分析可以看出，2A规格的模块并联运行输出电流均衡度在4.5%～4.8%左右，4A规格的模块并联运行输出电流均衡度在1.5%～2.5%左右，8A规格的模块并联运行输出电流均衡度在0.5%～1.5%左右。稳态过载放电试验，验证了并联电源变换模块在三种不同类型电池模块供电下2h供电稳定性，并验证各规格并联电源变换模块在事故放电初期的大电流放电情况，进而验证了理论计算的2.5倍额定电流下稳定运行1min的理论需求。同时验证了各类型电池模块在满载容量下支撑1.1倍额定电流放电2h的理论备电要求。从试验结果看，参与试验验证的厂家的模块均能达到相关要求。 暂态性能试验主要验证模块在直流端口短路故障状态下的短时输出电流能力，经过理论计算得出在不同规格模块下的输出电流能力应符合下表中的要求。通过试验验证的方式，在模块的输出端口模拟金属性短路工况，测量单模块短路输出电流及多模块并联短路输出电流值，从试验结果看所有规格模块均能达到相关要求。模块额定输出电流2A4A8A暂态输出倍率8倍6倍5倍3.2并联直流电源系统试验本部分试验验证依托国网电力科学研究院有限公司实验验证中心交直流电源实验室开展，试验验证了并联电源变换模块2A、4A、8A等多个额定规格样机，其中2A、4A规格样机适配阀控铅酸蓄电池电池模块，并构建续流辅助回路；8A规格样机适配间歇式磷酸铁锂电池模块，并构建超级电容辅助回路。本次试验验证的样机模块主要来自于“深圳市泰昂能源科技股份有限公司”、“深圳蓝信电气有限公司”、“江苏南瑞泰事达电气有限公司”三个厂家的三个规格样品。试验用电源机柜来自于“大连旅顺电力电子设备有限公司”，并联直流电源系统中各部位保护器件由上海良信与北元电气提供。试验验证用电池模块使用了浙江南都提供的200Ah阀控铅酸蓄电池、中国电科院提供的100Ah间歇式磷酸铁锂电池。并联直流电源系统试验验证项目主要涵盖并机均流、核容性能、稳态过载放电、暂态性能四个方面。 由于在模块测试中发现多模块并机运行时，各模块输出电流的均衡性差异较大，在构建系统性能测试时，专门对系统级模块并机运行进行了测试。 核容性能作为并联直流电源系统的一大亮点，在系统级测试时着重考察了并联直流电源的分组核容控制性能，验证了核容容量的准确性及核容电流的稳定性。 基于单模块的稳态过载放电能力，考察在系统工作状态下的放电性能及过载持续输出性能，比较与单模块输出性能，分析之间的差异性。 暂态性能主要考察并联直流电源系统的故障隔离能力，此项试验主要验证系统在不同类型的故障状态下，不同的电源配置下的故障隔离能力，以及系统中各级保护器件的极差配合性能。试验项目如下所示。交流供电下无辅助回路直流系统多级金属性短路故障交流供电下带续流电路辅助回路直流系统多级金属性短路故障交流供电下带超级电容电路辅助回路直流系统多级金属性短路故障直流供电下无辅助回路直流系统多级金属性短路故障直流供电下带续流电路辅助回路直流系统多级金属性短路故障直流供电下带超级电容电路辅助回路直流系统多级金属性短路故障交流供电下无辅助回路直流系统馈线支路非金属性短路故障交流供电下带续流电路辅助回路直流系统馈线支路非金属性短路故障交流供电下带超级电容电路辅助回路直流系统馈线支路非金属性短路故障直流供电下无辅助回路直流系统馈线支路非金属性短路故障直流供电下带续流电路辅助回路直流系统馈线支路非金属性短路故障直流供电下带超级电容电路辅助回路直流系统馈线支路非金属性短路故障交流供电下带续流电路辅助回路混入劣质电池模块下直流系统多级金属性短路故障直流供电下带续流电路辅助回路混入劣质电池模块下直流系统多级金属性短路故障系统试验着重考察并联直流电源系统在交流系统故障下发生直流系统故障时的抗冲击能力及保护器件选择性配合能力的试验验证。4.与相关标准的协调情况本标准相关试验要求遵循GB/T2423、GB/T17626相关要求。电池模块采用铅酸蓄电池时，参考遵循GB/T19638以及DL/T637相关要求；采用磷酸铁锂电池时，遵循T/CEC446、4449.4相关要求。并联直流电源系统设计、电池模块充放电参数、保护及告警功能要求、负荷统计、直流断路器及隔离开关选型、系统柜布置等与串联直流电源系统的相同部分，与遵循DL/T5044相关要求。并联直流电源系统采用过载续流电路作为附加电路时，其模块更换时的要求同串联直流电源系统，遵循DL/T724相关要求。5.与国际标准和国外先进标准的对比情况本标准为国内首创，未检索到国际同类标准，无采标。6.预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况本标准的编制对并联直流电源系统的系统研发、生产和使用起到了规范和指导作用，是传统串联型直流电源系统的补充方案，解决并联型直流电源系统的痛点，为并联直流电源系统在全国范围内的应用发展具有较大的推动作用，对直流电源系统工程建设具有明显的经济和社会效益。7.标准名称与计划项目名称发生变化的主要原因无名称变更8.与现行法律、法规、政策及相关标准的协调性本标准与相关技术领域的国家现行法律、法规和政策保持一致。9.重大分歧意见的处理经过和依据标准编制过程中充分征集了标委会委员和专家意见，未出现重大分歧意见。10.重要内容的解释和其它应予以说明的事项10.1第4.1.2.2(a)并联电源变换模块应由控制电路、整流电路、充电电路、放电电路等构成，其中整流电路、放电电路应分别加装逆止二极管。说明：对控制电路、整流电路、充电电路、放电电路及逆止二极管的含义分别说明如下：1)控制电路:

包括整流、电池充放电、均流的控制、通讯、保护、数据采集等功能。

2)整流电路:

将交流电转换为直流电并进行隔离变换后输出的电路。

3)充电电路:

给蓄电池充电的电路。

4)放电电路:

将蓄电池的直流电进行隔离升压后输出的电路。

5)逆止二极管:

一种功率二极管，利用单向导电特性，实现防止能量反灌或电气隔离功能。10.2第4.1.2（b）：并联电源变换模块与电池模块宜采用一体化设计，也可采用分体设计。说明：考虑到并联电源组件的整体性、可靠性与维护便利性，并联电源变换模块与电池模块宜采用一体化设计，当因组柜等原因无法一体化设计时，也可采用分体设计。10.3第5.5.1：并联电源组件规格及参数说明：不同类型的电池模块输出能量需考虑能量转换的匹配关系，同时除还需考虑电池本体特性差异、充电方式、放电终止电压、电池模块出口接线方式等。本文件给出了电池模块与并联电源变换模块的匹配关系，大大简化了计算，同时解决了工程应用过程中电池容量浪费等问题，有助于更好地实现建设的标准化、模块化。10.4第6.1.3（d）：每套并联直流电源系统可设置1~3个备用并联电源组件；当配置两套冗余的并联直流电源系统时，不宜设置备用并联电源组件。说明：备用并联电源组件的数量参见附录B计算方法。当配置两套冗余的并联直流电源系统时，由于已考虑完全备用，故不宜设置备用并联电源组件。10.5第6.1.3（e）：每套并联直流电源系统的并联电源组件总数量不宜超过32个。说明：根据理论计算及系统仿真试验，并联电源组件输出并联，在理论上是没有上限数量限制，采用数字均流，每个模块单独采样，模块数量不会影响均流效果，但是，受芯片计算速度的限制，并联数量越多计算速度越慢。当并联电源组件总数量超过32个时，均流的性能将降低。为保证系统可靠性，规定每套并联直流电源系统的并联电源组件总数量不宜超过32个。10.6第5.6：并联电源变换模块说明：对并联电源变换模块的输出过载特性进行了深入研究、规范及统一，首次提出稳态、暂态电流倍率的概念。（1）稳态过载电流倍率是指在电力系统事故停电时，在保证母线电压不低于直流电源系统标称电压的前提下，并联电源组件在不同的事故放电持续时间内能够输出的过载能力，从而导出输出过载电流倍率系数，1min并联电源模块输出过载电流倍率为2.5In；1h~2h并联电源模块输出过载电流倍率为1.1In,为并联电源组件数量计算提供依据。（2）暂态电流倍率是指在并联直流电源系统内部金属性短路故障起始的100ms范围内，单个并联电源组件能够输出的最大暂态电流能力，从而导出输出暂态电流倍率系数为5~8In,为直流母线馈线断路器的选择提供依据。10.7第6.1：并联电源组件选择说明：并联电源组件数量选择的需主要如下要点：（1）当电力系统故障时，并联电源组件稳态过载倍率输出电流，应满足电力系统不同故障状态的负荷需求，且事故放电末期的母线电压为临近系统的标称电压。当按上述选择组件数量难以满足事故负荷需求时，可调整电流倍率系数，适量增加组件数量；（2）当并联电源直流系统本体金属性短路故障时，并联电源组件100ms暂态过载倍率输出电流不小于相关设定值；（3）并联电源组件的整流电路过载输出电流为1.1In、输出电压不低于系统标称电压。10.8第6.2.3：超级电容容量选择方法说明：根据超级电容内阻变化及容量衰减特点，规范了超级电容作为附加电路的基本要求。超级电容的内阻随运行时间推移而变大，其内阻值决定了最大放电电流，该最大放电电流室保证断路器正确动作的关键。本文件规定时，考虑了在内阻逐渐变