中國儲能網(wǎng)訊：學習和整理這個例子的初衷，來自海外和國內(nèi)光伏與儲能市場在分工模式上的一個重要差異。系統(tǒng)集成商做海外項目有點像做一個個小機電分包（EPC）的感覺，業(yè)主和EPC會傾向于把很多的子系統(tǒng)的設計與建設&投運(Engineer and Construction & Commission) 工作交由子系統(tǒng)集成商全權(quán)負責。而國內(nèi)模式則通常是由大的EPC統(tǒng)一負責設計，對系統(tǒng)集成商的設計與建設&投運的能力要求卻會大大弱化，基本上只需要按照EPC設計方案安裝產(chǎn)品并提供少量的現(xiàn)場輔助支持服務即可。兩種分工模式孰優(yōu)孰劣不展開討論，但是如希望可以更好的滿足海外光伏與儲能市場需求，國內(nèi)的系統(tǒng)集成商還需要提升上述對應的能力。
小劉選擇了一個主流儲能系統(tǒng)集成商在北美的應用案例【1】開始學習，雖與國內(nèi)和IEC市場應用有些差異，但設計思路可以借鑒，小劉在本文最后會簡要說明IEC市場儲能項目的繼電保護參數(shù)設置的情況。
圖1 儲能電站中低壓系統(tǒng)例子
圖中5類保護方式分別為：
1 公共電網(wǎng)高壓側(cè)繼電保護-高壓輸電(>35kV~138kV)
2 用戶中壓側(cè)繼電保護-中壓配電(>2.4kV~35kV)
3 升壓變壓器保護熔斷器（中壓側(cè)）
4 低壓保護繼電器（低壓側(cè)）
5 儲能變流器的保護
其中系統(tǒng)集成商需要負責的評估和推薦的子系統(tǒng)保護策略包括第3、4、5項，并可能涉及第2項的配合。需要由用戶提供的系統(tǒng)外部輸入的必要條件有：
公共電網(wǎng)的短路電流貢獻（最差情況）
三相短路水平
單相接地故障短路水平（系統(tǒng)中性點接地情況）
系統(tǒng)阻抗X/R
系統(tǒng)短路容量（如項目前期沒有輸入數(shù)據(jù)可先依據(jù)IEC 60076-5進行假設）
正序阻抗
零序阻抗
旋轉(zhuǎn)電機設備的短路電流貢獻（最差情況，如適用）
三相短路水平
單相接地故障短路水平
系統(tǒng)阻抗X/R
5類保護元件中第2項的繼電保護參數(shù)設置
圖2 子系統(tǒng)模型
圖2是簡化后的子系統(tǒng)的模型，后續(xù)所有的繼電保護時間電流曲線配合圖中都包含子系統(tǒng)元件：變流器配套的升壓變壓器（褐色）、中壓集電線路電纜（桃紅色）、變流器配套低壓電纜（綠色）的時間電流耐受閾值。
下面將通過圖3～圖6具體說明保護方案的情況。
圖3 20.75kV側(cè)相電流的繼電保護時間電流曲線配合圖
圖3含義說明如下：
變壓器配置的兩段熔斷器 過載保護（藍色）以及 后備限流保護（紅色）
變流器配套低壓電纜（綠色）提供保護
同時躲避單臺變壓器投入時的涌流（圖中左側(cè)褐色X標記）
上游用戶中壓側(cè)繼電保護（橙色）
在主保護熔斷器失效的情況下提供變流器配套低壓電纜（綠色）的后備保護（0.2s內(nèi)分閘清除故障）
同時躲避多臺變壓器投入時的涌流（圖中右側(cè)褐色X標記）。
圖4 20.75kV側(cè)接地電流的繼電保護時間電流曲線配合圖
圖4含義說明如下：
用戶中壓側(cè)繼電保護
上游的用戶中壓側(cè)繼電保護最快需要約10個周波 0.167s（例子是60Hz系統(tǒng)），發(fā)現(xiàn)和清除單相接地故障
對于0.48kV低壓側(cè)的故障，或需要配合低壓側(cè)繼電保護實現(xiàn)快速故障定位和清除。
圖5 0.48kV側(cè)相電流的繼電保護時間電流曲線配合圖
圖5含義說明如下：
低壓保護繼電器（紅色）
變流器配套低壓電纜（綠色）提供三相短路故障(Bolted Fault)保護
同時躲避單臺變壓器投入時的涌流（圖中左側(cè)褐色X標記）
圖6 0.48kV側(cè)接地電流的繼電保護時間電流曲線配合圖
圖6含義說明如下：
低壓保護繼電器（紅色）
檢測小的低壓側(cè)單相接地故障電流（實際不接地系統(tǒng)應用中亦可見采用絕緣故障監(jiān)測設備，見《節(jié)儉的英國人》）
與位于3MVA變壓器中壓側(cè)集電線路的用戶中壓側(cè)繼電保護配合實現(xiàn)故障報警和清除（原因見圖4）
上述圖3~圖6證明子系統(tǒng)的主要元件都得到了充分的保護。設計并沒有使用獨立的低壓開關(guān)柜或ACB保護變流器與變壓器二次側(cè)之間的低壓電纜。通過優(yōu)化設計，系統(tǒng)去掉了低壓開關(guān)柜或ACB的成本，實現(xiàn)了成本優(yōu)化。
同樣的設計思路也常見于部分海外光伏應用，采用隔離開關(guān)+條熔開關(guān)的組合取代了昂貴的低壓ACB，并通過增加低壓側(cè)的絕緣監(jiān)測，配合環(huán)網(wǎng)柜的中壓側(cè)繼電保護機制實現(xiàn)變壓器繞組和低壓電纜段故障的保護。
IEC市場儲能項目的繼電保護參數(shù)設置主要差異在于對于大容量的變流器配套變壓器IEC常采用繼電保護+斷路器取代IEEE市場常見的兩段式升壓變壓器保護熔斷器。此時繼電保護通常配置ANSI 50、 51、50N、51N、二次諧波涌流閉鎖的功能。保護曲線通常選擇定時限(IEC DT)及一般反時限（IEC NI）。
參考本篇北美的應用案例，對于《國內(nèi)新能源配套典型10MW/20MWh儲能項目的35kV中壓系統(tǒng)實例》【2】中的圖7標注紅色的低壓進線柜部分是否存在優(yōu)化的可能？在儲能應用中通過降低部分可靠性來換取系統(tǒng)初始投資的降低是否合理？
圖7 典型新能源配套儲能電站電氣主接線 10MW/20MWh
參考文獻
【1】ApplicationNote LV Switchboards for Megapacks
【2】國內(nèi)新能源配套典型10MW/20MWh儲能項目的35kV中壓系統(tǒng)實例
