Voedersysteem Beschermingsoplossing met Microprocessor-gebaseerde Relais voor Moderne Slimme Distributienetwerken

1. Inleiding en kernuitdagingen​
   De toenemende integratie van gedistribueerde energiebronnen (DERs) (zoals zonne-energie en windenergie) in distributienetten, gecombineerd met de groeiende eisen van gebruikers aan betrouwbaarheid en veiligheid van elektriciteitsvoorziening, stelt traditionele voederschakelingsystemen voor ernstige uitdagingen. Deze oplossing is ontworpen om de volgende drie kernuitdagingen aan te pakken:

• ​Boogflitsgevaar:​​ Interne kortsluitingen in apparatuur zoals schakelkasten kunnen zeer verwoestende boogflitsen veroorzaken, die de veiligheid van apparatuur en personeel bedreigen. Dit vereist een uiterst snelle respons van het beschermingssysteem.
• ​Hoge-impedantie aardfouten:​​ Vooral eenfase aardfouten die optreden in landelijke gebieden of regio's met hoge grondweerstand, gekenmerkt door een lage foutstroom, zijn moeilijk betrouwbaar te detecteren door traditionele nulsequentie overstromingsbescherming, waardoor het risico bestaat dat de bescherming niet functioneert.
• ​Invloed van de integratie van gedistribueerde energiebronnen (DERs):​​ De integratie van DERs verandert de richting van de stroomstroom en de korte-sluitstroomkenmerken van distributienetten, wat potentiële beschermingsfouten (vals afsluiten) of het niet functioneren van de bescherming kan veroorzaken, en het risico van onbedoeld insulering introduceert.

Deze oplossing, gebaseerd op geavanceerde microprocessor-gebaseerde beschermingsrelais en meerdere innovatieve algoritmen, biedt een volledige, snelle en betrouwbare voederbescherming voor moderne distributienetten.

​2. Oplossingsdetails​
Ons voederschakelingsrelais maakt gebruik van een modulaire ontwerp, waarin de volgende kernbeschermingsfuncties zijn geïntegreerd om de genoemde uitdagingen aan te pakken.

​2.1 Multi-band boogflitsbescherming (AFP) module​

• ​Technische principes:​​ Gebruikt een gepatenteerde multi-band detectietechnologie, die gelijktijdig de lichtintensiteit (via specifieke booglichtsensoren) en de snelheid van stroomverandering (di/dt) monitort. Een fout wordt pas als een boogflits bevestigd wanneer beide condities - "sterk booglichtsignaal" EN "hoge-snelheids overslagstroomkenmerk (>10 kA/ms)" - worden voldaan (logische AND-operatie). Deze dubbele criterium voorkomt effectief fouten veroorzaakt door externe lichtbronnen of schakeloverslagstromen.
• ​Prestatievoordelen:​​ Biedt uiterst snelle reactietijden, ontworpen om de boogflitsenergie te minimaliseren.
• ​Toepassingsvoorbeeld:​​ Na implementatie in het middenspanningsdistributiesysteem van een groot datacenter, behaalde deze module een totale foutopruimingstijd van minder dan 4 milliseconden, wat een snelheidsverhoging van meer dan drie keer vertegenwoordigt ten opzichte van traditionele alleen-stroombeschermingsoplossingen, waardoor het risico op apparatuurschade aanzienlijk wordt verminderd.

​2.2 Hooggevoelige laagstroom aardfoutbeschermingsmodule​

• ​Technische principes:​​ Maakt gebruik van de nulsequentie admittantie methode. Deze methode omvat real-time, nauwkeurige meting van de systeemnulsequentievoltage (3U₀) en nulsequentiestroom (3I₀), berekening van de corresponderende admittantiewaarde. Deze algoritme is relatief ongevoelig voor variaties in de capacitive aardfoutstroom van het systeem, waardoor normale capacitive stroom effectief wordt onderscheiden van foutgeïnduceerde resistieve stroom, waardoor hoog-impedantie aardfouten met weerstandswaarden tot 1 kΩ of hoger nauwkeurig worden geïdentificeerd.
• ​Prestatievoordelen:​​ Lost het probleem van onvoldoende gevoeligheid in traditionele beschermingsschemas tijdens fouten via hoge transitieresistentie op, waardoor het risico op elektrische schokken en brand aanzienlijk wordt verminderd.
• ​Toepassingsvoorbeeld:​​ In een proefproject binnen een landelijk netwerk (gekarakteriseerd door hoge capacitive aardfoutstroom en ongelijke lijnisolatie niveaus), leidde de toepassing van deze technologie tot een algemene aardfoutdetectiepercentage van 65% met traditionele schema's naar 92%, waardoor de veiligheid van de elektriciteitsvoorziening aanzienlijk werd verbeterd.

​2.3 Adaptieve anti-insuleringbeschermingsmodule​

• ​Technische principes:​​ Om het insuleringsrisico veroorzaakt door de integratie van DERs aan te pakken, combineert deze module passieve en actieve detectiemethoden.
• ​Passieve monitoring:​​ Monitort continu abnormale parameters op het punt van gemeenschappelijke koppeling (PCC), zoals voltage frequentieafwijking (Δf > 0,5 Hz) en fasehoek sprong (Δφ > 10°).
• ​Actieve bepaling:​​ Wanneer de indicatoren van passieve monitoring de ingestelde drempels overschrijden, worden actieve methoden zoals Actieve Frequentie Drijving ingezet om een insuleringsconditie snel te bevestigen.
• ​Prestatievoordelen:​​ Zorgt ervoor dat DERs binnen een zeer korte tijd (< 200 ms, voldoende aan de gridcode-eisen) na het optreden van insulering snel worden losgekoppeld, waardoor gevaren voor netwerkappratuur en onderhoudspersoneel door onbedoelde geïnsuleerde operatie worden voorkomen.
• ​Toepassingsvoorbeeld:​​ Gevalideerd in een microgrid project met meerdere PV-arrays, behaalde deze anti-insuleringmodule een nauwkeurigheidsgraad van 99,7%. Het voorkomt effectief insulering terwijl het onnodige trips door normale netstoringen minimaliseert, waardoor de benutting van gedistribueerde energiebronnen wordt verbeterd.

​3. Kernwaarde samenvatting​
Deze microprocessor-gebaseerde beschermingsoplossing, door de integratie van meerdere intelligente algoritmen, bereikt:

• ​Verbeterde veiligheid:​​ Maximaliseert de bescherming van personeel en apparatuur door milliseconden-niveau boogflitsbescherming en ultra-hoge-gevoelige aardfoutbescherming.
• ​Hoge betrouwbaarheid:​​ Neemt effectief de complexiteit aan die wordt ingevoerd door de integratie van DERs, identificeert nauwkeurig insuleringscondities en hoge-impedantie fouten, en elimineert beschermings "blind spots".
• ​Snelle herstel:​​ Stelt snelle foutopruiming in, faciliteert snel netwerk zelfherstel, vermindert de duur van storingen en verbetert de betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening.