光伏并網柜保護監(jiān)測解決方案

安科瑞華楠

1、光伏并網柜簡介

分布式并網光伏系統(tǒng)是利用光伏組件將太陽能直接轉變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式，并且能一定程度保證發(fā)電的穩(wěn)定性、可靠性及供給配電網電能質量，是一種新型的、環(huán)保型且具有長遠發(fā)展前景的發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)在用戶所在場地或附近建設運行，以用戶側自發(fā)自用為主、多余電量上網且在配電網系統(tǒng)平衡調節(jié)為特征的光伏發(fā)電設施。它能夠就近逐步解決用戶的用電問題，通過并網送去實現(xiàn)供電差額的補償與外送。光伏電源處于用戶側，發(fā)電供給當地政府負荷，可以合理減少對電網供電的依賴，減少線路損耗。通過借助建筑物表面，將光伏蓄電池作為建筑材料，從而合理地增加光伏電站的占地面積。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模較小，可以根據實際要求進行建設，建設區(qū)域選擇性較大，在未來能源綜合利用發(fā)展中有很大的發(fā)展空間。

并網柜主要由刀閘、斷路器及有關的控制元件組成，由于其連接發(fā)電機系統(tǒng)和電網系統(tǒng)，安裝有完備的并網保護裝置，起到發(fā)電機并網作用，而被稱為“并網柜”。光伏并網柜作為光伏電站的總出口存在于光伏系統(tǒng)中，是連接光伏電站和電網的配電裝置，可以保護、計量光伏發(fā)電的總量，方便故障檢修管理，提高發(fā)電系統(tǒng)的**性和經濟效益。具備檢失壓分閘、檢有壓合閘、過流保護、過電壓保護、孤島保護、防逆流保護、諧波治理、無功補償等全方面多項保護功能，同時具備顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)運行參數和狀態(tài)指示，被廣泛運用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，與光伏并網逆變器配套使用可組成一套完整的光伏發(fā)電系統(tǒng)解決方案。

2、光伏并網柜綜合監(jiān)測解決方案

光伏并網柜在運行中，會出現(xiàn)電網側電壓、頻率等方面的波動對本站造成沖擊、負荷過高等現(xiàn)象，不僅會對電網設備造成損壞還會威脅到維護人員的生命**。諧波問題是光伏發(fā)電的主要問題，光伏發(fā)電使用交、直流逆變器，由于逆變器是通過半導體功率開關的開通和關斷作用，把直流電轉變交流電，在此環(huán)節(jié)會產生諧波問題。另外由于光伏項目的不確定性，造成輸出功率的隨機波動，導致電網頻率偏差、電壓波動與閃變等。

針對上述情況，本解決方案利用防孤島保護裝置采集并網電壓、頻率及電網進線電流等信號，當發(fā)生孤島現(xiàn)象時，快速切除并網點，使本站與電網側快速脫離。同時配置電能質量在線監(jiān)測裝置，對電壓諧波、電壓波動與閃變、頻率偏差、電壓不平衡度、電壓暫降/暫升/短時中斷等進行實時監(jiān)測。通過這兩種設備在光伏并網柜中的使用，為電網的可靠運行提供保障。本解決方案設備配置方案如表一。

表一配置方案

裝置名稱	產品型號	應用功能
防孤島保護裝置	AM5SE-IS	逆功率保護、頻率突變跳閘、有壓自動合閘等保護功能
電能質量在線監(jiān)測裝置	APView500	并網柜電能質量監(jiān)測，包括電壓諧波、電壓波動與閃變、頻率偏差、電壓不平衡度、電壓暫降/暫升/短時中斷

3、產品簡介

3.1 AM5SE-IS微機保護裝置

AM5SE-IS防孤島保護裝置主要適用于35kV、10kV及低壓380V光伏發(fā)電、燃氣發(fā)電等新能源并網供電系統(tǒng)。當發(fā)生孤島現(xiàn)象時，可以快速切除并網點，使本站與電網側快速脫離，保證整個電站和相關維護人員的生命**。

? 技術參數

參數類型	指標
額定數據	工作電源	AC/DC 220V或AC/DC 110V，允許偏差±20％
	交流電壓	380V/220V或100V/57.74V
	交流電流	5A或1A
	額定頻率	50Hz或60Hz
功耗	整機功耗	≤15W
	交流電壓回路	≤0.5VA/相（100V）
	交流電流回路	≤0.5VA/相（5A）
定值誤差	電流/電壓定值誤差	≤±3%
	頻率定值誤差	≤±0.02Hz
	定時限時間誤差	2s內, ≤±40ms；>2s, ≤2%整定值±40ms
	反時限時間誤差	≤±5%或±40ms
測量精度	模擬量精度	電流、電壓、功率因數<0.5%，功率<0.5%，頻率≤0.1Hz
	順序記錄分辨率（SOE）	實驗條件下：2ms；通常條件下：1ms
	遙脈分辨率	≤2ms
功耗	運行溫度	-10℃～+55℃
	存儲溫度	-25℃～+70℃
	相對濕度	相對濕度≤95%
	大氣壓力	86～110kPa

? 主要功能

型號	AM5SE-IS
電流采集	8
電壓采集	6
開關量采集	20
繼電器輸出	10
保護功能	三段式過流保護（可經低電壓閉鎖、可帶方向閉鎖）
	反時限過流保護（可經低電壓閉鎖）
	兩段式零序I01過流（可帶方向閉鎖）/I01反時限過流保護
	兩段式零序I02過流（可帶方向閉鎖）/I02反時限過流保護
	低電壓保護（跳閘/告警）
	過電壓保護（跳閘/告警）
	零序過壓保護（跳閘/告警）
	頻率保護（低頻減載/高頻保護）
	頻率突變跳閘
	有壓自動合閘
	重合閘
	后加速過流保護（可經低電壓閉鎖）
	過負荷跳閘/告警
	PT斷線告警
	控制回路斷線告警
	檢同期
	FC閉鎖
	非電量跳閘/告警
	CT斷線告警
	檢修狀態(tài)閉鎖
通訊規(guī)約	ModBus-RTU、 TCP Modbus-RTU
通訊規(guī)約	IEC60870-5-103、 TCP IEC60870-5-103
通訊功能	雙RS485接口
通訊功能	雙以太網接口
輔助功能	故障錄波
	GPS對時
	2路4-20mA輸出

? 外形及開孔尺寸

? 安裝方法

裝置采用面板嵌入式安裝，首先在屏體面板上按開孔尺寸開孔，如圖1。再將裝置按圖2所示放入開孔中，直到裝置面板靠住機柜的面板。將支架放置于機柜面板的內部（上下各有一個支架），如圖3，旋轉4個固定螺絲，使裝置牢固固定在機柜面板上，然后蓋上4個翻蓋即可。（翻蓋上方有小缺口，拆卸時需用一字螺絲刀插入小缺口將翻蓋取下。）

3.2 APView500電能質量在線監(jiān)測裝置

APView500電能質量在線監(jiān)測裝置集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體，能夠滿足通過0.4-35kV電壓等級并網的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)要求，廣泛適用于工業(yè)廠房、商業(yè)屋頂、物流基地、機場交通、高速服務區(qū)等行業(yè)的分布式光伏并網點電能質量監(jiān)測。

? 技術參數

參數類型	指標
額定數據	工作電源	AC/DC220、AC/DC110V或DC48V，允許偏差±20％
	交流電壓	57.74V/100V或220V/380V
	交流電流	5A或1A
	額定頻率	50Hz
功耗	整機功耗	≤15W
	交流電壓回路	≤0.5VA/路
	交流電流回路	≤0.5VA/路
工作環(huán)境	正常工作溫度	-10℃～+45℃
	極限工作溫度	-20℃～+55℃
	貯存溫度	-40℃～+70℃
	相對濕度	5%～95%
	大氣壓力	86kPa～106kPa
	海拔	≤2500米
	防護等級	IP51

? 監(jiān)測精度

基本功能			**度
穩(wěn)態(tài)數據	電壓**值		±0.1%
	電流**值		±0.1%
	有功、無功、視在功率		±0.2%
	功率因數		±0.5%
	電能		0.2級
	電壓偏差		0.01%
	頻率偏差		±0.001Hz
	三相不平衡	電壓不平衡度	±0.15%
		電流不平衡度	±1%
	諧波 (2-63次)	電壓諧波**值	諧波大于1%標稱值：誤差小于5%設定值；諧波小于1%標稱值：誤差小于0.05%標稱電壓值
		電流諧波**值	諧波大于3%標稱值：誤差小于5%設定值；諧波小于3%標稱值：誤差小于0.15%標稱電壓值
	間諧波 (0.5-63.5次)	電壓間諧波**值	諧波大于1%標稱值：誤差小于5%設定值；諧波小于1%標稱值：誤差小于0.05%標稱電壓值
		電流間諧波**值	諧波大于3%標稱值：誤差小于5%設定值；諧波小于3%標稱值：誤差小于0.15%標稱電壓值
	電壓閃變		±5%
	電壓波動		±0.5%
	手動錄波及定時錄波		采樣點可設/周波
暫態(tài)數據	事件類型	電壓暫降	0.2%
		電壓暫升	0.2%
		短時中斷	0.2%
	暫態(tài)事件錄波		1024點/周波
瞬態(tài)	電壓瞬態(tài)		20us
	電流瞬態(tài)		20us
	瞬態(tài)錄波		1024點/周波
對時	IRIG-B		對時**精度：±1ms,時鐘守時精度±1s/24h
	SNTP		對時**精度：±1ms,時鐘守時精度±1s/24h

? 基本功能

基本功能
穩(wěn)態(tài)數據	電壓、電流**值			√
	頻率顯示			√
	基波相角及矢量圖			√
	實時電壓電流波形顯示(顯示通道可配置)			√
	有功、無功、視在功率、功率因數			√
	正向有功、反向有功、正向無功、反向有功電能			√
	電壓、電流序分量			√
	電流、電壓不平衡度			√
	電壓偏差			√
	頻率偏差			√
	峰值因子			√
	諧波 (2-63次)	電壓、電流諧波**值		√
		電壓、電流諧波含有率		√
		電壓、電流諧波總畸變(THD)		√
		電流總需求畸變(TDD)		√
		電壓、電流諧波相角		√
		K因子		√
		奇次諧波畸變率		√
		偶次諧波畸變率		√
		各次諧波電能		√
		各次諧波功率		√
	間諧波 (0.5-63.5次)	電壓、電流間諧波**值		√
		電壓、電流間諧波含有率		√
	電壓閃變(短閃變、長閃變)			√
	電壓波動			√
暫態(tài)數據	電壓中斷			√
	電壓暫降			√
	電壓暫升			√
瞬態(tài)	電壓瞬態(tài)			√
	電流瞬態(tài)			√
事件記錄	暫態(tài)事件	暫態(tài)事件越限觸發(fā)		√
	穩(wěn)態(tài)事件	穩(wěn)態(tài)事件越限觸發(fā)		√
	工作日志	記錄裝置工作信息		√
	事件記錄按照事件的時間標簽排序			√
故障錄波	事件觸發(fā)錄波	故障波形前后周期可設置		√
	手動觸發(fā)錄波	錄波采樣點數可設置		√
	定時觸發(fā)錄波	錄波采樣點數可設置		√
	上位機觸發(fā)錄波	錄波采樣點數可設置		√
通訊	IEC61850			■
	Modbus-RTU			√
	Modbus-TCP			√
	WebServer			√
	打印機接口			√
對時	GPS對時(IRIG-B)			√
	SNTP			√
	手動對時			√
硬件資源	模擬量輸入AI	8個/16個		■
	干接點出口DO	16個	開關量出口接口用戶可自由配置	√
	開關量輸入DI	22個	需要外接電源	■
	USB接口	1個	用于維護與文件導出	√
	RS485	2個		√
	RS232	1個		√
	GPS對時接口	1個		√
	以太網接口	4個	面板1(維護)+背部3	√