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光伏并網柜保護監(jiān)測解決方案
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?shù)刎摵?，可以有效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，從而有效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(jù)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)的安全性和經濟效益。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?shù)榷囗棻Ｗo功能，同時具備顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)運行參數(shù)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。
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安全。諧波問題是光伏發(fā)電的最主要問題，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，把直流電轉變成交流電，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 |
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安全。
? 技術參數(shù)
參數(shù)類型 | 指標 | |
額定數(shù)據(jù) | 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xsj誤差 | 2s內, ≤±40ms；>2s, ≤2%整定值±40ms | |
反時XSJ誤差 | ≤±5%或±40ms | |
測量精度 | 模擬量精度 | 電流、電壓、功率因數(shù)<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 |
IEC60870-5-103、 TCP IEC60870-5-103 | |
通訊功能 | 雙RS485接口 |
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，最后蓋上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。）
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(shù)
參數(shù)類型 | 指標 | |
額定數(shù)據(jù) | 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
精確度 | |||
穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù) | 電壓有效值 | ±0.1% | |
電流有效值 | ±0.1% | ||
有功、無功、視在功率 | ±0.2% | ||
功率因數(shù) | ±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) | 電壓諧波有效值 | 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 | |
電流諧波有效值 | 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) | 電壓間諧波有效值 | 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 | |
電流間諧波有效值 | 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(shù)據(jù) | 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 | 對時絕對精度：±1ms,時鐘守時精度±1s/24h | |
SNTP | 對時絕對精度：±1ms,時鐘守時精度±1s/24h | ||
? 基本功能
基本功能 | |||
穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù) | 電壓、電流有效值 | √ | |
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(shù) | √ | ||
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、電流諧波有效值 | √ | |
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、電流間諧波有效值 | √ | |
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(shù)據(jù) | 電壓中斷 | √ | |
電壓暫降 | √ | ||
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(shù)可設置 | √ | ||
定時觸發(fā)錄波 | 錄波采樣點數(shù)可設置 | √ | ||
上位機觸發(fā)錄波 | 錄波采樣點數(shù)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 | √ | |
注：√表示標配功能，■表示可選功能。
1、配電室上圖方案
一次系統(tǒng)上圖
2、方案設計
一次方案設計圖
1、配電室上圖方案
10kV市電一次系統(tǒng)圖
一次系統(tǒng)上圖
2、方案設計
一次方案設計圖
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