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光伏并網柜保護監測解決方案
分布式并網光伏系統是利用光伏組件將太陽能直接轉變為電能的發電方式，并且能一定程度保證發電的穩定性、可靠性及供給配電網電能質量，是一種新型的、環保型且具有長遠發展前景的發電系統。該系統在用戶所在場地或附近建設運行，以用戶側自發自用為主、多余電量上網且在配電網系統平衡調節為特征的光伏發電設施。它能夠就近逐步解決用戶的用電問題，通過并網送去實現供電差額的補償與外送。光伏電源處于用戶側，發電供給當地負荷，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。分布式光伏發電系統規模較小，可以根據實際要求進行建設，建設區域選擇性較大，在未來能源綜合利用發展中有很大的發展空間。
并網柜主要由刀閘、斷路器及有關的控制元件組成，由于其連接發電機系統和電網系統，安裝有完備的并網保護裝置，起到發電機并網作用，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、計量光伏發電的總量，方便故障檢修管理，提高發電系統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、無功補償等多項保護功能，同時具備顯示光伏發電系統運行參數和狀態指示，被廣泛運用于光伏發電系統，與光伏并網逆變器配套使用可組成一套完整的光伏發電系統解決方案。
光伏并網柜在運行中，會出現電網側電壓、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。諧波問題是光伏發電的最主要問題，光伏發電使用交、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，在此環節會產生諧波問題。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，當發生孤島現象時，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 |
電能質量在線監測裝置 | APView500 | 并網柜電能質量監測，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光伏發電、燃氣發電等新能源并網供電系統。當發生孤島現象時，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
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<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 | |
檢修狀態閉鎖 | |
通訊規約 | 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電能質量在線監測裝置集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、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電系統要求，廣泛適用于工業廠房、商業屋頂、物流基地、機場交通、高速服務區等行業的分布式光伏并網點電能質量監測。
? 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 | |
? 監測精度
精確度 | |||
穩態數據 | 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 | ±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% | ||
暫態事件錄波 | 1024點/周波 | ||
瞬態 | 電壓瞬態 | 20us | |
電流瞬態 | 20us | ||
瞬態錄波 | 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 | |||
穩態數據 | 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 | √ | ||
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 | √ | ||
暫態數據 | 電壓中斷 | √ | |
電壓暫降 | √ | ||
瞬態 | 電壓瞬態 | √ | ||
電流瞬態 | √ | |||
事件記錄 | 暫態事件 | 暫態事件越限觸發 | √ | |
穩態事件 | 穩態事件越限觸發 | √ | ||
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 | 事件觸發錄波 | 故障波形前后周期可設置 | √ | |
手動觸發錄波 | 錄波采樣點數可設置 | √ | ||
定時觸發錄波 | 錄波采樣點數可設置 | √ | ||
上位機觸發錄波 | 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 | √ | |
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市電一次系統圖
一次系統上圖
2、方案設計
一次方案設計圖
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