光伏并網柜保護監測解決方案

安科瑞張俊杰

1、光伏并網柜簡介

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**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。

2、光伏并網柜綜合監測解決方案

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**。諧波問題是光伏發電的主要問題，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

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**。

? 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
	檢修狀態閉鎖
通訊規約	ModBus-RTU、 TCP Modbus-RTU
通訊規約	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電能質量在線監測裝置

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

基本功能			**度
穩態數據	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**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
穩態數據	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			√
暫態數據	電壓中斷			√
	電壓暫降			√
	電壓暫升			√
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	√