分布式光伏并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測裝置

安科瑞 陳聰

分布式光伏并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測裝置概述

APView500PV電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置采用了高性能多核平臺(tái)和嵌入式操作系統(tǒng)，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術(shù)-電能質(zhì)量測量方法》中規(guī)定的各電能質(zhì)量指標(biāo)的測量方法進(jìn)行測量，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。裝置在電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)測量方法的標(biāo)準(zhǔn)化和指標(biāo)參數(shù)的測量精度以及時(shí)鐘同步、事件告警功能等各個(gè)方面均達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠滿足通過0.4-35kV電壓等級并網(wǎng)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(jī)場交通、高速服務(wù)區(qū)等行業(yè)的分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量監(jiān)測。

分布式光伏并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測裝置特點(diǎn)

①高性能的硬件平臺(tái)

裝置采用基于Xilinx SoC構(gòu)架的雙ARM內(nèi)核處理器，ARM1運(yùn)行嵌入式Linux、TCP/IP協(xié)議、Http協(xié)議、Web服務(wù)器、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析，ARM2用來數(shù)據(jù)采樣、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)計(jì)算。裝置每周波采樣高達(dá)1024點(diǎn)，具備高測量精度能準(zhǔn)確記錄故障波形。采用eMMC進(jìn)口高速存儲(chǔ)芯片容量達(dá)到32GB，可以長期存儲(chǔ)事件記錄與故障波形等數(shù)據(jù)。具備友好的人機(jī)界面，800*480像素點(diǎn)陣彩色大尺寸液晶可就地查看實(shí)時(shí)波形與故障波形，方便用戶故障分析。

②豐富的接口資源

4路交流電壓；

4路交流電流；

16路可編程無源繼電器出口；

22路有源開關(guān)量輸入；

2路RS485串行通訊接口，支持Modbus-RTU規(guī)約；

4路以太網(wǎng)接口，其中3個(gè)支持Modbus-TCP、IEC 61850 MMS、FTP，1個(gè)支持裝置升級維護(hù)；

1路GPS對時(shí)接口，支持IRIG-B對時(shí)方式；

1路USB接口，可用于裝置維護(hù)。

③可靠性設(shè)計(jì)

裝置軟硬件具有持續(xù)完善的自檢功能，抗干擾性能好，裝置通過多項(xiàng)電磁兼容檢測認(rèn)證，電快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌抗干擾性能均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

功能對照表

表1.1 功能對照表

注：√表示標(biāo)配功能，■表示可選功能，×表示不具備此功能呢。

裝置型號命名及選型

功能簡介

①人機(jī)界面功能

裝置面板上采用5寸彩色LCD屏，以圖形方式顯示主要電能質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)?？蓪ρb置硬件時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置，并可對監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、修改，對裝置進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)置、密碼設(shè)置等操作。

②記錄存儲(chǔ)功能：

可對監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存，1min數(shù)據(jù)(Max、Min、平均值、95%概率大值、均方根值)在裝置上最長保存時(shí)間為90天，之后按"*先出"原則更新。

③通訊功能

2個(gè)RS485串行通訊接口，支持Modbus-RTU協(xié)議，能夠讀取所有被測量參數(shù)；提供3個(gè)以太網(wǎng)接口，支持Modbus-TCP、IEC 61850 MMS、FTP，能夠讀取所有被測量參數(shù)；提供一個(gè)以太網(wǎng)維護(hù)口，用于頁、裝置軟件升級；

④GPS 對時(shí)功能

裝置具有GPS硬對時(shí)接口，支持IRIG-B碼對時(shí)。

⑤告警功能

可根據(jù)用戶設(shè)定的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)各項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)的限值，啟動(dòng)告警功能。當(dāng)某一告警觸發(fā)時(shí)，裝置會(huì)記錄事件記錄并觸發(fā)錄波。

⑥錄波功能

裝置對每個(gè)告警事件都能觸發(fā)錄波，并提供手動(dòng)觸發(fā)錄波、定時(shí)觸發(fā)錄波和上位機(jī)觸發(fā)錄波功能。

⑦本地PQDIF文件生成功能

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以PQDIF文件格式保存，記錄數(shù)據(jù)包括2h內(nèi)的故障錄波波形和穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)。穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)包含裝置每1min統(tǒng)計(jì)的“Max"“Min"“平均值"“均方根值"“95%概率值"整2h保持的數(shù)據(jù)。記錄的故障錄波數(shù)據(jù)和穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)均可通過工具軟件查看。記錄1min內(nèi)“Max"“Min"“平均值"“均方根值"“95%概率值"生成一個(gè)記錄數(shù)據(jù)點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)整2小時(shí)形成一個(gè)存儲(chǔ)文件，可通過查看軟件觀察線路變化趨勢。

⑧Web功能

集成嵌入式Web Server功能，支持不同權(quán)限等級的用戶登錄訪問。不同等級用戶使用不同8位密碼登錄，分別為“游客"：00000000；“管理員"：********；“調(diào)試員"：********。用戶可通過瀏覽器直接連接裝置，實(shí)時(shí)查看電能質(zhì)量數(shù)據(jù)和設(shè)置裝置參數(shù)。

連接方法：

1)將裝置與電腦用網(wǎng)線互聯(lián)；

2)進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置-通訊設(shè)置菜單查看所連接以太網(wǎng)口對應(yīng)的IP地址，例如：192.168.103.219；

3)將電腦IP與裝置IP設(shè)置到同一網(wǎng)段；

4)打開電腦IE瀏覽器在地址輸入欄輸入IP地址并回車。

圖1.1 Web登錄界面

此時(shí)顯示用戶登錄界面，用戶選擇身份并輸入登錄密碼。用戶登錄后左側(cè)顯示功能菜單，右側(cè)顯示裝置信息與數(shù)據(jù)。

圖1.2 裝置信息界面

查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù):單擊左側(cè)菜單“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)"，右側(cè)顯示線路1實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

“線路1"：可切換查看其它線路數(shù)據(jù)，修改完鼠標(biāo)單擊“提交"確定切換；

“生成電子表格"：將顯示的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)生成.xls格式的表格，鼠標(biāo)單擊文件名可選擇打開表格或者另存。

“基本數(shù)據(jù)"、“功率顯示"、“電能顯示"、“諧波數(shù)據(jù)"等：切換不同顯示數(shù)據(jù)。如圖1.3所示。

圖1.3 基本數(shù)據(jù)界面

錄波文件：單擊左側(cè)菜單“錄波文件"，再選擇對應(yīng)的事件記錄，可查看該事件記錄的波形。

圖1.4 波形界面

2技術(shù)參數(shù)

工作電源

額定值：AC/DC220、AC/DC110V或DC48V

允許偏差：－20％～＋20％；

功率消耗：不大于15W；

交流電流輸入

輸入方式： 電流互感器輸入；

額定值In：5A或1A；

測量范圍：0～1.2In；

功率消耗：不大于0.5VA/路；

過載能力：1.2In 連續(xù)工作；

20倍額定電流允許1s。

注：直流分量測量范圍為0～2In。

交流電壓輸入

輸入方式： 電壓互感器輸入；

額定值Un： 57.74V/100V或220V/380V；

測量范圍： 0～1.2Un；

功率消耗： 不大于0.5VA/路；

過載能力：1.2Un 連續(xù)工作；

4倍額定電壓允許1s。

注：直流分量測量范圍為0～2Un。

開關(guān)量輸入

額定電壓： AC/DC220V、AC/DC110V或DC48V。

開關(guān)量輸出

機(jī)械壽命： ≥10000次；

輸出方式： 無源干接點(diǎn)；

接通容量： ≤4000W或≤384VA；

導(dǎo)通電流： 連續(xù)≥16A(AC250V/DC24V)，短時(shí)(200ms)≥30A;

通訊接口

①以太網(wǎng)

接口速率： 10/100M 自適應(yīng)；

接口類型： 10/100Base—T；

支持TCP/IP，F(xiàn)TP 協(xié)議；

②RS485 接口

接口速率： RS485：300～57600bps；

帶光電隔離。

監(jiān)測精度對照表

表2.1 監(jiān)測精度對照表

注1：表中為標(biāo)稱電壓，為標(biāo)稱電流。

注2：為第h次(間)諧波電壓實(shí)際測試值；為第h次(間)諧波電壓給定值。

注3：為第h次(間)諧波電流實(shí)際測試值；為第h次(間)諧波電流給定值。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 14549 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波；

GB/T 18481 電能質(zhì)量暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓；

GB/T 19862 電能質(zhì)量 監(jiān)測設(shè)備通用要求；

GB/T 12325 電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差；

GB/T 12326 電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變；

GB/T 15543 電能質(zhì)量 三相電壓允許不平衡度；

GB/T 15945 電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率允許偏差；

GB/T 24337 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波；

GB/T 19964 光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定；

GB/T 29319 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定；

GB/T 33342 戶用分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接口技術(shù)規(guī)范；

GB/T 19939 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求；

IEC 61000-4-30 電能質(zhì)量測量方法；

IEC 61000-4-15 閃變儀-功能和設(shè)計(jì)規(guī)范；

GB/T 2423.10 環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Fc:振動(dòng)(正弦)；

GB/T 2423.5 環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Ea和導(dǎo)則：沖擊；

GB/T 17626.4 電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)；

GB/T 17626.3 電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)；

GB/T 17626.2 電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn)；

GB/T 17626.5 電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)；

GB/T 2423.2 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)B：高溫；

GB/T 2423.1 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)A：低溫；

GB/T 2423.4 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Db交變濕熱(12h+12h循環(huán))；

GB/T 4208 外殼防護(hù)等級(IP代碼)。

工作環(huán)境

正常工作溫度：-10℃～+55℃；

貯存溫度：-30℃～+80℃；

相對濕度：5％～95％；

大氣壓力：86kPa～106kPa；

海拔：≤2500 米；

防護(hù)等級：IP51。

安全性能

①絕緣強(qiáng)度

裝置能承受有效值為2kV、頻率為50Hz、歷時(shí)1min 的絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)，而無擊穿和閃絡(luò)現(xiàn)象。

②絕緣電阻

用開路電壓為500V 的兆歐表測量裝置的絕緣電阻值，正常試驗(yàn)大氣條件下各等級的各回路絕緣電阻不小于20MΩ。

③沖擊電壓

在正常試驗(yàn)大氣條件下，裝置的電源輸入回路、交流輸入回路、輸出觸點(diǎn)回路對地以及回路之間能承受1.2/50μs 的標(biāo)準(zhǔn)雷電波的短時(shí)沖擊電壓試驗(yàn)，開路試驗(yàn)電壓5kV。

④耐濕熱性能

裝置應(yīng)能承受GB/T 2423.9-2001 規(guī)定的恒定濕熱試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度+40℃±2℃、相對濕度(93 ± 3)％，試驗(yàn)時(shí)間為48小時(shí)，在試驗(yàn)結(jié)束前2小時(shí)內(nèi)，用500V直流兆歐表，測量各外引帶電回路部分外露非帶電金屬部分及外殼之間、以及電氣上無聯(lián)系的各回路之間的絕緣電阻應(yīng)不小于1.5MΩ；介質(zhì)耐壓強(qiáng)度不低于介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)電壓幅值的75％。

電磁兼容性能

電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度滿足GB/T 17626.11和GB/T17626.29的要求；

射頻電磁場輻射抗擾度應(yīng)按照GB/T 17626.3中規(guī)定，滿足嚴(yán)酷等級4級的要求；

電快速瞬變脈沖群抗擾度應(yīng)按照GB/T17626.4中規(guī)定，滿足嚴(yán)酷等級4級的要求；

靜電放電抗擾度應(yīng)按照GB/T 17626.2中規(guī)定，滿足嚴(yán)酷等級4級的要求；

浪涌抗擾度應(yīng)按照GB/T 17626.5中規(guī)定，滿足嚴(yán)酷等級4級的要求；

工頻磁場抗擾度應(yīng)按照GB/T 17626.8中規(guī)定，滿足嚴(yán)酷等級4級的要求；

射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度應(yīng)按照GB/T 17626.6中規(guī)定，滿足嚴(yán)酷等級3級的要求；

振蕩波抗擾度應(yīng)按照GB/T 17626.12中規(guī)定，滿足嚴(yán)酷等級4級的要求。

機(jī)械性能

①機(jī)械振動(dòng)

裝置能承受GB/T2423.10中規(guī)定的振動(dòng)耐久能力試驗(yàn)。

②機(jī)械沖擊

裝置能承受GB/T2423.5 中規(guī)定的沖擊響應(yīng)試驗(yàn)。

3機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣安裝

開孔尺寸與安裝方式

裝置采用嵌入式安裝，首先在柜（屏）體面板上按3.1所示開孔，再將裝置按圖3.2所示放入開孔中，直到裝置面板靠住柜（屏）的面板。再將固定螺絲旋入螺絲孔，使裝置牢固在柜（屏）上。

圖3.1 外形及開孔尺寸圖

圖3.2 安裝示意圖

背部端子圖

圖3.3 1U1I背部端子圖

X1端子：

1IA、1IB、1IC為回路1三相電流；1UA、1UB、1UC為回路1三相電壓；

1I0為回路1外接零序電流，1U0為回路1外接零序電壓。

未標(biāo)記端子不接入信號。

X2端子：

RS485_1A、RS485_1B，第1路RS485串行通訊接口；

RS485_2A、RS485_2B，第2路RS485串行通訊接口；

IRIG-B+、IRIG-B-，GPS對時(shí)接口（IRIG-B對時(shí)協(xié)議）；

RS232_TX、RS232_TX，裝置維護(hù)接口。

X6端子：

繼電器出口，X6.1與X6.2為一個(gè)繼電器觸點(diǎn)。

X5端子：

開關(guān)量輸入，COMA為DI1至DI11的信號公共端；

COMB為DI12至DI22的信號公共端。

X4端子：

為裝置的輔助電源，X4.4為裝置地接口(裝置安裝時(shí)請務(wù)必接地)。

ETH1、ETH2、ETH3以太網(wǎng)接口。

接線方式

圖3.4 3CT電流接線

圖3.5 2CT電流接線

圖3.6 3PT電壓接線

圖3.7 2PT電壓接線

接地

為保證裝置的安全運(yùn)行和人身安全，裝置外殼與變電站、電廠的地網(wǎng)可靠連接。同時(shí)為保證裝置在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠運(yùn)行，考慮了許多隔離、濾波、安全措施，這些措施要發(fā)揮作用，裝置需要有良好的接地。因此，裝置的接地非常重要。裝置在X4端子上設(shè)有接地端子X4.4（標(biāo)志為EARTH），需要用不小于4mm2專用接地導(dǎo)線(黃綠雙色)將該端子與大地可靠連接。

電源

裝置支持交流或直流電源輸入，支持AC/DC110V、AC/DC220V和DC48V 三種規(guī)格(額定值)，工作范圍是(80％～120％)額定值。在裝置上電前，需要核對裝置側(cè)面的銘牌，以確保裝置實(shí)際提供的電源與現(xiàn)場的電源范圍一致，防止損壞裝置。

模擬量輸入回路

裝置交流電流回路需要用可靠壓接的不小于2.5mm2的帶色標(biāo)的導(dǎo)線連接至屏、柜的電流輸入端子處，裝置端子上的螺絲需要有彈簧墊圈并擰緊，以防止交流電流回路開路；交流電壓回路需要用可靠壓接的不小于1.5mm2的導(dǎo)線連接至屏、柜的電流輸入端子處。

通訊端口的連接

裝置提供3個(gè)以太網(wǎng)通訊網(wǎng)口EN1、EN2、EN3，分別為10/100M的網(wǎng)口（具有換相功能），采用RJ45接口。裝置提供2個(gè)RS485串行通訊接口485A1/B1、485A2/B2，支持300～57600bps，通訊連接時(shí)選用屏蔽雙絞線以提高可靠性。

4人機(jī)界面

裝置的人機(jī)交互包括液晶顯示、LED指示燈、按鍵和USB/以太網(wǎng)維護(hù)口。裝置液晶采用5寸彩色LCD，分辨率為800*480，可以顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量、事件記錄、用戶定值、系統(tǒng)設(shè)置、裝置調(diào)試等數(shù)據(jù)。

圖4.1 前面板說明

按鍵

表4.1 按鍵功能說明

面板指示燈

LED燈用來指示裝置的運(yùn)行狀態(tài)、通訊狀態(tài)和電能質(zhì)量指標(biāo)。

表4.2 面板指示燈功能說明

快速導(dǎo)航

圖4.2 快速導(dǎo)航示意圖

5檢測報(bào)告