逆變器類低壓分布式電源并網(wǎng)一體化裝置研究

于喬，湯磊，寇巖

（1.國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東青島266002；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250000）

逆變器類低壓分布式電源并網(wǎng)一體化裝置研究

于喬1，湯磊1，寇巖2

（1.國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東青島266002；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250000）

分析逆變器類分布式低壓電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置的研制背景。介紹分布式電源一體化裝置的主要功能，包括電能質(zhì)量在線監(jiān)測與分析、分布式電源與配電網(wǎng)繼電保護(hù)、分布式電源數(shù)據(jù)通信和分布式電源自動控制。按照功能，將并網(wǎng)一體化裝置設(shè)計(jì)為6個(gè)模塊，即模擬量數(shù)字量的采集、電能質(zhì)量分析與自動控制、電量計(jì)量、繼電保護(hù)、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)通信模塊。其中，電能質(zhì)量分析與自動控制模塊為該裝置的核心部分，采用高精度的采樣數(shù)據(jù)，按照國標(biāo)對電壓波動閃變、電壓偏差、電壓不平衡等指標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算，通過相關(guān)邏輯判斷，自動完成分布式電源的異常告警、故障切除及恢復(fù)并網(wǎng)。通過試運(yùn)行，一體化裝置能夠簡化并網(wǎng)流程，提升分布式電源運(yùn)行的可靠性。

逆變器；分布式電源；并網(wǎng)一體化裝置；電能質(zhì)量分析與自動控制

0　引言

2013年2月27日，國家電網(wǎng)公司發(fā)布了《關(guān)于做好分布式電源并網(wǎng)服務(wù)工作的意見》，對分布式電源并網(wǎng)后的電能質(zhì)量、計(jì)量方式、繼電保護(hù)、數(shù)據(jù)通信提出了明確的技術(shù)要求。現(xiàn)有分布式電源并網(wǎng)策略存在設(shè)備兼容性差、信息無法集中上傳、并網(wǎng)調(diào)試周期長、運(yùn)行維護(hù)較為繁瑣、電網(wǎng)側(cè)對分布式電源控制能力較弱等缺點(diǎn)。隨著分布式電源并網(wǎng)項(xiàng)目的日益增多，尋求高效、規(guī)范的并網(wǎng)解決方案勢在必行。

介紹由青島供電公司研制的集電能質(zhì)量分析、自動控制、繼電保護(hù)、計(jì)量、數(shù)據(jù)通信等功能于一身的一體化并網(wǎng)裝置，操作簡單、可靠性高、兼容性強(qiáng)、安裝于逆變器類低壓分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)、“即插即用”。

1　功能介紹

電能質(zhì)量在線監(jiān)測與分析。對于逆變器類低壓分布式電源輸出電能，進(jìn)行高精度在線監(jiān)測，以某時(shí)刻之前一段時(shí)間統(tǒng)計(jì)值為標(biāo)的，對應(yīng)國家規(guī)范所要求各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，提取超標(biāo)數(shù)據(jù)，發(fā)出告警指令［1］。

分布式電源與配電網(wǎng)繼電保護(hù)。分布式電源接入會對配電網(wǎng)繼電保護(hù)產(chǎn)生不利影響，分布式電源逆變器保護(hù)應(yīng)與配電網(wǎng)保護(hù)相互配合，形成完整的分布式電源系統(tǒng)保護(hù)策略。

分布式電源數(shù)據(jù)通信。分布式電源數(shù)據(jù)通信應(yīng)具備較高的設(shè)備兼容性、較強(qiáng)的保密設(shè)置，系統(tǒng)配置合理實(shí)用，與調(diào)度自動化系統(tǒng)對接良好。

分布式電源自動控制。根據(jù)電能質(zhì)量在線監(jiān)測與分析所得數(shù)據(jù)，從保障公共電網(wǎng)電能質(zhì)量角度出發(fā)，自動控制分布式電源的投入；準(zhǔn)確判別電能質(zhì)量污染源，及時(shí)切除，并可及時(shí)恢復(fù)誤切的分布式電源。

2　結(jié)構(gòu)說明

并網(wǎng)一體化裝置由采樣模塊、電能質(zhì)量分析與自動控制模塊、保護(hù)模塊、計(jì)量模塊、數(shù)據(jù)存取模塊、通信模塊、電源模塊、人機(jī)對話模塊構(gòu)成。整個(gè)裝置以電能質(zhì)量分析與自動控制模塊為核心，裝置外接交流220 V電源，裝置內(nèi)置電池，可在交流斷電的條件下保障裝置信息與記錄不會丟失。

2.1模擬量和數(shù)字量的采集

模擬量采集。裝置內(nèi)置霍爾傳感器采集交流、直流電流分量；電壓采樣直接采集一次實(shí)際值。

數(shù)字量采集。裝置具備數(shù)字量采集功能，可采集多組外部數(shù)字量，所有開入量均可經(jīng)通信模塊上送。

2.2電能質(zhì)量分析與自動控制

該模塊是一體化裝置的核心部分，以高精度電能質(zhì)量分析為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)分布式電源系統(tǒng)的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測與自動控制功能。按GB 19862—2005《電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》計(jì)算電壓電流諧波，電壓波動閃變，電壓偏差，電壓不平衡度數(shù)據(jù)。對并網(wǎng)點(diǎn)的電流、電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并進(jìn)行電能質(zhì)量進(jìn)行分析，分析指標(biāo)包括交流電流、電壓基波分量、諧波分量、零序電流、負(fù)序電流、電壓波動值、電壓偏差、電壓閃變、電壓不平衡度、電流直流分量、無功平衡度等，形成標(biāo)準(zhǔn)格式的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。同時(shí)裝置具有暫態(tài)檢測及錄波功能。

自動控制功能是以電能質(zhì)量分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量指標(biāo)不合格且超過告警值時(shí)，裝置發(fā)出告警信息；當(dāng)不合格率超過動作值時(shí)，裝置可出口跳閘，強(qiáng)制斷開分布式電源系統(tǒng)，并繼續(xù)分析電能質(zhì)量變化情況。若分布式電源斷開后電能質(zhì)量指標(biāo)未被改善，則經(jīng)一定延時(shí)自動將分布式電源并網(wǎng)，繼續(xù)發(fā)告警信息。邏輯控制如圖1所示。

圖1　分布式電源自動控制邏輯圖

1）基于電能質(zhì)量進(jìn)行分析。當(dāng)逆變器處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，若并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量指標(biāo)出現(xiàn)不合格且超過告警值，則電能質(zhì)量分析模塊發(fā)出告警信息（可將延時(shí)t1設(shè)置為零），告警方式為指示燈告警，并產(chǎn)生內(nèi)部告警遙信；當(dāng)越限跳閘時(shí)間超過t2，裝置開出動作輸出，跳開并網(wǎng)的分布式電源；當(dāng)越限跳閘時(shí)限超過t3，電能質(zhì)量仍未得到改善，則判定分布式電源輸出電能正常，裝置發(fā)出控制命令將分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行［2］。

2）定值設(shè)置。諧波超標(biāo)、頻率偏差超標(biāo)、電壓正偏差超標(biāo)、電壓負(fù)偏差超標(biāo)、電壓閃變超標(biāo)、電壓不平衡度超標(biāo)、直流分量超標(biāo)、電能質(zhì)量指標(biāo)超標(biāo)報(bào)警時(shí)間、電能質(zhì)量超標(biāo)跳閘時(shí)間、電能質(zhì)量恢復(fù)判斷時(shí)間、電能質(zhì)量恢復(fù)合閘時(shí)間（定值誤差不超過5%）。告警限值和跳閘限值相同，告警時(shí)限、跳閘時(shí)限、合閘時(shí)限均不同，告警時(shí)限小于跳閘時(shí)限［3］。

3）控制值設(shè)置。通過設(shè)置控制值可以關(guān)閉和投入電能質(zhì)量超標(biāo)跳閘功能，如：諧波超標(biāo)跳閘投入，電壓波動超標(biāo)跳閘投入，電壓正偏差超標(biāo)跳閘投入、電壓負(fù)偏差超標(biāo)跳閘投入、電壓閃變超標(biāo)跳閘投入、電壓不平衡度超標(biāo)跳閘投入、直流分量超標(biāo)投入等電能質(zhì)量超標(biāo)跳閘投入［1］。

2.3電量計(jì)量

獨(dú)立式電量計(jì)量模塊以內(nèi)置電能表形式實(shí)現(xiàn)，采集并網(wǎng)點(diǎn)的計(jì)量采樣值，并實(shí)時(shí)計(jì)算分布式電源供給電網(wǎng)的有功功率、無功功率，以及電網(wǎng)反向供給分布式系統(tǒng)的有功功率、無功功率［4］。

2.4繼電保護(hù)

裝置通過具備低壓脫扣、過流保護(hù)、斷路保護(hù)功能的斷路器來實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能，主要功能為在電網(wǎng)側(cè)設(shè)置一個(gè)可靠的斷開點(diǎn)，可作為逆變器保護(hù)的后備［5］。

2.5數(shù)據(jù)存儲

主要對保護(hù)及自動控制模塊、電能質(zhì)量分析模塊、電量計(jì)量模塊的相關(guān)信息可通過數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲。

1）保護(hù)事件存儲。

2）電能質(zhì)量不合格數(shù)據(jù)的存儲。當(dāng)電能質(zhì)量不合格時(shí)，對電能質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行存儲，以24 h為單位，若24 h后電能質(zhì)量恢復(fù)正常，則裝置停止對統(tǒng)計(jì)結(jié)果的存儲。若指標(biāo)持續(xù)不合格，則進(jìn)入下一個(gè)24 h統(tǒng)計(jì)階段。

3）計(jì)量模塊事件。裝置根據(jù)實(shí)際需求可記錄應(yīng)記錄各相失、斷相壓次數(shù)，失壓斷相等發(fā)生時(shí)刻、結(jié)束時(shí)刻及對應(yīng)的電能量數(shù)據(jù)等信息；并支持失壓、斷相、開表蓋、開端鈕蓋等重要事件記錄的主動上報(bào)。

4）保護(hù)事件記錄與電能質(zhì)量分析結(jié)果等，該部分可通過USB接口取出。

2.6數(shù)據(jù)通信

一體化裝置同時(shí)具備光纖、3路RS485有線傳輸方式及GPRS無線通信方式。無線通信方式下，使用內(nèi)置SIM卡經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)與主站相連。無線（GSM/ GPRS、CDMA等）通信模塊符合通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1214和YD/T 1208有關(guān)要求。支持TCP與UDP兩種通信方式，通信方式由主站設(shè)定，默認(rèn)為TCP方式；在TCP通信方式下，終端初始化后和到心跳周期（無信號監(jiān)測通道正常）時(shí)，主動與主站心跳3次，如不成功則在下一個(gè)心跳周期之前不再主動心跳；心跳周期由主站設(shè)置。公網(wǎng)通信底層協(xié)議符合DL/T 645—2007《多功能電能表通信協(xié)議》及其備案文件的要求。通信上傳數(shù)據(jù)包括低壓分布式電源并網(wǎng)狀態(tài)、逆變器狀態(tài)；低壓分布式電源有功和無功輸出、發(fā)電量、功率因數(shù)等遙測量；一體化裝置保護(hù)動作、各模塊告警信號、電能質(zhì)量指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量（24 h為單位）等遙信量；公共連接點(diǎn)、并網(wǎng)點(diǎn)斷路器的開關(guān)狀態(tài)等遙信量。

3　裝置特點(diǎn)

分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)電能雙向計(jì)量、電能質(zhì)量背景測試；分布式電源繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)相互配合；分布式電源具有明顯的可視斷開點(diǎn)。

一體化裝置并網(wǎng)安裝調(diào)試方便，簡化并網(wǎng)流程，提升分布式電源運(yùn)行可靠性；電能質(zhì)量在線監(jiān)測與分析功能及時(shí)掌握分布式電源輸出電能情況，當(dāng)輸出電能不合格時(shí)告警；并網(wǎng)開關(guān)自動控制功能增強(qiáng)了電網(wǎng)對逆變器類分布式電源的控制，保障接入電網(wǎng)電能質(zhì)量合格；一體化裝置支持多種通信方式，兼容性強(qiáng)，方便建立分布式設(shè)備與調(diào)度自動化系統(tǒng)的有效連接。

逆變器類低壓分布式電源并網(wǎng)一體化裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，并對各模塊進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)信息共享與軟硬件兼容，裝設(shè)于公共電網(wǎng)與逆變器類低壓分布式電源之間，實(shí)現(xiàn)了裝置并網(wǎng)的程序化操作。該裝置集電能質(zhì)量分析、自動控制、繼電保護(hù)、計(jì)量、數(shù)據(jù)通信等功能于一身，有效提高裝置數(shù)字化、集成化程度，能夠節(jié)約投資、提高效益、減少維護(hù)工作量。

4　結(jié)語

逆變器類低壓分布式電源并網(wǎng)一體化裝置經(jīng)過試運(yùn)行和整體化驗(yàn)收后，正式投入運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，未發(fā)生異?，F(xiàn)象，滿足設(shè)計(jì)要求。

［1］劉楊華，吳政球，涂有慶，等.分布式發(fā)電及其并網(wǎng)技術(shù)綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（15）：71-76.

［2］杜秀麗，黃琦，張昌華，等.基于微電網(wǎng)的并網(wǎng)逆變技術(shù)研究綜述［J］.浙江電力，2009（4）：17-21.

［3］吳爭榮，王鋼，李海鋒，等.含分布式電源配電網(wǎng)的相間短路故障分析［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（1）：130-136.

［4］李海英，閔建平.兼顧分布式發(fā)電系統(tǒng)特征的電能質(zhì)量評估［J］.電力自動化設(shè)備，2014，34（4）：31-36.

［5］許偲軒，陸于平.分布式發(fā)電智能電網(wǎng)的充分式保護(hù)原理與方法［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（22）：18-23.

Integrated Grid-tie Inverter Device for Low-voltage Distributed Power Supply

YU Qiao1，TANG Lei1，KOU Yan2
（1.State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao 266002，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250000，China）

Development background of integrated grid-tie inverter device for low-voltage distributed power supply（DPS）is analyzed.Four main functions are introduced，including online monitoring and analysis of power quality，relay protection of the DPS and distribution power network，data communication of the DPS，automatic control of the DPS.Based on these functions，the device can be divided into six parts，such as acquisition of analog and digital data，power analysis and automatic control of power supply，power measuring，relay protection，data storage and data communication.Among these functions，the core part is analysis and automatic control of the DPS using high-precision sample data.According to the calculation and logical control of voltage fluctuation and flicker，voltage deviation and voltage unbalance，the DPS can be manipulated by sending an alarm signal，cutting off malfunction and recovery.Trial operation shows that this device can simplify grid-tie process and upgrade operation reliability of the DPS.

inverter；distributed power supply（DPS）；integrated grid-tie device；power quality analysis and automatic control

TM46；TM77

B

1007－9904（2015）10－0067－03

2015-05-04

于喬（1988），男，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)檢修維護(hù)工作；

湯磊（1984），男，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)檢修維護(hù)工作；

寇巖（1983），男，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)檢修維護(hù)工作。