淺析防逆流裝置在小型光伏發(fā)電廠(chǎng)中的應用

摘要：當前小型光伏發(fā)電廠(chǎng)及光伏微電網(wǎng)得到了迅猛的發(fā)展，但在特立尼達和多巴哥共和國自建發(fā)電廠(chǎng)發(fā)的電只能用于自身消耗，禁止流向電網(wǎng),這就需要自建發(fā)電廠(chǎng)有設計安裝防逆流裝置，在電力局頒發(fā)發(fā)電證書(shū)前，防逆流裝置的保護功能通過(guò)電力局的驗收。本文結合案例就電力局要求的防逆流保護功能進(jìn)行探討

關(guān)鍵詞：可持續；環(huán)保；新技術(shù)；光伏發(fā)電；防逆流

0.引言

特立尼達和多巴哥共和國某機場(chǎng)光伏發(fā)電廠(chǎng)設計裝機容量為518kWp，每28塊光伏板連成一個(gè)光伏組串連接至215kVA組串式逆變器，總共設計34個(gè)光伏組串，2臺逆變器，通過(guò)0.8/12kV的變壓器升壓后連接至機場(chǎng)管理局12kV配電系統的備用饋線(xiàn)端。12kV配電系統的2路進(jìn)線(xiàn)連接至電力局供應的電網(wǎng)，饋線(xiàn)則連接至機場(chǎng)的所有負載，進(jìn)線(xiàn)柜、饋線(xiàn)柜及母聯(lián)柜均通過(guò)母排連接。該機場(chǎng)光伏發(fā)電用于機場(chǎng)內部的用電需求，約占內部總用電需求的25%，剩余75%的用電仍需電網(wǎng)供應。當機場(chǎng)在某些時(shí)刻用電負載減少時(shí)，要求在原有的12kV配電系統中設計安裝防逆流裝置，防止光伏發(fā)電流向電網(wǎng)，影響電網(wǎng)的穩定性。

1.防逆流裝置的選用與保護功能設計

1.1方案選擇

在機場(chǎng)的12kV配電系統中，2面進(jìn)線(xiàn)柜中分別安裝有1個(gè)三相電壓互感器PT和3個(gè)電流互感器CT，且已連接至原有的機械電壓/電流表中?；谟脩?hù)的原有配置，防逆流裝置的選用和保護功能的設計有2種方案可以實(shí)現。

方案一：多功能電表+SCADA系統監測控制。如圖1所示，該方案中多功能電表用于監測2路進(jìn)線(xiàn)的有功

圖1方案一系統圖

功率，然后通過(guò)交換機及光纖將數據采集至PLC中，然后利用SCADA程序來(lái)實(shí)現輸出控制，當監測到有功功率小于設定的閾值時(shí)輸出一個(gè)分閘信號，切斷光伏發(fā)電廠(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的斷路器開(kāi)關(guān)，從而保證光伏發(fā)電不會(huì )流向電網(wǎng)側。

方案二：微機綜合保護裝置。如圖2所示，該方案中利用微機綜合保護裝置來(lái)監測2路進(jìn)線(xiàn)的有功功率，當任何一相出現逆功率時(shí)微機綜合保護裝置會(huì )輸出一個(gè)分閘信號，從而切斷光伏發(fā)電廠(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的斷路器開(kāi)關(guān)，從而防止光伏發(fā)電流向電網(wǎng)。此外該微機綜合保護裝置還具有自我故障監測功能，當設備出現非正

圖2方案二系統圖

常狀態(tài)時(shí)也會(huì )自動(dòng)輸出一個(gè)分閘信號，進(jìn)一步保證了防逆流的安全和可靠性?；诎踩煽啃?、成本及用戶(hù)和當地電力局的要求，終選擇方案二作為防逆流保護的設計實(shí)施方案。

1.2保護原理

逆功率保護裝置處于投用狀態(tài)，當有逆功率產(chǎn)生且測量到的任一相逆功率大于整定值，保護動(dòng)作跳閘輸出端口產(chǎn)生一個(gè)常閉干觸點(diǎn)信號。逆功率保護裝置能夠準確測量發(fā)電單元從電網(wǎng)系統吸收有功的大小，測量的電壓取值并網(wǎng)點(diǎn)的電壓互感器，電流取自并網(wǎng)點(diǎn)電流互感器，在對應端子的接線(xiàn)時(shí)需要注意互感器線(xiàn)圈。

2.微機綜合保護裝置安裝

2.1安裝準備和檢查

安裝前檢查微機保護裝置的包裝是否完好，規格型號是否正確，安裝附件及配件是否齊全；安裝場(chǎng)所清潔、干燥，且無(wú)熱源及強磁場(chǎng)；該裝置為柜門(mén)嵌裝，安裝時(shí)確保柜門(mén)無(wú)油污、灰塵、及有害化學(xué)物質(zhì)；安裝時(shí)需要預留足夠的空間，以方便布線(xiàn)、端子安裝、接線(xiàn)等，柜門(mén)與柜體之間應該預留一定長(cháng)度的導線(xiàn)裕量，滿(mǎn)足柜門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉。

2.2安裝

采用機械開(kāi)孔方式在柜門(mén)的合理位置開(kāi)孔，開(kāi)孔邊緣應用銼刀和砂紙進(jìn)行打磨處理，確保無(wú)毛刺，進(jìn)行防腐處理；將裝置穿過(guò)安裝孔，裝置與柜門(mén)之間應該布設密封墊圈，然后用安裝卡將保護裝置安裝牢固；安裝完成后仔細檢查保護裝置的銘牌是否完好無(wú)刮損，端子保護蓋板牢固無(wú)脫落，裝置固定牢固無(wú)松動(dòng)。

2.3回路接線(xiàn)

互感器接線(xiàn)：為了系統的穩定可靠和維護方便，PT一次側安裝熔斷器或斷路器；CT接線(xiàn)前應將所有的二次側端子短接，以保證CT接線(xiàn)的安全,CT二次接線(xiàn)完成后才能移除短接端子排。注意：PT二次側端子接線(xiàn)時(shí)保證其開(kāi)路，禁止短接；CT二次側端子接線(xiàn)時(shí)禁止其開(kāi)路，其端子短接接地。電源接線(xiàn)：本裝置采用直流供電，電源端子接線(xiàn)不需要區分正/負。

通信接線(xiàn)：以太網(wǎng)通信[4]。裝置配置有10/100M自適應以太通訊網(wǎng)口，采用標準RJ-45接頭；RS-485通信[4]：裝置同時(shí)配有RS-485通信口，端子標記為D+、D-。通信電纜可以采用普通的屏蔽雙絞線(xiàn)，但總長(cháng)度不宜超過(guò)1000m，各個(gè)設備的RS-485端口正負性連接正確，電纜屏蔽層一端需接地。

DI接線(xiàn)：裝置標配4路開(kāi)關(guān)量輸入，端子標記為DI1、DI2、DI3、DI4、DIC，用于連接外部干觸點(diǎn)信號，檢測到的信號會(huì )在設備上進(jìn)行動(dòng)態(tài)監測；DO接線(xiàn)：裝置內部有2個(gè)電磁型繼電器，端子排標記為DO1、DO2、DO3、DO4。AI的接線(xiàn)：裝置端子標記為AI+、AI-。AI接入的電流信號為為直流信號，接線(xiàn)時(shí)要注意電流方向，不允許反接。

3.微機綜合保護裝置調試及操作

3.1通電前檢查

檢查所有的接線(xiàn)均準確無(wú)誤，接線(xiàn)端子牢固無(wú)松動(dòng)，端子標識正確且完善，柜門(mén)處的布線(xiàn)有保護軟管且有適當的裕量，所有的布線(xiàn)整理固定妥當；供電電源電壓穩定且滿(mǎn)足該裝置的安全供電范圍，所有的線(xiàn)纜絕緣測試已經(jīng)完成，測試結果均合格；檢查裝置接地線(xiàn)連接可。裝置的接地線(xiàn)已可靠接入開(kāi)關(guān)柜的接地線(xiàn)，且接地電阻測試合格，滿(mǎn)足低阻抗要求（小于1Ω)。

3.2通電檢查

裝置工作狀態(tài)檢查。用萬(wàn)用表測量供電電源電壓，確認電壓正常后合上裝置工作電源開(kāi)關(guān)，裝置正常工作特征如下：觀(guān)察裝置指示燈狀態(tài)，上電瞬間裝置指示燈點(diǎn)亮，程序進(jìn)入初始化狀態(tài)，之后運行指示燈閃爍，表示程序初始化完成，液晶顯示屏進(jìn)入待機狀態(tài)；斷路器分合位指示燈正常；斷路器分合測試。在裝置控制面板上進(jìn)入菜單選項，然后對斷路器進(jìn)行分合閘操作，查看裝置監視斷路器分合位的指示燈是否正常；參數設定。進(jìn)入參數設定菜單，根據CT/PT的技術(shù)資料進(jìn)行變比設置，根據電網(wǎng)的額定電壓進(jìn)行一次側電壓等級設置。跳閘信號設置為脈沖干觸點(diǎn)信號輸出，脈沖時(shí)長(cháng)設置為5s，DO信號設置為干觸點(diǎn)常開(kāi)信號，在裝置內進(jìn)行合閘操作時(shí)DO信號由常開(kāi)變?yōu)槌ｉ]。

保護功能測試。進(jìn)入裝置的“定值整定"菜單進(jìn)行定值保護設置，分別在對應整定項進(jìn)行過(guò)電壓、欠電壓及過(guò)電流保護整定；在保護裝置的電流CT、電壓PT端子上注入電流及輸入不同的電壓，測試在不同電流及電壓情況下的DO信號輸出情況；檢查保護裝置的動(dòng)作事件記錄及輸出指示燈的狀態(tài)；開(kāi)關(guān)量輸入功能測試。進(jìn)入保護裝置“運行監視"菜單下的“輸入信號監視"，對開(kāi)關(guān)量輸入信號逐一進(jìn)行測試，檢查開(kāi)關(guān)量顯示與實(shí)際狀態(tài)是否一致，“合位"為有信號、“分位"為無(wú)信號，并查看“事件追憶"中是否有對應的事件記錄。

3.3液晶顯示屏操作

該微機保護裝置的液晶顯示屏具有屏保功能，可根據操作頻率進(jìn)行調整。在屏保模式下按任意鍵即可喚醒屏幕。當裝置出現故障、告警或自檢出錯信號時(shí)，顯示屏和背光電源將自動(dòng)打開(kāi)并保持常亮，提醒操作人員進(jìn)行故障的排除。

3.4LED指示燈功能

該微機保護裝置配置有7個(gè)高亮度LED指示燈，用于監測、顯示不同的工況，具體功能分別如下。

運行指示燈：運行正常時(shí)指示燈固定頻率的緩慢閃爍，裝置停止運行或非正常運行時(shí)指示燈熄滅或常亮；通訊指示燈：RS485通訊功能正常且有數據傳輸時(shí)指示燈閃爍，無(wú)數據傳輸時(shí)指示燈長(cháng)亮，裝置停止運行或通訊非正常時(shí)指示燈熄滅；充電指示燈：指示燈常亮代表合閘充電狀態(tài)；動(dòng)作指示燈：一般情況下該指示燈處于熄滅狀態(tài)，僅當出現跳閘保護動(dòng)作時(shí)指示燈變?yōu)殚L(cháng)亮，進(jìn)行復位操作后指示燈恢復至熄滅狀態(tài)；預告信號指示燈：一般情況下該指示燈處于熄滅狀態(tài)，當發(fā)生不需輸出跳閘的保護動(dòng)作時(shí)該指示燈長(cháng)亮，進(jìn)行復位操作后指示燈恢復至熄滅狀態(tài)；跳閘位置信號指示燈：當接入信號為常開(kāi)干觸點(diǎn)信號時(shí)指示燈常亮；合閘位置信號指示燈：當接入信號為常閉干觸點(diǎn)信號時(shí)指示燈常亮。

3.5菜單操作

在裝置液晶顯示屏畫(huà)面中按“確定"鍵進(jìn)入主菜單，通過(guò)“上翻"“下翻"“確認"“取消"鍵選擇子菜單。

運行監視。本菜單主要用來(lái)監測顯示整定值、保護值、測量值、輸入信號、電量及諧波等實(shí)時(shí)數據，在“測量監視"子菜單下按“左"“右"鍵切換顯示一次值或二次值。該菜單反映了保護裝置的運行環(huán)境和狀態(tài)，投運時(shí)對這些量進(jìn)行檢查，以確保裝置運行的準確性及電力系統的穩定性；定值整定。在“定值整定"菜單下通過(guò)“+"“-"進(jìn)行整定數值的輸入，輸入完成后通過(guò)“確認"鍵完成整定設置；參數設置。本菜單用來(lái)設置和查看遙信/通信/遙控/電度/交流/信號邏輯/跳閘邏輯等參數，按“確認"鍵進(jìn)入子菜單。

事件追憶。本菜單記錄顯示故障事件、遙信事件、遙控事件、自檢事件、功能事件及錄波事件等各類(lèi)事件，裝置動(dòng)作后應檢查這些記錄事件。通過(guò)“上翻"“下翻"鍵選擇需要查看的菜單，然后按“確定"鍵進(jìn)入菜單，進(jìn)入菜單后通過(guò)“上翻"“下翻"鍵切換查看不同的記憶事件；版本功能。本菜單主要用于測量調試、保護調試、數值監視、內部參數、液晶參數、特殊功能，按“確認"完成操作。

投運后注意事項。投入運行后應仔細檢查各指示燈的運行狀態(tài)，如果出現非正常狀態(tài)，應根據提示及時(shí)排除故障，恢復正常運行

，應注意檢查電流、電壓、有功、無(wú)功、功率因數顯示是否正確；檢查電壓、電流相位是否正確；檢查斷路器的分合閘狀態(tài)是否與本裝置顯示的一致；檢查通訊數據傳輸是否正確，延時(shí)是否正常；運行維護注意事項。如果裝置的動(dòng)作、預告指示燈亮，應檢查事件記錄，確認已經(jīng)排除故障后對記憶事件進(jìn)行復位操作。不得隨意修改保護裝置的參數設置，尤其是保護整定參數?！　?/span>

電能質(zhì)量在線(xiàn)監測需求

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統通過(guò)光伏組件將太陽(yáng)能轉化為直流電位的正弦波電流，并入電網(wǎng)，在將直流電能經(jīng)逆變轉換為交流電能的過(guò)程中，可能會(huì )產(chǎn)生大量諧波及直流分量。
根據《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規定》（Q/GDW617-2011）、江蘇省電力公司《光伏電站接入系統導則（2010年版）》及《分布式電源接入系統典型設計》（電網(wǎng)公司）規定，為保證對電能質(zhì)量的有效監控，光伏電站側、宿遷市城區開(kāi)發(fā)投資有限公司10kV配電房側配置1套滿(mǎn)足GB/T19862《電能質(zhì)量監測設備通用要求》的A類(lèi)電能質(zhì)量監測裝置，用于分布式光伏項目的電能質(zhì)量指標的監測。電能質(zhì)量在線(xiàn)監測數據需上傳至相關(guān)主管機構。

4.1配置設備清單

表1我司提供方案設備列表

現場(chǎng)應用圖

圖4光伏電站屏柜布置圖

圖5直流屏柜布置圖

圖6光伏電站監控主機臺布置圖

5.系統功能5.1電能質(zhì)量監視

在電能質(zhì)量監控圖中，可以直接查看電能質(zhì)量裝置的運行狀態(tài)、電流電壓總有效值、電壓波動(dòng)、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無(wú)功功率等電能質(zhì)量信息?？梢愿鶕@些信息監測現場(chǎng)電能的質(zhì)量，及時(shí)的做出應對方案。

圖7電能質(zhì)量監視界面圖

5.2網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖8站內設備系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

5.3主接線(xiàn)圖

在此界面可以查看高壓保護柜的電量參數，監視斷路器和手車(chē)的狀態(tài)，在遠方狀態(tài)時(shí)可以遙控斷路器的分合，監視高壓柜保護裝置的參數，能夠及時(shí)的發(fā)現異常，及時(shí)做出相應的處理。

圖8主接線(xiàn)界面圖

6.結語(yǔ)

微機保護裝置能實(shí)現光伏發(fā)電系統發(fā)生逆功率時(shí)及時(shí)跳閘離網(wǎng)，確保并網(wǎng)發(fā)電的安全可靠。相對于電表監測，采用通信方式的控制器控制的斷路器跳閘保護、微機保護裝置直接采用干觸點(diǎn)輸出，通過(guò)硬接線(xiàn)進(jìn)行分閘操作，其穩定性相對更高，減少了通信設備的采購及安裝調試費用，且安裝相對更加簡(jiǎn)便，大大提高了施工的成本，縮減了施工工期，而且解決了光伏發(fā)電項目逆功率流入電網(wǎng)的難題，對小型自用發(fā)電項目具有很強的適用性。