分布式光伏并网防反供电装置的设计与实现

分布式光伏并网防反供电装置 的设计与实现

夏兆俊 赖玮 莫启文 倪楠 景阳

国网马鞍山市供电公司 安徽马鞍山市 243000

摘要：本文针对新农村建设中所应用的光伏并网发电环保类工程，通过研制一种智能型的防反供电保护开关装置，保障检修作业人员的人身安全。文章从光伏并网线路的带电检测，再到采用技术手段对并网线路实施防反供电保护措施，从而实现对分布式光伏并网系统的技术保障作为出发点，通过对防反供电检测装置和并网专用开关保护装置的深入研究，从而实现对分布式光伏并网系统的全面保护，最终形成智能化的用电服务保障体系。

关键词：；反供电；光伏发电；漏电保护；防孤岛

引言：光伏并网供电系统，与其公众电网配电系统并网供电，很有可能由于并网系统外部原因或自然原因,从而造成光伏并网系统反供电运行状况,这对光伏发电设备和主网危害都较大,虽然光伏并网供电系统自带有光伏逆变器装置，但是它只能针对光伏并网供电系统整体进行保护，一旦供电企业对有光伏接入点的各分支线路进行日常检修等任务时，自带光伏逆变器装置将会切断整段区域，因此，供电企业在10kV线路分支节点处安装了一些防反供电漏保装置，这些传统的防反供电保护装置技术、设计等原因，经常出现未动作或损坏等现象，严重影响到光伏并网供电系统的正常运行，给供电企业带来不可估量的损失。本文通过对分布式光伏并网防反供电保护装置的深入研究，通过采用智能控制方式，利用科学的技术手段，有效保护分布式光伏并网系统的安全。

　　一、国内外光伏并网发电技术的研究分析

光伏并网发电从最早的政府性投资，到后来慢慢发展到“屋顶光伏并网系统”，慢慢受到了各国的重视。国外在80年代初期就已兴起新能源光伏并网发电的高潮，对于光伏并网发电的灵活性和经济性，不仅解决了环保问题，同时也为政府在新农村建设发展中，发挥了光和热。我国光伏发电系统主要是直流系统，主要是将采集的太阳能电池发出的电能供给蓄电池充电，再由蓄电池直接给负载供电。现阶段，在我国西北地区所采用的太阳能照明系统和远离电网的微波站供电系统均为直流系统，该类系统结构简单，成本低廉，负载直流电压多为12V、14V、24V、48V不等，分布式结构很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场，只能作为满足自给自足的供电应用需要，因此导致一些反供电用电安全性问题时有发生，需要采取一些针对性的技术措施，对分布式光伏并网系统架构进行保护。

二、防反供电保护装置的结构组成

本文通过设计一种分布式的智能型光伏并网防反供电装置安装在每条光伏并网线路与公众电网之间节点处，来自动切换保护公众电网线路的供电状态，有效防范公众电网线路检修作业人员的人身安全和线路设备的安全，切实提高管理部门的工作效率和配电线路安全生产智能化管理水平。

通过对分布式光伏并网系统的结构分析，拟采用智能开关对线路进行自动切换，在主网停电检修时，防反供电保护装置能够智能检测并网线路的供电状况，并在本地电源系统发生孤岛运行时，能够及时切断光伏并网点，保障主网线路供电检修人员的生命安全，同时也有效保护了并网线路的供电设备安全。

1、分布式光伏并网防反供电装置的设计原理

文章通过对漏电保护装置的设计原理解析，发现通过一次线圈与电网的线路相连接，二次线圈与防反供电装置中的脱扣器连接。当用电设备正常运行时，线路中电流呈平衡状态，互感器中电流矢量之和为零（电流是有方向的矢量，如按流出的方向为“＋”，返回方向为“－”，在互感器中往返的电流大小相等，方向相反，正负相互抵销）。由于一次线圈中没有剩余电流，所以不会感应二次线圈，开关装置处于闭合状态运行。针对上述漏保工作原理分析发现，通过安装并网防孤岛保护装置，实现对并网专用开关的动作配合，确保光伏专用并网开关的信号触发，技术上完全可行。

2、防反供电智能保护装置设计应用方案

本文依据国家发布的分布式电源并网相关标准规范，实现分布式电源并网点所需设备的集成化、简约化。装置拟集成分布式电源并网所需的开关设备、保护、测控、通信等功能，满足分布式电源接入的防反供电检测、自动安全并网、保护及安全隔离等要求。装置实现了分布式电源接入配电网的即插即用。

1. 装置硬件结构设计总体方案如图1所示。

图1：防反供电智能保护装置硬件设计方案

2. 装置软件设计总体方案如图2所示。

图2：防反供电智能保护装置软件设计方案

通过对装置硬件和软件的整体结构设计，装置采用铝合金全封闭式结构，防尘、防潮、防静电、抗干扰能力强；内部采用了高性能处理器和高分辨率的A/D转换器，每周波32点采样，结合专用的测量CT，保证了遥测量的高精度；通讯方式采用结构简单，传输速度最高可达1Mbps；传输距离最远可达10KM，错误处理能力强，采用非破坏性总线仲裁技术，使站内通讯具有很高的效率和抗干扰能力，保护功能完全不依赖通讯网，网络瘫痪与否不影响保护正常运行；文章通过软硬件双看门狗设计，使整个系统同时具有较高的测量精度和抗干扰能力。

（3）防反供电智能保护装置的性能测试

①绝缘电阻：装置各导电电路对外露非带电金属部分及外壳之间，以及电气上无联系的不同电路之间，用开路电压 500V 的测试仪器分别测定其绝缘电阻值，不小于100MΩ。

②介质强度：装置电源回路、交流回路、出口回路之间及对地能承受 2kV 的工频试验电压，开入量回路对地能承受 1kV 的工频试验电压，历时 1 分钟 ,无绝缘击穿或闪络现象。

③冲击电压：装置电源回路、交流回路、出口回路之间及对地能承受 5kV 标准雷电波的短时冲击电压试验 ,无绝缘击穿或闪络现象。

④触点性能：在电压不大于 250V，电流不大于 0.5A 的直流有感负荷电路（τ ＝5±0.75ms）中， 触点断开容量为 20W，或在电压不大于 250V，电流不大于 0.5A 的交流电路（cosψ＝0.4±0.1）中触点断开容量为 50VA。电寿命次数为 100000 次。

　　3、光伏并网智能开关的设计应用方案

本文通过对人体触电保护方面的数据分析发现，触电导致危险的电压一般在36伏以上，这个时候心脏通过的电流比较大，很容易引起心房症状，呼吸困难等情况的发生，并且还有可能导致患者死亡。所以安全的用电不能够直接接触36伏以上的电压，否则那样很容易造成意外情况的发生。针对此，本文设计光伏并网智能开关装置，装置在人身触电或电网泄漏电流超过规定值时，能够在极短的时间内迅速切断电源，保护人员及用电设备的安全。

（1）装置硬件结构设计总体方案如图3所示。

图3：光伏并网智能开关硬件设计方案

（2）装置软件设计总体方案如图4所示。

图2：光伏并网智能开关软件设计方案

本文通过对光伏并网智能开关的设计应用，装置具有过压、欠压、过载、漏电、短路、缺相、电源侧断零和防止人触电等保护功能，并可通过数码管实时显示三相电压、三相电流和剩余电流数值，通过RS485通讯接口将数据发送到上位机中显示。

装置采用高性能微控制器（MCU），实时进行信号处理和智能控制；漏电特波功能，可根据要求开启和关闭；剩余电流（漏电）保护，剩余电流档位可在线整定，延时型和非延时型任意选择；具有一次上电有压合闸功能，实现过压保护，欠压保护，缺相保护，断零保护；装置具有长延时、短延时和瞬时三段保护，电流可设定，采用电子式脱扣大电流瞬时脱扣功能，当断路器闭合时，遇短路大电流（≥ 20Inm），断路器由电磁脱扣器机构直接脱扣，具有漏电不脱扣报警输出功能；装置采用数码管显示，操作简便，线路剩余电流、三相电源电压、负荷电流实时显示，故障记录，记录跳闸总次数、查询最近10次跳闸原因、跳闸时的故障参数；装置通信功能，可实现遥信、遥测、遥控、遥调。

结束语　全文通过从分布式光伏并网防反供电装置的保护部分和智能开关部分，详细介绍了装置的结构组成及功能特点，通过系统化的结构设计分析，形成一体化的服务保障体系。装置的设计与实现，有力地保证了主网线路检修人员的人身安全，保证了和主网设备及客户端设备的安全稳定运行，设备维护成本大大缩减，减少了因停电给各级用电单位带来的经济损失，大大提高了供电企业的服务质量。

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