第一章  概述

1. 1產(chǎn)品適用范圍

隨著全球能源危機和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，開發(fā)和利用清潔的可再生能源勢在必行。太陽能是當(dāng)前世界上最清潔、最具有大規(guī)模開發(fā)前景的可再生能源之一。太陽能的利用因此受到世界各國的普遍關(guān)注。在我國，光伏發(fā)電在電能生產(chǎn)中所占比重也正在不斷上升。同時，光伏發(fā)電的廣泛應(yīng)用也對傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響，包括配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、系統(tǒng)穩(wěn)定性、潮流、繼電保護等方面。因此，通過研究光伏發(fā)電對配網(wǎng)電能質(zhì)量的影響將更好地指導(dǎo)我們?nèi)绾胃映浞值匕l(fā)揮光伏發(fā)電的優(yōu)勢，并對其進一步發(fā)展和應(yīng)用有重大的幫助。

配電網(wǎng)是整個電力傳輸?shù)闹匾M成部分，其從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網(wǎng)，配電網(wǎng)是與用戶關(guān)系最密切的部分，是向用戶提供優(yōu)質(zhì)電力的直接保證。隨著人們對于新能源發(fā)電的關(guān)注，大量的分布式發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)。分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運行中會向配電網(wǎng)注入諧波和直流分量，對配電網(wǎng)的安全運行和用電設(shè)備的正常工作造成的危害與影響不斷增加，造成配電網(wǎng)質(zhì)量問題日益突出。與此同時，電力用戶對于電能質(zhì)量要求不斷提高，促進電力及相關(guān)部門采取積極有效的措施來保證配電網(wǎng)高質(zhì)量電能的供應(yīng)。因此，對光伏并網(wǎng)發(fā)電接入配電網(wǎng)的電能質(zhì)量監(jiān)測顯得尤為重要。

為此，我司在消化吸收國內(nèi)外同類產(chǎn)品先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上研制的基于32位ARM Cortex-M4技術(shù)的電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置可為光伏發(fā)電提供全面的電能監(jiān)測。

1.2產(chǎn)品特點

• 采用32位ARM Cortex-M4內(nèi)核，配備高精度的A/D芯片，使得裝置性能穩(wěn)定、運算速快、精度高；

• 采用全漢化4.3寸800*480分辨率IPS彩色液晶顯示，人機界面清晰易懂，操作整定極為方便;

• 完整的異常記錄、事件記錄、操作記錄，所有信息掉電保持；

• 完善的自診斷和監(jiān)視功能，對故障可具體定位，方便調(diào)試；

• 完善的軟硬件看門狗，保證裝置可靠運行；

  • 完善的在線運行狀態(tài)監(jiān)視功能；

• 高精度的時鐘芯片；

•   配備2路高速以太網(wǎng)通信接口；

  • 具有 1 個標(biāo)準(zhǔn)的 RS485 通訊接口(Modbus RTU 通訊協(xié)議)，

  •   高等級、高品質(zhì)保證的元器件選用，采用多層板技術(shù)和SMT工藝；

1.3裝置結(jié)構(gòu)

1.3.1 結(jié)構(gòu)：

采用5U 、19/3英寸標(biāo)準(zhǔn)機箱，整面板、背插式結(jié)構(gòu)，嵌入式、后接線安裝方式，強弱電隔離，大大加強了其產(chǎn)品的電氣性能。

1.3.2 交流及電源插件：

外部電流經(jīng)隔離互感器隔離變換后，由低通濾波器輸入至A/D芯片，CPU經(jīng)采樣數(shù)字處理后，構(gòu)成各種數(shù)字式保護繼電器，并實時計算各種測量值。

電流采集保護和測量獨立，保證了保護電流的寬范圍采集及測量電流的精度要求。

電源采用交直流寬電壓輸入，輸出2組完全隔離的直流電壓為裝置供電。

1.3.3 CPU插件：

CPU插件主要由以下幾部分構(gòu)成：

CPU系統(tǒng)

CPU系統(tǒng)由32位ARM Cortex-M4內(nèi)核微處理器、SRAM、EEPROM、Flash等構(gòu)成。高性能的32位微處理器，大容量的SRAM、EEPROM及Flash，使得該CPU模件具有極強的數(shù)據(jù)處理及記錄能力，可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的故障處理方案和記錄大量的故障數(shù)據(jù)。EEPROM及Flash用于存儲保護定值、故障錄波報告、事件等，這些信息在裝置掉電后均不會丟失。EEPROM支持不少于1,000,000 次擦寫操作，數(shù)據(jù)可支持保存100年，Flash支持不少于100,000 次擦寫操作，數(shù)據(jù)可至少保存20年。

2) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由前級高精度濾波阻容器件（電阻精度0.5%，溫漂系數(shù)50ppm/℃，電容精度1%，溫漂系數(shù)C0G），高精度的差分A/D轉(zhuǎn)換芯片組成，轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部包含了采樣保持及同步電路，具有轉(zhuǎn)換速度快、采樣偏差小、超小功耗及穩(wěn)定性好等特點，故本裝置的采樣回路無可調(diào)整元件，也不需要在現(xiàn)場作調(diào)整，具備高度的可靠性。

3）開關(guān)量輸入及輸出部分

開入量分為內(nèi)部開入和外部開入，內(nèi)部開入采用DC24V光耦隔離輸入，電源由裝置電源本身提供，外部開入采用穩(wěn)壓控制的光耦隔離，實現(xiàn)交直流220V（或直流110V）直接輸入電平。

開出經(jīng)過高CTR光耦驅(qū)動繼電器，開出部分I/O經(jīng)多重閉鎖，保證了繼電器的穩(wěn)定可靠。

4) 通信部分

本插件內(nèi)含通10M/100M以太網(wǎng)接口(標(biāo)配1路，可擴展至2路)和RS485通訊接口，特殊情況下也可提供光纖接口。

5) 時鐘回路

插件內(nèi)設(shè)置了硬件時鐘回路,采用的時鐘芯片精度高,并配有電池用以掉電保持。

另外，CPU插件采用了多層印制板及表面封裝工藝，外觀小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，大大提高了裝置的可靠性及抗電磁干擾能力。

1.3.4 開關(guān)量插件

開關(guān)量插件由開出和開入組成。開出由各種繼電器提供，其中包括了信號出口、備用出口等。開入采用穩(wěn)壓控制的光耦隔離，實現(xiàn)交直流220V（或直流110V）直接輸入電平。

1.3.5 人機對話插件（MMI）：

人機對話（MMI）插件采用4.3寸800*480分辨率IPS彩色液晶顯示，人機界面清晰易懂，配置系列通用的鍵盤操作方式，使得人機對話操作方便、簡單。本插件上還配置了燈光指示信息，使本裝置的運行信息更為直觀。