摘要：當(dāng)前小型光伏發(fā)電廠及光伏微電網(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)電廠有設(shè)計安裝防逆流裝置，在電力局頒發(fā)發(fā)電證書前，防逆流裝置的保護功能通過電力局的驗收。本文結(jié)合案例就電力局要求的防逆流保護功能進行探討

關(guān)鍵詞：可持續(xù)；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光伏發(fā)電廠設(shè)計裝機容量為518kWp，每28塊光伏板連成一個光伏組串連接至215kVA組串式逆變器，總共設(shè)計34個光伏組串，2臺逆變器，通過0.8/12kV的變壓器升壓后連接至機場管理局12kV配電系統(tǒng)的備用饋線端。12kV配電系統(tǒng)的2路進線連接至電力局供應(yīng)的電網(wǎng)，饋線則連接至機場的所有負載，進線柜、饋線柜及母聯(lián)柜均通過母排連接。該機場光伏發(fā)電用于機場內(nèi)部的用電需求，約占內(nèi)部總用電需求的25%，剩余75%的用電仍需電網(wǎng)供應(yīng)。當(dāng)機場在某些時刻用電負載減少時，要求在原有的12kV配電系統(tǒng)中設(shè)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(wěn)定性。

1.防逆流裝置的選用與保護功能設(shè)計

1.1方案選擇

在機場的12kV配電系統(tǒng)中，2面進線柜中分別安裝有1個三相電壓互感器PT和3個電流互感器CT，且已連接至原有的機械電壓/電流表中。基于用戶的原有配置，防逆流裝置的選用和保護功能的設(shè)計有2種方案可以實現(xiàn)。

方案一：多功能電表+SCADA系統(tǒng)監(jiān)測控制。如圖1所示，該方案中多功能電表用于監(jiān)測2路進線的有功

圖1方案一系統(tǒng)圖

功率，然后通過交換機及光纖將數(shù)據(jù)采集至PLC中，然后利用SCADA程序來實現(xiàn)輸出控制，當(dāng)監(jiān)測到有功功率小于設(shè)定的閾值時輸出一個分閘信號，切斷光伏發(fā)電廠并網(wǎng)點的斷路器開關(guān)，從而保證光伏發(fā)電不會流向電網(wǎng)側(cè)。

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監(jiān)測2路進線的有功功率，當(dāng)任何一相出現(xiàn)逆功率時微機綜合保護裝置會輸出一個分閘信號，從而切斷光伏發(fā)電廠并網(wǎng)點的斷路器開關(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(jiān)測功能，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)非正

圖2方案二系統(tǒng)圖

常狀態(tài)時也會自動輸出一個分閘信號，進一步保證了防逆流的安全和可靠性。基于安全可靠性、成本及用戶和當(dāng)?shù)仉娏值囊螅K選擇方案二作為防逆流保護的設(shè)計實施方案。

1.2保護原理

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

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(guī)格型號是否正確，安裝附件及配件是否齊全；安裝場所清潔、干燥，且無熱源及強磁場；該裝置為柜門嵌裝，安裝時確保柜門無油污、灰塵、及有害化學(xué)物質(zhì)；安裝時需要預(yù)留足夠的空間，以方便布線、端子安裝、接線等，柜門與柜體之間應(yīng)該預(yù)留一定長度的導(dǎo)線裕量，滿足柜門開啟和關(guān)閉。

2.2安裝

采用機械開孔方式在柜門的合理位置開孔，開孔邊緣應(yīng)用銼刀和砂紙進行打磨處理，確保無毛刺，進行防腐處理；將裝置穿過安裝孔，裝置與柜門之間應(yīng)該布設(shè)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刮損，端子保護蓋板牢固無脫落，裝置固定牢固無松動。

2.3回路接線

互感器接線：為了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠和維護方便，PT一次側(cè)安裝熔斷器或斷路器；CT接線前應(yīng)將所有的二次側(cè)端子短接，以保證CT接線的安全,CT二次接線完成后才能移除短接端子排。注意：PT二次側(cè)端子接線時保證其開路，禁止短接；CT二次側(cè)端子接線時禁止其開路，其端子短接接地。電源接線：本裝置采用直流供電，電源端子接線不需要區(qū)分正/負。

通信接線：以太網(wǎng)通信[4]。裝置配置有10/100M自適應(yīng)以太通訊網(wǎng)口，采用標準RJ-45接頭；RS-485通信[4]：裝置同時配有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，但總長度不宜超過1000m，各個設(shè)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：裝置標配4路開關(guān)量輸入，端子標記為DI1、DI2、DI3、DI4、DIC，用于連接外部干觸點信號，檢測到的信號會在設(shè)備上進行動態(tài)監(jiān)測；DO接線：裝置內(nèi)部有2個電磁型繼電器，端子排標記為DO1、DO2、DO3、DO4。AI的接線：裝置端子標記為AI+、AI-。AI接入的電流信號為為直流信號，接線時要注意電流方向，不允許反接。

3.微機綜合保護裝置調(diào)試及操作

3.1通電前檢查

檢查所有的接線均準確無誤，接線端子牢固無松動，端子標識正確且完善，柜門處的布線有保護軟管且有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚械牟季€整理固定妥當(dāng)；供電電源電壓穩(wěn)定且滿足該裝置的安全供電范圍，所有的線纜絕緣測試已經(jīng)完成，測試結(jié)果均合格；檢查裝置接地線連接可。裝置的接地線已可靠接入開關(guān)柜的接地線，且接地電阻測試合格，滿足低阻抗要求（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關(guān)，裝置正常工作特征如下：觀察裝置指示燈狀態(tài)，上電瞬間裝置指示燈點亮，程序進入初始化狀態(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入菜單選項，然后對斷路器進行分合閘操作，查看裝置監(jiān)視斷路器分合位的指示燈是否正常；參數(shù)設(shè)定。進入?yún)?shù)設(shè)定菜單，根據(jù)CT/PT的技術(shù)資料進行變比設(shè)置，根據(jù)電網(wǎng)的額定電壓進行一次側(cè)電壓等級設(shè)置。跳閘信號設(shè)置為脈沖干觸點信號輸出，脈沖時長設(shè)置為5s，DO信號設(shè)置為干觸點常開信號，在裝置內(nèi)進行合閘操作時DO信號由常開變?yōu)槌ｉ]。

保護功能測試。進入裝置的“定值整定"菜單進行定值保護設(shè)置，分別在對應(yīng)整定項進行過電壓、欠電壓及過電流保護整定；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；檢查保護裝置的動作事件記錄及輸出指示燈的狀態(tài)；開關(guān)量輸入功能測試。進入保護裝置“運行監(jiān)視"菜單下的“輸入信號監(jiān)視"，對開關(guān)量輸入信號逐一進行測試，檢查開關(guān)量顯示與實際狀態(tài)是否一致，“合位"為有信號、“分位"為無信號，并查看“事件追憶"中是否有對應(yīng)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(jù)操作頻率進行調(diào)整。在屏保模式下按任意鍵即可喚醒屏幕。當(dāng)裝置出現(xiàn)故障、告警或自檢出錯信號時，顯示屏和背光電源將自動打開并保持常亮，提醒操作人員進行故障的排除。

3.4LED指示燈功能

該微機保護裝置配置有7個高亮度LED指示燈，用于監(jiān)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指示燈熄滅或常亮；通訊指示燈：RS485通訊功能正常且有數(shù)據(jù)傳輸時指示燈閃爍，無數(shù)據(jù)傳輸時指示燈長亮，裝置停止運行或通訊非正常時指示燈熄滅；充電指示燈：指示燈常亮代表合閘充電狀態(tài)；動作指示燈：一般情況下該指示燈處于熄滅狀態(tài)，僅當(dāng)出現(xiàn)跳閘保護動作時指示燈變?yōu)殚L亮，進行復(fù)位操作后指示燈恢復(fù)至熄滅狀態(tài)；預(yù)告信號指示燈：一般情況下該指示燈處于熄滅狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生不需輸出跳閘的保護動作時該指示燈長亮，進行復(fù)位操作后指示燈恢復(fù)至熄滅狀態(tài)；跳閘位置信號指示燈：當(dāng)接入信號為常開干觸點信號時指示燈常亮；合閘位置信號指示燈：當(dāng)接入信號為常閉干觸點信號時指示燈常亮。

3.5菜單操作

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

運行監(jiān)視。本菜單主要用來監(jiān)測顯示整定值、保護值、測量值、輸入信號、電量及諧波等實時數(shù)據(jù)，在“測量監(jiān)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)，投運時對這些量進行檢查，以確保裝置運行的準確性及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；定值整定。在“定值整定"菜單下通過“+"“-"進行整定數(shù)值的輸入，輸入完成后通過“確認"鍵完成整定設(shè)置；參數(shù)設(shè)置。本菜單用來設(shè)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(shù)，按“確認"鍵進入子菜單。

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事件，裝置動作后應(yīng)檢查這些記錄事件。通過“上翻"“下翻"鍵選擇需要查看的菜單，然后按“確定"鍵進入菜單，進入菜單后通過“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(diào)試、保護調(diào)試、數(shù)值監(jiān)視、內(nèi)部參數(shù)、液晶參數(shù)、特殊功能，按“確認"完成操作。

投運后注意事項。投入運行后應(yīng)仔細檢查各指示燈的運行狀態(tài)，如果出現(xiàn)非正常狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)提示及時排除故障，恢復(fù)正常運行；在提示情況下，應(yīng)注意檢查電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)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(shù)據(jù)傳輸是否正確，延時是否正常；運行維護注意事項。如果裝置的動作、預(yù)告指示燈亮，應(yīng)檢查事件記錄，確認已經(jīng)排除故障后對記憶事件進行復(fù)位操作。不得隨意修改保護裝置的參數(shù)設(shè)置，尤其是保護整定參數(shù)。　　

1. 電能質(zhì)量在線監(jiān)測需求

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為交流電能的過程中，可能會產(chǎn)生大量諧波及直流分量。
根據(jù)《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》（Q/GDW617-2011）、江蘇省電力公司《光伏電站接入系統(tǒng)導(dǎo)則（2010年版）》及《分布式電源接入系統(tǒng)典型設(shè)計》（電網(wǎng)公司）規(guī)定，為保證對電能質(zhì)量的有效監(jiān)控，光伏電站側(cè)、宿遷市城區(qū)開發(fā)投資有限公司10kV配電房側(cè)配置1套滿足GB/T19862《電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》的A類電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，用于分布式光伏項目的電能質(zhì)量指標的監(jiān)測。電能質(zhì)量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)需上傳至相關(guān)主管機構(gòu)。

4.1配置設(shè)備清單

表1我司提供方案設(shè)備列表

4.2現(xiàn)場應(yīng)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(jiān)控主機臺布置圖

5.系統(tǒng)功能

5.1電能質(zhì)量監(jiān)視

在電能質(zhì)量監(jiān)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、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無功功率等電能質(zhì)量信息。可以根據(jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質(zhì)量，及時的做出應(yīng)對方案。

圖7電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖

5.2網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖8站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

5.3主接線圖

在此界面可以查看高壓保護柜的電量參數(shù)，監(jiān)視斷路器和手車的狀態(tài)，在遠方狀態(tài)時可以遙控斷路器的分合，監(jiān)視高壓柜保護裝置的參數(shù)，能夠及時的發(fā)現(xiàn)異常，及時做出相應(yīng)的處理。

圖8主接線界面圖

6.結(jié)語

微機保護裝置能實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生逆功率時及時跳閘離網(wǎng)，確保并網(wǎng)發(fā)電的安全可靠。相對于電表監(jiān)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輸出，通過硬接線進行分閘操作，其穩(wěn)定性相對更高，減少了通信設(shè)備的采購及安裝調(diào)試費用，且安裝相對更加簡便，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。