一、簡介

1．概述

隨著全球能（néng）源危機和環境汙染的日（rì）益嚴重，開發（fā）和利用清潔的（de）可再生能源勢在必行。太陽能是當前世界上最清潔、最具有大規模開發前景的可再生能源之一。太陽能的利用因此受（shòu）到世界各國的（de）普遍關（guān）注。在我國，光伏發電在電能（néng）生產中所占比重也正在不（bú）斷上升。同（tóng）時，光伏發電的廣泛應用（yòng）也對傳統（tǒng）的電力係統產生很大的影響，包括配電網的電能質量、係統穩（wěn）定性、潮（cháo）流、繼（jì）電保護等方麵（miàn）。因（yīn）此（cǐ），通過研（yán）究光伏發電對配網電能質量的影響將更好地指導我們如何更加充分地發揮（huī）光（guāng）伏發電的優勢，並對其進一步發展和（hé）應用有重大的幫助。

配電（diàn）網是整個電力傳輸的重要組成部（bù）分，其從輸電網或地區發電廠接受電能，通（tōng）過配電設施就（jiù）地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網，配電（diàn）網是與用戶關係最密切的部分，是向用戶提供優（yōu）質電力的直接（jiē）保證。隨著人們對於新能源發電（diàn）的關注（zhù），大量的分布（bù）式發電係統接入配電網。分布式光伏並（bìng）網發電（diàn）係統運行中會向配（pèi）電網注入諧波和直流分量，對配電網的（de）安全運行和用電設備的正常工作造（zào）成的危害與影響不（bú）斷增加（jiā），造成配電網（wǎng）質量問題（tí）日益突出。與此同時，電力用戶對於電能質量要求（qiú）不斷提高，促進電力及相關部門采取積極有效的措施來保證配電網高質（zhì）量電能的供應。因此，對光伏並網發電接入配電網的電能質量監測顯得尤為（wéi）重要。

為此，我司在消化吸收國內外同類產品先進（jìn）經驗的基礎上（shàng）研製的基（jī）於32位ARM Cortex-M4技術（shù）的電能（néng）質量在線監測裝置可為光伏發電提供（gòng）全麵的電能監測。

2．引用標準

GB /T17626.2        《靜電放（fàng）電抗擾度試驗》

GB /T17626.3        《射頻（pín）電磁場輻射（shè）抗擾度試驗》

GB/T17626.4         《電快速瞬變脈衝群抗擾度試驗》

GB/T17626.5         《浪湧衝擊抗擾度試驗（yàn）》

GB /T17626.6        《射頻場感應的傳導騷擾抗（kàng）擾度試驗》

GB/T17626.8         《工頻磁場抗（kàng）擾度試驗》

GB /T17626-1998     《電磁兼容試驗和測量技術》

GB/T14549－1993     《電能質量 公（gōng）用電網（wǎng）諧波》

GB12326－2000       《電能質（zhì）量 電壓（yā）波動和閃變》

GB/T15543－1995     《電能質量 三相電壓允（yǔn）許不平衡度》

GB/T12325－2003     《電能質量 供（gòng）電電壓允許偏差》

GB/T15945－1995     《電能質量 電力係統頻率（lǜ）允許偏差》

GB/T18481-200       《暫時過電壓（yā）和瞬態過（guò）電壓》

3．裝置特點

1) 采用全漢化2.8寸320*240分辨率65K彩色液晶顯示（4.3寸為480*272），人機界麵（miàn）清晰（xī）         易懂，操作整定極為（wéi）方便

2) 采用32位ARM Cortex-M4內核，配備高精度的A/D芯片，使得裝置性能穩定、運算（suàn）速（sù）快（kuài）、     精（jīng）度高；

3) 完整的異常記錄、事件記錄、操（cāo）作記錄，所有信息掉電保持；

4) 完（wán）善（shàn）的自診斷和監視功能，對故障可具體定位，方便調試；

5) 完善的軟硬件看門狗，保證裝置可靠運行；

6) 完善的在線（xiàn）運行狀態（tài）監視功能；

7) 高精度的時鍾芯片；

8) 配備高（gāo）速以太網通信接口(支持（chí）2路，標配1路（lù）)；

9) 標配1路RS485通信接（jiē）口；

10) 高（gāo）等（děng）級、高品質保證的元器件（jiàn）選用，采用多層板技術和SMT工藝；

4．裝置結構

4.1 結構：

采用（yòng）5U 、19/3英寸標（biāo）準機箱，整麵板、背插式結（jié）構，嵌入式（shì）、後接線安裝方式（shì），強弱電隔離，大大加強了其產品的電氣性能。

4.2 交流及電源插件：

外（wài）部電流經隔離互感器隔離變換後，由低通（tōng）濾波器（qì）輸入至A/D芯片，CPU經采樣數字處理後，構成各種數字式保護繼電器，並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範圍采集及測量電流（liú）的精度要求。

電源采用交直流寬電壓輸入，輸出2組完全（quán）隔離的直（zhí）流（liú）電壓為（wéi）裝（zhuāng）置供電。

4.3 CPU插件：

CPU插件主要由（yóu）以下幾部（bù）分構成：

1） CPU係統

CPU係（xì）統由32位ARM Cortex-M4內核微處理器、SRAM、EEPROM、Flash等構成。高性能的32位微處理器，大容量的SRAM、EEPROM及Flash，使得該CPU模件（jiàn）具有極（jí）強的數據處理及記（jì）錄能力，可以（yǐ）實現各（gè）種複雜（zá）的故障處理方案和記錄大量的故障數據。EEPROM及Flash用於存儲保護定值、故障錄波報告、事件等，這些信息在裝置掉電後均不會丟失。EEPROM支持不少於1,000,000 次擦寫操作，數據可支持保存100年，Flash支持不少於100,000 次擦寫操作，數據（jù）可至少保存20年。

2) 數（shù）據采集（jí）係統

數據采集係統由前級高精（jīng）度濾波阻容器件（電阻精度0.5%，溫漂係數50ppm/℃，電容精度1%，溫漂係數C0G），高精度的差分A/D轉換（huàn）芯片組成，轉換芯片內部包含了（le）采樣保持（chí）及同步電路，具有轉換速度快、采樣（yàng）偏差小、超小功耗（hào）及穩定（dìng）性好等特點，故（gù）本裝置的（de）采（cǎi）樣回路無可調整元件，也（yě）不需（xū）要在現場作調整，具備高（gāo）度的可靠性。

3）開（kāi）關量輸入及輸出部分

開入量分為內部開（kāi）入和外（wài）部開入，內部（bù）開入采用DC24V光耦隔離（lí）輸入，電源（yuán）由裝置電源本身提供，外部開入采用（yòng）穩壓控製的光耦隔離，實現交直（zhí）流220V（或直（zhí）流110V）直接輸入電平。

開出經過高CTR光耦驅動繼電器，開出部分I/O經多重閉（bì）鎖，保證了繼電器的穩定可靠。

4) 通信部分

本插件內含通10M/100M以太網接口(標配1路，可擴展至2路)和RS485通訊接口，特（tè）殊情況下也可提供光纖接口。

5) 時鍾回路

插件內設置（zhì）了硬件時鍾回路,采用的時鍾芯片精度高,並配有電池以掉電保持。

另外，CPU插件采用了多層印製板（bǎn）及表麵封（fēng）裝工藝，外觀（guān）小巧，結構緊湊，大大提高了裝置的可靠性及抗電磁幹擾能力。

4.4 開關量插（chā）件

開（kāi）關量（liàng）插件由開（kāi）出和開入組成。開（kāi）出由各種繼電器提供，其中包括了信號出口、備用出口（kǒu）等。開入采用穩壓控製的光耦隔離，實現交（jiāo）直流220V（或直流110V）直接輸入電平。

4.5 人機對話插件（MMI）：

人機對話（huà）（MMI）插件（jiàn）采用2.8寸（cùn）320*240分辨率（lǜ）65K彩色液（yè）晶顯示，可（kě）選配4.3寸480*272分辨率65K彩色（sè）液晶顯示，可顯示一次圖，人（rén）機（jī）界麵清晰易懂，配置係列通用的鍵盤操作方式，使得人機對話操作方便（biàn）、簡單。本插件上（shàng）還（hái）配置了燈光指示信息，使本裝置的運行信（xìn）息更為直觀。

5．主要技術（shù）指標

5.1 技術參數

1） 額定裝置電源                DC220V 、DC110V 、AC220V或AC127V(訂貨注明)

2） 額定技術數據

a) 交（jiāo）流電流：                  5A/1A自適應        (訂貨注（zhù）明)；

b) 相電壓：                    57.7V 或100V，支（zhī）持Y和VV接線  (訂貨（huò）注明)；

c) 頻率：                      50Hz或60Hz （訂貨注（zhù）明）；

3） 功率消耗

直（zhí）流工作電源（yuán）：                 正常工（gōng）作時,不大於10W；

保護動作時,不大於15W。

交流電流（liú）回路：                  < 1VA/相   (IN =5A)；

                                < 0.5VA/相 (IN =1A)；

交流電壓回（huí）路：                  < 0.5VA/相；

4） 精確工作範圍：

電流：                          0.04In～6In

電壓：                          0.5V～120V

頻率：                          0.9Fn～1.1Fn

時間：                          0～100s

5） 精度：

a) 交流量精度：                 ≤±0.2%；

b) 有功（gōng）無功：                   ≤±0.5%；

c) 脈衝輸入量：允許脈衝寬度     ≥6ms；

d) 頻率（lǜ）分辨率：                 ≤0.01Hz；

6） 開關量輸入：

輸入類型：                      無（wú）源

工作電壓：                      AC、DC220V或DC110V

7） 開出接點容量：

觸（chù）點額定載流容（róng）量：              1250VA

動作壽命（mìng）：                      100,000次

8） 通信（xìn）接口：

類型：                          以太網（wǎng）（標配1路，可擴至2路）、RS485

協議：                          IEC870-5-103、Modbus-RTU

9）對時：

類型：                          網絡對時、IRIG_B（DC）即（jí）B碼對時（訂貨（huò）說明）

5.2 環境參數

5.2.1 電（diàn）氣環境

a) 直流電源

電（diàn）壓波動範圍：額定電壓80%～120%，

紋波係數：不大於5%

b) 絕緣電阻

在（zài）正常試驗大氣（qì）條（tiáo）件下,裝置的帶電電路部分和非帶電金（jīn）屬及外殼之間,以及電氣無（wú）聯係的各電路之間,用開（kāi）路電壓500V的兆歐表測量（liàng）絕（jué）緣電阻（zǔ）值；正常試驗大氣條件下,各回路絕緣電阻應不小於100 MΩ。

c) 介質強度

在正常試驗大（dà）氣條件下,裝置能承（chéng）受試驗（yàn）電壓值為2000V，頻率為50Hz,曆時1min的工頻耐壓試驗而無擊穿閃絡及元器件損壞現（xiàn）象。

d) 衝擊電壓

在正常試（shì）驗大氣條件下,裝置（zhì）的（de）直流（liú）輸入回路、交流（liú）輸入回路、信號輸出（chū）觸點諸回路對地以及回路之間，能承受(1.2/50)μs的標準雷（léi）電（diàn）波的短時衝擊電壓試驗，開路試驗電壓5kV，無絕緣損壞。

e) 靜電放（fàng）電（diàn）抗幹擾度

通過GB/T 17626.2－1998標準、靜電放電抗（kàng）幹擾4級試驗。

f) 射頻電磁場輻射（shè）抗幹擾度

通過（guò）GB/T 17626.3－1998標準、射頻電磁場輻射抗（kàng）幹擾度3級試驗。

g) 電快速瞬（shùn）變脈（mò）衝群抗擾度

通過GB/T 17626.4－1998標準、電快速瞬變脈衝群抗擾度4級試驗。

h) 浪湧（衝擊）抗擾度

通過GB/T 17626.5－1999標準、浪湧（衝擊）抗擾度4級試驗。

i) 射頻場感應的傳導騷擾度

通過GB/T 17626.6－1998標準、射頻（pín）場感應的傳導騷擾度3級試驗（yàn）。

j) 工頻磁場抗擾度

通過GB/T 17626.8－1998標準（zhǔn）、工頻磁場抗擾度5級試驗。

k) 脈衝磁場（chǎng）抗擾度

通過GB/T 17626.9－1998標準、脈衝磁場抗擾度5級試驗。

l) 阻尼振蕩磁場抗擾度

通過GB/T 17626.10－1998標準、阻（zǔ）尼振蕩磁場抗（kàng）擾度5級試驗。

m) 振蕩波抗擾度

通過GB/T 17626.12－1998標準、振蕩波抗擾度4級試驗。

5.2.2 自然環境

a) 環境溫度：

工作：-10℃～+55℃。

貯存：-25℃～+80℃,在極限值下不施加（jiā）激勵量,裝置不出現不可逆的化,溫（wēn）度恢複（fù）後,裝置應能正常工作。

b) 相對濕度：5%～95%（不凝露）

c) 大氣壓力： 80kPa～110kPa。

5.2.3 機械環境

a) 工作條件：能承受嚴酷等級為Ⅰ級（jí）的振動響應、衝擊響應；

b) 運輸條件：能（néng）承受嚴酷等級為Ⅰ級的振動耐久、衝擊耐久、碰撞。