一、簡介

1．概（gài）述

隨著全球能源危機和環境（jìng）汙染的日（rì）益嚴重，開發和利用清潔的可再生能源勢（shì）在必行。太（tài）陽能是當前（qián）世界上最清潔、最具有大規模開發前景的（de）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（fú）發電在電能生產中所占比（bǐ）重也正在不斷上升。同時（shí），光伏發電的廣泛應用也（yě）對傳統的（de）電力係統產生很大的（de）影響，包括配電（diàn）網的（de）電能質（zhì）量、係統穩定性、潮流、繼電保護等方麵。因此，通過研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（fā）揮光伏發電的優勢，並對其進一步發展和（hé）應用有重大的幫助。

配電網是整個電力傳輸的重要組成部分，其從輸電網或地區發電廠接受（shòu）電能，通過（guò）配電設施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網（wǎng），配電網是與用戶關係最密切的部分，是向用（yòng）戶提供優質電力的直接保證。隨著人們（men）對於新能源發電的關注，大（dà）量的分布式發電係統接入配電（diàn）網。分布式（shì）光伏（fú）並網發（fā）電係（xì）統運行中會向配電網注入諧（xié）波和直流分（fèn）量，對（duì）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，造成配電網質量問題日益突出。與此同時，電力用戶（hù）對於電能質量要求不斷提高，促進電力及相關部門（mén）采取積極有效的措施來保證配電網高（gāo）質量電能的供應。因此，對光伏並網發電接入配電（diàn）網的電能質量監（jiān）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（xiān）進經（jīng）驗的基礎上研（yán）製的基於32位ARM Cortex-M4技術的電能質量在（zài）線監測裝置可為光伏發電提供全麵的電（diàn）能監（jiān）測。

2．引用標準

GB /T17626.2        《靜電放電抗擾度試驗》

GB /T17626.3        《射頻電磁場輻射抗擾度試驗》

GB/T17626.4         《電快速瞬變脈衝群抗擾度試驗》

GB/T17626.5         《浪湧衝擊（jī）抗擾度試驗》

GB /T17626.6        《射頻場感應的傳導騷（sāo）擾（rǎo）抗擾度試驗》

GB/T17626.8         《工頻磁場抗擾度試驗》

GB /T17626-1998     《電磁兼（jiān）容試驗和測（cè）量技術》

GB/T14549－1993     《電能質量 公用（yòng）電網諧波》

GB12326－2000       《電（diàn）能質量 電壓波動和閃變》

GB/T15543－1995     《電能（néng）質量 三相電壓允許不平衡（héng）度》

GB/T12325－2003     《電能質量 供電電壓允許偏差》

GB/T15945－1995     《電能質量（liàng） 電力係統（tǒng）頻率允許（xǔ）偏差（chà）》

GB/T18481-200       《暫時過電壓和瞬態過電壓》

3．裝置特（tè）點

1) 采（cǎi）用全漢化2.8寸320*240分辨率65K彩（cǎi）色液晶顯示（4.3寸為480*272），人機界麵清晰         易懂，操（cāo）作整定（dìng）極為方（fāng）便

2) 采用32位ARM Cortex-M4內核，配（pèi）備高精度的A/D芯片，使得裝置性能穩定、運算速（sù）快、     精度高；

3) 完整的異常記錄、事件（jiàn）記錄、操（cāo）作記（jì）錄，所有信息掉（diào）電保持；

4) 完善的自診斷和監視功能，對故障可具體定位，方便調試；

5) 完善（shàn）的軟硬件看門狗，保證裝置可靠（kào）運行；

6) 完善的在線（xiàn）運行狀態監視功能；

7) 高精度的時鍾芯片；

8) 配備高速以太網通信接口（kǒu）(支持2路，標配1路)；

9) 標配（pèi）1路RS485通信接口；

10) 高等級、高品質保證的元器件選（xuǎn）用，采用多層板技術和（hé）SMT工藝；

4．裝置結構

4.1 結構：

采用5U 、19/3英（yīng）寸標準機箱，整麵板、背（bèi）插式結構，嵌（qiàn）入（rù）式、後接線安裝方式，強弱電隔（gé）離，大大加強了（le）其產品的電氣性能。

4.2 交（jiāo）流及電源（yuán）插件：

外部電流經隔離互感器隔離變換後，由低通濾波器輸入（rù）至A/D芯片，CPU經采樣數字處理（lǐ）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（jí）測量電流的精（jīng）度要求。

電源采用（yòng）交直流寬電壓輸入，輸出2組完（wán）全隔離的（de）直流電壓為裝置供電。

4.3 CPU插件：

CPU插件主要由以下幾部（bù）分構成：

1） CPU係統（tǒng）

CPU係統由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模件具有極（jí）強的數據處理及記錄能力，可以實現各種複雜的故障（zhàng）處理方案和記錄大量的故障數據。EEPROM及Flash用於（yú）存儲保護定值、故（gù）障錄波報告、事件等，這些信息（xī）在裝置掉電（diàn）後均不會丟失。EEPROM支持不少（shǎo）於1,000,000 次擦寫操作，數據可支持保存100年，Flash支持（chí）不少於100,000 次擦寫操作，數據可至少保存20年（nián）。

2) 數據（jù）采集係統

數據采集（jí）係統由前級高精度濾波阻容器件（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（zhuǎn）換芯片組成，轉換芯片內部包含了采樣保持及同（tóng）步電路，具有（yǒu）轉換速度快、采（cǎi）樣偏差小、超小功耗及（jí）穩定性好等特點，故本裝置的采樣回路無可調（diào）整元件，也不需要在現場作調（diào）整，具備高度的可靠性。

3）開關量輸（shū）入及輸出部分

開入量（liàng）分為內部開入和外部開入，內部開入采用DC24V光耦隔離輸入，電（diàn）源由裝置電源本（běn）身提供，外部開入采用穩壓控製的（de）光耦隔離，實現交直流（liú）220V（或直流110V）直接輸入電平。

開出經過高CTR光（guāng）耦驅動繼電（diàn）器，開出部分I/O經多重閉鎖，保證了繼電器的穩（wěn）定可靠。

4) 通信部分

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

5) 時鍾回路

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

另外，CPU插件采用了多層印製板及表麵封裝工藝，外觀小巧，結構緊湊，大大提高了裝置（zhì）的（de）可靠性及抗電磁幹擾能力。

4.4 開關量插（chā）件

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

4.5 人機對話插（chā）件（MMI）：

人機對話（MMI）插件采用2.8寸320*240分辨率65K彩色液晶顯示，可選配4.3寸480*272分辨率65K彩色液晶顯示，可顯示一次圖，人機界麵清晰易懂，配置係列通（tōng）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（xìn）息更為直觀。

5．主要技術指（zhǐ）標

5.1 技術參數

1） 額定裝置電（diàn）源                DC220V 、DC110V 、AC220V或AC127V(訂貨注（zhù）明)

2） 額定技（jì）術數據

a) 交流電流：                  5A/1A自（zì）適應        (訂貨注（zhù）明)；

b) 相電壓：                    57.7V 或100V，支持Y和VV接線  (訂貨注明)；

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

3） 功率消耗

直流工作電源：                 正常工作時,不大於10W；

保護動作（zuò）時,不（bú）大於15W。

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

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

交流電壓回路：                  < 0.5VA/相；

4） 精確工作範圍：

電流：                          0.04In～6In

電壓（yā）：                          0.5V～120V

頻率：                          0.9Fn～1.1Fn

時間：                          0～100s

5） 精（jīng）度：

a) 交流量精度：                 ≤±0.2%；

b) 有（yǒu）功（gōng）無功：                   ≤±0.5%；

c) 脈衝輸入量：允許脈衝寬度     ≥6ms；

d) 頻率分辨率：                 ≤0.01Hz；

6） 開關量輸入：

輸入類型：                      無（wú）源

工作電壓（yā）：                      AC、DC220V或（huò）DC110V

7） 開出接點容量：

觸點額定載流容量：              1250VA

動作壽命：                      100,000次

8） 通（tōng）信接口：

類型（xíng）：                          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B碼（mǎ）對時（訂貨說（shuō）明）

5.2 環境參數

5.2.1 電氣環境

a) 直流電源

電壓波動範圍：額定電壓80%～120%，

紋波係數：不大（dà）於5%

b) 絕緣電阻

在正常（cháng）試驗（yàn）大氣條件下,裝置（zhì）的帶電電路部分和非帶（dài）電金屬及外殼之間,以及電氣無聯係的各電路之間,用開路電壓500V的兆歐表測量絕緣電阻（zǔ）值；正常試驗大氣條件（jiàn）下（xià）,各回路絕緣電阻應不小於100 MΩ。

c) 介質強度（dù）

在正常試驗（yàn）大氣（qì）條件下（xià）,裝（zhuāng）置能承受試驗電壓值（zhí）為2000V，頻率為50Hz,曆時1min的工頻耐壓試驗而（ér）無擊穿閃絡（luò）及（jí）元器件損壞（huài）現象。

d) 衝擊電（diàn）壓

在正常試（shì）驗大氣條件下（xià）,裝置的直流輸入回路、交流輸入回路、信（xìn）號輸出觸點諸（zhū）回路對地以及回路之間，能承受(1.2/50)μs的標準雷電波的短時衝擊電壓試（shì）驗，開路試驗電（diàn）壓5kV，無絕緣損壞。

e) 靜電放電抗幹（gàn）擾度

通過GB/T 17626.2－1998標準、靜電放電抗幹（gàn）擾4級試驗。

f) 射頻電磁場輻射抗幹擾度

通過（guò）GB/T 17626.3－1998標準、射頻電磁（cí）場輻射抗幹（gàn）擾度3級試驗。

g) 電快（kuài）速瞬變（biàn）脈衝群抗擾度

通過GB/T 17626.4－1998標準、電快速瞬（shùn）變脈（mò）衝群抗（kàng）擾度4級試（shì）驗。

h) 浪湧（衝擊）抗擾度

通過GB/T 17626.5－1999標準、浪湧（衝擊（jī））抗（kàng）擾度4級（jí）試驗。

i) 射頻場感應的傳導騷擾（rǎo）度

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

j) 工頻磁（cí）場抗擾度

通過GB/T 17626.8－1998標準、工頻磁場抗擾度5級試驗。

k) 脈衝磁場抗擾度

通過GB/T 17626.9－1998標準、脈衝磁場抗擾度5級試驗（yàn）。

l) 阻尼振（zhèn）蕩磁場抗擾度

通過GB/T 17626.10－1998標準、阻尼振蕩磁場（chǎng）抗擾度5級試驗。

m) 振蕩波抗擾（rǎo）度

通（tōng）過GB/T 17626.12－1998標準、振蕩波抗擾（rǎo）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（zhí）下不施（shī）加激勵量,裝置不出現（xiàn）不可逆的化,溫度恢複後,裝置應能正常工作。

b) 相對濕度：5%～95%（不凝露）

c) 大氣（qì）壓力： 80kPa～110kPa。

5.2.3 機械（xiè）環境

a) 工作條件：能承（chéng）受嚴酷等級為Ⅰ級的振動響應、衝擊響應；

b) 運輸條件：能承受嚴酷等級為Ⅰ級的振動耐久（jiǔ）、衝擊（jī）耐久、碰撞（zhuàng）。