北京国电通网络技术有限公司 潘 博 秦 鹏 刘 刚 嘉兴国电通新能源科技有限公司 张 峰 龙亚洲

随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，电网规模不断扩大，但超大规模电力系统的弊端也日益凸显，成本高、运行难度大，难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求。光伏分布式发电倡导就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则，具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安装地点灵活等优点，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题，是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，获得了快速发展。分布式光伏并网是光伏发电的主流发展模式，同时对如何保证并网安全提出了严格要求。

分布式光伏智能并网箱，结合并网光伏逆变器，可以为分布式光伏发电系统提供稳定、可靠的并网控制技术，与大电网灵活连接、快速断开，形成有机整体，既可以与大电网并网，也可在电网故障时通过快速开关进行快速跳闸，与大电网断开，降低对大电网质量的影响，满足用户对电能质量和供电安全的要求。

分布式光伏智能并网箱将关键设备高度集中，完成通讯、数据采集和处理、离网/并网控制、计量等功能。并网模式是指在正常情况下，分布式光伏发电系统与大电网并网运行时，向电网提供电能。当检测到内部故障、电网故障或电能质量不满足要求时，光伏发电系统可以与主网断开，为系统提供了更高的供电可靠性。

1 功能技术指标

分布式光伏智能并网箱同并网光伏逆变器、光伏组件配合组成分布式光伏并网发电系统，具有自动并网、孤岛保护、快速故障隔离、接受调度、电能计量等功能，既保证了配电网的安全性，减少了分布式电源对配电网的影响，又提高了分布式电源的利用效率，是分布式光伏发电系统重要的关键设备。

分布式光伏并网一体化装置具备的主要功能有以下方面[1]。

1.1 检测功能

可实现并网点线路的交流量采集，可输出线路的三相电压、三相电流、零序电压、正序电压、负序电压、零序电流、发电量等，并计算出每条线路的有功功率、无功功率、功率因数、频率、谐波等电能质量参数。

1.2 保护功能

三段可经方向和复压闭锁的过流保护：方向元件、复压元件各段电流可独立投退；禁止对各段定值大小作自动比对校核及报错；每段只设置一个时限；禁止使用组合16进制控制字或矩阵方式出口。PT断线后自动转纯过流，方向元件退出。

二段零序过流保护：可独立投退；方向元件、零压元件各段电流可独立投退；禁止对各段定值大小作自动比对校核及报错；每段只设置一个时限。过负荷保护：可独立投退。

两段低电压保护、两段过电压保护、两段低频保护、两段高频保护：可独立投退；禁止含有滑差闭锁功能。

逆功率保护：可独立投退；以电流进行整定，功率自动计算。

以上继电保护整定模块独立，与其它参数模块（如四遥、电压合格等）设置分离。

1.3 并网投切功能

能够通过本地控制或者接受主站控制指令，实现以下动作：开关分合闸、逆变器启停、逆变器功率调节、逆变器复位操作等。装置支持远方/就地把手输入，当装置进行后台或调度遥控时，必须使把手处于“远方”位置；当装置进行当地面板操作时，必须使把手处于“当地”位置，本地控制优先级大于远程控制。具有远程控制闭锁功能、本地操作闭锁功能，在电力检修时进行分布式电源的发电闭锁。另外，装置应具有“检修”功能，当对应一次设备或继电保护设备进行检修时可以使用。当装置处于检修状态时，屏蔽远方遥控命令，遥测量、遥信量应设置相应品质位。

接入装置应具备开关检无压自动分闸、检有压自动合闸功能。当检测到系统无压，经延时自动分闸；当检测到系统侧有压，经20s延时自动合闸。

1.4 通讯功能

对上可通过百兆网关方式与与主站进行通讯，通过总召查询、变位主动上送等方式将状态信息上传至主站系统，须支持IEC61850、IEC60870-5-101、IEC60870-5-104等通讯规约报文的采集和解析，并支持规约扩展；对下可通过Modbus总线、串行通信线、以太网、无线局域网或光纤方式与逆变器、环境监测仪、智能电表、380V分布式电源并网接入装置等设备通讯，并能将信息向分布式电源调控平台发布。应能与主站平台协同实现信道通讯状态与质量的检测。支持导出遥信、遥测、遥控表以及经过逻辑处理的逻辑表等。支持的转发目的地址不少于4个。

1.5 记录存储功能

可在本地存储器中记录并网点、分布式电源电站事件。包括：开关动作事件、状态异常事件、一般事件（如设置参数改变等）。接入装置具备历史数据记录功能，记录深度为不小于二个月，可实现主站记录深度内任意一天的任意数据的补召唤。

2 装置硬件设计

分布式光伏并网一体化接入装置通过对电网电压、电流数据的采集来监测公共并网点电能质量各项指标，并通过所采集的电能质量对并网进行控制、保护，并通过IEC61850规约完成与监控系统进行相关数据交换。分布式光伏并网一体化接入装置采用DSP+ARM双核心控制系统。DSP拥有大的数所处理能力和逻辑、控制能力，因此在本项目中用来进行采样数据的处理、计算和继电保护逻辑的实现，主要完成三相电压、电流瞬时量的采样、有效值计算、采样同步算法、FFT算法进行谐波分析、有功无功电流计算、电网不平衡度计算、继电保护的保护逻辑算法。ARM以发挥其非接口丰富、开发便捷的优势，在本项目中完成装置与系统内其他设备通讯的下行通信规约——Modbus规约、与上级站点数据交换的百兆网口中的ICE61850规约以及控制面板控制开关、指示灯及显示等人机交互单元。

控制电路设计整个大系统中基于DSP的计算模块的软件程序往往采用混合编程的方法将C语言与汇编语言结合起来，其中循环主程序和一些功能子程序是通过用C语言编译，提高编程效率，增强程序可读性，便于调试。而复杂的算法子程序如FFT运算我们使用汇编语言来编译，整个程序使用模块化设计。

本装置实现并网点线路的交流量采集、电能质量的监控、并网点保护与投切功能，还可通过下行通信接口与系统内其他设备进行数据交换，通过百兆网关与上级站点进行通信。本装置交流电压与电流由电压、电流互感器引入，经低调理电路对其进行换后模数转换器ADS8364，对六路电压电流量瞬时值采样后，送入数字信号处理器TMS320F28335，由其对电压电流数椐分析计算，得到电压电流有效值、频率、周期、电压谐波、电流谐波、不平衡度等检测参数。通过对采样计算所得数据，结合继保整电参数，按继电保护逻辑控制双稳态永磁开关。对并网电进行保护与投切控制。

3 并网点保护方案

3.1 过电流保护

分布式并网接口保护装置设有过电流保护，有独立的电流定值和时间定值以及控制字。可独立选择是否经复压闭锁（低电压和负序电压），是否经方向闭锁[2]。

3.2 过欠压保护

对于小型分布式电源，当电网电压出现异常时，过欠电压保护将发挥作用，按表1要求的时间实现分布式电源停止发电。此要求适用于三相系统中的任一相。

表1 分布式电源在电网电压异常时的分闸时间响应要求

分布式并网接口保护装置设有低电压保护和过电压保护功能，用于电网电压由于故障等因素引起系统低压或者高压时的跳闸要求。

3.3 低电压保护

三个线电压均小于低电压保护定值范围，时间超过整定时间时，低电压保护动作。低电压保护经TWJ位置闭锁。

3.4 过电压保护

三个线电压任何一个大于过电压保护定值，时间超过整定时间时，过电压保护动作。过电压保护经TWJ位置闭锁。

3.5 逆功率保护

目前分布式电源并网的逆功率保护，通常采用cosφ型。

若分布式电源逆功率运行时，输出电压约为额定值的情况下，cosφ型逆功率继电器的测量回路输出电压U0将正比于输入功率UIcosφ，能做到正比于Icosφ。在其最大灵敏角cosφ=180°时的动作电流为I0（I0=P0/U），P0为逆功率运行时的二次侧功率值，可根据分布式电源的实际情况整定（U、I0分别为二次侧的线电压和线电流）。则临界动作电流Id为：

Id=I0cosφ

分布式并网接口保护装置具有低功率或逆功率保护功能，可以在分布式电源并网点检测到逆向电流、或者公共电网的输送电流接近于0时，保护装置应快速断开分布式电源。

4 结语

随着大量的分布式光伏电站接入电网，改变了电网潮流，影响了电能质量和电网安全稳定。分布式光伏并网一体化接入装置不仅可实现分布式光伏并网系统的保护、测量、控制、电能质量监视，同时还具备通信管理功能，启到承上启下的作用。一方面可以收集系统内设备（逆变器、电度表等）的信息并上送到分布式监控主机、调度，另一方面可以接收主机、调度的遥控、启停等命令，实现远方控制和管理功能。