逆变器类低压分布式电源并网一体化装置研究

于乔，汤磊，寇岩

（1.国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛266002；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南250000）

逆变器类低压分布式电源并网一体化装置研究

于乔1，汤磊1，寇岩2

（1.国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛266002；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南250000）

分析逆变器类分布式低压电网并网一体化装置的研制背景。介绍分布式电源一体化装置的主要功能，包括电能质量在线监测与分析、分布式电源与配电网继电保护、分布式电源数据通信和分布式电源自动控制。按照功能，将并网一体化装置设计为6个模块，即模拟量数字量的采集、电能质量分析与自动控制、电量计量、继电保护、数据存储、数据通信模块。其中，电能质量分析与自动控制模块为该装置的核心部分，采用高精度的采样数据，按照国标对电压波动闪变、电压偏差、电压不平衡等指标进行分析计算，通过相关逻辑判断，自动完成分布式电源的异常告警、故障切除及恢复并网。通过试运行，一体化装置能够简化并网流程，提升分布式电源运行的可靠性。

逆变器；分布式电源；并网一体化装置；电能质量分析与自动控制

0　引言

2013年2月27日，国家电网公司发布了《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，对分布式电源并网后的电能质量、计量方式、继电保护、数据通信提出了明确的技术要求。现有分布式电源并网策略存在设备兼容性差、信息无法集中上传、并网调试周期长、运行维护较为繁琐、电网侧对分布式电源控制能力较弱等缺点。随着分布式电源并网项目的日益增多，寻求高效、规范的并网解决方案势在必行。

介绍由青岛供电公司研制的集电能质量分析、自动控制、继电保护、计量、数据通信等功能于一身的一体化并网装置，操作简单、可靠性高、兼容性强、安装于逆变器类低压分布式电源并网点、“即插即用”。

1　功能介绍

电能质量在线监测与分析。对于逆变器类低压分布式电源输出电能，进行高精度在线监测，以某时刻之前一段时间统计值为标的，对应国家规范所要求各项指标进行数据实时数据分析，提取超标数据，发出告警指令［1］。

分布式电源与配电网继电保护。分布式电源接入会对配电网继电保护产生不利影响，分布式电源逆变器保护应与配电网保护相互配合，形成完整的分布式电源系统保护策略。

分布式电源数据通信。分布式电源数据通信应具备较高的设备兼容性、较强的保密设置，系统配置合理实用，与调度自动化系统对接良好。

分布式电源自动控制。根据电能质量在线监测与分析所得数据，从保障公共电网电能质量角度出发，自动控制分布式电源的投入；准确判别电能质量污染源，及时切除，并可及时恢复误切的分布式电源。

2　结构说明

并网一体化装置由采样模块、电能质量分析与自动控制模块、保护模块、计量模块、数据存取模块、通信模块、电源模块、人机对话模块构成。整个装置以电能质量分析与自动控制模块为核心，装置外接交流220 V电源，装置内置电池，可在交流断电的条件下保障装置信息与记录不会丢失。

2.1模拟量和数字量的采集

模拟量采集。装置内置霍尔传感器采集交流、直流电流分量；电压采样直接采集一次实际值。

数字量采集。装置具备数字量采集功能，可采集多组外部数字量，所有开入量均可经通信模块上送。

2.2电能质量分析与自动控制

该模块是一体化装置的核心部分，以高精度电能质量分析为基础，实现分布式电源系统的电能质量实时监测与自动控制功能。按GB 19862—2005《电能质量监测设备通用要求》计算电压电流谐波，电压波动闪变，电压偏差，电压不平衡度数据。对并网点的电流、电压进行实时监测，并进行电能质量进行分析，分析指标包括交流电流、电压基波分量、谐波分量、零序电流、负序电流、电压波动值、电压偏差、电压闪变、电压不平衡度、电流直流分量、无功平衡度等，形成标准格式的统计分析结果。同时装置具有暂态检测及录波功能。

自动控制功能是以电能质量分析数据为基础进行逻辑判断，当并网点电能质量指标不合格且超过告警值时，装置发出告警信息；当不合格率超过动作值时，装置可出口跳闸，强制断开分布式电源系统，并继续分析电能质量变化情况。若分布式电源断开后电能质量指标未被改善，则经一定延时自动将分布式电源并网，继续发告警信息。逻辑控制如图1所示。

图1　分布式电源自动控制逻辑图

1）基于电能质量进行分析。当逆变器处于并网运行状态时，若并网点电能质量指标出现不合格且超过告警值，则电能质量分析模块发出告警信息（可将延时t1设置为零），告警方式为指示灯告警，并产生内部告警遥信；当越限跳闸时间超过t2，装置开出动作输出，跳开并网的分布式电源；当越限跳闸时限超过t3，电能质量仍未得到改善，则判定分布式电源输出电能正常，装置发出控制命令将分布式电源并网运行［2］。

2）定值设置。谐波超标、频率偏差超标、电压正偏差超标、电压负偏差超标、电压闪变超标、电压不平衡度超标、直流分量超标、电能质量指标超标报警时间、电能质量超标跳闸时间、电能质量恢复判断时间、电能质量恢复合闸时间（定值误差不超过5%）。告警限值和跳闸限值相同，告警时限、跳闸时限、合闸时限均不同，告警时限小于跳闸时限［3］。

3）控制值设置。通过设置控制值可以关闭和投入电能质量超标跳闸功能，如：谐波超标跳闸投入，电压波动超标跳闸投入，电压正偏差超标跳闸投入、电压负偏差超标跳闸投入、电压闪变超标跳闸投入、电压不平衡度超标跳闸投入、直流分量超标投入等电能质量超标跳闸投入［1］。

2.3电量计量

独立式电量计量模块以内置电能表形式实现，采集并网点的计量采样值，并实时计算分布式电源供给电网的有功功率、无功功率，以及电网反向供给分布式系统的有功功率、无功功率［4］。

2.4继电保护

装置通过具备低压脱扣、过流保护、断路保护功能的断路器来实现继电保护功能，主要功能为在电网侧设置一个可靠的断开点，可作为逆变器保护的后备［5］。

2.5数据存储

主要对保护及自动控制模块、电能质量分析模块、电量计量模块的相关信息可通过数据存储模块进行存储。

1）保护事件存储。

2）电能质量不合格数据的存储。当电能质量不合格时，对电能质量统计结果进行存储，以24 h为单位，若24 h后电能质量恢复正常，则装置停止对统计结果的存储。若指标持续不合格，则进入下一个24 h统计阶段。

3）计量模块事件。装置根据实际需求可记录应记录各相失、断相压次数，失压断相等发生时刻、结束时刻及对应的电能量数据等信息；并支持失压、断相、开表盖、开端钮盖等重要事件记录的主动上报。

4）保护事件记录与电能质量分析结果等，该部分可通过USB接口取出。

2.6数据通信

一体化装置同时具备光纤、3路RS485有线传输方式及GPRS无线通信方式。无线通信方式下，使用内置SIM卡经无线网络与主站相连。无线（GSM/ GPRS、CDMA等）通信模块符合通信行业标准YD/T 1214和YD/T 1208有关要求。支持TCP与UDP两种通信方式，通信方式由主站设定，默认为TCP方式；在TCP通信方式下，终端初始化后和到心跳周期（无信号监测通道正常）时，主动与主站心跳3次，如不成功则在下一个心跳周期之前不再主动心跳；心跳周期由主站设置。公网通信底层协议符合DL/T 645—2007《多功能电能表通信协议》及其备案文件的要求。通信上传数据包括低压分布式电源并网状态、逆变器状态；低压分布式电源有功和无功输出、发电量、功率因数等遥测量；一体化装置保护动作、各模块告警信号、电能质量指标统计量（24 h为单位）等遥信量；公共连接点、并网点断路器的开关状态等遥信量。

3　装置特点

分布式电源并网点电能双向计量、电能质量背景测试；分布式电源继电保护与配电网保护相互配合；分布式电源具有明显的可视断开点。

一体化装置并网安装调试方便，简化并网流程，提升分布式电源运行可靠性；电能质量在线监测与分析功能及时掌握分布式电源输出电能情况，当输出电能不合格时告警；并网开关自动控制功能增强了电网对逆变器类分布式电源的控制，保障接入电网电能质量合格；一体化装置支持多种通信方式，兼容性强，方便建立分布式设备与调度自动化系统的有效连接。

逆变器类低压分布式电源并网一体化装置采用模块化设计，并对各模块进行集成，实现信息共享与软硬件兼容，装设于公共电网与逆变器类低压分布式电源之间，实现了装置并网的程序化操作。该装置集电能质量分析、自动控制、继电保护、计量、数据通信等功能于一身，有效提高装置数字化、集成化程度，能够节约投资、提高效益、减少维护工作量。

4　结语

逆变器类低压分布式电源并网一体化装置经过试运行和整体化验收后，正式投入运行，运行情况良好，未发生异常现象，满足设计要求。

［1］刘杨华，吴政球，涂有庆，等.分布式发电及其并网技术综述［J］.电网技术，2008，32（15）：71-76.

［2］杜秀丽，黄琦，张昌华，等.基于微电网的并网逆变技术研究综述［J］.浙江电力，2009（4）：17-21.

［3］吴争荣，王钢，李海锋，等.含分布式电源配电网的相间短路故障分析［J］.中国电机工程学报，2013，33（1）：130-136.

［4］李海英，闵建平.兼顾分布式发电系统特征的电能质量评估［J］.电力自动化设备，2014，34（4）：31-36.

［5］许偲轩，陆于平.分布式发电智能电网的充分式保护原理与方法［J］.电力系统保护与控制，2014，42（22）：18-23.

Integrated Grid-tie Inverter Device for Low-voltage Distributed Power Supply

YU Qiao1，TANG Lei1，KOU Yan2
（1.State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao 266002，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250000，China）

Development background of integrated grid-tie inverter device for low-voltage distributed power supply（DPS）is analyzed.Four main functions are introduced，including online monitoring and analysis of power quality，relay protection of the DPS and distribution power network，data communication of the DPS，automatic control of the DPS.Based on these functions，the device can be divided into six parts，such as acquisition of analog and digital data，power analysis and automatic control of power supply，power measuring，relay protection，data storage and data communication.Among these functions，the core part is analysis and automatic control of the DPS using high-precision sample data.According to the calculation and logical control of voltage fluctuation and flicker，voltage deviation and voltage unbalance，the DPS can be manipulated by sending an alarm signal，cutting off malfunction and recovery.Trial operation shows that this device can simplify grid-tie process and upgrade operation reliability of the DPS.

inverter；distributed power supply（DPS）；integrated grid-tie device；power quality analysis and automatic control

TM46；TM77

B

1007－9904（2015）10－0067－03

2015-05-04

于乔（1988），男，工程师，从事电力系统继电保护检修维护工作；

汤磊（1984），男，工程师，从事电力系统继电保护检修维护工作；

寇岩（1983），男，工程师，从事电力系统继电保护检修维护工作。