安科瑞 陳聰

分布式光伏并網電能質量監測裝置概述

APView500PV電能質量在線監測裝置采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術-電能質量測量方法》中規定的各電能質量指標的測量方法進行測量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質量指標參數測量方法的標準化和指標參數的測量精度以及時鐘同步、事件告警功能等各個方面均達到了國家標準要求，能夠滿足通過0.4-35kV電壓等級并網的分布式光伏發電系統要求，廣泛適用于工業廠房、商業屋頂、物流基地、機場交通、高速服務區等行業的分布式光伏并網點電能質量監測。

分布式光伏并網電能質量監測裝置特點

①高性能的硬件平臺

裝置采用基于Xilinx SoC構架的雙ARM內核處理器，ARM1運行嵌入式Linux、TCP/IP協議、Http協議、Web服務器、電能質量數據的存儲、統計、分析，ARM2用來數據采樣、電能質量數據計算。裝置每周波采樣高達1024點，具備高測量精度能準確記錄故障波形。采用eMMC進口高速存儲芯片容量達到32GB，可以長期存儲事件記錄與故障波形等數據。具備友好的人機界面，800*480像素點陣彩色大尺寸液晶可就地查看實時波形與故障波形，方便用戶故障分析。

②豐富的接口資源

4路交流電壓；

4路交流電流；

16路可編程無源繼電器出口；

22路有源開關量輸入；

2路RS485串行通訊接口，支持Modbus-RTU規約；

4路以太網接口，其中3個支持Modbus-TCP、IEC 61850 MMS、FTP，1個支持裝置升級維護；

1路GPS對時接口，支持IRIG-B對時方式；

1路USB接口，可用于裝置維護。

③可靠性設計

裝置軟硬件具有持續完善的自檢功能，抗干擾性能好，裝置通過多項電磁兼容檢測認證，電快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌抗干擾性能均達到國家標準。

功能對照表

表1.1 功能對照表

注：√表示標配功能，■表示可選功能，×表示不具備此功能呢。

裝置型號命名及選型

功能簡介

①人機界面功能

裝置面板上采用5寸彩色LCD屏，以圖形方式顯示主要電能質量監測指標的實時數據?？蓪ρb置硬件時鐘進行設置，并可對監測參數進行設置、修改，對裝置進行時鐘設置、密碼設置等操作。

②記錄存儲功能：

可對監測點數據實時保存，1min數據(Max、Min、平均值、95%概率大值、均方根值)在裝置上最長保存時間為90天，之后按"*先出"原則更新。

③通訊功能

2個RS485串行通訊接口，支持Modbus-RTU協議，能夠讀取所有被測量參數；提供3個以太網接口，支持Modbus-TCP、IEC 61850 MMS、FTP，能夠讀取所有被測量參數；提供一個以太網維護口，用于頁、裝置軟件升級；

④GPS 對時功能

裝置具有GPS硬對時接口，支持IRIG-B碼對時。

⑤告警功能

可根據用戶設定的穩態、暫態各項電能質量指標的限值，啟動告警功能。當某一告警觸發時，裝置會記錄事件記錄并觸發錄波。

⑥錄波功能

裝置對每個告警事件都能觸發錄波，并提供手動觸發錄波、定時觸發錄波和上位機觸發錄波功能。

⑦本地PQDIF文件生成功能

統計數據以PQDIF文件格式保存，記錄數據包括2h內的故障錄波波形和穩態數據。穩態數據包含裝置每1min統計的“Max"“Min"“平均值"“均方根值"“95%概率值"整2h保持的數據。記錄的故障錄波數據和穩態數據均可通過工具軟件查看。記錄1min內“Max"“Min"“平均值"“均方根值"“95%概率值"生成一個記錄數據點，這些數據點整2小時形成一個存儲文件，可通過查看軟件觀察線路變化趨勢。

⑧Web功能

集成嵌入式Web Server功能，支持不同權限等級的用戶登錄訪問。不同等級用戶使用不同8位密碼登錄，分別為“游客"：00000000；“管理員"：********；“調試員"：********。用戶可通過瀏覽器直接連接裝置，實時查看電能質量數據和設置裝置參數。

連接方法：

1)將裝置與電腦用網線互聯；

2)進入系統設置-通訊設置菜單查看所連接以太網口對應的IP地址，例如：192.168.103.219；

3)將電腦IP與裝置IP設置到同一網段；

4)打開電腦IE瀏覽器在地址輸入欄輸入IP地址并回車。

圖1.1 Web登錄界面

此時顯示用戶登錄界面，用戶選擇身份并輸入登錄密碼。用戶登錄后左側顯示功能菜單，右側顯示裝置信息與數據。

圖1.2 裝置信息界面

查看實時數據:單擊左側菜單“實時數據"，右側顯示線路1實時監測數據。

“線路1"：可切換查看其它線路數據，修改完鼠標單擊“提交"確定切換；

“生成電子表格"：將顯示的實時數據生成.xls格式的表格，鼠標單擊文件名可選擇打開表格或者另存。

“基本數據"、“功率顯示"、“電能顯示"、“諧波數據"等：切換不同顯示數據。如圖1.3所示。

圖1.3 基本數據界面

錄波文件：單擊左側菜單“錄波文件"，再選擇對應的事件記錄，可查看該事件記錄的波形。

圖1.4 波形界面

2技術參數

工作電源

額定值：AC/DC220、AC/DC110V或DC48V

允許偏差：－20％～＋20％；

功率消耗：不大于15W；

交流電流輸入

輸入方式： 電流互感器輸入；

額定值In：5A或1A；

測量范圍：0～1.2In；

功率消耗：不大于0.5VA/路；

過載能力：1.2In 連續工作；

20倍額定電流允許1s。

注：直流分量測量范圍為0～2In。

交流電壓輸入

輸入方式： 電壓互感器輸入；

額定值Un： 57.74V/100V或220V/380V；

測量范圍： 0～1.2Un；

功率消耗： 不大于0.5VA/路；

過載能力：1.2Un 連續工作；

4倍額定電壓允許1s。

注：直流分量測量范圍為0～2Un。

開關量輸入

額定電壓： AC/DC220V、AC/DC110V或DC48V。

開關量輸出

機械壽命： ≥10000次；

輸出方式： 無源干接點；

接通容量： ≤4000W或≤384VA；

導通電流： 連續≥16A(AC250V/DC24V)，短時(200ms)≥30A;

通訊接口

①以太網

接口速率： 10/100M 自適應；

接口類型： 10/100Base—T；

支持TCP/IP，FTP 協議；

②RS485 接口

接口速率： RS485：300～57600bps；

帶光電隔離。

監測精度對照表

表2.1 監測精度對照表

注1：表中為標稱電壓，為標稱電流。

注2：為第h次(間)諧波電壓實際測試值；為第h次(間)諧波電壓給定值。

注3：為第h次(間)諧波電流實際測試值；為第h次(間)諧波電流給定值。

依據標準

GB/T 14549 電能質量 公用電網諧波；

GB/T 18481 電能質量暫時過電壓和瞬態過電壓；

GB/T 19862 電能質量 監測設備通用要求；

GB/T 12325 電能質量 供電電壓允許偏差；

GB/T 12326 電能質量 電壓波動和閃變；

GB/T 15543 電能質量 三相電壓允許不平衡度；

GB/T 15945 電能質量 電力系統頻率允許偏差；

GB/T 24337 電能質量 公用電網間諧波；

GB/T 19964 光伏發電站接入電力系統的技術規定；

GB/T 29319 光伏發電系統接入配電網技術規定；

GB/T 33342 戶用分布式光伏發電并網接口技術規范；

GB/T 19939 光伏系統并網技術要求；

IEC 61000-4-30 電能質量測量方法；

IEC 61000-4-15 閃變儀-功能和設計規范；

GB/T 2423.10 環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Fc:振動(正弦)；

GB/T 2423.5 環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Ea和導則：沖擊；

GB/T 17626.4 電磁兼容 試驗和測量技術 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗；

GB/T 17626.3 電磁兼容 試驗和測量技術 射頻電磁場輻射抗擾度試驗；

GB/T 17626.2 電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗；

GB/T 17626.5 電磁兼容 試驗和測量技術 浪涌(沖擊)抗擾度試驗；

GB/T 2423.2 電工電子產品環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗B：高溫；

GB/T 2423.1 電工電子產品環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗A：低溫；

GB/T 2423.4 電工電子產品環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Db交變濕熱(12h+12h循環)；

GB/T 4208 外殼防護等級(IP代碼)。

工作環境

正常工作溫度：-10℃～+55℃；

貯存溫度：-30℃～+80℃；

相對濕度：5％～95％；

大氣壓力：86kPa～106kPa；

海拔：≤2500 米；

防護等級：IP51。

安全性能

①絕緣強度

裝置能承受有效值為2kV、頻率為50Hz、歷時1min 的絕緣強度試驗，而無擊穿和閃絡現象。

②絕緣電阻

用開路電壓為500V 的兆歐表測量裝置的絕緣電阻值，正常試驗大氣條件下各等級的各回路絕緣電阻不小于20MΩ。

③沖擊電壓

在正常試驗大氣條件下，裝置的電源輸入回路、交流輸入回路、輸出觸點回路對地以及回路之間能承受1.2/50μs 的標準雷電波的短時沖擊電壓試驗，開路試驗電壓5kV。

④耐濕熱性能

裝置應能承受GB/T 2423.9-2001 規定的恒定濕熱試驗。試驗溫度+40℃±2℃、相對濕度(93 ± 3)％，試驗時間為48小時，在試驗結束前2小時內，用500V直流兆歐表，測量各外引帶電回路部分外露非帶電金屬部分及外殼之間、以及電氣上無聯系的各回路之間的絕緣電阻應不小于1.5MΩ；介質耐壓強度不低于介質強度試驗電壓幅值的75％。

電磁兼容性能

電壓暫降和短時中斷抗擾度滿足GB/T 17626.11和GB/T17626.29的要求；

射頻電磁場輻射抗擾度應按照GB/T 17626.3中規定，滿足嚴酷等級4級的要求；

電快速瞬變脈沖群抗擾度應按照GB/T17626.4中規定，滿足嚴酷等級4級的要求；

靜電放電抗擾度應按照GB/T 17626.2中規定，滿足嚴酷等級4級的要求；

浪涌抗擾度應按照GB/T 17626.5中規定，滿足嚴酷等級4級的要求；

工頻磁場抗擾度應按照GB/T 17626.8中規定，滿足嚴酷等級4級的要求；

射頻場感應的傳導騷擾抗擾度應按照GB/T 17626.6中規定，滿足嚴酷等級3級的要求；

振蕩波抗擾度應按照GB/T 17626.12中規定，滿足嚴酷等級4級的要求。

機械性能

①機械振動

裝置能承受GB/T2423.10中規定的振動耐久能力試驗。

②機械沖擊

裝置能承受GB/T2423.5 中規定的沖擊響應試驗。

3機械結構與電氣安裝

開孔尺寸與安裝方式

裝置采用嵌入式安裝，首先在柜（屏）體面板上按3.1所示開孔，再將裝置按圖3.2所示放入開孔中，直到裝置面板靠住柜（屏）的面板。再將固定螺絲旋入螺絲孔，使裝置牢固在柜（屏）上。

圖3.1 外形及開孔尺寸圖

圖3.2 安裝示意圖

背部端子圖

圖3.3 1U1I背部端子圖

X1端子：

1IA、1IB、1IC為回路1三相電流；1UA、1UB、1UC為回路1三相電壓；

1I0為回路1外接零序電流，1U0為回路1外接零序電壓。

未標記端子不接入信號。

X2端子：

RS485_1A、RS485_1B，第1路RS485串行通訊接口；

RS485_2A、RS485_2B，第2路RS485串行通訊接口；

IRIG-B+、IRIG-B-，GPS對時接口（IRIG-B對時協議）；

RS232_TX、RS232_TX，裝置維護接口。

X6端子：

繼電器出口，X6.1與X6.2為一個繼電器觸點。

X5端子：

開關量輸入，COMA為DI1至DI11的信號公共端；

COMB為DI12至DI22的信號公共端。

X4端子：

為裝置的輔助電源，X4.4為裝置地接口(裝置安裝時請務必接地)。

ETH1、ETH2、ETH3以太網接口。

接線方式

圖3.4 3CT電流接線

圖3.5 2CT電流接線

圖3.6 3PT電壓接線

圖3.7 2PT電壓接線

接地

為保證裝置的安全運行和人身安全，裝置外殼與變電站、電廠的地網可靠連接。同時為保證裝置在強電磁干擾環境下可靠運行，考慮了許多隔離、濾波、安全措施，這些措施要發揮作用，裝置需要有良好的接地。因此，裝置的接地非常重要。裝置在X4端子上設有接地端子X4.4（標志為EARTH），需要用不小于4mm2專用接地導線(黃綠雙色)將該端子與大地可靠連接。

電源

裝置支持交流或直流電源輸入，支持AC/DC110V、AC/DC220V和DC48V 三種規格(額定值)，工作范圍是(80％～120％)額定值。在裝置上電前，需要核對裝置側面的銘牌，以確保裝置實際提供的電源與現場的電源范圍一致，防止損壞裝置。

模擬量輸入回路

裝置交流電流回路需要用可靠壓接的不小于2.5mm2的帶色標的導線連接至屏、柜的電流輸入端子處，裝置端子上的螺絲需要有彈簧墊圈并擰緊，以防止交流電流回路開路；交流電壓回路需要用可靠壓接的不小于1.5mm2的導線連接至屏、柜的電流輸入端子處。

通訊端口的連接

裝置提供3個以太網通訊網口EN1、EN2、EN3，分別為10/100M的網口（具有換相功能），采用RJ45接口。裝置提供2個RS485串行通訊接口485A1/B1、485A2/B2，支持300～57600bps，通訊連接時選用屏蔽雙絞線以提高可靠性。

4人機界面

裝置的人機交互包括液晶顯示、LED指示燈、按鍵和USB/以太網維護口。裝置液晶采用5寸彩色LCD，分辨率為800*480，可以顯示實時數據、電能質量、事件記錄、用戶定值、系統設置、裝置調試等數據。

圖4.1 前面板說明

按鍵

表4.1 按鍵功能說明

面板指示燈

LED燈用來指示裝置的運行狀態、通訊狀態和電能質量指標。

表4.2 面板指示燈功能說明

快速導航

圖4.2 快速導航示意圖

5檢測報告