分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置的製作方法
2023-12-10 10:53:07
專利名稱：分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，屬於光伏發電系統領域。
背景技術：
分布式光伏發電大多屬於用戶側併網，出力與負荷就近平衡，存在孤島效應問題，孤島效應是指電網失壓時，分布式電源(包括光伏)系統仍保持對失壓電網中的某一部分線路繼續供電的狀態，如圖2所示，當電力檢修人員在維護與分布式光伏發電相關線路或設備時，一旦分布式光伏發電的防孤島保護功能失效，將給電力檢修人員的現場安全作業等工作帶來隱患。
當前，國內外還沒有為電力檢修人員設計的專用反孤島裝置，在分布式光伏發電系統中，採用功能上起到類似低壓反孤島裝置作用的方案即電網端孤島檢測方法和基於逆變器的防孤島效應保護方案。
電網端孤島檢測方法的兩種實現技術為:傳輸斷路器跳閘信號和電力線路載波通信。
( I)傳輸斷路器跳閘信號檢測孤島
該技術通過監控所有分布式光伏與電網之間的斷路器和自動重合閘的狀態，當發現有開關操作使變電站母線斷路，即通過中央處理算法確定孤島範圍，跳開分布式光伏和負載之間的斷路器。對於拓撲結構固定，自動重合閘數量有限的變電站，每個監控端(自動重合閘)的信號可以直接送給分布式光伏，可避免採用中央處理運算。
該技術的主要缺點是對於多重網絡拓撲，需要I個中央算法處理；當自動重合閘和配電線路的拓撲結構發生變化時，運算算法需要最新的配電網拓撲信息；同時，該技術還需要通信支持，對於無線電和電話線不能覆蓋的分布式光伏發電系統將產生較高的費用。
(2)電力線路載波通信檢測孤島
該技術採用輸電線傳輸信號，該方法採用連接在變電站母線二次側的信號發生器不斷地給所有的配電線路發送信號，每個分布式光伏設備裝設信號接收器，如果接收器沒有檢測到該信號，則說明變電站和該分布式光伏設備之間的任何一個斷路器可能跳閘，則分布式光伏發電系統處於孤島狀態。
該技術的主要缺點是信號發生器為中壓設備，需通過I個降壓變壓器來連接且必須安裝於變電站，且審批和安裝都較複雜，如果分布式光伏發電系統密度較低，則導致成本較高；同時，通信信號的選取困難，由於電力載波信道的有限性，不易被電網公司所採用，而且信號發生器發出的孤島檢測信號可能對其他電力線路載波通信造成幹擾。
基於逆變器的防孤島效應保護方案分為被動式防孤島保護方案和主動式防孤島保護方案兩種。
( I)被動式防孤島保護
通過檢測配電網與分布式光伏在公共耦合點的參數，包括電壓、頻率、相位、功率、諧波等，來判斷有無孤島的發生，當該處的參數波動超過設定值時，逆變器自動與電網斷開。由於這類方法只是採取監控手段，並不改變逆變器輸出的參數，所以對電網無幹擾，輸出電能質量無影響。
被動檢測法一般只能在發電出力與負載不匹配程度較大時才能有效，而當光伏發電系統輸出的功率與本地負載的功率接近時，由於斷電後公共耦合點的電壓和頻率變化很小，此類方法就會失效。
(2)主動式防孤島保護
主動式孤島效應檢測是通過對逆變器某些輸出，如頻率、相位、電壓等施加偏移量進行觀測，判斷逆變器是否處於孤島狀態。此類方法檢測快速性、準確性會相對提高，甚至有些方法在多臺逆變器並聯運行的系統中也能準確檢測，但是會影響輸出功率因數，給電網注入諧波，影響供電的質量，適用於輸出電壓波形質量要求不高，同時檢測速度要求較快的場合。
在下列情況時候，主動式孤島檢測無法正常工作:
1、本地負載的品質因數較大，可能導致擾動無法按照標準要求及時斷網；
2、由於設計、生產、使用中存在的意外情況或者人為失誤，導致主動式孤島檢測的軟硬體失效，無法完成保護功能
根據上述分析，分布式光伏併網逆變器存在自身不能及時檢測到孤島的隱患，致使分布式發電系統進入非計劃孤島運行。將給電力檢修人員的現場安全作業等工作帶來隱 發明內容
為了解決現有技術的不足，本發明提供一種分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，通過投入擾動負載 ，改變分布式光伏發電孤島系統的功率平衡，破壞非計劃孤島運行，保護系統設備和相關人員的安全。
本發明是通過如下的技術方案來實現:
分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，包括櫃體及安裝在其內的操作開關，擾動負載和斷路器延時保護器件；所述操作開關通過進線電纜接入分布式光伏發電系統；所述操作開關與擾動負載通過電纜串聯；所述斷路器延時保護器件接入斷路器跳閘線圈；所述操作開關為低壓反孤島裝置的開斷設備；
所述擾動負載是指投入後改變分布式光伏發電孤島系統的功率平衡，破壞非計劃孤島運行的電子元件；
所述斷路器延時保護器件設定延時時間值，如果操作開關投入的時間超過設定值，斷路器自動跳閘，操作開關自動斷開；
所述裝置適用於各種容量等級的分布式光伏發電系統，可接入的位置為配變低壓母線，380V配電分支箱和220V/380V用戶配電箱；
前述擾動負載為電阻，投入後引起分布式光伏發電系統欠壓保護動作。
前述擾動負載Rs的計算模型為: U2 ( U 3 Jl =—Q_x°__I
j s Pinv [U0-U J(6) U < S5%Ut1
其中Pinv為當分布式光伏處於孤島運行時，光伏逆變器的輸出功率, 為此時的電壓，U為投入阻性低壓反孤島裝置後，光伏逆變器的輸出的電壓，Un為接入配電網系統的標稱電壓。
前述裝置具有壁掛式和落地式兩種設計形式，所述壁掛式的櫃體四角設有掛孔，可使低壓反孤島裝置掛於牆上；所述落地式櫃體底部設有支架，可使低壓反孤島裝置立於地面上。
前述擾動負載電阻有3臺。
前述裝置內還配置電壓表和溫溼度控制器，所述電壓表與電網相連，顯示電網線電壓。
前述裝置還設有閉鎖裝置；所述閉鎖裝置採用電氣互鎖，實現將併網進線斷路器與專用操作開關聯鎖。
前述擾動負載為電感時，投入後引起分布式光伏發電系統過頻保護動作。
前述擾動負載為電容時，投入後引起分布式光伏發電系統欠頻保護動作。
與現有技術相比，本發明的有益效果為:
(I)當電力檢修人員在維護與分布式光伏發電相關線路或設備時，低壓反孤島裝置可以有效切斷分布式光伏發電的孤島運行，確保電力檢修工作人員的人身安全；
(2)能夠適應分布式光伏接入配變低壓母線，接入380V配電分支箱、接入220V/380V用戶配電箱等典型形式；
(3)低壓反孤島裝置投入不會對分布式光伏發電系統設備、用電負荷以及低壓熔斷器等帶來危害。
下面結合附圖和具體實施方式
來詳細說明本發明；
圖1為基於本發明的阻性低壓反孤島裝置示意圖2為分布式光伏發電系統的孤島效應示意圖3為本發明低壓反孤島裝置在分布式光伏接入配變低壓母線端時的安裝位置示意圖4為本發明低壓反孤島裝置在分布式光伏接入380V配電分支箱時的安裝位置示意圖5為本發明低壓反孤島裝置在分布式光伏接入220V/380V用戶配電箱時的安裝位置示意圖6為投入阻性低壓反孤島裝置的分布式光伏發電孤島系統等效模型示意圖7為本發明壁掛式阻性低壓反孤島裝置的結構示意圖8為本發明落地式阻性低壓反孤島裝置的結構示意圖9為基於本發明的感性低壓反孤島裝置示意圖10為基於本發明的容性低壓反孤島裝置示意圖6中，符號分別指代:
PCC——公共耦合點，即公共供電網絡中電氣上與特定用戶裝置距離最近的點；
R——負載；L-電感；C——電容；RS——擾動負載；
Iinv—光伏逆變器的輸出電流；Iltjad—負載電流；
Pioads—電網正常時負載的有功功率；QlMds—電網正常時負載的無功功率；
Pgrid——電網消納的光伏發電有功功率；QgHd——電網消納的光伏發電無功功率。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
，對本發明進行進一步的闡述。
本發明的分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置主要由櫃體及安裝在其內的操作開關，擾動負載和斷路器延時保護器件等構成，操作開關與擾動負載串聯，斷路器延時保護器件接入斷路器跳閘線圈；擾動負載是指投入後改變分布式光伏發電孤島系統的功率平衡，破壞非計劃孤島運行的電子元件。
低壓反孤島裝置一般安裝在分布式光伏發電系統送出線路電網側，在電力人員檢修與分布式光伏發電相關的線路或設備時使用，本裝置適用於各種容量等級的分布式光伏發電系統。
如圖3所示，分布式光伏接入配變低壓母線時，電力檢修人員要對圖3中的線路LI進行檢修時，分布式光伏自身不會發生孤島效應，但在檢修配電變壓器時，分布式光伏發電可能會同配變低壓母線其他負荷之間發生孤島效應，因此，應在圖3中的a點配變低壓母線旁安裝低壓反孤島裝置。
如圖4所示，分布式光伏接入380V配電分支箱時，電力檢修人員要對圖4中的線路LI進行檢修時，分布式光伏發電存在發生孤島效應的可能，被檢修線路LI存在帶電可能，危害檢修人員的人身安全，因此，為破壞該分布式光伏發電的孤島運行，應在圖4中的a點安裝低壓反孤島裝置。
此外，當電力檢修要對圖4中的配電變壓器進行檢修時，如果低壓母線下端存在多路分布式光伏，也可在圖4中的b點安裝大容量的低壓反孤島裝置，通過直接一次性投入該大容量的專用操作開關，破壞所有可能存在的孤島運行，同時也可節省安裝空間和成本。
如圖5所示，分布式光伏接入220V/380V用戶配電箱時，電力檢修人員要對圖5中的線路LI進行檢修時，分布式光伏發電存在發生孤島效應的可能，被檢修線路LI存在帶電可能，危害檢修人員的人身安全，但接入220V/380V用戶配電分支箱的分布式光伏,檢修線路LI時，涉及用戶的直接供電，一般用戶將直接參與，因此，可通過停止分布式光伏發電的方式終止可能存在的孤島運行。
但電力檢修人員要對圖5中的線路220V/380V用戶配電分支箱進行檢修時，如果分支箱接入的分布式光伏與負荷之間匹配，可能發生孤島效應，此時，可按分支箱的容量，在a點220V/380V配電分支箱旁配置適合的低壓反孤島裝置。
考慮大容量低壓反孤島裝置具備向下覆蓋能力，選取三個容量的低壓反孤島裝置作為典型設計，對應的參數如下表I所示。
表I三種規格低壓反孤島裝置設計參數
權利要求
1.分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，其特徵在於:包括櫃體及安裝在其內的操作開關，擾動負載和斷路器延時保護器件；所述操作開關通過進線電纜接入分布式光伏發電系統；所述操作開關與擾動負載通過電纜串聯；所述斷路器延時保護器件接入斷路器跳閘線圈； 所述操作開關為低壓反孤島裝置的開斷設備； 所述擾動負載是指投入後改變分布式光伏發電孤島系統的功率平衡，破壞非計劃孤島運行的電子元件； 所述斷路器延時保護器件設定延時時間值，如果操作開關投入的時間超過設定值，斷路器自動跳閘，操作開關自動斷開； 所述裝置適用於各種容量等級的分布式光伏發電系統，可接入的位置為配變低壓母線，380V配電分支箱和220V/380V用戶配電箱。
2.根據權利要求1所述的分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，其特徵在於: 所述擾動負載為電阻，投入後引起分布式光伏發電系統欠壓保護動作。
3.根據權利要求2所述的分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，其特徵在於:所述擾動負載Rs的計算模型為:
4.根據權利要求2所述的分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，其特徵在於:所述擾動負載電阻有3臺。
5.根據權利要求2所述的分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，其特徵在於:所述斷路器延時保護器件設定的延時時間值為Is。
6.根據權利要求2所述的分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，其特徵在於:所述裝置有壁掛式和落地式兩種設計形式；所述壁掛式的櫃體四角設有掛孔，可使低壓反孤島裝置掛於牆上；所述落地式櫃體底部設有支架，可使低壓反孤島裝置立於地面上。
7.根據權利要求1所述的分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，其特徵在於:所述裝置內還配置電壓表和溫溼度控制器，所述電壓表與電網相連，顯示電網線電壓。
8.根據權利要求1所述的分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，其特徵在於:所述裝置設有閉鎖裝置；所述閉鎖裝置採用電氣互鎖，實現將併網進線斷路器與專用操作開關聯鎖。
9.根據權利要求1所述的分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，其特徵在於:所述擾動負載為電感，投入後引起分布式光伏發電系統過頻保護動作。
10.根據權利要求1所述的分布式光伏發電系統低壓反孤島裝置，其特徵在於:所述擾動負載為電容，投入後引起分布式光伏發電系統欠頻保護動作。
全文摘要
本發明公開了一種分布式光伏發電系統的低壓反孤島裝置，通過投入電阻擾動負載，觸發併網逆變器欠壓保護動作，破壞分布式光伏發電系統的非計劃孤島運行，保護系統設備和相關人員的安全；本發明適用於各種容量等級的分布式光伏發電系統，具有壁掛式和落地式兩種設計形式，可接入的位置為配變低壓母線，380V配電分支箱和220V/380V用戶配電箱。
文檔編號H02J3/14GK103138268SQ20131005753
公開日2013年6月5日 申請日期2013年2月25日 優先權日2013年2月25日
發明者吳維寧, 李龍, 林濤, 劉成標, 王偉, 盧有清, 馮煒, 陳厚源, 趙金榮, 戴永正, 杜煒, 林海濤, 陳靈奎, 顧宇鋒, 張羽, 錢雨 申請人:國家電網公司, 南京南瑞集團公司, 江蘇泰事達電氣有限公司, 南京南瑞太陽能科技有限公司