CN103972925B - 分布式光伏并网保护设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式光伏并网保护设备，安装在连接分布式光伏发电系统和配电网的电力线上，其特征在于，包括：断路器、欠压延时保护单元、过压保护单元、有压合闸单元；断路器安装在电力线上；欠压延时保护单元的输入端连接电力线，欠压延时保护单元的输出端连接断路器以使断路器分闸；过压保护单元的输入端连接电力线，过压保护单元的输出端连接断路器以使断路器分闸；有压合闸单元的输入端连接电力线，有压合闸单元的输出端连接断路器以使断路器合闸。本发明在使得实现对分布式光伏发电并网点的保护既统一了分布式光伏并网方式，提高了家庭分布式光伏发电的安全性，又可实现对光伏发电系统的监控与发电量统计。

Description

分布式光伏并网保护设备

技术领域

本发明涉及一种并网保护设备，具体涉及一种分布式光伏并网保护设备，本发明属于电力保护设备领域。

背景技术

家庭分布式光伏发电系统适用于30m²～200m²之间的住宅，安装光伏容量在1kW～10kW，以AC220V电压等级接入电网，所发电量就近消耗，一般为自发自用、余电上网模式。

目前国家正大力推广分布式发电的应用，但现有的分布式电源接入配电网的相关技术规范主要是针对以10KV以上电压等级接入电网的光伏发电项目，而针对家庭光伏发电系统还没有出台具体的技术规范，因此目前接入方式多样，造成了电网公司无法对家庭用户型分布式光伏电站进行统一监管，随着家庭光伏发电系统越来越多，加上光伏发电受天气影响带来的间歇性，给配电网带来了很大的冲击。同时由于光伏电站直接安装于住户处，在用户人身安全方面也存在一定隐患。

目前，根据国网公司出台的《分布式电源接入配电网相关技术规范》，现在市面尚未出现符合此规范的分布式光伏相关设备，大多分布式光伏是通过断路器直接接入电网进行并网发电。这样虽然降低了分布式光伏发电的成本，但没有配备任何保护设备，给安装分布式光伏电站的家庭带来了安全隐患，同时分散式的直接接入也给配电网的结构带来了很大的冲击。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种分布式光伏并网保护设备，以解决现有技术中分布式光伏并网缺乏安全性的技术问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

分布式光伏并网保护设备，安装在连接分布式光伏发电系统和配电网的电力线上，其特征在于，包括：断路器、欠压延时保护单元、过压保护单元、有压合闸单元；所述断路器安装在电力线上；所述欠压延时保护单元的输入端连接电力线，欠压延时保护单元的输出端连接断路器以使断路器分闸；所述过压保护单元的输入端连接电力线，所述过压保护单元的输出端连接断路器以使断路器分闸；所述有压合闸单元的输入端连接电力线，有压合闸单元的输出端连接断路器以使断路器合闸。

前述的分布式光伏并网保护设备，其特征在于，所述欠压延时保护单元包括欠压延时模块、欠压脱扣器，欠压延时模块的输入端连接电力线，欠压延时模块的输出端连接欠压脱扣器的输入端，欠压脱扣器的输出端连接断路器。

前述的分布式光伏并网保护设备，其特征在于，所述过压保护单元包括第一电动操作机构、第一开入开出模块、第一电压监测装置，所述第一电压监测装置的输入端连接电力线，第一电压监测装置的输出端连接第一开入开出模块的输入端，第一开入开出模块的输出端经过光耦隔离后连接第一电动操作机构，第一电动操作机构连接断路器以带动断路器分闸。

前述的分布式光伏并网保护设备，其特征在于，所述有压合闸单元包括第二电动操作机构、第二开入开出模块、第二电压监测模块，所述第二电压监测模块的输入端连接电力线，所述第二电压监测模块的输出端连接第二开入开出模块的输入端，所述第二开入开出模块的输出端经过光耦隔离后连接第二电动操作机构，第二电动操作机构连接断路器以带动断路器合闸。

前述的分布式光伏并网保护设备，其特征在于，还包括双向计量电能表，所述电能表安装在电力线上。

前述的分布式光伏并网保护设备，其特征在于，还包括防雷器，所述防雷器的输入端连接电力线，所述防雷器的输出端连接第一开入开出模块的输入端。

前述的分布式光伏并网保护设备，其特征在于，所述第一电压监测模块和第二电压监测模块分别连接无线信号发送模块和人机界面。

本发明的有益之处在于：本发明的分布式光伏并网保护设备能够在使得实现对分布式光伏发电并网点的保护既统一了分布式光伏并网方式，提高了家庭分布式光伏发电的安全性，又可实现对光伏发电系统的监控与发电量统计。

附图说明

图1是本发明分布式光伏并网保护设备的一个优选实施的结构示意图。

图2是本发明基于图1的进一步实施结构图；

图3是本发明基于图2的进一步实施结构图；

图4是本发明基于图3的进一步实施结构图；

图中附图标记的含义：

1、分布式光伏并网保护设备，2、电力线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1所示，本发明分布式光伏并网保护设备1，安装在连接分布式光伏发电系统和配电网的电力线2上，包括：断路器、欠压延时保护单元、过压保护单元、有压合闸单元；断路器安装在电力线2上；欠压延时保护单元的输入端连接电力线，欠压延时保护单元的输出端连接断路器以使断路器分闸；过压保护单元的输入端连接电力线，过压保护单元的输出端连接断路器以使断路器分闸；有压合闸单元的输入端连接电力线，有压合闸单元的输出端连接断路器以使断路器合闸。

本发明中，分布式光伏发电系统又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统。分布式光伏发电系统的主要设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、并网逆变器等设备。断路器实现分布式光伏发电系统与电网的隔离，同时具备短路保护及过载保护功能。分布式光伏并网保护设备的原理图见图1虚线框，欠压延时保护单元用于实现欠压保护功能。过压保护单元用于实现过压保护功能。有压合闸单元用于实现检有压自动合闸功能。通过上述设计，本发明在安全防护方面，具有过欠压保护、检有压自动合闸等功能。

如图2和图3给出了基于图1的进一步实施图，欠压延时保护单元包括欠压延时模块、欠压脱扣器，欠压延时模块的输入端连接电力线，欠压延时模块的输出端连接欠压脱扣器的输入端，欠压脱扣器的输出端连接断路器。欠压延时模块、欠压脱扣器与断路器实现欠压保护功能。欠压延时模块的输入为电力线电压，输出给欠压脱扣器供电，当电网电压降至设定的欠压值以下时，延时模块的输出电压逐渐下降，达到延时时间后，欠压脱扣器脱扣，带动塑壳断路器分闸，从而达到欠压延时保护的作用。欠电压脱扣器或继电器是指当脱扣器或继电器的端电压降至预定值时，使机械开关电器有延时或无延时断开或闭合的脱扣器或继电器。欠电压脱扣器或继电器与开关电器组合在一起，当外施电压下降，甚至缓慢下降至额定电压的70%至35%范围内，与开关电器组合一起的欠电压脱扣器或继电器应动作，使电器断开。

过压保护单元包括第一电动操作机构、第一开入开出模块、第一电压监测装置，第一电压监测装置的输入端连接电力线，第一电压监测装置的输出端连接第一开入开出模块的输入端，第一开入开出模块的输出端经过光耦隔离后连接第一电动操作机构，第一电动操作机构连接断路器以带动断路器分闸。第一电压监测装置用于通过电力线获取电压，检测电力线电压是否过压，当检测到电网电压过压时，驱动第一开入开出模块，经光耦进行信号隔离后会驱动电动操作机构带动断路器分闸，实现过压保护。

有压合闸单元包括第二电动操作机构、第二开入开出模块、第二电压监测模块，第二电压监测模块的输入端连接电力线，第二电压监测模块的输出端连接第二开入开出模块的输入端，第二开入开出模块的输出端经过光耦隔离后连接第二电动操作机构，第二电动操作机构连接断路器以带动断路器合闸。当电网发生停电恢复以后，第二电压监测模块获取电力线电压，若电压达到电网额定电压的一定比例值，比如85%，将会自动发出合闸信号至开入开出模块，经光耦进行信号隔离后会驱动电动操作机构带动断路器合闸，实现检有压自动合闸功能，无须人工再去手动合闸。电动操作机构是一种用于远距离对断路器进行自动分闸和合闸的装置，不但能实现断路器的远距离分合闸操作，还能实现对断路器的远程控制的装置。

实际过程中，所述欠压延时保护单元、过压保护单元、有压合闸单元均可以采用硬件形式实现，因此使得保护单元的反应速度加快。

此外，为了进一步增加完善本发明功能，本发明还包括双向计量电能表，电能表安装在电力线上。双向计量电能表实现对发电量的计量功能，同时也负责采集电压、电流、发电量，本发明还包括防雷器，防雷器的输入端连接电力线，防雷器的输出端连接第一开入开出模块的输入端。防雷器实现对系统的防雷保护，当设备受到雷击且防雷器失效后，会发出故障信号至开入开出模块，经光耦进行信号隔离后发送至第一电压监测模块。

进一步，本发明的第一电压监测模块和第二电压监测模块分别连接无线信号发送模块和人机界面。人机界面由液晶屏和两个指示灯组成，液晶屏实现电压、电流、发电量等的实时显示功能，两个指示灯分别表示塑壳断路器分合状态及系统有无故障。

无线信号发送模块用于将第一电压监测模块和第二电压监测模块检测的电压信息发送给上位机。

图4给出了本发明基于图1至图3的进一步实施图，本发明中，第一电压监测模块和第二电压监测模块只是用于区分电压监测功能，实际是，两者可以在物理上为一个装置形式。当然也可以仍然为不同的物理装置。类似的，本发明的第一开入开出模块、第二开入开出模块，也只是作为功能上区分，实际中，两者可以在物理上为一个装置形式。当然也可以仍然为不同的物理装置。本发明中，第一电动操作机构、第二电动操作机构，在实际中为一个装置形式。

图4中就给出了更具体的硬件连接形式。这里的第一电压监测模块和第二电压监测模块均通过同一套物理形式的控制器和双向计量电能表来实现。第一开入开出模块、第二开入开出模块在物理上采用了同一套开入开出模块，第一电动操作机构、第二电动操作机构采用同一套电动操作机构。这里的控制器可以选用最常用的简单控制器来实现。

防雷器实现对系统的防雷保护，当设备受到雷击且防雷器失效后，会发出故障信号至开入开出模块，经光耦进行信号隔离后发送至控制器，控制器通过液晶展示。电动操作机构、开入开出模块、断路器与控制器实现过压保护功能。控制器会根据电能表传送的电压信息判断系统是否过压，当检测到电网电压高于设定的电压值时，会发出过压保护信号至开入开出模块，经光耦进行信号隔离后会驱动电动操作机构带动断路器分闸，实现过压保护。电动操作机构、开入开出模块、断路器与控制器实现检有压自动合闸功能。当电网发生停电恢复以后，控制器会判断电网电压，若电网电压达到额定电压的85%，将会自动发出合闸控制信号至开入开出模块，经光耦进行信号隔离后会驱动电动操作机构带动断路器合闸，实现检有压自动合闸功能，无须人工再去手动合闸。人机界面由液晶屏和两个指示灯组成，液晶屏实现电压、电流、发电量等信息的实时显示功能，两个指示灯分别表示塑壳断路器分合状态及系统有无故障。液晶屏从控制器获得电压、电流、发电量并实时显示，方便用户查看系统信息。

本发明设备，能够实现对分布式光伏发电并网点的保护。既统一了分布式光伏并网方式，提高了家庭分布式光伏发电的安全性，又可实现对光伏发电系统的发电量统计。其具有一下特点：欠压延时保护功能，延时时间最高可达10秒，欠压整定20%U_N；检有压自动合闸功能，检有压整定额定电压的85%；计量功能，可配置支持多种抄表方式的标准计量电能表，计量系统发电量。液晶界面显示各项发电数据，方便用户查阅发电量等信息。配置防雷模块，具备防雷保护功能。能够与上位机进行无线沟通。

本发明的分布式光伏并网保护设备能够在使得实现对分布式光伏发电并网点的保护既统一了分布式光伏并网方式，提高了家庭分布式光伏发电的安全性，又可实现对光伏发电系统的监控与发电量统计。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.分布式光伏并网保护设备，安装在连接分布式光伏发电系统和配电网的电力线上，其特征在于，包括：断路器、欠压延时保护单元、过压保护单元、有压合闸单元；所述断路器安装在电力线上；所述欠压延时保护单元的输入端连接电力线，欠压延时保护单元的输出端连接断路器以使断路器分闸；所述过压保护单元的输入端连接电力线，所述过压保护单元的输出端连接断路器以使断路器分闸；所述有压合闸单元的输入端连接电力线，有压合闸单元的输出端连接断路器以使断路器合闸；所述过压保护单元包括第一电动操作机构、第一开入开出模块、第一电压监测装置，所述第一电压监测装置的输入端连接电力线，第一电压监测装置的输出端连接第一开入开出模块的输入端，第一开入开出模块的输出端经过光耦隔离后连接第一电动操作机构，第一电动操作机构连接断路器以带动断路器分闸；所述欠压延时保护单元包括欠压延时模块、欠压脱扣器，欠压延时模块的输入端连接电力线，欠压延时模块的输出端连接欠压脱扣器的输入端，欠压脱扣器的输出端连接断路器。

2.根据权利要求1所述的分布式光伏并网保护设备，其特征在于，所述有压合闸单元包括第二电动操作机构、第二开入开出模块、第二电压监测模块，所述第二电压监测模块的输入端连接电力线，所述第二电压监测模块的输出端连接第二开入开出模块的输入端，所述第二开入开出模块的输出端经过光耦隔离后连接第二电动操作机构，第二电动操作机构连接断路器以带动断路器分闸。

3.根据权利要求1至2任一项所述的分布式光伏并网保护设备，其特征在于，还包括双向计量电能表，所述电能表安装在电力线上。

4.根据权利要求3所述的分布式光伏并网保护设备，其特征在于，还包括防雷器，所述防雷器的输入端连接电力线，所述防雷器的输出端连接第一开入开出模块的输入端。

5.根据权利要求3所述的分布式光伏并网保护设备，其特征在于，所述第一电压监测模块和第二电压监测模块分别连接无线信号发送模块和人机界面。