CN105137221A - 一种防孤岛保护时间测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防孤岛保护时间测量装置，涉及光伏并网接入检测领域，所述装置包括：电压采集模块、电流采集模块和工控机；所述电压采集模块连接电网，用于采集电网的电压；所述电流采集模块连接逆变器和电网，用于采集逆变器和电网的电流；所述工控机连接所述电压采集模块和所述电流采集模块，用于根据所述电压采集模块采集的电网电压、所述电流采集模块采集的逆变器电流和电网电流，对防孤岛保护时间进行测量。本发明的防孤岛保护时间测量装置可以自动测量防孤岛保护时间，测量精度高、安全可靠、操作简便易行、成本低、效果好。

Description

一种防孤岛保护时间测量装置

技术领域

本发明涉及光伏并网接入检测领域，具体涉及一种防孤岛保护时间测量装置。

背景技术

随着新能源发电的快速发展，光伏发电大量接入电网，也给传统电网的保护和运维带来一系列新的问题。其中，光伏发电系统的孤岛效应会给设备和人身造成不利影响。这里的孤岛效应是指并入公共电网的光伏发电系统在电网断电的情况下，光伏逆变器却不能检测到或根本没有相应检测手段，仍然向公共电网馈送电量。孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利影响，危害电力维修人员的生命安全，影响配电系统保护开关的动作程序，孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定性质会对用电设备带来破坏。由于孤岛效应的潜在危险性和对设备的损坏性，要求光伏并网逆变器具备防孤岛保护功能，在并网运行前必须要进行严格的防孤岛保护试验，以避免孤岛效应带来的危害。

防孤岛保护检测中的时间测量是防孤岛保护测量的核心部分。按照国家GBT19939，鉴衡认证CGC/GF001：2010以及IEC62116-2008的标准，光伏系统在电网供电中断时，要求逆变器应在2S内停止供电。传统的防孤岛保护时间测量采用示波器、电能质量分析仪相结合的方式，这种测试方式需要手动操作断网开关，操作人员危险性大，而且实时性不高，不能真实体现逆变器的保护时间及断网时间，存在测量误差；需要实时读取电能质量分析仪参数，操作人员需要具备较深入的专业知识；需要电能质量分析、示波器等设备配合操作，操作复杂，稳定性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是传统的防孤岛保护时间测量装置需要手动操作断网开关，操作人员危险性大，而且实时性不高，不能真实体现逆变器的保护时间及断网时间，存在测量误差的问题。

为此目的，第一方面，本发明提出一种防孤岛保护时间测量装置，包括：电压采集模块、电流采集模块和工控机；

所述电压采集模块连接电网，用于采集电网的电压；

所述电流采集模块连接逆变器和电网，用于采集逆变器和电网的电流；

所述工控机连接所述电压采集模块和所述电流采集模块，用于根据所述电压采集模块采集的电网电压、所述电流采集模块采集的逆变器电流和电网电流，对防孤岛保护时间进行测量。

可选的，所述电流采集模块，包括：第一电流接口和第二电流接口；

所述第一电流接口与电网输出接口连接；

所述第二电流接口与逆变器的电源输出接口连接。

可选的，所述工控机，用于记录第一断路器断开的时刻；并在所述第一断路器断开的时刻开始计时，同时判断逆变器输出电流不超过该逆变器额定输出电流的K％的持续时长是否达到预设时长，若达到预设时长，则记录所述达到预设时长的时刻；根据所述第一断路器断开的时刻与所述达到预设时长的时刻，计算防孤岛保护时间；判断所述防孤岛保护时间≤T是否成立，若成立，则判定防孤岛保护时间测试合格；其中，所述第一断路器设置在逆变器和电网之间，K、T为预设常数。

可选的，所述测量装置，包括：记录按纽，用于在所述第一断路器断开时，触发所述工控机记录电网电压波形、逆变器电流波形和电网电流波形，以使所述工控机根据所述电网电压波形、逆变器电流波形和电网电流波形，自动计算出逆变器的防孤岛保护时间。

可选的，所述装置还包括：信号调理电路，用于对所述电压采集模块和电流采集模块采集的信号进行滤波；

所述电压采集模块为电压传感器，所述电流采集模块为霍尔电流传感器。

可选的，所述装置还包括：通讯接口模块，用于对外提供数据服务；

所述通讯接口模块为RS-232、RJ-45和/或USB接口。

可选的，所述工控机，包括：显示界面为触摸式8寸彩色液晶屏。

可选的，所述装置还包括：保护模块，用于提供过电流保护、过电压保护、温度保护和接地保护。

可选的，所述工控机，还用于并网逆变器逆变效率的测试、并网逆变器功率因数的测试以及并网逆变器过载保护功能的测试。

第二方面，本发明还提出一种基于上述防孤岛保护时间测量装置的防孤岛保护时间测量方法，包括：

A、将电流采集模块的第一电流接口与电网输出接口连接、第二电流接口与逆变器的电源输出接口连接；

B、启动逆变器，设置逆变器输出功率为预设的逆变器额定交流输出功率等级中的任一等级对应的输出功率；

C、调节交流负载RLC，以使所述交流负载RLC与步骤B中设置的逆变器输出功率匹配，并闭合交流负载RLC与逆变器之间的第二断路器；其中，所述交流负载RLC与所述逆变器通过所述第二断路器连接；

D、断开逆变器和电网间的第一断路器，记录第一断路器断开的时刻；并在所述第一断路器断开的时刻开始计时，同时判断逆变器输出电流不超过该逆变器额定输出电流的K％的持续时长是否达到预设时长，若达到预设时长，则记录所述达到预设时长的时刻；根据所述第一断路器断开的时刻与所述达到预设时长的时刻，计算防孤岛保护时间；判断所述防孤岛保护时间≤T是否成立，若成立，则判定防孤岛保护时间测试合格；其中，所述第一断路器设置在逆变器和电网之间，K、T为预设常数；

E、将B中逆变器输出功率设置为所述预设额定交流输出功率等级中的另一等级对应的输出功率，重复执行C和D；判断所述预设额定交流输出功率等级中每一等级对应的输出功率是否均进行了时间测试，若是，则通过工控机生成防孤岛保护时间测试报告。

相比于现有技术，本发明的防孤岛保护时间测量装置可以自动测量防孤岛保护时间，测量精度高、安全可靠、操作简便易行、成本低、效果好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种防孤岛保护时间测量装置结构图；

图2为本发明实施例提供的一种防孤岛保护时间测量方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例公开一种防孤岛保护时间测量装置，包括电压采集模块、电流采集模块、通讯接口模块、工控机和保护模块；所述电压采集模块用于采集电网电压；所述电流采集模块用于采集逆变器和电网电流；所述的通讯接口模块用于对外提供数据服务；所述工控机用于控制、显示和生成测试报告；所述保护模块用于提供过电流保护、过电压保护、温度保护和接地保护。

本实施例中的防孤岛保护时间测量装置，其进一步的技术方案是所述电压采集模块和电流采集模块由电压传感器、霍尔电流传感器和信号调理电路组成。所述电压传感器连接在电网，电流传感器连接在电网和逆变器，采集电网电压、电网电流和逆变器电流。所述信号调理电路对采集的信号进行滤波。

本实施例中的防孤岛保护时间测量装置，其进一步的技术方案是所述的通讯接口模块包含RS-232、RJ-45和USB接口，对外提供数据服务。

本实施例中的防孤岛保护时间测量装置，其进一步的技术方案是所述的工控机显示界面为触摸式8寸彩色液晶屏。所述的工控机操作系统为WindowsXP系统，采用全中文图形操作界面。所述的工控机具有自动记录功能和自动存储功能。

本实施例中的防孤岛保护时间测量装置，其进一步的技术方案是所述的保护模块包括过流保护、过电压保护、温度保护和接地保护。

如图2所示，本实施例公开一种基于上述装置实施例的防孤岛保护时间测量方法，其包括以下步骤：

开始，电流采集模块的电流一、电流二接口与被测电网、逆变器电源输出接口对应连接，完成接线工作。(电流采集模块对应接线)。

启动逆变器，使逆变器输出功率等于额定交流输出功率，调节负载RLC与逆变器输出功率完全匹配。(调节逆变器和负载功率满足测试要求)。

断开逆变器和电网间的断路器，记录断路器断开至逆变器输出电流下降并维持在额定输出电流的1％以下之间的时间。若防孤岛保护时间≤2s，则额定功率下防孤岛保护测试合格；反之，防孤岛保护测试不合格。(断开断路器，检测保护时间)。

按照以上顺序对输出功率分别为逆变器额定功率的33％，66％及其他功率等级进行测试。生成防孤岛保护时间测试报告。

本实施例中的防孤岛保护时间测量装置的检测方法，其进一步的技术方案是所述的时间测量是通过断路器触发记录按纽，在断开电网的同时记录电网的电流波形和逆变器的电压波形，根据波形直接自动计算出逆变器的防孤岛保护时间。

本实施例中的防孤岛保护时间测量装置的检测方法，其进一步的技术方案是所述的防孤岛保护时间测试报告是通过工控机运算生成。

本实施例中的防孤岛保护时间测量装置，其进一步的技术方案是所述装置还具有并网逆变器逆变效率的测试、并网逆变器功率因数的测试、并网逆变器过载保护功能的测试三种附加测试功能。

在具体应用中，防孤岛保护时间测量装置包括电压采集模块、电流采集模块、通讯接口模块、工控机和保护模块。电压采集模块采集电网侧电压，电流采集模块采集逆变器侧和电网侧电流；通讯模块包含RS-232、RJ-45和USB接口，对外提供数据服务；工控机显示界面为触摸式8寸彩色液晶屏，操作系统为WindowsXP系统，采用全中文图形操作界面，对测试进行控制并显示和生成测试报告，具有自动记录功能和自动存储功能；保护模块对防孤岛保护时间测试装置提供过电流保护、过电压保护、温度保护和接地保护。

电压采集模块和电流采集模块由电压传感器、霍尔电流传感器和信号调理电路组成，经过调理电路对采集的信号进行滤波，之后传送到工控机。防孤岛保护时间测量装置自动捕获电网断开时刻和逆变器保护时刻的波形图，以及电网断开的时刻点、逆变器保护的时刻点等数据，工控机自动分析计算从断路器断开到逆变器输出电流下降并维持在额定输出电流的1％以下之间的时间。

在具体应用中，防孤岛保护时间测量装置的测量方法如下：

连接被测电网的三相电流参数测试线和连接被测逆变器的电流参数测试线，注意接入端子与电流互感器的方向连接正确。

闭合S1，断开S2，启动逆变器。通过调节直流输入源，使逆变器的输出功率P_EUT等于额定交流输出功率，并测量逆变器的输出的无功功率Q_EUT；使逆变器停机，断开S1；

通过以下步骤调节RLC电路使得Q_f＝1.0±0.05：RLC电路消耗的感性无功满足关系式：Q_L＝Q_f*P_EUT＝1.0*P_EUT；接入电感L，使其消耗的无功等于Q_L；并入电容C，使其消耗的容性无功满足关系式：Q_C+Q_L＝-Q_EUT；最后并入电阻R，使其消耗的有功等于P_EUT；

闭合S2接入RLC电路，闭合S1，启动逆变器，确认其输出功率符合步骤C，调节R、L、C，直到流过S1的基频电流小于稳态时逆变器额定输出电流的1％；

断开S1，记录S1断开至逆变器输出电流下降并维持在额定输出电流的1％以下之间的时间t，检查是否满足条件t≤2s。若不满足t≤2s，则逆变器不满足防孤岛保护要求。

按以上顺序依次调节直流输入源使得逆变器的输出功率分别等于额定功率的33％，66％，100％，检查是否各个功率等级时的防孤岛保护时间都满足t≤2s要求，若各个功率等级均满足要求，则逆变器满足防孤岛保护要求。

防孤岛保护时间测量装置的并网逆变器逆变效率和功率因数的测试，是利用防孤岛保护测量装置检测逆变器输出的电压和电流，计算有功和无功功率，进而实现逆变效率和功率因数的计算和检测。

并网逆变器过载保护功能的测试，是通过调节逆变器直流输入源使输入功率大于最大允许直流功率，观察防孤岛保护时间测量装置所记录的电流和有功功率，判断并网逆变器的过载保护是否有效。

上述实施例中的防孤岛保护时间测量装置由高精度电能参数采集模块、通讯接口模块、工控机和保护模块组成，可以实现防孤岛保护时间的自动测试，避免了手动操作断网开关危险性大的问题。与已有技术相比，高精度的电能参数采集和工控机的高速计算能力保证了测量精度，可以真实体现逆变器的保护时间及断网时间，满足实时性要求。

上述实施例中的防孤岛保护时间测量装置技术方案具有设备操作简便，检测试验稳定性高的特点。已有的防孤岛保护时间测量装置需要电能质量分析仪、示波器等设备配合操作，操作复杂，检测稳定性差，而且还需要实时读取电能质量分析仪等设备参数，对操作人员专业知识要求较高。上述实施例中的防孤岛保护时间测量装置技术方案自动检测断网信号，自动计算保护时间，生成检测报告，操作简便可靠。

上述实施例中的防孤岛保护时间测量装置技术方案除了防孤岛保护时间检测功能外，还兼具并网逆变器逆变效率的测试、并网逆变器功率因数的测试、并网逆变器过载保护功能的测试三种附加测试功能。

需要说明的是，在本文中，所述“第一”和“第二”仅仅用来区分名称相同的实体，而不是暗示实体之间的关系或者顺序。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种防孤岛保护时间测量装置，其特征在于，包括：电压采集模块、电流采集模块和工控机；

所述电压采集模块连接电网，用于采集电网的电压；

所述电流采集模块连接逆变器和电网，用于采集逆变器和电网的电流；

所述工控机连接所述电压采集模块和所述电流采集模块，用于根据所述电压采集模块采集的电网电压、所述电流采集模块采集的逆变器电流和电网电流，对防孤岛保护时间进行测量。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流采集模块，包括：第一电流接口和第二电流接口；

所述第一电流接口与电网输出接口连接；

所述第二电流接口与逆变器的电源输出接口连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工控机，用于记录第一断路器断开的时刻；并在所述第一断路器断开的时刻开始计时，同时判断逆变器输出电流不超过该逆变器额定输出电流的K％的持续时长是否达到预设时长，若达到预设时长，则记录所述达到预设时长的时刻；根据所述第一断路器断开的时刻与所述达到预设时长的时刻，计算防孤岛保护时间；判断所述防孤岛保护时间≤T是否成立，若成立，则判定防孤岛保护时间测试合格；其中，所述第一断路器设置在逆变器和电网之间，K、T为预设常数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量装置，包括：记录按纽，用于在所述第一断路器断开时，触发所述工控机记录电网电压波形、逆变器电流波形和电网电流波形，以使所述工控机根据所述电网电压波形、逆变器电流波形和电网电流波形，自动计算出逆变器的防孤岛保护时间。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：信号调理电路，用于对所述电压采集模块和电流采集模块采集的信号进行滤波；

所述电压采集模块为电压传感器，所述电流采集模块为霍尔电流传感器。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：通讯接口模块，用于对外提供数据服务；

所述通讯接口模块为RS-232、RJ-45和/或USB接口。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工控机，包括：显示界面为触摸式8寸彩色液晶屏。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：保护模块，用于提供过电流保护、过电压保护、温度保护和接地保护。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述工控机，还用于并网逆变器逆变效率的测试、并网逆变器功率因数的测试以及并网逆变器过载保护功能的测试。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述装置的防孤岛保护时间测量方法，其特征在于，包括：

A、将电流采集模块的第一电流接口与电网输出接口连接、第二电流接口与逆变器的电源输出接口连接；

B、启动逆变器，设置逆变器输出功率为预设的逆变器额定交流输出功率等级中的任一等级对应的输出功率；

C、调节交流负载RLC，以使所述交流负载RLC与步骤B中设置的逆变器输出功率匹配，并闭合交流负载RLC与逆变器之间的第二断路器；其中，所述交流负载RLC与所述逆变器通过所述第二断路器连接；

D、断开逆变器和电网间的第一断路器，记录第一断路器断开的时刻；并在所述第一断路器断开的时刻开始计时，同时判断逆变器输出电流不超过该逆变器额定输出电流的K％的持续时长是否达到预设时长，若达到预设时长，则记录所述达到预设时长的时刻；根据所述第一断路器断开的时刻与所述达到预设时长的时刻，计算防孤岛保护时间；判断所述防孤岛保护时间≤T是否成立，若成立，则判定防孤岛保护时间测试合格；其中，所述第一断路器设置在逆变器和电网之间，K、T为预设常数；

E、将B中逆变器输出功率设置为所述预设额定交流输出功率等级中的另一等级对应的输出功率，重复执行C和D；判断所述预设额定交流输出功率等级中每一等级对应的输出功率是否均进行了时间测试，若是，则通过工控机生成防孤岛保护时间测试报告。