CN203414550U - 一种适用于大型光伏电站的电能质量监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于大型光伏电站的电能质量监控系统，包括三相电压变送器、三相电流变送器，所述三相电压变送器、三相电流变送器输入端分别与光伏电站电压互感器二次侧、电流互感器二次侧连接，所述三相电压变送器、三相电流变送器输出端均与模拟量采集卡连接，所述模拟量采集卡通过CPCI总线接入工业级计算机，所述CPCI总线与主控卡、CAN通信卡双向连接。本实用新型保障了光伏电站的安全稳定运行，为大型光伏电站运行经验的积累乃至电能质量治理装置的研制提供宝贵数据，具有较好的实用价值。

Description

一种适用于大型光伏电站的电能质量监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种涉及电网实时监控系统,特别是一种适用于大型光伏电站的电能质量监控系统。 

背景技术

近年来，随着“金太阳示范工程”的实施，太阳能产业在政策面上，将会得到更大力度的支持，中国的光伏产业正在经历快速发展的过程。光伏电站正向规模化和大型化发展，若干兆瓦级并网光伏电站相继在青海、甘肃、宁夏等地开工或运行，我国也制定了相应的并网技术规定，但国内目前的大型光伏电站仍以工程示范为主，主要为光伏商业化积累经验。国外已建成10MW及以上大型光伏电站一百余座，相关光伏发电并网标准及其检测标准已形成较为完整的体系，并与光伏技术同步发展。

光伏电站的发展趋势是：(1)电站容量越来越大，向百兆瓦甚至千兆瓦级发展；(2)采用大功率并网逆变器，使用百千瓦到兆瓦级容量的光伏并网逆变器；(3)电站接入配网的电压等级越来越高；(4)电网适应性要求提高，提出了光伏电站具备有功/无功控制能力、低电压穿越能力，以及能够参与电网调度等技术要求。

光伏产业正在经历黄金发展期，随着目前光伏电站装机容量爆发式的增长，相关领域的专家学者对光伏发电技术展开研究，除开在光伏设备研发、制造以及控制策略等方面有较为成熟的技术外，涉及到大型光伏电站并网与配网交互影响方面的研究才刚刚起步。由于其一次能源为太阳能，具有间歇性、随机性、波动性等特点，并网光伏电站往往接在电网馈线末端，这样就容易造成电压的波动和闪变。光伏电站通过电力电子设备实现直交变换以及并网运行，一方面光伏逆变器本身的调制、死区等因素会产生高、低次谐波电流，另一方面电网谐波电压与三相不平衡等因素也会致使光伏逆变器产生不同次数的谐波电流。根据光伏电站运行经验，即使单台逆变器输出较少的谐波电流，多台同时运行时电站谐波也可能超标。目前还没有光伏电站电能质量监控装置对光伏电站输出电流以及并网点电压的电能质量多个参数进行实时监控及记录。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种适用于大型光伏电站的电能质量监控系统，对光伏电站输出电流以及并网点电压的电能质量进行实时监控及记录，为大型光伏电站运行经验的积累及电站电能质量治理装置的研制提供依据。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种适用于大型光伏电站的电能质量监控系统，包括三相电压变送器、三相电流变送器，所述三相电压变送器、三相电流变送器输入端分别与光伏电站电压互感器二次侧、电流互感器二次侧连接，所述三相电压变送器、三相电流变送器输出端均与模拟量采集卡连接，所述模拟量采集卡通过CPCI总线接入工业级计算机，所述CPCI总线与主控卡、CAN通信卡双向连接。

作为优选方案，所述主控卡与显示器连接；所述工业级计算机为研华MIC-3001/8，模拟量采集卡型号为研华MIC-3716，CAN通信卡型号为研华MIC-3680，主控卡型号为MIC-3323。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型依托计算机技术及DAQ（数据采集）技术，通过工业级计算机实现数据的计算处理，CPCI模拟量采集卡实现数据模拟量的A/D转换及采集；高精度变送器用于将电网电压电流传感器二次数据转化为利于采集卡采集的标准数据；CAN通信卡用于与上级设备如主站监控设备的通信。在硬件设备的基础上，依托DELPHI7.0开发环境，开发了监控软件，软件核心算法为FFT（快速傅里叶变换），将采集到的数据进行频谱分析，得到各次谐波的含量。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型可以实现对大型光伏电站多项电能质量数据的监控、记录、越限报警；借助CAN通信卡可将本地电能质量数据上传到主站监控设备；保障了光伏电站的安全稳定运行，为大型光伏电站运行经验的积累乃至电能质量治理装置的研制提供宝贵数据，具有较好的实用价值。

附图说明

图1为现有的光伏电站结构示意图；

图2为本实用新型一实施例结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，光伏电站采用分块发电、集中并网的方案进行设计，光伏电站设计为30个1MVA发电单元组成，每个1MVA单元的光伏阵列组件经串并联组合汇流后，接至2台500kW高效无变压器型大功率并网逆变器，通过1台双分裂升压变压器升压至35kV，再经高压电缆接至35kV总站实现集中并网发电。35KV总站将本系统的30个1MVA子站输出电能在35kV段母线统一汇流后，经一台出线开关，用架空线送至附近变电站。

35kV总站中包括：35kV开关柜、进线计量柜、电站监控系统等设备。另外，在35KV总站还需设计1套电站自用电装置，为整个电站提供0.4KV，50Hz站用三相交流电源。另外，光伏电站内部负载有水泵、照明等设备需要从35kV总站配一套用电装置，为整个电站提供0.38kV、50Hz站用三相交流电源。35kV母线提供高压PT（电压互感器）、CT（电流互感器），供继保、计量用。

如图2所示，本实用新型光伏电站电能质量监控系统通过对35kV母线提供互感器二次电压电流数据进行采样，将模拟量转化为数字量，通过软件FFT算法分析出各次频谱含量，进而进行数据显示、存储、通信等功能。核心硬件包括CPCI工控机、CPCI模拟量采集卡等。通过CAN通信板及以太网接口与主站监控设备等进行通信，将电能质量数据进行上传。

为保证测量精度，要求变送器有极好的线性度及足够宽的频带。为此，电流、电压变送器全部采用高频响应变送器。电流变送器精度为0.1级；线性度0.1%；频率响应范围0～150kHz可以采集高次电流谐波；考虑到现场需求，额定输入电流为1A和5A两种，输出为3V的交流电压用于配合CPCL采集卡。电压变送器精度为0.1级；线性度0.1%；频率响应范围0～150kHz可以采集高次电压谐波；额定输入电压为100V，输出为3V的交流电压用于配合CPCL采集卡。

采用研华CPCI（CompactPCI）工控机来作为处理器，实现与执行级的数据交互。CPCI工控机相比普通PCI工控机有如下优势：由 CompactPCI 标准延伸的各种模块化组件体积小巧，为维修提供很大方便；各卡垂直安装、前抽取结构，提高了卡片的散热性、抗震性和易维护性；CompactPCI背板插针和接头全部镀金，并严格定义了信号线的最长长度、PCB板的阻抗、去偶电容、PCI上拉电阻阻值，因此，电气特性要优于普通PCI工控机；防腐和电磁屏蔽性好，CompactPCI使用2mm气密性针孔总线连接器，盐雾、酸雾和带电粉尘不能腐蚀总线；此外，CompactPCI的全铝合金机箱外壳和卡片的U型弹簧片能给系统提供良好的电磁屏蔽保护及抗静电性。CPCI机箱可以给计算机现场应用提供较高的稳定性。基于现场需要，工控机选择研华MIC-3001，高度4U、共8插槽，实际使用3槽，其余的可作为扩展用。

MIC-3323作为3U CompactPCI 的系统控制板，采用了高性能的Intel  Core(R) 2 Duo 1.6GHz处理器及高集成度的Intel 965GM Express  芯片组。板载内存可支持到4GB，还提供4MB二级缓存和千兆双以太网接口。 MIC-3323强大的性能可以保证关键数据计算的需求。

CAN通信卡选择了MIC-3680，具有两路支持CAN2.0规范的接口，符合现场需求。MIC-3680是一款支持热插拔的通信卡，具有2个独立CAN端口，支持CAN2.0A/B协议，具有1 Mbps高传输速率，满足现场要求。

选择研华MIC-3716作为模拟量采集卡。它是一款采样频率高达250kHz、精度为16位的16通道高分辨率多功能卡。数据采集卡的这些功能满足了多路高速数据采集的要求，是构建数据采集系统的理想选择。 

Claims (6)

1.一种适用于大型光伏电站的电能质量监控系统，包括三相电压变送器、三相电流变送器，其特征在于，所述三相电压变送器、三相电流变送器输入端分别与光伏电站电压互感器二次侧、电流互感器二次侧连接，所述三相电压变送器、三相电流变送器输出端均与模拟量采集卡连接，所述模拟量采集卡通过CPCI总线接入工业级计算机，所述CPCI总线与主控卡、CAN通信卡双向连接。

2.根据权利要求1所述的适用于大型光伏电站的电能质量监控系统，其特征在于，所述主控卡与显示器连接。

3.根据权利要求1所述的适用于大型光伏电站的电能质量监控系统，其特征在于，所述工业级计算机为研华MIC-3001/8。

4.根据权利要求1所述的适用于大型光伏电站的电能质量监控系统，其特征在于，所述模拟量采集卡型号为研华MIC-3716。

5.根据权利要求1所述的适用于大型光伏电站的电能质量监控系统，其特征在于，所述CAN通信卡型号为研华MIC-3680。

6.根据权利要求1所述的适用于大型光伏电站的电能质量监控系统，其特征在于，所述主控卡型号为MIC-3323。

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