一種適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，包括三相電壓變送器、三相電流變送器，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸入端分別與光伏電站電壓互感器二次側(cè)、電流互感器二次側(cè)連接，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸出端均與模擬量采集卡連接，所述模擬量采集卡通過CPCI總線接入工業(yè)級計算機，所述CPCI總線與主控卡、CAN通信卡雙向連接。本實用新型保障了光伏電站的安全穩(wěn)定運行，為大型光伏電站運行經(jīng)驗的積累乃至電能質(zhì)量治理裝置的研制提供寶貴數(shù)據(jù)，具有較好的實用價值。
【專利說明】ー種適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及ー種涉及電網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng)，特別是ー種適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著“金太陽示范工程”的實施，太陽能產(chǎn)業(yè)在政策面上，將會得到更大力度的支持，中國的光伏產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷快速發(fā)展的過程。光伏電站正向規(guī)模化和大型化發(fā)展，若干兆瓦級并網(wǎng)光伏電站相繼在青海、甘肅、寧夏等地開エ或運行，我國也制定了相應的并網(wǎng)技術規(guī)定，但國內(nèi)目前的大型光伏電站仍以工程示范為主，主要為光伏商業(yè)化積累經(jīng)驗。國外已建成IOMW及以上大型光伏電站ー百余座，相關光伏發(fā)電并網(wǎng)標準及其檢測標準已形成較為完整的體系，并與光伏技術同步發(fā)展。
[0003]光伏電站的發(fā)展趨勢是:(I)電站容量越來越大，向百兆瓦甚至千兆瓦級發(fā)展；
(2)采用大功率并網(wǎng)逆變器，使用百千瓦到兆瓦級容量的光伏并網(wǎng)逆變器；(3)電站接入配網(wǎng)的電壓等級越來越高；(4)電網(wǎng)適應性要求提高，提出了光伏電站具備有功/無功控制能力、低電壓穿越能力，以及能夠參與電網(wǎng)調(diào)度等技術要求。
[0004]光伏產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷黃金發(fā)展期，隨著目前光伏電站裝機容量爆發(fā)式的增長，相關領域的專家學者對光伏發(fā)電技術展開研究，除開在光伏設備研發(fā)、制造以及控制策略等方面有較為成熟的技術外，涉及到大型光伏電站并網(wǎng)與配網(wǎng)交互影響方面的研究才剛剛起歩。由于其一次能源為太陽能，具有間歇性、隨機性、波動性等特點，并網(wǎng)光伏電站往往接在電網(wǎng)饋線末端，這樣就容易造成電壓的波動和閃變。光伏電站通過電カ電子設備實現(xiàn)直交變換以及并網(wǎng)運行，一方面光伏逆變器本身的調(diào)制、死區(qū)等因素會產(chǎn)生高、低次諧波電流，另ー方面電網(wǎng)諧波電壓與三相不平衡等因素也會致使光伏逆變器產(chǎn)生不同次數(shù)的諧波電流。根據(jù)光伏電站運行經(jīng)驗，即使單臺逆變器輸出較少的諧波電流，多臺同時運行時電站諧波也可能超標。目前還沒有光伏電站電能質(zhì)量監(jiān)控裝置對光伏電站輸出電流以及并網(wǎng)點電壓的電能質(zhì)量多個參數(shù)進行實時監(jiān)控及記錄。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術不足，提供ー種適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，對光伏電站輸出電流以及并網(wǎng)點電壓的電能質(zhì)量進行實時監(jiān)控及記錄，為大型光伏電站運行經(jīng)驗的積累及電站電能質(zhì)量治理裝置的研制提供依據(jù)。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:ー種適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，包括三相電壓變送器、三相電流變送器，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸入端分別與光伏電站電壓互感器二次側(cè)、電流互感器二次側(cè)連接，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸出端均與模擬量采集卡連接，所述模擬量采集卡通過CPCI總線接入エ業(yè)級計算機，所述CPCI總線與主控卡、CAN通信卡雙向連接。
[0007]作為優(yōu)選方案，所述主控卡與顯示器連接；所述エ業(yè)級計算機為研華MIC-3001/8，模擬量采集卡型號為研華MIC-3716，CAN通信卡型號為研華MIC-3680，主控卡型號為MIC-3323。
[0008]本實用新型的工作原理是:
[0009]本實用新型依托計算機技術及DAQ (數(shù)據(jù)采集)技木，通過エ業(yè)級計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算處理，CPCI模擬量采集卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)模擬量的A/D轉(zhuǎn)換及采集；高精度變送器用于將電網(wǎng)電壓電流傳感器二次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為利于采集卡采集的標準數(shù)據(jù)；CAN通信卡用于與上級設備如主站監(jiān)控設備的通信。在硬件設備的基礎上，依托DELPHI7.0開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了監(jiān)控軟件，軟件核心算法為FFT (快速傅里葉變換)，將采集到的數(shù)據(jù)進行頻譜分析，得到各次諧波的含量。
[0010]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所具有的有益效果為:本實用新型可以實現(xiàn)對大型光伏電站多項電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的監(jiān)控、記錄、越限報警；借助CAN通信卡可將本地電能質(zhì)量數(shù)據(jù)上傳到主站監(jiān)控設備；保障了光伏電站的安全穩(wěn)定運行，為大型光伏電站運行經(jīng)驗的積累乃至電能質(zhì)量治理裝置的研制提供寶貴數(shù)據(jù)，具有較好的實用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為現(xiàn)有的光伏電站結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實用新型一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，光伏電站采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)的方案進行設計，光伏電站設計為30個IMVA發(fā)電單元組成，每個IMVA単元的光伏陣列組件經(jīng)串并聯(lián)組合匯流后，接至2臺500kff高效無變壓器型大功率并網(wǎng)逆變器，通過I臺雙分裂升壓變壓器升壓至35kV，再經(jīng)高壓電纜接至35kV總站實現(xiàn)集中并網(wǎng)發(fā)電。35KV總站將本系統(tǒng)的30個IMVA子站輸出電能在35kV段母線統(tǒng)ー匯流后，經(jīng)一臺出線開關，用架空線送至附近變電站。
[0014]35kV總站中包括:35kV開關柜、進線計量柜、電站監(jiān)控系統(tǒng)等設備。另外，在35KV總站還需設計I套電站自用電裝置，為整個電站提供0.4KV，50Hz站用三相交流電源。另外，光伏電站內(nèi)部負載有水泵、照明等設備需要從35kV總站配一套用電裝置，為整個電站提供0.38kV、50Hz站用三相交流電源。35kV母線提供高壓PT (電壓互感器)、CT (電流互感器)，供繼保、計量用。
[0015]如圖2所示，本實用新型光伏電站電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)通過對35kV母線提供互感器二次電壓電流數(shù)據(jù)進行采樣，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過軟件FFT算法分析出各次頻譜含量，進而進行數(shù)據(jù)顯示、存儲、通信等功能。核心硬件包括CPCIエ控機、CPCI模擬量采集卡等。通過CAN通信板及以太網(wǎng)接ロ與主站監(jiān)控設備等進行通信，將電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進行上傳。
[0016]為保證測量精度，要求變送器有極好的線性度及足夠?qū)挼念l帶。為此，電流、電壓變送器全部采用高頻響應變送器。電流變送器精度為0.1級；線性度0.1% ;頻率響應范圍0?150kHz可以采集高次電流諧波；考慮到現(xiàn)場需求，額定輸入電流為IA和5A兩種，輸出為3V的交流電壓用于配合CPCL采集卡。電壓變送器精度為0.1級；線性度0.1% ;頻率響應范圍0?150kHz可以采集高次電壓諧波；額定輸入電壓為100V，輸出為3V的交流電壓用于配合CPCL采集卡。
[0017]采用研華CPCI (CompactPCI)工控機來作為處理器，實現(xiàn)與執(zhí)行級的數(shù)據(jù)交互。CPCI工控機相比普通PCI工控機有如下優(yōu)勢:由CompactPCI標準延伸的各種模塊化組件體積小巧，為維修提供很大方便；各卡垂直安裝、前抽取結(jié)構(gòu)，提高了卡片的散熱性、抗震性和易維護性；C0mpactPCI背板插針和接頭全部鍍金，并嚴格定義了信號線的最長長度、PCB板的阻抗、去偶電容、PCI上拉電阻阻值，因此，電氣特性要優(yōu)于普通PCI工控機；防腐和電磁屏蔽性好，CompactPCI使用2_氣密性針孔總線連接器，鹽霧、酸霧和帶電粉塵不能腐蝕總線；此外，CompactPCI的全鋁合金機箱外殼和卡片的U型彈簧片能給系統(tǒng)提供良好的電磁屏蔽保護及抗靜電性。CPCI機箱可以給計算機現(xiàn)場應用提供較高的穩(wěn)定性。基于現(xiàn)場需要，工控機選擇研華MIC-3001，高度4U、共8插槽，實際使用3槽，其余的可作為擴展用。
[0018]MIC-3323作為3U CompactPCI的系統(tǒng)控制板，采用了高性能的Intel Core (R) 2Duo 1.6GHz處理器及高集成度的Intel 965GM Express芯片組。板載內(nèi)存可支持到4GB，還提供4MB 二級緩存和千兆雙以太網(wǎng)接口。MIC-3323強大的性能可以保證關鍵數(shù)據(jù)計算的需求。
[0019]CAN通信卡選擇了 MIC-3680，具有兩路支持CAN2.0規(guī)范的接口，符合現(xiàn)場需求。MIC-3680是一款支持熱插拔的通信卡，具有2個獨立CAN端口，支持CAN2.0A/B協(xié)議，具有I Mbps高傳輸速率，滿足現(xiàn)場要求。
[0020]選擇研華MIC-3716作為模擬量采集卡。它是一款采樣頻率高達250kHz、精度為16位的16通道高分辨率多功能卡。數(shù)據(jù)采集卡的這些功能滿足了多路高速數(shù)據(jù)采集的要求，是構(gòu)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理想選擇。
【權利要求】
1.ー種適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，包括三相電壓變送器、三相電流變送器，其特征在于，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸入端分別與光伏電站電壓互感器二次側(cè)、電流互感器二次側(cè)連接，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸出端均與模擬量采集卡連接，所述模擬量采集卡通過CPCI總線接入エ業(yè)級計算機，所述CPCI總線與主控卡、CAN通信卡雙向連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述主控卡與顯示器連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述エ業(yè)級計算機為研華MIC-3001/8。
4.根據(jù)權利要求1所述的適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬量采集卡型號為研華MIC-3716。
5.根據(jù)權利要求1所述的適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述CAN通信卡型號為研華MIC-3680。
6.根據(jù)權利要求1所述的適用于大型光伏電站的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述主控卡型號為MIC-3323。
【文檔編號】G01R31/00GK203414550SQ201320569472
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】羅安, 謝寧, 田園, 馮凱輝, 徐千鳴, 郭佳才, 成佳富 申請人:湖南大學, 中國電力科學研究院