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根據(jù)光伏發(fā)電的孤島運行機理和防孤島保護策略,設(shè)計了一種應(yīng)用于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的低壓反孤島裝置。通過研究阻性、感性、容性低壓反孤島裝置的設(shè)計原理,并考慮擾動負(fù)載自身特性,選擇阻性負(fù)載實現(xiàn)裝置的反孤島功能。風(fēng)險分析結(jié)果表明,阻性低壓反孤島裝置不會對逆變器、低壓熔斷器等相關(guān)設(shè)備帶來危害。通過對裝置樣機進行反孤島試驗,驗證了低壓反孤島裝置分?jǐn)鄼C理的準(zhǔn)確性,證明裝置能在要求時間內(nèi)破壞分布式光伏孤島運行的條件,實現(xiàn)反孤島功能。
產(chǎn)品主要特點：
主要功能簡介
TC-3087除設(shè)置有孤島跳閘和孤島恢復(fù)遠(yuǎn)方合閘功能外，在系統(tǒng)運行中，該裝置不斷監(jiān)視母線電壓和測量電流，具有對異常電流和電壓報警功能，設(shè)置如下：
(1)過電壓跳閘 (可選擇投退)
(2)低電壓跳閘 (可選擇投退)
(3)有壓自動合閘(可選擇投退)
(4)過頻率跳閘(可選擇投退)
(5)低頻率跳閘(可選擇投退)
(6)瞬時逆功率判別跳閘(可選擇投退)
(7) )防孤島保護判別.(可選擇投退)
(8)測量和控制功能：U、I、P、Q，cosΦ，F(xiàn)（需要有測量電流和電壓輸入）
(9)可選擇的自動恢復(fù)合閘功能.
TC-3087的適用范圍
清潔電源工程供電系統(tǒng)的正常運行方式：一臺 10kV/400V 的配電變壓器正常供電，同時清潔電源并網(wǎng)供電，此時的控制要求如下：
（1） 若測量點出現(xiàn)電流值過高越線（通過設(shè)置參數(shù)整定），則低壓反孤島裝置TC-3087在液晶顯示上發(fā)報警信息，可通過通訊把報警信息上傳。
（2） 實時檢測交流電網(wǎng)（AC380V，50Hz）供電回路三相電壓、電流（測量點），判斷功率流向和功率大小。如果在裝置初期上電的過程中,系統(tǒng)側(cè)有電壓,并且大于有壓定值,則裝置上電自動合閘,另外,在發(fā)生低電壓跳閘后,裝置在沒有失電的前提從下,裝置可以自動判斷有壓恢復(fù)合閘功能.
（3）低壓反孤島裝置TC-3087配置了過壓保護跳閘，低電保護跳閘，過高頻率保護跳閘，低頻率保護跳閘，瞬時逆功率判別跳閘,防止孤島現(xiàn)象出現(xiàn)后造成對系統(tǒng)電網(wǎng)的影響和設(shè)備的損壞。
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隨著新能源的逐步發(fā)展，為了保證電站的穩(wěn)定可靠的運行，國家電網(wǎng)對于并網(wǎng)電站的要求越來越完善。而如今的好多光伏電站尤其是分布式光伏，要求裝設(shè)防孤島保護裝置來保證電站的運行。那么對于防孤島保護做一個簡單的介紹。
孤島效應(yīng)，即當(dāng)電網(wǎng)由于某種故障原因造成失壓時，該光伏電站可以保持對系統(tǒng)一部分線路供電。孤島現(xiàn)象分為計劃性和非計劃性。顧名思義，當(dāng)出現(xiàn)非計劃性時應(yīng)該是電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)某個原因造成的，這樣導(dǎo)致的結(jié)果可能是影響該站的正常運行、設(shè)備受損。因此為了防止這種故障出現(xiàn)，要求加設(shè)防孤島保護。
那么對防孤島保護裝置的要求有哪些呢?首先來講防孤島保護應(yīng)具備主動式和被動式。主動式包括頻率偏高、有功和無功功率變動等。被動式包括電壓相位跳動、頻率變化等。孤島保護跳閘出口一般接在并網(wǎng)斷路器上，當(dāng)出現(xiàn)孤島現(xiàn)象時切斷并網(wǎng)斷路器。因此防孤島保護裝置須具備檢并網(wǎng)點的電壓、頻率。然后當(dāng)電壓、頻率出現(xiàn)波動且大于定制時跳閘出口動作，斷開并網(wǎng)開關(guān)。
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光伏逆變器在將光伏組件產(chǎn)生的直流電變換成交流電時，會夾雜有直流分量和諧波，三相電流不平衡，輸出功率不確定性等，目前基本沒有采取有效的治理手段，因此，當(dāng)有發(fā)電功率送往公用電網(wǎng)時，就會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，易造成電網(wǎng)電壓波動，閃變等，如果有許多這樣的發(fā)電源向電網(wǎng)輸電時，會導(dǎo)致電網(wǎng)電能質(zhì)量嚴(yán)重下降。所以這類光伏發(fā)電系統(tǒng)必須配套加裝防逆流設(shè)施，來防止逆功率的發(fā)生。
針對低壓配電網(wǎng)側(cè)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，一般認(rèn)為光伏發(fā)電功率不大于并網(wǎng)側(cè)上級配電變壓器容量的20%是合適的。目前，電網(wǎng)公司通常要求光伏并網(wǎng)系統(tǒng)為不可逆流發(fā)電系統(tǒng)，即光伏并網(wǎng)系統(tǒng)所發(fā)的電由本地負(fù)荷消耗，多余的電不允許通過低壓配電變壓器向上級電網(wǎng)逆向送電。系統(tǒng)配置防逆流控制器，通過實時監(jiān)測配電變壓器低壓出口側(cè)的電壓，電流信號來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)電功率，從而達(dá)到光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的防逆流功能。
光伏發(fā)電系統(tǒng)中的防逆流關(guān)鍵是并網(wǎng)點如何選擇。如果并在低壓側(cè)400V ，如果光伏電站白天發(fā)的電遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)荷，則不必安裝防逆流裝置。只有當(dāng)大于負(fù)荷是才會逆流，一般兩種情況:1流向同級的其它負(fù)荷，2流向上一級變壓器，這是會對變壓器造成沖擊，造成事故(如:停電事故等)，此時，從技術(shù)風(fēng)險角度考慮則要加防逆流，防止進入上級電網(wǎng)故，光伏電站的容量一般不超過為負(fù)荷20%。
低壓并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)電一般為內(nèi)耗型，發(fā)電功率在低壓系統(tǒng)中由負(fù)荷消耗了。對于具有此裝置的發(fā)電系統(tǒng)，理想狀態(tài)下，并網(wǎng)點的電網(wǎng)電壓和電流不會隨內(nèi)部負(fù)載的增減而變化，因為負(fù)載變化時發(fā)電功率也隨之調(diào)節(jié)，系統(tǒng)內(nèi)部是平衡的，不會對外部有影響。對于實際情況，因控制器調(diào)節(jié)是有時間的，當(dāng)負(fù)載變化時短時間內(nèi)并網(wǎng)點會有功率變化，但這個變化會很小，因為負(fù)載變化時，發(fā)電功率也會變化，因發(fā)電功率是隨負(fù)載的變化而變化的，發(fā)電功率。
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1、什么是電能質(zhì)量？
電能質(zhì)量是指導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差。從嚴(yán)格意思上講，衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和波形。從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。
我們平時使用的電力能源存在一個品質(zhì)的問題，品質(zhì)高的電能不但能減輕用電器的損耗、提高電能的使用效率，更關(guān)鍵的是品質(zhì)高的電能更能保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定、健康的運行。醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心等對供電安全特別重視的行業(yè)尤其對電能質(zhì)量有很高的的要求。
2、什么引起了電能質(zhì)量問題？
從廣義上分類的話，影響電能質(zhì)量的因素主要包括三個方面：
（1）雷擊、風(fēng)暴、雨雪等自然因素對電能質(zhì)量的影響，這些自然因素的發(fā)生使電網(wǎng)發(fā)生事故，影響到電網(wǎng)的安全，造成供電可靠性降低。
（2）大型電力設(shè)備的啟動和停運、自動開關(guān)的跳閘及重合等電力設(shè)備及裝置的自動保護及正常運行對電能質(zhì)量的影響，使額定電壓暫時降低、產(chǎn)生波動與閃變等。開關(guān)如下圖所示。
（3）非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷等的大量使用。如電弧爐、礦熱爐、中頻爐等大型非線性負(fù)載設(shè)備的使用，使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波，產(chǎn)生電壓擾動、產(chǎn)生電壓波動與閃變等。這些負(fù)載如下圖所示。
3、電能質(zhì)量問題有什么危害？
電能質(zhì)量問題對電力系統(tǒng)、供電部門和電力用戶帶來嚴(yán)重的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
(1)諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的損耗,降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。大量3次諧波流過中線會使線路過熱,甚至引起火災(zāi)。
(2)諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作,使電機產(chǎn)生機械振動和噪聲等,使變壓器局部嚴(yán)重過熱,使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短,以至損壞。
(3)引起電網(wǎng)諧振。這種諧振可能使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍,會對系統(tǒng),特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器形成很大的威脅,經(jīng)常使電容器和電抗器燒毀。
(4)導(dǎo)致繼電保護器和自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失。
(5)諧波會使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確,產(chǎn)生計量誤差,給供電部門或電力用戶帶來經(jīng)濟損失。
(6)諧波會對臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,輕則產(chǎn)生噪聲,降低通信質(zhì)量;重則導(dǎo)致信息丟失,使通信系統(tǒng)無法正常使用。
(7)短時停電、電壓驟升或驟降會影響許多特殊行業(yè)的生產(chǎn)過程,降低生產(chǎn)工效和產(chǎn)品質(zhì)量,直接造成經(jīng)濟損失。
5、為了避免這些情況的發(fā)生，電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的用途尤為廣泛，保定特創(chuàng)電力科技有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)廠家，其生產(chǎn)的TC-300B電能質(zhì)量監(jiān)測裝置產(chǎn)品性能好，操作簡便，應(yīng)用領(lǐng)域多。如需了解更多詳情歡迎登陸公司網(wǎng)址www.3rcouttc.com或撥打電話0312-3121200。
發(fā)電機逆功率保護裝置又稱功率方向保護。一般而言，發(fā)電機的功率方向應(yīng)該為由發(fā)電機流向母線，但是當(dāng)發(fā)電機失磁或其他某種原因，發(fā)電機有可能變?yōu)殡妱訖C運行，即從系統(tǒng)中吸取有功功率。這就是逆功率。當(dāng)逆功率達(dá)到一定值時，發(fā)電機的保護動作，或動作于發(fā)信號或動作于跳閘。
并網(wǎng)運行的汽輪發(fā)電機，在汽輪機的主汽門關(guān)閉之后，便作為同步電動機運行：吸收有功功率而拖著汽輪機轉(zhuǎn)動，可向系統(tǒng)發(fā)出無功功率。由于汽輪機主汽門已關(guān)閉，汽機尾部葉片與殘留蒸汽產(chǎn)生摩擦而形成鼓風(fēng)損耗，長期運行過熱而損壞。燃?xì)廨啓C和水輪機也主要是對原動機的損害。發(fā)電機逆功率保護裝置主要保護汽輪機不受損害。
對汽輪機逆功率保護裝置的整定計算，就是要確定該保護的動作功率Pdz及動作延時t。1、動作功率Pdz的整定 汽輪發(fā)電機逆功率保護的動作功率可按下式計算： Pdz=(Krel*P1)/η Pdz－逆功率保護的動作功率 Krel－可靠系數(shù)，取0.8 P1－主汽門關(guān)閉后，汽輪機維持同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)所消耗的功率，該功率的大小除與汽輪機的結(jié)構(gòu)及容量有關(guān)之外，還與汽輪發(fā)電機的主蒸汽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（管道結(jié)構(gòu)及有無旁路管道等）有關(guān)，一般取額定功率的1.5~2% η－發(fā)電機拖動汽輪發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時的效率，取0.98~0.99 所以：Pdz≈（1.2~1.6%）PN PN－發(fā)電機的額定功率。 實際中，Pdz=可取1~1.5%PN。 2、動作延時 發(fā)電機逆功率保護的動作延時，應(yīng)按照汽輪發(fā)電機主汽門關(guān)閉后允許運行的時間來整定，該允許時間一般為10~15min。計算及運行實踐表明，當(dāng)汽輪機蒸汽系統(tǒng)有旁路管道時，允許運行時間還要長一些。 因此，若按照汽輪機主汽門關(guān)閉之后允許運行的時間來整定保護的動作延時，可取5~10min。動作后作用于解列滅磁。 另外，投運的大型汽輪發(fā)電機，多采用逆功率保護去啟動程序跳閘回路，此時，動作時間通常取1~2s。 對于程控逆功率保護，由于動作時間短，在主汽門點閉后很短的時間內(nèi)，由于汽輪機及發(fā)電機的慣性，實際逆功率可能很小，因此逆功率的定值不應(yīng)大于1%PN。
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防孤島保護裝置的主要作用如下
作用一：當(dāng)電網(wǎng)側(cè)失電的時候，需要維修人員去檢修，這時光伏本側(cè)還處于正常發(fā)電狀態(tài)，還會向電網(wǎng)側(cè)送電，這時就會形成孤島效應(yīng)，給電網(wǎng)側(cè)檢修人員帶來很大的威協(xié)。同樣，當(dāng)光伏本側(cè)出現(xiàn)故障，需要人員檢修的時候，而電網(wǎng)側(cè)還有電，這樣電網(wǎng)側(cè)有可能會出現(xiàn)向本站反送電的情況，同樣會給光伏本側(cè)維修人員帶來生命方面的隱患。如果裝上防孤島保護裝置，當(dāng)光伏本側(cè)或者電網(wǎng)側(cè)任何一側(cè)失電的時候，防孤島保護裝置都會迅速向并網(wǎng)開關(guān)發(fā)出命令，讓其跳閘，從而很好的保證了光伏兩側(cè)維修人員的生命。
作用二： 當(dāng)光伏本側(cè)或者電網(wǎng)側(cè)任何一側(cè)出現(xiàn)頻率、電壓或者過載運行時給兩側(cè)主設(shè)備造成沖擊時，防孤島保護裝置也會迅速向并網(wǎng)開關(guān)發(fā)出命令，讓其跳閘，從而很好的保證了兩側(cè)主設(shè)備不受傷害，避免事故進一步擴大。
作用三：智能并網(wǎng)： 裝置帶有失壓跳閘、檢有壓自動合閘功能，當(dāng)故障解除后，光伏兩側(cè)都處于正常狀態(tài)。這時防孤島保護裝置就會檢測到相關(guān)信號，自動合上并網(wǎng)開關(guān)，讓其正常工作，省去了人工并網(wǎng)的繁瑣。
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光伏系統(tǒng)故障解列裝置產(chǎn)品功能特點
■ 根據(jù)用戶的不同需求可部署在光伏電站，也可部署在 電網(wǎng)變電站；
■ 電網(wǎng)變電站側(cè)的防孤島保護可實現(xiàn)防孤島保護與備自投、安控裝置的一體化，節(jié)省用戶投資；
■ 光伏電站側(cè)的防孤島保護可實現(xiàn)防孤島與安控裝置的 一體化，光伏系統(tǒng)故障解列裝置判別不依賴電網(wǎng)運行方式，根據(jù)需要可 配置被動式原理和主動式原理；
■ 采用分散主從式系統(tǒng)構(gòu)架，既可集中布置，也可小室 分散布置；
■ 實時數(shù)據(jù)和故障實時模擬和下載，調(diào)試、聯(lián)調(diào)、定檢 方便；
■ 強大的定值管理功能，記錄定值修改的時間；
■ 裝置軟件采用組態(tài)可配置式設(shè)計。
光伏系統(tǒng)故障解列裝置主要性能指標(biāo)
■ 電氣測量精度達(dá)到：電壓±0.5%,電流±1%、功率1.5%， 頻率±0.01Hz；
■ 故障狀態(tài)下突變量啟動時間：5～10ms；
■ 變電站側(cè)防孤島保護判別時間<100ms；
■ 光伏電站側(cè)防孤島保護判別時間<1s。
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電能質(zhì)量(Power Quality)，從嚴(yán)格意思上講，衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和波形，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。電能質(zhì)量問題可以定義為：導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內(nèi)容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、瞬時或暫態(tài)過電壓、波形畸變(諧波)、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等。
在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電壓暫降，暫升和短時中斷，諧波產(chǎn)生的電壓波形畸變;已成為重要的電能質(zhì)量問題。
1.電壓不平衡是指三相電壓的幅值或相位不對稱。不平衡的程度用不平衡度(電壓負(fù)序分量和正序分量的方均根值百分比)來表示，典型的三相不平衡是指不平衡度過2%，短時過4%。在電力系統(tǒng)中，各種不平衡工業(yè)負(fù)荷以及各種接地短路故障都會導(dǎo)致三相電壓的不平衡。
2.過電壓是指持續(xù)時間大于1分鐘，幅值大于標(biāo)稱值的電壓。典型的過電壓值為1.1~1.2倍標(biāo)稱值。過電壓主要是由于負(fù)載的切除和無功補償電容器組的投入等過程引起，另外，變壓器分接頭的不正確設(shè)置也是產(chǎn)生過電壓的原因。
3.欠電壓是指持續(xù)時間大于1分鐘，幅值小于標(biāo)稱值的電壓。典型的欠電壓值為0.8~0.9倍標(biāo)稱值。其產(chǎn)生的原因一般是由于負(fù)載的投入和無功補償電容器組的切除等過程。另外，變壓器分接頭的錯誤設(shè)置也是欠電壓產(chǎn)生的原因。
4.電壓驟降是指在工頻下，電壓的有效值短時間內(nèi)下降。典型的電壓驟降值為0.1~0.9倍標(biāo)稱值，持續(xù)時間為0.5個周期到1分鐘。電壓驟降產(chǎn)生的原因主要有電力系統(tǒng)發(fā)生故障，如系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障;大容量電機的啟動和負(fù)載突增也會導(dǎo)致電壓驟降。
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光伏系統(tǒng)故障解列裝置產(chǎn)品功能特點
■ 根據(jù)用戶的不同需求可部署在光伏電站，也可部署在 電網(wǎng)變電站；
■ 電網(wǎng)變電站側(cè)的防孤島保護可實現(xiàn)防孤島保護與備自投、安控裝置的一體化，節(jié)省用戶投資；
■ 光伏電站側(cè)的防孤島保護可實現(xiàn)防孤島與安控裝置的 一體化，光伏系統(tǒng)故障解列裝置判別不依賴電網(wǎng)運行方式，根據(jù)需要可 配置被動式原理和主動式原理；
■ 采用分散主從式系統(tǒng)構(gòu)架，既可集中布置，也可小室 分散布置；
■ 實時數(shù)據(jù)和故障實時模擬和下載，調(diào)試、聯(lián)調(diào)、定檢 方便；
■ 強大的定值管理功能，記錄定值修改的時間；
■ 裝置軟件采用組態(tài)可配置式設(shè)計。
光伏系統(tǒng)故障解列裝置主要性能指標(biāo)
■ 電氣測量精度達(dá)到：電壓±0.5%,電流±1%、功率1.5%， 頻率±0.01Hz；
■ 故障狀態(tài)下突變量啟動時間：5～10ms；
■ 變電站側(cè)防孤島保護判別時間<100ms；
■ 光伏電站側(cè)防孤島保護判別時間<1s。
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逆功率保護，用于保護汽輪機。當(dāng)主汽門誤關(guān)閉或機爐保護動作關(guān)閉主汽門而發(fā)電機出口開關(guān)未跳閘時，發(fā)電機變成電動機運行狀態(tài)，此時發(fā)電機從系統(tǒng)吸收有功和無功，這種工況對發(fā)電機并無影響但由于鼓風(fēng)損失，氣輪機尾部葉片有可能過熱，損壞尾部葉片而造成汽輪機事故。
逆功率保護，用于保護汽輪機。當(dāng)主汽門誤關(guān)閉或機爐保護動作關(guān)閉主汽門而發(fā)電機出口開關(guān)未跳閘時，發(fā)電機變成電動機運行狀態(tài)，此時發(fā)電機從系統(tǒng)吸收有功和無功，這種工況對發(fā)電機并無影響但由于鼓風(fēng)損失，氣輪機尾部葉片有可能過熱，損壞尾部葉片而造成汽輪機事故。因此大機組不允許在這種工況下長時間運行，較多只允許運行幾分鐘。
我國自行設(shè)計的發(fā)電機，以往不裝設(shè)逆功率保護，但采取以下措施：
(1) 主汽門關(guān)閉后，在控制室內(nèi)發(fā)信號，如主汽門誤關(guān)閉，檢查之后可迅速恢復(fù)供汽，使機組正常運行，如幾分鐘恢復(fù)不了，可由值班員斷開發(fā)電機出口開關(guān)。
(2) 采用聯(lián)鎖方法。當(dāng)主汽門關(guān)閉后，用主汽門輔助接點，經(jīng)延時切除發(fā)電機。上述方法雖然可行，但有不足之處，因為都不能正確地反映主汽門關(guān)閉情況。為了及時發(fā)現(xiàn)逆功率的異常工況，歐洲一些國家在發(fā)電機上配置有逆功率保護。逆功率保護其核心元件是逆功率。逆功率繼電器和功率方向繼電器相似，只是在功率方向相反時動作，及時發(fā)出信號或延時動作切機
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