1．概述

随着全球能源危机和环境污染的日益严重，开发和利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最具有大规模开发前景的可再生能源之一。太阳能的利用因此受到世界各国的普遍关注。在我国，光伏发电在电能生产中所占比重也正在不断上升。同时，光伏发电的广泛应用也对传统的电力系统产生很大的影响，包括配电网的电能质量、系统稳定性、潮流、继电保护等方面。因此，通过研究光伏发电对配网电能质量的影响将更好地指导我们如何更加充分地发挥光伏发电的优势，并对其进一步发展和应用有重大的帮助。

配电网是整个电力传输的重要组成部分，其从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网，配电网是与用户关系最密切的部分，是向用户提供优质电力的直接保证。随着人们对于新能源发电的关注，大量的分布式发电系统接入配电网。分布式光伏并网发电系统运行中会向配电网注入谐波和直流分量，对配电网的安全运行和用电设备的正常工作造成的危害与影响不断增加，造成配电网质量问题日益突出。与此同时，电力用户对于电能质量要求不断提高，促进电力及相关部门采取积极有效的措施来保证配电网高质量电能的供应。因此，对光伏并网发电接入配电网的电能质量监测显得尤为重要。

为此，我司在消化吸收国内外同类产品先进经验的基础上研制的基于32位ARM Cortex-M4技术的电能质量在线监测装置可为光伏发电提供全面的电能监测。

2．引用标准

GB/T17626.2         《静电放电抗扰度试验》

GB/T17626.3         《射频电磁场辐射抗扰度试验》

GB/T17626.4         《电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》

GB/T17626.5         《浪涌冲击抗扰度试验》

GB/T17626.6         《射频场感应的传导骚扰抗扰度试验》

GB/T17626.8         《工频磁场抗扰度试验》

GB/T17626-1998      《电磁兼容试验和测量技术》

GB/T14549－1993     《电能质量 公用电网谐波》

GB12326－2000       《电能质量 电压波动和闪变》

GB/T15543－1995     《电能质量 三相电压允许不平衡度》

GB/T12325－2003     《电能质量 供电电压允许偏差》

GB/T15945－1995     《电能质量 电力系统频率允许偏差》

GB/T18481-200       《暂时过电压和瞬态过电压》

GB/T19862           《电能质量监测设备通用要求》

Q/GDW 650           《电能质量监测终端技术规范》

GB/T24337           《电能质量 公用电网谐波》

3．装置特点

1) 采用全汉化4.3寸800*480分辨率IPS彩色液晶显示，人机界面清晰易懂，操作整定极为方便

2) 采用32位ARM Cortex-M4内核，配备高精度的A/D芯片，使得装置性能稳定、运算速快、     精度高；

3) 完整的异常记录、事件记录、操作记录，所有信息掉电保持；

4) 完善的自诊断和监视功能，对故障可具体定位，方便调试；

5) 完善的软硬件看门狗，保证装置可靠运行；

6) 完善的在线运行状态监视功能；

7) 高精度的时钟芯片；

8) 配备2路高速以太网通信接口；

9) 标配1路RS485通信接口；

10) 高等级、高品质保证的元器件选用，采用多层板技术和SMT工艺；

4．装置结构

4.1 结构：

采用5U 、19/3英寸标准机箱，整面板、背插式结构，嵌入式、后接线安装方式，强弱电隔离，大大加强了其产品的电气性能。

4.2 交流及电源插件：

外部电流经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至A/D芯片，CPU经采样数字处理后，构成各种数字式保护继电器，并实时计算各种测量值。

电流采集保护和测量独立，保证了保护电流的宽范围采集及测量电流的精度要求。

电源采用交直流宽电压输入，输出2组完全隔离的直流电压为装置供电。

4.3 CPU插件：

CPU插件主要由以下几部分构成：

1） CPU系统

CPU系统由32位ARM Cortex-M4内核微处理器、SRAM、EEPROM、Flash等构成。高性能的32位微处理器，大容量的SRAM、EEPROM及Flash，使得该CPU模件具有极强的数据处理及记录能力，可以实现各种复杂的故障处理方案和记录大量的故障数据。EEPROM及Flash用于存储保护定值、故障录波报告、事件等，这些信息在装置掉电后均不会丢失。EEPROM支持不少于1,000,000 次擦写操作，数据可支持保存100年，Flash支持不少于100,000 次擦写操作，数据可至少保存20年。

2) 数据采集系统

数据采集系统由前级高精度滤波阻容器件（电阻精度0.5%，温漂系数50ppm/℃，电容精度1%，温漂系数C0G），高精度的差分A/D转换芯片组成，转换芯片内部包含了采样保持及同步电路，具有转换速度快、采样偏差小、超小功耗及稳定性好等特点，故本装置的采样回路无可调整元件，也不需要在现场作调整，具备高度的可靠性。

3）开关量输入及输出部分

开入量分为内部开入和外部开入，内部开入采用DC24V光耦隔离输入，电源由装置电源本身提供，外部开入采用稳压控制的光耦隔离，实现交直流220V（或直流110V）直接输入电平。

开出经过高CTR光耦驱动继电器，开出部分I/O经多重闭锁，保证了继电器的稳定可靠。

4) 通信部分

本插件内含通10M/100M以太网接口(标配1路，可扩展至2路)和RS485通讯接口，特殊情况下也可提供光纤接口。

5) 时钟回路

插件内设置了硬件时钟回路,采用的时钟芯片精度高,并配有电池以掉电保持。

另外，CPU插件采用了多层印制板及表面封装工艺，外观小巧，结构紧凑，大大提高了装置的可靠性及抗电磁干扰能力。

4.4 开关量插件

开关量插件由开出和开入组成。开出由各种继电器提供，其中包括了信号出口、备用出口等。开入采用稳压控制的光耦隔离，实现交直流220V（或直流110V）直接输入电平。

4.5 人机对话插件（MMI）：

人机对话（MMI）插件采用4.3寸800*480分辨率IPS彩色液晶显示，人机界面清晰易懂，配置系列通用的键盘操作方式，使得人机对话操作方便、简单。本插件上还配置了灯光指示信息，使本装置的运行信息更为直观。

5．主要技术指标

5.1 技术参数

1） 额定装置电源                DC220V 、DC110V 、AC220V或AC127V(订货注明)

2） 额定技术数据

a) 交流电流：                  5A/1A  (订货注明)；

b) 相电压：                    57.74V 或220V，支持Y和VV接线  (订货注明)；

c) 频率：                      50Hz或60Hz （订货注明）；

3） 功率消耗

直流工作电源：                 正常工作时,不大于10W；

保护动作时,不大于15W。

交流电流回路：                  < 1VA/相   (IN =5A)；

                                < 0.5VA/相 (IN =1A)；

交流电压回路：                  < 0.5VA/相；

4） 精确工作范围：

电流：                          0～1.2In

电压：                          0～1.2Un

频率：                          42.5Hz～57.5Hz

时间：                          0～100s

5） 精度：

a) 交流量精度：                 ≤±0.1%；

b) 有功无功：                   ≤±0.2%；

c) 频率分辨率：                 ≤0.005Hz；

d）电压偏差：                   ≤±0.1%；

e）电压不平衡度：               ≤±0.2%；

f）电流不平衡度：               ≤±0.5%；

g）谐波(2-50)：               符合 GB/T 14549-1993中附录D中的A级要求；

h）间谐波(0.5-49.5)：         符合 GB/T 24337-2009中附录D中对谐波要求的A级；

i）闪变：                     2％；

j）电压波动：                 2％；

6） 开关量输入：

输入类型：                      无源

工作电压：                      AC、DC220V或DC110V

7） 开出接点容量：

触点额定载流容量：              1250VA

动作寿命：                      100,000次

8） 通信接口：

类型：                          以太网、RS485

协议：                          IEC870-5-103(低配版)、IEC870-5-104(高配版)、

Modbus-RTU、IEC61850(订货说明)

9）对时：

类型：                          网络对时、GPS秒对时、IRIG_B（DC）（订货说明）

5.2 环境参数

5.2.1 电气环境

a) 直流电源

电压波动范围：额定电压80%～120%，

纹波系数：不大于5%

b) 绝缘电阻

在正常试验大气条件下,装置的带电电路部分和非带电金属及外壳之间,以及电气无联系的各电路之间,用开路电压500V的兆欧表测量绝缘电阻值；正常试验大气条件下,各回路绝缘电阻应不小于100 MΩ。

c) 介质强度

在正常试验大气条件下,装置能承受试验电压值为2000V，频率为50Hz,历时1min的工频耐压试验而无击穿闪络及元器件损坏现象。

d) 冲击电压

在正常试验大气条件下,装置的直流输入回路、交流输入回路、信号输出触点诸回路对地以及回路之间，能承受(1.2/50)μs的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压5kV，无绝缘损坏。

e) 静电放电抗干扰度

通过GB/T 17626.2－1998标准、静电放电抗干扰4级试验。

f) 射频电磁场辐射抗干扰度

通过GB/T 17626.3－1998标准、射频电磁场辐射抗干扰度3级试验。

g) 电快速瞬变脉冲群抗扰度

通过GB/T 17626.4－1998标准、电快速瞬变脉冲群抗扰度4级试验。

h) 浪涌（冲击）抗扰度

通过GB/T 17626.5－1999标准、浪涌（冲击）抗扰度4级试验。

i) 射频场感应的传导骚扰度

通过GB/T 17626.6－1998标准、射频场感应的传导骚扰度3级试验。

j) 工频磁场抗扰度

通过GB/T 17626.8－1998标准、工频磁场抗扰度5级试验。

k) 脉冲磁场抗扰度

通过GB/T 17626.9－1998标准、脉冲磁场抗扰度5级试验。

l) 阻尼振荡磁场抗扰度

通过GB/T 17626.10－1998标准、阻尼振荡磁场抗扰度5级试验。

m) 振荡波抗扰度

通过GB/T 17626.12－1998标准、振荡波抗扰度4级试验。

5.2.2 自然环境

a) 环境温度：

工作：-10℃～+55℃。

贮存：-25℃～+80℃,在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆的化,温度恢复后,装置应能正常工作。

b) 相对湿度：5%～95%（不凝露）

c) 大气压力： 80kPa～110kPa。

5.2.3 机械环境

a) 工作条件：能承受严酷等级为Ⅰ级的振动响应、冲击响应；

b) 运输条件：能承受严酷等级为Ⅰ级的振动耐久、冲击耐久、碰撞。