太阳能电站直流柜回路监控设计改进研究.docVIP

太阳能电站直流柜回路监控设计改进研究 　　摘要：本文对太阳能电站直流柜内回路的现有各种监控模式进行了分析，对比；提出了一种新的设计方案——多回路监控仪表单元；该装置具有电参量测量、计量、开关量输入、通讯等为一体的功能，极大地降低了太阳能电站的建设周期，减少投资，接线简单，维护方便，对太阳能电站的“无人化监管”具有积极意义。 关键字： 太阳能 直流柜 多回路监控仪表 监控 中图分类号：TK511文献标识码： A 文章编号： 前言 太阳能是一种具有明显优越性、值得开发利用的可再生能源。早在20世纪90年代末开始，欧美、日本等国家就纷纷实行“阳光计划”，在太阳能发电的价格、税收、发展基金等方面给予较大优惠。我国太阳能资源非常丰富，大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，理论储量达每年1.7万亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。 因此，如何合理充分地利用太阳能发电，具有重要的意义。太阳能发电工程大多数处于荒漠或半荒漠地区，人烟稀少，做好电站的看管是一项不可缺少的技术，尤其是要实现“电站的无人化监管”，发电并网的自动化配电，需要各方面的技术相结合。本文针对光伏直流汇流系统中的直流柜内回路的监控设计，做了一次试探性的分析、探讨，以此引出一种全新装置多回路监控仪表单元。 1、技术背景 太阳能电站主要由光电池阵列、防雷汇流箱、低压直流柜、光伏逆变柜、交流低压柜、升压变压器等几部分组成（如图1），最后产生的高压交流直接并入电网。低压直流柜是将防雷汇流箱输出的直流电进一步汇集，可减少防雷汇流箱与光伏逆变器之间的连接线，方便维护，提高设备的可靠性。同时由于直流柜内加装了防反二极管，能有效的防止正、负极电源接线反相带来设备损坏的问题，也可避免逆变器电流倒流的现象产生；另在直流柜的出线末端加装了光伏专用直流浪涌保护器，该装置能有效的操作过电压，雷电过电压的产生，对设备进行保护，同时也是防雷汇流箱的雷电后备保护；因此，做好对低压直流柜回路的监控设计有着极其重要的作用。 图1光伏系统结构 2、常见监控方式 目前市场上销售的光伏直流柜中常用的回路监控方式有以下两种： 方案1：（如图2） 图2 方案1 该方案在目前设计中是比较常见的一种，在对各个回路监控中，用户需要根据监控回路负载的需要加装不同的仪表，如电流表、电压表、功率表、电能表等。以图2为例，为了监控到每个回路的各种参数量，用户必须单独配置1个电流表、1个电压表、1个功率表，1个电度表，为了监控开关的状态，还必须加装I/O模块，如果需要与站内自动化监控系统实现通讯，每个仪表还需要加装通讯接口模块；由此可以得出，要监控一个回路的全部电参量至少5个模块才可以实现，采用这种方案的缺点是，如果监控的回路数越多，使用的仪表数量就越多，二次接线越多，柜体面板开孔越多，不仅影响整体美观，还不利于如后管理和维修，同时也加大了生产成本库存、增加了电站维护人员工作。这样就会使得整个工程投资成本加大，出现故障的几率也就加大。优点是单个仪表出故障不影响对回路对其他电参量的监控，实时性较强。 方案2：（如图3） 图2方案2 该方案在出线回路监控设计中也是比较常见的，该方案的特点是，在每个回路加装了1只多功能仪表，该仪表具有电流、电压、功率、电能和开关量输入，通讯功能等全部电力参数量功能，从而取代了传统的上述方案1中的电流表、电压表、电能表、开关量模块，通讯模块等功能。通过这个仪表就可以对单个出线回路的各种电参量进行监控和通讯，组网方便，用户投资较第一种方案少，周期较短，安装、维护、管理较为方便，测量精度较高，实时性较强。在回路设计上已经有了很大改善，但由于太阳能回路较多，还是存在如平均成本较高、生产周期较长，成套设备面板开孔较多，面板不美观等特点。另一旦仪表出现故障则无法对该回路继续监控。以上2种方案在回路智能监控方面的缺点是显而易见，投资成本大，维护、安装、调试都有着极大的缺陷。 基于以上各种方案缺陷，我们可以大胆的设想采用以下方案3来实现对直流柜各回路完好性监控及系统对接，以满足太阳能电站组网监控系统的要求。 3、多回路监控仪表设计原理 多回路监控单元设计原理可采用多个电子切换开关+1个电量计量芯片+1个CPU芯片来实现对多个直流电源回路的监控，其原理如下（图4）。 图4多回路监控仪表设计原理 其核心器件采用32为高速处理芯片，内设32kB用户程序空间，芯片上集成2048字节RAM，支持BDM上调试功能片，内设看门口电路程序；电能计量芯片采用专用高精度芯片，适用于对各种参数量的测量，计算。该IC片内嵌用高精度的模数转换器和固定模式的数字式处理器（DSP），具有数字积分、数字滤波和具有