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摘要：為解決分布式光伏發電接入電網的安全運行，本研究基于被動檢測方式、旁熱式設計理念，開發出一種具備靈活性、兼容性與自適應性強的帶孤島保護的一體化、小體積、大電流的智能型低壓光伏并網開關，保障電網安全與檢修人員的生命安全，提高光伏發電效益，增加用戶收入。

關鍵詞：被動檢測；旁熱式；一體化

引言

隨著分布式光伏發電技術的不斷進步，接入低壓配電網的分布式光伏發電出現“小容量、密布點、分散式”的特點，配電網絡重構增加了電網運行的復雜性引起孤島運行。傳統的保護裝置控制回路復雜，操作繁瑣，易產生誤操作，電網運行出現“不可見、不可控”的局面，對配電網安全運行與檢修人員的生命安全產生極大影響。研究一種適用于分布式電源并網的一體化智能型低壓并網開關。

1傳統防孤島保護特點

變流器型的光伏發電接入的容量超過接入臺區配變額定容量25%時，需要在低壓側加裝防孤島保護裝置，如配變低壓側母線、箱變低壓母線、低壓環網柜、380V配電分支箱等處，一旦防孤島保護裝置啟用，將使配變臺區所屬用戶停電。配變低壓側接入防孤島裝置見圖1。傳統的低壓防孤島保護裝置為低壓側裝設控制器+斷路器分立元件，實現低壓光伏發電的并網控制，操作時間較長，操作過程存在以下缺點：1)人為操作過程繁瑣，存在誤操作的風險，影響人身安全、電網的安全運行與發電效益。2)分立元件較多，時間控制級別較低，系統檢測過程無法滿足控制要求。3)繼電保護控制回路存在唯一性，設置困難，調試復雜，針對不同容量的光伏發電項目，需要多參數調節，難度大。受環境影響大，存在觸點粘合或污穢附著，發生誤動作或控制回路無法正常工作現象。4)低壓斷路器擴展受限大，僅能滿足單相容量最大12.5kW，三相容量37.4kW的需求，不能滿足低壓大容量光伏電站的接入需求。5)人為操作延長了電源送出主回路的恢復時間，降低了光伏發電的送出效率，減少了發電收入。因此，傳統分布式光伏發電防孤島保護方式對電網安全運行與檢修人員的生命安全帶來較大的挑戰，有必要研究一種低壓智能型光伏并網開關。

2帶隔離功能一體化低壓分布式電源并網開關的研發

2.1研發思路

為解決光伏發電項目產生孤島運行，從安全與經濟性考慮，提出一種全新的設計思路：在光伏發電側主回路考慮設置一臺低壓并網防孤島保護裝置，在公網停電，第一時間切除電源送出主回路，防止孤島效應的產生，同時實現自動閉鎖，保護運行檢修人員的生命安全與電網安全。

2.2研發開關的功能

1)具有隔離和失壓閉鎖合閘功能，可將分布式電源與檢修區域明顯隔離，并確保檢修區域不受分布式電源孤島運行的影響。2)具有自動或手動模式。自動模式，判斷出現孤島運行現象立即分閘，切斷發電部分與公共電網的連接，并自動閉鎖；當公共電網恢復正常時，延時自動合閘，重新并網，大大提高了分布式電源的發電效率。手動模式下，出現孤島運行現象則立即分閘，切斷發電部分與公共電網的連接，并自動閉鎖，當公共電網恢復正常時無法自動合閘，須經人工手動合閘。3)具備電網側失壓自動分閘并閉鎖合閘功能，電網檢修時節省了操作時間，杜絕了漏操作的情況，保證了電網檢修人員的生命安全。4)旁熱式方案設計提高開關載流量。最大可滿足100A的額定電流要求，驅動模塊合閘通過電機加減速齒輪組來實現驅動，分閘采用電磁鐵來快速驅動，具備保護開關0.2s內快速分閘的要求。5)實現分合指示與開關的觸頭聯動，保證開關分合指示與觸頭動作情況一致，確保開關分合閘指示正確。

3一體化并網開關的功能

3.1基本功能

光伏并網開關采用小型并網開關為主體(可單極開關拼裝成多極開關)，新增智能驅動模塊，實現一體化、小體積、大電流、可靠分合閘指示、隔離、失壓自動分閘并閉鎖合閘、復電自動合閘功能。

3.2技術原理

低壓分布式電源并網開關具備大電流、快速分閘且閉鎖的能力。提出旁熱式方案，最大可滿足100A的額定電流要求，通過電機加減速齒輪組來實現驅動合閘，分閘采用電磁鐵來快速驅動，滿足保護開關0.2s內快速分閘的要求。并網開關的原理見圖2。

3.3技術創新點

低壓分布式電源并網開關設計，與傳統開關相比具有以下創新：1)可靠隔離功能。公網電源停電時，并網點開關斷開分布式電源并網主回路，此開關分合指示與開關觸頭聯動，與公網電源實現可靠隔離，具有可靠隔離功能。2)防孤島保護功能。公網停電時，具備防孤島保護功能，斷開分布式電源并網主回路，實現合閘閉鎖，閉鎖后開關不可進行人工合閘操作。3)延時合閘功能。公網恢復供電后，并網點開關實現檢測并延時自動合閘功能。此功能在公網恢復送電后，保證分布式電源可以及時恢復送出，提高用戶分布式電源的發電效率與發電收入。4)閉鎖功能。公網電源停電時，并網點開關斷開分布式電源并網主回路，此開關與公網電源實現隔離后具備合閘閉鎖功能，可防止人工合閘后影響電網檢修人員的生命安全。5)拓展大容量。光伏并網開關旁熱式方案設計，具備了靈活性與兼容性，自適應能力強。工作電壓至400V，額定工作電流提高至100A，開關大容量，實現了光伏發電容量主回路的擴展功能，可實現單相20.9kW，三相36.2kW光伏容量的送出。6)安全功能拓展。本系列并網開關具有過載、短路保護，具有自動與手動操作功能。根據公共電網端的電壓和頻率的變化，通過被動的檢測方式判斷是否產生孤島現象，作為光伏發電系統中孤島現象的后備保護，提高檢修人員的生命安全。7)安裝方便。新研發的并網開關傳承了傳統低壓開關的尺寸，具備導軌安裝，方便快捷，便于更換的特點。

3.4產品參數

1)產品外形及尺寸。本次研究的并網開關與傳統配網斷路器的尺寸規格、安裝方式一致，符合國家標準GB10963.1《電氣附件家用及類似場所用過電流保護斷路器第1部分:用于交流的斷路器》，單個開關為9mm的倍數。產品外形尺寸見圖3。2)主要技術參數。采用模塊化拼裝，2P的驅動模塊寬度僅為18mm，平均機械壽命大于2萬次，4P平均機械壽命大于1萬次。驅動模塊的設計采用電機加減速齒輪實現驅動合閘，采用MT4403霍爾傳感器來檢測合閘驅動齒輪的位置；采用快速分閘機構實現快速分閘，且分閘后進行合閘閉鎖，從而確保操作人員的安全。并網開關主要技術參數見表1。

4成果應用

4.1產品試用

低壓分布式電源并網開關研制后分別在龍巖、福鼎、大田、廈門(帝凱(廈門)新能源設備有限公司)等多個地區開展分布式光伏現場中試運行。通過試運行，該并網開關運行工況良好，運行維護方便，實現了防孤島、可靠分合閘指示、隔離、失壓自動分閘、并閉鎖合閘、復電自動合閘等功能。在公網停電檢修狀態下，能自動分閘并閉鎖合閘，及時切除分布式電源并網主回路，自動斷開與公用電網的聯絡，防止分布式電源出現孤島運行狀況，保護電網檢修人員的生命安全，保障電網的安全可靠運行；在復電情況下，能自動合閘并網，提高了分布式電源的發電效率。

4.2效益

1)直接經濟效益。根據低壓分布式光伏申請情況，一體化低壓分布式電源并網開關分三相開關與單相開關，一體化低壓分布式電源并網開關與傳統并網箱(微型斷路器+隔離開關+接觸器)相比：一體化開關具有安裝便捷，占用空間小；傳統并網箱安裝占用空間大，接線復雜，安裝難度較大，且存在多個節點，故障率高；價格方面，傳統并網箱總體價格較一體化開關高約1300元，增加分布式光伏發電成本，全國光伏發電用戶增長率較大，對并網開關的需求量大。

作者：呂賢敏 戴新文 梁開棟 葉輝 單位：國網福建省電力有限公司龍巖供電公司