光伏发电系统节能智能控制柜的制作方法

本实用新型涉及一种光伏发电系统节能智能控制柜。

背景技术：

整个光伏发电站投运后，在集电线路故障排除后恢复送电过程中，在变压器空载接通电源瞬间，由于变压器铁芯存在剩磁以及电网合闸相位角的问题，变压器可能出现磁饱和现象，出现很大的冲击电流。变压器励磁涌流会对差动保护产生影响,造成保护装置误动作。如不采取适当的措施，则可能使断路器跳闸，以致变压器不能顺利接入电网。变压器因合闸冲击电流产生可观的电磁力，使闭合绕组变形，错位或绝缘破坏，进而影响电力系统稳定运行。

目前光伏节能柜技术，如CN201520575268.8 《用于光伏并网发电系统的串联型节电装置》、CN201520575018.4 《用于光伏并网发电系统的并联型节电装置》。其组成如下：由开关组件和时序控制构成。其中开关组件由两个真空接触器、高压功率电阻、氧化锌避雷器组成。时序控制部件由光敏开关、继电器、延时继电器、继电器触点等构成。该装置开关组件主要缺点如下：

1、安全性较差：真空断路器不具备短路跳闸能力，当线路发生断路时，由于线路不能自动跳开，容易发生火灾、设备损坏等事故。

2、未对高压电阻的实际运行温度进行测量，不能避免特殊情况下，电阻的热失控造成火灾、设备损坏等事故。

3、金属氧化锌保护器安装位置不对，未能对变压器的过电压进行有效保护。

该装置时序部件主要缺点如下：

1、时序控制部件用分立器件实现，可靠性差、自动化程度低：

2、光敏开关存在老化的实际问题，充当时序触发部件一致性差。并且白天电站上方天空如有乌云短时飘过时，容易误触发控制逻辑，造成误停机。

3、设备的控制延时均有延时继电器、延时继电器输出节点来完成，控制线路复杂、不可靠。

4、未采集高压开关状态、高压电阻温度、设备运行电压电流等工作参数，不利于实际设备的现场监控。

5、缺少与电站通讯的接口，不利于电站综合自动化。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种结构简单、便于施工、适应性强、安全性好、节能性好的光伏发电系统节能智能控制柜。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种光伏发电系统节能智能控制柜，它包括电气一次部分和电气二次部分，其中电气一次部分的前端通过第一端子和电网母线连接，电气一次部分的后端通过第二端子和箱式变压器连接；

所述电气一次部分包括真空断路器、真空接触器、高压功率电阻、电压互感器、电流互感器、第一带电显示器、第二带电显示器以及氧化锌避雷器，所述真空断路器以及真空接触器从前至后串联于电气一次部分的主路上，高压功率电阻并联于真空接触器两端，所述电流互感器的一次侧连接于真空断路器与真空接触器之间的主路上，所述电压互感器的一次绕组连接于真空断路器与电流互感器之间的主路上，所述第一带电显示器连接于电流互感器与真空接触器之间的主路上，所述第二带电显示器连接于真空接触器后方的主路上，所述氧化锌避雷器连接于真空接触器后方的主路上；

所述电气二次部分包括智能控制器，所述智能控制器上设置有电流量接口、电压量接口、485接口、RJ45接口、GPS接口、温控采集接口以及I/O接口，其中电流量接口与电流互感器的二次侧连接，电压量接口与电压互感器的二次绕组连接，485接口与RJ45接口连接外部通讯接口，GPS接口连接GPS对时接口，温控采集接口连接高压功率电阻，I/O接口连接电气一次部分的辅助触点。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、由于采用软启动技术，电阻功率不大，设备大小和站内高压柜尺寸可以一致。这样设备基础可以基本统一，方便了光伏电站的土建施工。

2、通过专用智能控制器来完成节能软启动核心功能，对系统运行情况、软分闸、软合闸、均能准确判断，并可靠控制。控制器具有GPS对时功能，具有根据日出、日落时间自动地将设备接入和退出电网。控制装置具有短路、过流等保护功能，并对高压功率电阻的温度进行实时监测，防止出现热失控出现火灾、设备故障等情况。分闸、合闸延时时间可以通过人机界面接口设置并保存，工程适应性强。

3、也可以通过监控后台接受电站指令将设备接入和退出电网。

4、不仅解决了变压器夜间空载损耗问题，通过夜间将空载箱式变压器从电网中切除，避免了空载变压器和电缆在夜间发生LC谐振，因产生谐振过电压，进而导致避雷器损毁和电缆头爆裂等问题的发生，能够保证系统长期安全可靠地运行。

5、通过夜间将空载变压器从电网中切除，光伏厂区的无功损耗接近于零，电站无功设备（SVG）可以退出运行，不仅提高了SVG的可靠性，也可节省SVG设备的耗能。一般20MW电站配4Mvar的SVG，需要降压变容量为4Mva，按节省空载损耗计算一年节电达到3-4万度。

因此本实用新型光伏发电系统节能智能控制柜具有结构简单、便于施工、适应性强、安全性好、节能性好的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为电气一次部分的结构示意图。

图3为电气二次部分的结构示意图。

其中：

电气一次部分1、真空断路器1.1、真空接触器1.2、高压功率电阻1.3、电压互感器1.4、电流互感器1.5、第一带电显示器1.6、第二带电显示器1.7、氧化锌避雷器1.8

电气二次部分2、智能控制器2.1、电流量接口2.2、电压量接口2.3、485接口2.4、RJ45接口2.5、GPS接口2.6、温控采集接口2.7、I/O接口2.8

第一端子3

电网母线4

第二端子5

箱式变压器6。

具体实施方式

为了彻底解决光伏系统箱式变压器的空载损耗问题，提出了一种光伏发电系统节能智能控制柜，光伏发电系统节能智能控制柜利用避雷器和高压分/合闸电阻来实现对操作过电压和励磁涌流的抑制，以保证设备可根据需要安全地进行切合操作，夜间将升压变压器退出主电网避免空载损耗，达到节电目的。

光伏系统箱式变压器的一个最大特点，是夜间完全处于空载运行状态。此时电网相当于变压器的电源，变压器吸收电网功率，造成能源耗费。以一个35kV 1MW光伏发电子系统为例，配置1台容量为1000kVA的35kV变压器，其空载损耗约为1700W(空载损耗0.17%)，（每天发电11.5h，有12.5h空载运行）每年的耗电量约为7756度。通过加装光伏发电系统节能智能控制柜，就可以将这1MW子系统在夜间从电网脱离开来，从而有效避免了变压器的空载损耗，为企业带来直接经济效益。

参见图1~图3，一种光伏发电系统节能智能控制柜，它包括电气一次部分和1和电气二次部分2，其中电气一次部分1的前端通过第一端子3和电网母线4连接，电气一次部分1的后端通过第二端子5和箱式变压器6连接。

所述电气一次部分1包括真空断路器1.1、真空接触器1.2、高压功率电阻1.3、电压互感器1.4、电流互感器1.5、第一带电显示器1.6、第二带电显示器1.7以及氧化锌避雷器1.8，所述真空断路器1.1以及真空接触器1.2从前至后串联于电气一次部分1的主路上，高压功率电阻1.3并联于真空接触器1.2两端，所述电流互感器1.5的一次侧连接于真空断路器1.1与真空接触器1.2之间的主路上，所述电压互感器1.4的一次绕组连接于真空断路器1.1与电流互感器1.5之间的主路上，所述第一带电显示器1.6连接于电流互感器1.5与真空接触器1.2之间的主路上，所述第二带电显示器1.7连接于真空接触器1.2后方的主路上，所述氧化锌避雷器1.8连接于真空接触器1.2后方的主路上。

所述电气二次部分2包括智能控制器2.1，所述智能控制器2.1上设置有电流量接口2.2、电压量接口2.3、485接口2.4、RJ45接口2.5、GPS接口2.6、温控采集接口2.7以及I/O接口2.8，其中电流量接口2.2与电流互感器1.5的二次侧连接，电压量接口2.3与电压互感器1.4的二次绕组连接，485接口2.4与RJ45接口2.5连接外部通讯接口，GPS接口2.6连接GPS对时接口，温控采集接口2.7连接高压功率电阻1.3，I/O接口2.8连接电气一次部分1的辅助触点。通过电气二次部分2来实现电气一次部分1的真空断路器1.1和真空接触器1.2的分闸与合闸。

工作原理：

1、系统分合闸时，系统会产生过冲击电压，对线路、变压器的绝缘影响，由于第二端子处设置了金属氧化锌避雷器，能有效限制过电压，保护变压器和线路。

2、启动过程：

光伏发电系统节能智能控制柜位于箱式变压器输出端与电网母线之间，智能控制器检测系统电压、电流及真空断路器、真空接触器状态信号。启动光伏并网发电时，智能控制器先检测真空接触器，确保真空接触器为分闸状态，闭合真空断路器0.5秒，此时由于高压功率电阻的阻尼作用，抑制投入空载箱式变压器时的操作过电压和励磁涌流，然后安全闭合真空接触器，高压功率电阻被短接 ，完成系统的软启动操作。

3、断开过程：

夜间光伏系统停止发电，箱式变压器需要脱离主电网，此时先断开真空接触器 1秒，使得高压功率电阻先接入电网增加系统的阻尼，然后安全分开真空断路器，由于高压功率电阻的作用，抑制了励磁涌流和操作过电压，完成系统的软分断操作。

4、当线路发生断路时，智能控制器发出跳闸命令，真空断路器跳闸，故障线路被切除。

5、当高压功率电阻出现温度过高时，智能控制器发出跳闸命令，此时可以检修高压功率电阻。

6、当电站后台需要启动或停止该光伏发电系统节能智能控制柜时，可以通过RJ45接口或者485接口把命令发达智能控制器，由智能控器执行启停操作命令。

本实用新型光伏发电系统节能智能控制柜的推广的经济价值：

1、光伏发电系统节能智能控制柜填补了光伏发电系统节电领域的空白，按20MW光伏电站配置2台光伏发电系统节能智能控制柜为参考基准，则1GW电站可配置100台光伏发电系统节能智能控制柜。每台光伏发电系统节能智能控制柜按产值15万人民币计，则全国每年按10GW电站建设规模，则每年所需设备价值在1.5亿人民币，可以形成一定产业规模。目前国内光伏电站规模已达100GW规模，如考虑以前电站设备改造，设备改造带来的产业规模可观。

2、按20MW电站的每年平均发电量2800万度计，则通过节能技术每年节省14万度，节能相当于0.5%的装机容量所发的电。按全国每年按10GW电站建设规模，采用节能后技术，相当于可以少建设2.5个20MW电站，目前光伏电站建设成本在7元/w，据此计算节约费用为2.5*1.4亿=3.5亿的建设成本。具有在全国内推广的价值。