第一章  概述

1. 1產品適用范圍

隨著全球能源危機和環境污染的日益嚴重，開發和利用清潔的可再生能源勢在必行。太陽能是當前世界上最清潔、最具有大規模開發前景的可再生能源之一。太陽能的利用因此受到世界各國的普遍關注。在我國，光伏發電在電能生產中所占比重也正在不斷上升。同時，光伏發電的廣泛應用也對傳統的電力系統產生很大的影響，包括配電網的電能質量、系統穩定性、潮流、繼電保護等方面。因此，通過研究光伏發電對配網電能質量的影響將更好地指導我們如何更加充分地發揮光伏發電的優勢，并對其進一步發展和應用有重大的幫助。

配電網是整個電力傳輸的重要組成部分，其從輸電網或地區發電廠接受電能，通過配電設施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網，配電網是與用戶關系最密切的部分，是向用戶提供優質電力的直接保證。隨著人們對于新能源發電的關注，大量的分布式發電系統接入配電網。分布式光伏并網發電系統運行中會向配電網注入諧波和直流分量，對配電網的安全運行和用電設備的正常工作造成的危害與影響不斷增加，造成配電網質量問題日益突出。與此同時，電力用戶對于電能質量要求不斷提高，促進電力及相關部門采取積極有效的措施來保證配電網高質量電能的供應。因此，對光伏并網發電接入配電網的電能質量監測顯得尤為重要。

為此，我司在消化吸收國內外同類產品先進經驗的基礎上研制的基于32位ARM Cortex-M4技術的電能質量在線監測裝置可為光伏發電提供全面的電能監測。

1.2產品特點

• 采用32位ARM Cortex-M4內核，配備高精度的A/D芯片，使得裝置性能穩定、運算速快、精度高；

• 采用全漢化4.3寸800*480分辨率IPS彩色液晶顯示，人機界面清晰易懂，操作整定極為方便;

• 完整的異常記錄、事件記錄、操作記錄，所有信息掉電保持；

• 完善的自診斷和監視功能，對故障可具體定位，方便調試；

• 完善的軟硬件看門狗，保證裝置可靠運行；

  • 完善的在線運行狀態監視功能；

• 高精度的時鐘芯片；

•   配備2路高速以太網通信接口；

  • 具有 1 個標準的 RS485 通訊接口(Modbus RTU 通訊協議)，

  •   高等級、高品質保證的元器件選用，采用多層板技術和SMT工藝；

1.3裝置結構

1.3.1 結構：

采用5U 、19/3英寸標準機箱，整面板、背插式結構，嵌入式、后接線安裝方式，強弱電隔離，大大加強了其產品的電氣性能。

1.3.2 交流及電源插件：

外部電流經隔離互感器隔離變換后，由低通濾波器輸入至A/D芯片，CPU經采樣數字處理后，構成各種數字式保護繼電器，并實時計算各種測量值。

電流采集保護和測量獨立，保證了保護電流的寬范圍采集及測量電流的精度要求。

電源采用交直流寬電壓輸入，輸出2組完全隔離的直流電壓為裝置供電。

1.3.3 CPU插件：

CPU插件主要由以下幾部分構成：

CPU系統

CPU系統由32位ARM Cortex-M4內核微處理器、SRAM、EEPROM、Flash等構成。高性能的32位微處理器，大容量的SRAM、EEPROM及Flash，使得該CPU模件具有極強的數據處理及記錄能力，可以實現各種復雜的故障處理方案和記錄大量的故障數據。EEPROM及Flash用于存儲保護定值、故障錄波報告、事件等，這些信息在裝置掉電后均不會丟失。EEPROM支持不少于1,000,000 次擦寫操作，數據可支持保存100年，Flash支持不少于100,000 次擦寫操作，數據可至少保存20年。

2) 數據采集系統

數據采集系統由前級高精度濾波阻容器件（電阻精度0.5%，溫漂系數50ppm/℃，電容精度1%，溫漂系數C0G），高精度的差分A/D轉換芯片組成，轉換芯片內部包含了采樣保持及同步電路，具有轉換速度快、采樣偏差小、超小功耗及穩定性好等特點，故本裝置的采樣回路無可調整元件，也不需要在現場作調整，具備高度的可靠性。

3）開關量輸入及輸出部分

開入量分為內部開入和外部開入，內部開入采用DC24V光耦隔離輸入，電源由裝置電源本身提供，外部開入采用穩壓控制的光耦隔離，實現交直流220V（或直流110V）直接輸入電平。

開出經過高CTR光耦驅動繼電器，開出部分I/O經多重閉鎖，保證了繼電器的穩定可靠。

4) 通信部分

本插件內含通10M/100M以太網接口(標配1路，可擴展至2路)和RS485通訊接口，特殊情況下也可提供光纖接口。

5) 時鐘回路

插件內設置了硬件時鐘回路,采用的時鐘芯片精度高,并配有電池用以掉電保持。

另外，CPU插件采用了多層印制板及表面封裝工藝，外觀小巧，結構緊湊，大大提高了裝置的可靠性及抗電磁干擾能力。

1.3.4 開關量插件

開關量插件由開出和開入組成。開出由各種繼電器提供，其中包括了信號出口、備用出口等。開入采用穩壓控制的光耦隔離，實現交直流220V（或直流110V）直接輸入電平。

1.3.5 人機對話插件（MMI）：

人機對話（MMI）插件采用4.3寸800*480分辨率IPS彩色液晶顯示，人機界面清晰易懂，配置系列通用的鍵盤操作方式，使得人機對話操作方便、簡單。本插件上還配置了燈光指示信息，使本裝置的運行信息更為直觀。