李勝文，常 瀟，劉翼肇

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西太原030001）

0 引言

由于微電網(wǎng)直接面向用戶且是一個帶分布式電源的單元，所以其電能質(zhì)量的標準會直接影響用戶，關系著是否能被用戶接受與采納。微網(wǎng)屬于配網(wǎng)的一部分，容量較小，其穩(wěn)定運行容易受到來自大電網(wǎng)和微電網(wǎng)內(nèi)部各設備運行狀況的影響，因此，對微電網(wǎng)的電能檢測至關重要。針對不同類型并網(wǎng)設備以及同類型設備處于微電網(wǎng)不同位置時，其運行性能、所起作用各有不同，輸出側(cè)接入配電網(wǎng)，對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量及安全運行均有很大的影響，所以有必要針對并網(wǎng)設備，確定指標參數(shù)進行實時檢測；同時，微電網(wǎng)關鍵設備檢測系統(tǒng)能夠?qū)Σ⒕W(wǎng)設備的指標參數(shù)進行整合處理計算，對設備進行運行性能評估和技術評價。

1 微電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測及并網(wǎng)設備性能檢測裝置分類

1.1 便攜離線式電能質(zhì)量檢測裝置

如Fluke公司的Fluke 345手持式諧波功率鉗表、Fluke 110真有效值數(shù)字萬用表均為離線式。該種儀器功能簡單，便于攜帶，但缺點是無法聯(lián)網(wǎng)，需要分配人力實地測量，常用于對監(jiān)測重要程度不是很高、不需要采集實時數(shù)據(jù)監(jiān)測點的巡回檢測。

1.2 可聯(lián)網(wǎng)式電能監(jiān)測裝置

典型的如現(xiàn)在配電網(wǎng)智能電表的使用，取代了人工抄表的方式，這得益于電子制造技術、通信技術及計算機技術的發(fā)展。配電網(wǎng)智能電表集成電路的硬件部分包括互感器模塊、電源供電模塊、電能計量模塊、通信模塊等，以此獲取監(jiān)測點基本信息，通過電力載波或者RS485專用線路接口通信[1-3]。

1.3 無線通信檢測設備

此類設備最大的特點在于無線通信，避免了有線通信接線上的復雜問題，節(jié)約資源。無線通信方式根據(jù)傳輸距離可以分為本地通信和遠程通信，本地通信包括Zigbee、藍牙、WiFi等，傳輸距離短，傳輸容量小；遠程通信包括LoRa、電力載波、4G、5G技術等，傳輸距離長，傳輸容量大。無線檢測設備使得檢測平臺更加智能化，節(jié)約資源，采集數(shù)據(jù)更為方便快捷，促進了電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進程[4]。

2 國內(nèi)外并網(wǎng)設備檢測規(guī)范和標準

微電網(wǎng)檢測技術研究包括對并網(wǎng)設備性能的實時檢測。不同類型設備以及同類型設備處于微電網(wǎng)不同位置時，其運行性能、所起作用各有不同。所以，有必要針對并網(wǎng)設備，確定指標參數(shù)進行實時檢測。參照國家標準、行業(yè)標準，針對光伏并網(wǎng)逆變器、儲能變換器、交直流母線接口變換器等并網(wǎng)設備，設定運行指標，對其運行性能、轉(zhuǎn)換效果進行測試評估。隨著光伏、風力發(fā)電大規(guī)模接入傳統(tǒng)電網(wǎng)及微電網(wǎng)，配電網(wǎng)的潮流控制、諧波問題、繼電保護、電壓調(diào)整以及各種隨之而來的電能質(zhì)量問題都威脅著電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和用戶設備的安全。對于光伏逆變器，國家已制定了相關標準[5-6]來規(guī)范光伏逆變器裝置的標準，國外如德國相關機構也發(fā)布了光伏電源并網(wǎng)技術要求[7-8]，美國也發(fā)布了檢測方法[9]；2017年之前儲能變換器技術標準均參考光伏逆變器技術要求，2017年之后，國內(nèi)制定了適應儲能變換器技術規(guī)范[10-11]；隨著新能源汽車的普及，汽車充電樁大規(guī)模接入供電網(wǎng)，前沿的充電樁還具有雙向功率流動的特點，因此對其轉(zhuǎn)換功率的能力需要嚴格要求，文獻[12]和文獻[13]給出了電動汽車充電樁的技術規(guī)范。

3 微電網(wǎng)并網(wǎng)設備監(jiān)測指標和分析方法

微電網(wǎng)中互聯(lián)接口變換器是單元的核心，是連接交直流2個子網(wǎng)的接口，并通過調(diào)節(jié)2個子網(wǎng)功率互相流動使單元穩(wěn)定運行。當該系統(tǒng)并網(wǎng)運行，互聯(lián)接口變換器控制直流母線電壓穩(wěn)定，當孤島運行時，維持交、直流母線電壓穩(wěn)定，因此，對互聯(lián)接口變換器的可靠性、輸出電能質(zhì)量和效率等有著極高的要求。儲能變換器的主要用途是使電能在交流電網(wǎng)和儲能單元間互相傳遞、雙向變流并提供無功功率來提高電網(wǎng)的效益和電能質(zhì)量。因此，儲能變換器轉(zhuǎn)換效率、充放電精度、輸出側(cè)電能質(zhì)量對微電網(wǎng)高效穩(wěn)定運行至關重要。重要分布式能源光伏發(fā)電系統(tǒng)，接入微電網(wǎng)需要連接光伏逆變器，輸出側(cè)接入配電網(wǎng)，對電網(wǎng)的電能質(zhì)量及安全運行有著很大影響。

微電網(wǎng)中各設備的運行狀態(tài)、運行模式對電網(wǎng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定運行有很大影響，因此，對其相關性能指標的技術檢測十分重要。例如光伏系統(tǒng)，通過光伏組件產(chǎn)生的直流電輸入至光伏逆變器，光伏逆變器將其轉(zhuǎn)換為交流電接入電網(wǎng)，并通過控制輸出電流電壓的振幅、頻率、波形等實現(xiàn)電站的高效安全、綠色環(huán)保運行等多重目標。為此，文獻[14]提出了24項性能測試項目。針對檢測指標，以主要指標轉(zhuǎn)換效率、諧波、功率因數(shù)為例說明。

3.1 逆變器轉(zhuǎn)換效率測試技術

轉(zhuǎn)換效率是檢測并網(wǎng)設備效率的重要指標，轉(zhuǎn)換效率的高低決定了該并網(wǎng)設備的運行效率。轉(zhuǎn)換效率檢測原理如式（1）所示。

其中，Pac為逆變器輸出功率，Pdc為逆變器直流側(cè)輸入功率。

檢測儀表一端連接輸出的三相交流電壓和電流，另一端連接輸入的直流電壓和電流。目前，應用于變換器設備的效率檢測儀器較少，F(xiàn)luke公司的Fluke Norma 6000系列可以完成此項工作。

3.2 設備并網(wǎng)電流諧波測試技術

設備在運行時，輸出至配網(wǎng)的電能質(zhì)量至關重要。如諧波電流會影響相關設備運行，使電能質(zhì)量偏離標準，影響整個配網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。在進行并網(wǎng)設備諧波監(jiān)測時，測量位置應位于設備輸出側(cè)與電網(wǎng)相連的線路上。文獻[15]得到國內(nèi)各次諧波電流含有率限值。

諧波測試技術已非常成熟，各廠家型號的檢測儀器精度越來越高，其中，F(xiàn)luke公司的Fluke 1742、1746和1748電能質(zhì)量檢測儀表可檢測電壓電流諧波單次達到50次，可進行諧波和間諧波檢測即諧波畸變率測試。

3.3 電能質(zhì)量檢測技術

電能質(zhì)量通常包括功率因數(shù)、三相電壓電流不平衡度、電壓波動、電壓閃變、電壓偏差、頻率波動等。

施耐德電氣在電能質(zhì)量檢測儀表方面具有成熟的經(jīng)驗，其應用案例眾多，系統(tǒng)管理應用在酒店及商業(yè)建筑、醫(yī)院、制造業(yè)工廠、地鐵及軌道交通等領域。其中，ION9000集電力參數(shù)測量（帶數(shù)據(jù)記錄）、電能質(zhì)量分析、波形記錄、報警和I/O于一身，廣泛應用于工業(yè)和各個關鍵電力應用場合，常用于檢測配網(wǎng)進線10 kV電能質(zhì)量，具有記錄數(shù)據(jù)和事件、監(jiān)視波形變化的功能，實現(xiàn)斷路器狀態(tài)遙信和遙控，從而實現(xiàn)電力參數(shù)全面監(jiān)視；PM8000是施耐德電氣新一代檢測儀表，能夠?qū)崿F(xiàn)低一級進線母線的監(jiān)視，具有記錄數(shù)據(jù)和事件、監(jiān)視波形變化的功能，實現(xiàn)斷路器狀態(tài)遙信和遙控，從而實現(xiàn)電力參數(shù)全面監(jiān)視；PM5000系列電力參數(shù)測量儀表對一級負荷、二級負荷的電力參數(shù)和諧波含量監(jiān)視，實現(xiàn)斷路器狀態(tài)監(jiān)測。

4 檢測平臺的研究現(xiàn)狀與展望

4.1 平臺總體結(jié)構概述

檢測平臺通常由一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)和檢測平臺3部分組成。以光伏逆變器測試平臺為例，其一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 光伏并網(wǎng)逆變器測試系統(tǒng)

4.2 檢測平臺硬件與軟件的組成與設計

硬件電路與數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理技術結(jié)合來實現(xiàn)對設備指標以及電能質(zhì)量的分析與監(jiān)測，可以實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)自動報警等功能。硬件電路板將配電網(wǎng)信息實時采集，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，之后傳輸至檢測平臺。

多種接口的計算系統(tǒng)常用于工程中實現(xiàn)微電網(wǎng)電能質(zhì)量及設備的監(jiān)測，其主要接口有USB接口、（串）并行接口、以太網(wǎng)接口等。數(shù)據(jù)采集時，可通過RS485將檢測儀表的數(shù)據(jù)傳回至監(jiān)控平臺，同時部分設備也可以執(zhí)行監(jiān)控平臺下達的控制命令。

軟件部分的設計也極為關鍵，軟件部分的主要作用是對數(shù)據(jù)進行處理與分析。上層系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)通常包括監(jiān)控運營管理系統(tǒng)、綜合指揮調(diào)度系統(tǒng)、智能配電和能效管理系統(tǒng)及運維管理系統(tǒng)等，具有強大的數(shù)據(jù)分析能力，其功能特點在于：一是具有報警功能，二是方便進行實時信息的對比和分析，三是支持圖形實時打印，四是拿來即用，無需編程開發(fā)等。軟件總體原理結(jié)構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構

5 結(jié)束語

微電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的建設和智能化程度的提升是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。萬物互聯(lián)提升了設備之間信息的高效互通，實現(xiàn)了信息的高速傳遞。隨著電力電子技術、無線通信技術、傳感技術的高速發(fā)展，未來微電網(wǎng)檢測平臺將愈來愈智能化。

微電網(wǎng)中并網(wǎng)設備的運行效果對于微電網(wǎng)、配電網(wǎng)影響重大。通過微電網(wǎng)關鍵設備智能監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測并網(wǎng)設備運行效率、電能質(zhì)量、設備溫度；能夠監(jiān)測出微電網(wǎng)并網(wǎng)設備的故障，一旦發(fā)生異常和出現(xiàn)故障時，可以立即準確無誤地發(fā)出警報，通知配電工作人員故障點的具體位置，使工作人員在第一時間做出對故障的處理方案，提升配網(wǎng)供電可靠性；針對不同類型設備以及同類型設備處于微電網(wǎng)不同位置時，其運行性能、所起作用各有不同，輸出側(cè)接入配電網(wǎng)，對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量及安全運行均有著很大影響。文章對交直流混聯(lián)微網(wǎng)檢測技術主要進行了以下分析。

a）在現(xiàn)有的技術條件下，對微電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測及并網(wǎng)設備性能檢測裝置進行分類，分析了其優(yōu)缺點以及適用范圍，指出可聯(lián)網(wǎng)式和無線式檢測裝置更適應發(fā)展潮流，具有更廣闊的應用前景。

b）總結(jié)歸納了關于微電網(wǎng)并網(wǎng)設備的國內(nèi)外檢測技術及規(guī)范，確定了設備運行檢測指標，為微電網(wǎng)監(jiān)測提供理論基礎。

c）介紹了微電網(wǎng)并網(wǎng)設備監(jiān)測指標的測試方法，分析了各指標技術特點及現(xiàn)階段成熟的檢測儀表廠家型號。

d）總結(jié)了現(xiàn)有檢測平臺的基本結(jié)構、硬件以及軟件的開發(fā)與組成及軟件總體原理結(jié)構，指出微電網(wǎng)檢測平臺未來的發(fā)展趨勢，底層設備與底層設備，底層設備與中間層、上層的聯(lián)系將更加緊密、雙向化，檢測平臺將向智能化的方向不斷發(fā)展。