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为什么强调“闭环”
屋顶光伏容量小、并网点分散,一旦电网失压却继续向厂内负荷供电,最容易形成“隐形孤岛”。上海长高继保的CGS7001M防孤岛保护装置必须在毫秒级完成“感知→决策→执行→上报”全过程,任何环节断档都会把风险留给运维人员。下面以 0.4 kV 工商业屋顶系统为例,拆解完整闭环链路。
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CGS7003M防孤岛装置
闭环控制5步法(时间轴实测值)
1、实时监测(0 ms 起)
防孤岛保护装置装置上电即对并网点电压、频率、相位、谐波进行 16 位高速采样,每周波 32 点,检测精度 0.2 级,为后续算法提供“原始毛细节”数据。
2、特征识别(≤ 20 ms)
采用“被动+主动”双通道:
被动:电压跌落 15 % 或频率偏离 0.5 Hz 即进入“疑似孤岛”状态
主动:每 0.5 s 注入一次 2 % 有功扰动,若电网正常,扰动被大网“淹没”;一旦断网,扰动被放大→滑差频率判据激活,误报率<0.03 %。
3、逻辑确认(20 ms–50 ms)
为避免雷击/大型电机启动导致瞬时越限,装置设置“连续 3 点越限 + 相位跳变>5°”才确认孤岛;多维度交叉验证可把误动概率再降一个数量级。
4、动作出口(50 ms–80 ms)
确认后瞬时驱动两路无源接点:
一路跳并网断路器分励线圈,固态继电器动作时间 ≤ 3 ms;一路同时发送 RS485 命令,让逆变器立即降功至0,形成“双保险”从“检出”到“断路器完全分闸”实测 72 ms,远小于国标2s要求。
5、状态反馈(80 ms–200 ms)
本地:装置面板 LED 由“并网”绿闪变为“孤岛动作”红闪,4.3 寸液晶屏弹出事件记录;
远程:通过 Modbus-TCP 把 SOE(事件顺序记录)(含动作时刻、故障类型、电压/频率曲线)上传 EMS,平台 2 s 内推送微信/邮件告警,实现“最后 1 km”闭环。
实测波形解读
江苏 5 MW 屋顶项目雷击试验录波显示:
●t = 0 ms:电网电压 231 V→127 V,频率 50.02 Hz→49.12 Hz;
●t = 18 ms:装置启动滑差频率判据;
●t = 55 ms:确认孤岛,出口继电器动作;
●t = 72 ms:断路器分闸完成,电压降至 0;
●t = 90 ms:EMS 收到 SOE,运维手机收到“孤岛已切除”推送。
●整个闭环 90 ms,确保线路检修人员到达前已完成断电隔离。
关键设计细节
●采样冗余:电压回路采用双 16 位 ADC 交叉校验,任一回路断线自动闭锁出口,防止“误动”。
●接点保持:出口继电器带 200 ms 自保持,确保断路器可靠分闸,避免触点抖动失效。
●录波深度:动作前 4 周波、后 8 周波,共 256 ms 数据,便于事后追溯扰动来源。
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防孤岛保护装置并网设计
运维闭环
●每月自动自检:模拟 5 % 电压阶跃,验证采样链路增益;
●年检现场测试:RLC 负载箱模拟临界谐振,动作时间仍<100 ms;
●软件远程升级:厂家发布新算法,EMS 一键推送,装置 60 s 内完成热更新,无需停电。
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