一种具有自动测温功能的智能反孤岛系统的制作方法

本发明涉及反孤岛装置的技术领域，特别涉及一种具有自动测温功能的智能反孤岛系统。

背景技术：

光伏“孤岛效应”是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。在电网正常工作时，系统受到电网的钳制作用，光伏发电系统与电网保持一致。而当发生孤岛现象后，系统不再受电网的控制，一旦发生孤岛效应，处于失控状态的光伏发电系统将会带来很多危害。

电网-光伏发电系统中有连接逆变器，逆变器本身具有防孤岛保护功能，当电网出现异常会自行跳闸，停止运行，但前提是逆变器是在无故障的情况下，且调试正常。国家电网关于分布式光伏发电中对防孤岛和反弧岛装置有明确规定：对于通过变压器接入公共电网的电源（并网点与公共电网直接连接的变压器高压侧的母线），或不通过变压器接入公共电网的的电源的输出汇总点，为了避免孤岛效应，要通过反孤岛装置改变电压或注入频率扰动信号等措施，破坏分布式电源孤岛运行，实现安全保护措施。

现有技术中授权公告号为cn207835079u的中国专利文件公开了一种自动光伏反孤岛装置，包括设置于电网与光伏发电系统之间电路上的并网专用开关。并网专用开关的两侧分别通过线路连通反孤岛控制器的进电端和出电端；并网专用开关的进电端一侧设有电压信号传感器，电压信号传感器通过电路与反孤岛控制器联通。并网专用开关与光伏发电系统的电路上连通有手动反孤岛装置，手动反孤岛装置包括串联的操作开关以及接地的扰动电阻，反孤岛控制器的输出端通过电路与手动反孤岛装置联通。通过检测并网专用开关上的电网信息，判断电网侧有没有失电、并网专用开关的分合情况，实现反孤岛装置自动投切转换。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：反孤岛设备中扰动电阻是其中关建部分，它在工作时易发热且温度上升很快，若是扰动电阻温度升至一定高度而没有及时切断输入电源，会引起反孤岛装置内的器件及线路损坏，严重会引起事故。因此对扰动电阻的温度进行检测很重要，只有及时反馈扰动电阻的温度，才能在扰动电阻过热时安全断开电路。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种具有自动测温功能的智能反孤岛系统，具有对扰动电阻的温度进行检测的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种具有自动测温功能的智能反孤岛系统，应用于光伏并网发电系统，该光伏并网发电系统与电网之间的电路上电连接有并网开关与并网逆变器，并网开关上电连接有反孤岛控制器；所述智能反孤岛系统包括电连接于并网开关与光伏并网发电系统之间的电路上的反孤岛装置，所述反孤岛装置包括扰动电阻与操作开关；所述智能反孤岛系统还包括用于检测扰动电阻温度的传感测温装置；所述反孤岛控制器分别与传感测温装置和操作开关电连接。

通过采用上述技术方案，当孤岛现象产生而并网逆变器未自行跳闸时，反孤岛控制器控制扰动电阻投入电路，改变并网发电系统里参数运行平衡，从而让并网逆变器停止运行，并断开并网开关，切断电网与光伏并网发电系统的联系，也让母线不带电，保护检修人员及设备的安全。而扰动电阻投入工作后温度上升，利用传感测温装置检测扰动电阻的温度，并反馈信号给反孤岛控制器，当温度升至限定值时，反孤岛控制器控制操作开关断开，保护扰动电阻不被烧毁。

本发明进一步设置为：所述传感测温装置为光纤光栅测温装置；所述光纤光栅测温装置包括光纤光栅传感器、传输光纤和光纤光栅解调设备。

通过采用上述技术方案，由于反孤岛装置通常设置在强电磁场中，一般电器类传感器易受干扰，而光纤光栅传感器与传输光纤具有优良的抗电磁干扰和安全性能，能够有效地在强电磁场环境条件下使用。

本发明进一步设置为：所述光纤光栅传感器包括若干传感器尾纤与铜基座，所述铜基座一一对应连接于传感器尾纤的端部；所述铜基座固定连接于扰动电阻表面的测温点。

通过采用上述技术方案，将铜基座于测温点处作为固定件进行固定并作为传导热量的介质。

本发明进一步设置为：所述传输光纤的一端连接于光纤光栅解调设备、另一端连接有光纤分路器，所有所述传感器尾纤均连接于光纤分路器上。

通过采用上述技术方案，利用光纤分路器将所有传感器尾纤连接于一根传输光纤。

本发明进一步设置为：所述扰动电阻的上端、中部与下端分别设置有上测温点、中测温点与下测温点；所述光纤光栅传感器包括分别安装于上测温点、中测温点与下测温点的上端传感器、中部传感器与下端传感器。

通过采用上述技术方案，利用上端传感器、中部传感器与下端传感器同时采集扰动电阻上、下两端以及中部整体三个位置的温度信号，从而全面监控扰动电阻整体的温度变化，防止出现局部过热的现象。

本发明进一步设置为：所述扰动电阻表面于上测温点、中测温点与下测温点处均设置有平整的安装面；所述铜基座贴合固定于安装面处。

通过采用上述技术方案，通过打磨使安装面位置平整、清洁，满足传感器的安装要求，且提高铜基座的热传导效果。

本发明进一步设置为：所述光纤光栅解调设备为基于光纤mems可调滤波器的传感分析仪，温度数据采集设定为1hz/25hz/50hz。

通过采用上述技术方案，基于光纤mems可调滤波器的技术的传感分析仪，非常适合长期监测使用。

本发明进一步设置为：所述扰动电阻内部中空并设置有绝缘隔热结构；所述传输光纤从扰动电阻内部穿过后连接于光纤光栅解调设备。

通过采用上述技术方案，由于光纤为石英材料，涂层有具有良好绝缘性能的阻燃材料，这样既能保证良好的绝缘性能，又能有效将扰动电阻探测到的光信号输送到光缆进行远距离传输。

本发明进一步设置为：所述操作开关并联设置有两组；所述扰动电阻并联设置有三组；所述光纤光栅传感器设置有三组，三组光纤光栅传感器分别设置于三组扰动电阻上。

通过采用上述技术方案，由逆变器输出的a、b、c三相电经两个操作开关分别到a相扰动电阻，b相扰动电阻，c相扰动电阻。

综上所述，本发明的有益效果为：

1、当孤岛现象产生而并网逆变器未自行跳闸时，反孤岛控制器控制扰动电阻投入电路，改变并网发电系统里参数运行平衡，从而让并网逆变器停止运行，并断开并网开关，切断电网与光伏并网发电系统的联系，也让母线不带电，保护检修人员及设备的安全。而扰动电阻投入工作后温度上升，利用传感测温装置检测扰动电阻的温度，并反馈信号给反孤岛控制器，当温度升至限定值时，反孤岛控制器控制操作开关断开，保护扰动电阻不被烧毁；

2、由于反孤岛装置通常设置在强电磁场中，一般电器类传感器易受干扰，而光纤光栅传感器与传输光纤具有优良的抗电磁干扰和安全性能，能够有效地在强电磁场环境条件下使用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的反孤岛装置的连接控制示意图；

图3是本发明的光纤光栅温度传感器于扰动电阻上的安装示意图；

图4是本发明的光纤光栅温度传感器与光纤分路器、传输光缆的连接示意图；

图5是本发明的光纤光栅的结构和频谱特性的示意图；

图6是本发明的光纤光栅原理示意图；

图7是本发明的光纤光栅温度传感器的的测试数据示意图。

附图标记：1、反孤岛装置；11、扰动电阻；111、安装面；12、操作开关；13、反孤岛控制器；2、光纤光栅测温装置；21、光纤光栅传感器；211、上端传感器；212、中部传感器；213、下端传感器；21a、铜基座；21b、传感器尾纤；22、光纤分路器；23、传输光纤；24、光纤光栅解调设备；3、光伏并网发电系统；4、并网开关；5、电网；6、并网逆变器；7、互感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例公开了一种具有自动测温功能的智能反孤岛系统，如图1所示，应用于光伏并网发电系统3，该光伏并网发电系统3与电网5之间的电路上电连接有并网开关4与并网逆变器6。

如图1、图2所示，本智能反孤岛系统包括反孤岛装置1与光纤光栅测温装置2。反孤岛装置1电连接于并网开关4与光伏并网发电系统3之间的电路上，其包括三组接地的扰动电阻11、串联于扰动电阻11与电路之间的两组操作开关12、用于控制扰动电阻11投入电路的反孤岛控制器13，操作开关12与并网开关均与反孤岛控制器13电连接，通过反孤岛控制器13能够控制操作开关12与并网开关4的启闭。其中，反孤岛控制器13采用浙江柳南电气有限公司研发的型号lnczq-001控制器；扰动电阻11采用上海京兆电气有限公司研发的型号cmrb-1kw5.8rj功率电阻。

并网开关4与并网逆变器6之间的电路上设置有互感器7，互感器7同样电连接于反孤岛控制器13，利用互感器7检测电路的电流与电压，并将信号反馈给反孤岛控制器13；而光纤光栅测温装置2包括三组光纤光栅传感器21、传输光纤23与光纤光栅解调设备24，扰动电阻11内部中空并设置有绝缘隔热结构；传输光纤23从扰动电阻11内部穿过后连接于光纤光栅解调设备24。三组光纤光栅传感器21分别安装于三组扰动电阻11上，对三组扰动电阻11同时进行温度检测，并通过传输光纤23将温度信号传送到控制室内的光纤光栅解调设备24，从而对温度信号进行解调，提供现场温度的实时信息，且光纤光栅解调设备24同时将信号传输给反孤岛控制器13。

如图2、图3所示，扰动电阻11的上端、中部与下端分别设置有上测温点、中测温点与下测温点，扰动电阻11表面于上测温点、中测温点与下测温点处均通过打磨成型有平整的安装面111；三组光纤光栅传感器21的铜基座21a贴合固定于安装面111处。安装面111位置平整、清洁，满足传感器的安装要求，且提高铜基座21a的热传导效果。

如图3、图4所示，光纤光栅传感器21为全光纤型探测器，光纤温度探测并直接进行探测信号传递，现场不供电，免受雷击损坏和电磁干扰，测温精度为±0.5℃，测温分率辨为0.1℃，全绝缘型光纤温度传感器，不降低被监测设备的电压安全等级，光纤温度传感器耐压高、防爬电、阻燃、防爆，具体参数见下表：

光纤光栅传感器21包括若干传感器尾纤21b与铜基座21a，铜基座21a一一对应连接于传感器尾纤21b的端部；铜基座21a固定连接于扰动电阻11表面的测温点，将铜基座21a于测温点处作为固定件进行固定并作为传导热量的介质。而传输光纤23的一端连接于光纤光栅解调设备24、另一端连接有光纤分路器22，所有的传感器尾纤21b均连接于光纤分路器22上，利用光纤分路器22将所有传感器尾纤21b连接于一根传输光纤23。

如图5所示，用于传感的光纤光栅包括制作在光纤芯内的布拉格反射器。它利用光纤材料的紫外光敏性，在纤芯内部形成空间相位光栅，这样具有一定频谱宽度的光信号经过光纤光栅后，特定波长的光沿原路反射回来，其余波长的光信号则直接透射出去。温度和应力是光纤光栅能够直接敏感的两个物理量，温度引起光栅中心波长的漂移主要有两个方面的原因：起主要作用的光纤材料的热光效应，起次要作用热膨胀效应，也会引起的光纤光栅有效折射率的变化，这样光栅的中心波长漂移就反映了所处温度场变化情况，从而达到测量的目的。由于光纤光栅中心波长随温度或应变的变化关系是线性的，所以可以非常方便地应用在传感领域。

如图6所示，光纤光栅（fbg）是一种反射式光纤滤波器件，通常采用紫外线干涉条纹照射一段10mm长的裸光纤，在纤芯产生折射率周期调制；在布拉格波长上，在光波导内传播的前向导模会耦合到后向反射模式，形成布拉格反射。对于特定的空间折射率调制周期（λ）和纤芯折射率（n），布拉格波长为：

λb＝2nλ（1）

由式(1)可以看出：n与λ的改变均会引起反射光波长的改变。因此，通过一定的封装设计，使能外界温度、应力和压力的变化导致n与λ发生改变，即可使fbg达到对其敏感的目的。

如图7所示，fbg中心波长与温度变化的关系为

δλb＝λb（1＋ξ）δt（2）

式(2)中，δλb是温度变化引起的反射光中心波长的改变；δt为温度的变化量；ξ为光纤的热光系数。在1550nm波段，fbg对温度的敏感系数分别为：10pm/oc。

光纤光栅解调设备24为基于光纤mems可调滤波器的传感分析仪，专用于电力工业温度监测，是一种基于光纤mems可调滤波器的技术的传感分析仪，非常适合长期监测使用。温度数据采集设定为1hz/25hz/50hz，设计每个通道上连接6个光纤温度传感器，且最大扩展到128个光学通道。本监测系统拟采用3通道型，一个传感分析仪就足以监测a、b、c三相三个扰动电阻，且每个扰动电阻被监测的温度点可以达到3个之多，并可以利用多余的一个通道进行补充。另外，多余的一个通道也可以用来对扰动电阻外部环境温度和相关电力接入点的温度进行监测，更全面的保证扰动电阻的健康运行。基本参数如下表：

本实施例的具体工作原理如下：

当孤岛现象产生而并网逆变器6未自行跳闸时，孤岛控制器控制扰动电阻11投入电路，改变并网发电系统里参数运行平衡，从而让并网逆变器6停止运行，并断开并网开关4，切断电网5与光伏并网发电系统3的联系，也让母线不带电，保护检修人员及设备的安全。

而扰动电阻11投入电路过程中，由逆变器输出的a、b、c三相电经两个操作开关12，分别到三个扰动电阻11。扰动电阻11上安装了光纤光栅传感器21，每个扰动电阻11上都安装了三个光纤光栅传感器21，分别安装在扰动电阻11的上、中、下三个部分。共九个光纤光栅传感器21，这些光纤光栅传感器21的测温数据首先进入安装在反孤岛装置1中的光纤光栅数据采集器中，在采集器中的测温数据分为两部分，一部分传到调度控制中心的电脑上，同时采集器与反孤岛控制器13通信，把测温数据数据传到反孤岛控制器13。当温度数据超过规定的数据后，反孤岛控制器13可以关断两个操作开关12，保护反孤岛装置1的扰动电阻11。在控制中心，工作人员也可下达关断操作开关12命令到采集器在到控制器，关断两个操作开关12，保护反孤岛装置1的扰动电阻11，同时发出信号通知工作人员。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。