常熟开关制造有限公司常务副总经理  管瑞良

　　个人简介

　　管瑞良，1990年毕业于安徽工学院，1998年加盟常熟开关厂，2001年取得河北工业大学电机与电器专业工程硕士学位，从事科技创新工作，享受国务院特殊津贴。荣获了教育部“做出突出贡献的工程硕士学位获得者”、“全国企事业知识产权管理先进工作者”、“江苏省有突出贡献中青年专家”、“苏州市首批跨世纪高级人才”、“2009年度苏州市十佳魅力科技人物”、“2009年度科技创新创业市长奖”等荣誉。

　　常熟开关制造有限公司长期致力于低压电器技术的研发，在智能电网建设的背景下，特别关注新能源领域、HVDC供电系统及多电源系统的低压电器应用需求，并开展了大量的研发工作，形成专业的电气解决方案。

　　光伏发电系统用电器设备

　　随着社会发展对能源要求的日益提高以及化石能储量的不断减小，太阳能光伏并网发电在能源供给中的作用越来越大。然而，由于光伏发电相对于传统发电技术存在较大的差异，其产品化以及应用推广还存在一系列的技术瓶颈需要克服。

　　常熟开关制造有限公司自2007年成立“清华—常开电力电子应用技术研究所”以来，便大力开展面向光伏发电的多项关键技术的研究，主要涉及以下方面：弱电网条件下大容量光伏并网控制稳定性问题研究；低电压（零电压）穿越关键技术研究；T型三电平高效逆变技术研究；光伏发电系统中模电压及光伏阵列剩余电流抑制技术研究；多路MPPT完全独立跟踪技术研究；并网电流的低谐波控制技术研究等。

　　经过多年的研发投入，目前已经形成了CS1G、CS1G-L、CS1G-SL等多个系列的光伏逆变器产品，覆盖3kW到630kW功率范围，可应用于户用型单相光伏发电系统、兆瓦级集中型光伏电站、组串型分布式发电等多种应用场合。

　　CS1G-L为组串型设计，共有10kW、12 kW、15 kW、17 kW、20 kW、28 kW等6个功率等级。该产品采用“T型三电平逆变技术+无变压器并网+碳化硅技术+薄膜电容”的整体方案，实现高效电能变换，其中CS1G-20L逆变效率达98.3%，CS1G-28L逆变效率达98.8%；包含多路具有独立MPPT跟踪功能的光伏输入，全MPPT电压范围内均能实现两路完全独立精准跟踪（其中静态MPPT效率评测达99.9%，多种辐照度下的动态MPPT效率评测均>99%），且不因两路光伏输入的特性差异而影响跟踪效果，能够降低光伏组串安装地形对发电效果的影响，可同时应用于分布式发电系统以及大型光伏电站；采用专用于无变压器型的共模抑制技术，可大大减小光伏阵列中的高频剩余电流。

　　CS1G-500、CS1G-630为兆瓦级电站专用逆变器。其满足GB 19964-2012低电压穿越要求，电网电压跌落至0时保证不间断并网运行0.15s。本产品采用西门康智能功率模块作为功率器件，简化了设计，提升产品的可靠性，并实现高效逆变（效率达98.7%）。其另一大特色在于，与传统采用接触器+断路器的并网方案不同，本产品采用了专用的CW3长寿命断路器来完成并、离网操作控制，结合优化的软件控制算法来最大程度减少并、离网操作次数，实现了紧凑型设计并优化了成本。本产品的控制系统中引入了功率平衡控制算法，提升了母线电压及并网控制的稳定性，在弱电网条件下或者电网存在较大畸变的情况下也能够进行良好输出。

　　CS1G-SL为单相逆变器，共有3kW、4kW、5kW三个功率等级，适用于户用型单相发电系统。该产品创造性的采用两电平、三电平混合的逆变电路结构及控制手段，实现高效逆变，最高效率达97.1%。并且，本产品网侧滤波电路采用独特的单边电感电路结构，结合特有的三电平PWM调制策略，解决了共模电压及光伏阵列剩余电流问题。

　　另外，CS1G、CS1G-L、CS1G-SL等系列产品中还包括如下特点：内置光伏阵列绝缘检测模块以及漏电流突变检测算法，确保人身的安全；内置先进的主动检测孤岛方式，减小检测盲区；齐全的故障保护功能，提供全方位保护；内置控制系统传感器故障自诊断，发生失效时进行停机报警，降低保护失效风险；交流侧相序自适应，错序仍可正常运行。直流侧可避免由于光伏输入极性反接导致的损坏。

　　光伏汇流箱是将太阳能光伏组件发出的直流电进行初级汇流的电气设备。公司根据CNCA/CTS0001-2011《光伏汇流箱技术规范》开发并获得CQC太阳能产品认的CXPV系列光伏汇流箱为智能型产品，采用国内领先技术一体化设计的FSJ光伏汇流数据采集器，可实现对光伏组串电流、电压精确测量，具备RS485通信接口，可以监视断路器工作状态、防雷器工作状态。另外该产品提供了外部传感器输入接口，若配备环境检测仪，可对辐照、风速、温度、湿度等环境条件进行测量。

　　此外，公司面向并网光伏发电的远程监控需求开发了光伏发电系统监控软件，它以现场总线技术、以太网技术、无线通信技术、计算机技术为基础，采用先进技术开发的监测、控制和管理系统，具有组态功能、控制功能、报警功能、调试诊断、报表及曲线图功能，系统拓展方便。该软件集成光伏发电系统和电能管理系统监控功能，对光伏发电系统进行远程实时监控、统计分析、历史事件记录，同时还支持将配电房接入，进行集中监控。

　　DC1000V及以下的直流开关电器

　　在智能电网发展的背景下，直流系统的保护显示处越来越广泛的应用需求，最具代表性的应用包括以下场合。

　　1．太阳能光伏发电系统的应用

　　由于光伏发电的电能初始形式是直流，通常经逆变器变换为交流后并网或直接使用，直流侧的光伏电池串组、汇流箱、逆变器等均需要直流保护或隔离，并且这些保护要求开关电器不仅能开断正向电流，还需要具有反向开断能力。

　　2．数据中心的应用需求

　　以邮电、电信等行业为代表的大数据中心以往使用DC48V加UPS的方式供电，但随着设备容量的急速扩张，这种供电方式在供电能力、可靠性和安全性方面都面临瓶颈。国内外学者均指出，突破这一瓶颈的关键在于使用高压直流（HVDC）直接供电模式，一方面可大幅度提高供电能力，一方面可大量减少AC-DC之间变换环节，提高效率。

　　根据江苏电信统计，全国360多个采用HVDC方式供电的试点4年运行情况看，在效率、安全和可靠性方面均取得很好效果。目前国内数据中心普遍根据工信部《通信用240直流供电系统》（YD/T2378-2011），采用240V作为HVDC供电电压，主要考虑与交流市电的匹配。而欧洲和日本的研究结果认为，从效率拐点的角度看，350~400V的HVDC供电电压更为合理，是未来发展的趋势。无论是240V还是400V的HVDC供电系统，都将对直流保护电器产生旺盛的需求。

　　3．微型电网的应用需求

　　微网的建设理念是高效接纳分布式的可再生能源并尽可能就地消耗，而其中最具代表性的新能源就是太阳能光伏电能。众所周知使用交流电的根本目的在于方便升降电压满足远距离输电的要求，而在微网条件下，不存在远距离输电要求，如果能直接使用直流形式的一次能源，将不再需要交直流之间的变换环节，大大简化系统提高效率，因此微网直接使用直流配用电形式，将可能成为一个重要的发展方向，在此背景下微网也对直流配电电器产生了应用需求。

　　针对太阳能光伏发电系统、新一代数据中心HVDC供电方式及卫星电网的应用需求，公司在直流分断技术方面进行了广泛深入的研究，这些工作包括基于电弧磁流体动力学的电弧行为研究和特性控制、临界电流的直流伏安特性、直流脱扣及其精度控制技术等。

　　在这些应用研究的基础上开发的CM3DC塑壳断路器及CW3DC框架断路器，具有额定电压高、分断能力强、分断能力与极性无关、短路保护不依赖二次电源、操作特性可靠等优点，可广泛应用于光伏发电系统、直流配电柜、数据中心、电力牵引、应急电源等领域。

　　CM3DC系列塑料外壳式断路器额定工作电压至DC1000V、额定绝缘电压1000V、额定冲击耐受电压达到8kV、额定电流10~630A，在系统电压为1000V条件下的极限分断能力达到40kA。CM3DC系列断路器可适用于直流不接地系统、负极接地系统和中心点接地系统，并满足光伏汇流箱环境要求。

　　CW3DC直流万能式断路器与CW3保持了相同的外形尺寸及安装尺寸，主要安装在低压直流配电电路中用于主电路的接通和断开，并可起隔离作用。额定电流800~2500A；额定工作电压DC1000V及以下，最高使用电压下的极限分断能力及短时耐受能力均达到40kA；断路器具有不依赖于二次电源的短路瞬时保护功能，并可选择1000~2500A、1600~4000A、2500~6300A三种脱扣器。

　　断路器可选配FBT3DC本体通信模块，实现遥控和遥信功能；断路器可选配FZB3低压直流综合保护器，实现智能型断路器所具有的过载长延时、短路短延时和短路瞬时三段保护功能，综合保护器也可选通信功能，实现遥调、遥测、遥信，并可与FBT3DC本体通信模块一起，实现四遥功能，便于组网和监控。

　　另外针对光伏发电系统直流侧不接地，采用G、H型接线式时，可不带过电流脱扣器仅有隔离功能（派生型号CW3G系列隔离开关交直流通用），设备和线路的保护功能由综保设备实现，符合目前构建系统的使用习惯，使产品的使用更为灵活，应用范围更广。

　　用于交流690~1140V系统的大容量开断电器

　　风力发电是可再生能源的另一重要形式，随着风力发电技术的进步及对更高效率的追求，风力发电系统的额定电压出现提高的趋势，目前主要使用AC690V系统，部分系统电压则升至AC1000V甚至更高。同时，由于节能降耗的需要，在石油、矿山、化工等行业，越来越多地采用AC690V作为低压动力供电电压，并且容量日益增加。这些系统对690V至1140V的断路器产品产生了大量需求。

　　为了满足上述应用需求，公司开展了690V至1140V开断技术的专项研究，在三个方面开展了卓有成效的工作：

　　1．成功研发CM5系列塑壳断路器，该系列断路器采用双断点开断技术，研发过程中重点解决了双断点的接触可靠性、断口间的电弧能量平衡、以及强限流条件下防止动熔焊等关键技术，使该系列产品限流性能优越，极限分断能力获得突破性提高。

　　2．在深入研究弧后介质强度恢复过程的基础上，采用高分子材料作用于电弧过程的气吹灭弧技术，有效提高了弧后介质恢复强度，使新一代CW3系列框架断路器690电压下的分断能力显著提高。

　　3．由于传统空气介质及栅片灭弧技术在更高电压等级场合的局限性，要在更高电压下获得大容量的开断能力已很困难，因此公司还开展了真空开断技术在1140V及以下场合的开断技术研究，通过对吹弧磁场及屏蔽罩电场的优化，获得了极高的分断能力-触头直径比，成功实现了灭弧室的小型化设计。在此基础上开发了CW3V低压真空断路器，使1140kV电压下的分断能力达到了业内最高。上述三类产品的成功开发，满足风力发电系统及各种690V至1140V供电系统的应用需求，形成了从主进线开关到馈电支路，以及kW级至MW级的各类设备的完整保护方案。

　　CM5系列塑壳断路器具有6个壳架等级（63、125、160、250、400、630），电流从1.5A至630A，630壳架缩小至与400壳架外形尺寸相同（宽度仅为140mm）。全系列双断点结构、高限流性能、专利技术确保大电流高电压（AC690V）的分断与保护的稳定可靠，全系列分断能力最高至Icu= Ics=150kA/AC400V，AC690V可达40kA。有效的限制短路能量（I2t），减小了短路电流对电力系统的冲击，电缆选择无需校验。

　　CW3系列断路器具有5个壳架等级（1600、2500、4000、6300、7400），使用于额定电流7400A及以下的配电网络中，不仅具有优异的分断性能，还具有突出的动热稳定性能，实现额定短时耐受能力Icw=额定运行短路分断能力Ics=额定极限短路分断能力Icu，上述指标最高达到Icw=Icu=Ics=135kA/400V及100kA/690V，即使使用于目前最大容量变压器并联运行的场合，也可实现开断的可靠性和保护的完全选择性。

　　CW3V系列真空万能式断路器与CW3系列万能式断路器抽屉座、多功能的智能控制器及附件通用，真空灭弧室内藏于基座之中，体积小，性能优。由于主电路开断采用密封的真空灭弧室，在开断电流时无需考虑飞弧，并且真空灭弧室无需保养。

　　真空中容易灭弧的优势，不但使CW3V断路器可灵活应用于直至AC1140V的TN、TT、IT配电系统，并使分断能力达到80kA/AC400、690V，50kA/AC1140V，达到国际领先水平。

　　另外可靠的操作机构，优异的灭弧性能，使CW3V系列断路器电气寿命达15000次，16次AC400V、690V80kA短路电流开断；内置于基座之中的真空灭弧室，满足GB14048.2标准要求隔离功能和可选相间隔板使用户使用更安全。

　　智能化的低压电器元件产品

　　智能电网是为了实现能源替代和兼容利用，它需要在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，整合系统中的数据，优化电网的运行和管理。低压智能电器是构建低压智能配网的基础原件，由于低压配网中断路器总是被安装在重要的拓扑节点位置，因此智能断路器的研发对于智能电网的建设具有重要意义。

　　公司长期跟踪并开展低压断路器智能化技术的研究，围绕智能化断路器智能化的保护/报警、运行参量的测量管理、断路器自身及保护对象的维护管理及通讯等四个方面的功能展开深入系统的研究，并将这些智能化研究的成果，与断路器优异的电气机械性能相结合，成功研发新一代的智能断路器——CM5Z系列塑壳断路器及CW3系列框架断路器。

　　1．保护功能

　　除传统的过载长延时、短路短延时及短路瞬时三段保护之外，还包括接地故障保护、中性极保护、过载预报警、电流不平衡保护、断相保护、需用电流保护、相序保护、频率保护、电流卸载、区域选择性连锁及合闸短路保护等。另外针对智能电网中电压敏感元件较多的特点，配置了完善的电压保护，包括过电压保护、低电压保护及电压不平衡保护等；这些保护功能几乎涵盖了所有典型故障类型。

　　2．运行参数测量功能

　　新一代智能断路器提供全面的测量功能，包括三相电流、中性极电流、接地电流、线电压、相电压、平均电压、电压不平衡度、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能、视在电能、谐波、相序、需用电流、需用功率、波形捕捉等，这些运行参数的测量功能，基本涵盖了低压电网调度管路所需的实时数据。

　　3．维护功能

　　维护功能分为两类，一类是对断路器自身状态的在线监测，包括触头磨损指示、智能控制器有电时操作次数、自诊断功能（存储器故障、处理器超温）、附件监测（分励、合闸电磁铁、欠压、电机断线）等。另一类是对运行信息特别是故障信息的记录，包括历史最大电流、需用电流最大值、脱扣记录、报警记录、历史最大、最小电流、历史最高、最低电压、峰值需用功率、功率因数最大、最小值、频率最大、最小值、故障录波等。通过这些维护功能，可以方便地对断路器自身及线路设备的健康状况作出评价，在发生故障后追溯故障参数并分析原因，为系统及设备的维护提供依据，大大促进系统可靠性的提高。

　　4．通讯功能

　　可选Modbus、Profibus、Devicenet、CAN任一协议直接通信输出，并可通过本公司的CN1EG以太网适配器联接以太网网络。通过配置FDM3短消息通知模块，可实现断路器故障脱扣或报警信息无线监视，特别适合于风机等分布式无人值守设备的保护。

　　在开发上述智能电器元件的基础上，公司还研发了Riyear-PowerNet配电监控系统，该系统是一套完整的软、硬件产品体系，包括一系列具备自动化功能的工业级配电元件以及完整的上位机软件、网络布线方案，支持各种通信总线的连接，也支持不同厂商具有标准协议的可通信元件。通过高效率的数据采集，用户可以在任何时间任何地点，通过可视化的人机界面实时掌控整个配电系统的运行情况。现场的工作状态、趋势曲线、历史记录、操作及报警记录等均可轻松浏览，帮助用户能在最短的时间内建立起适合自己的完善的、集监控软件、智能元件及成套设备三位一体的配电自动化网络。

　　公司通过长期对低压供配电前沿技术，特别是对新能源接入技术的跟踪研究，在一系列关键技术上取得突破，开发出一批适应智能电网发展和新能源应用的产品，并以这些具有行业领先技术水平的产品为基础，向用户提供各种典型应用场合的电气解决方案，以推动行业技术的进步，为社会和广大客户创造更大的价值。