光伏組件中的故障電流
在并網(wǎng)應(yīng)用的光伏電站中,只能使用電池片與邊框有可靠絕緣的光伏組件。組件要具有雙倍或超強(qiáng)的絕緣措施,并且要充分考慮光伏組件的系統(tǒng)耐壓性,以保證即使在光伏系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下也可以觸摸組件表面,不會(huì)造成危險(xiǎn)。目前,所有的光伏組件可以達(dá)到Ⅱ級防護(hù),在選擇時(shí)并沒有太嚴(yán)格的限制。
如上所述, 對于無變壓器型逆變器,在運(yùn)行時(shí)光伏組件上的電壓可以是疊加了交流電網(wǎng)的同步電壓值。當(dāng)觸摸組件表面時(shí),可能會(huì)產(chǎn)生對地的故障電流。如果組件的絕緣足夠好,一般來說很難有這樣的電流產(chǎn)生。但是,故障電流放電的強(qiáng)度會(huì)隨一些條件的變化而增加,如光伏電池距離縮短(這種情況下透明玻璃或塑料板厚度減少)、接觸面積增加等。比如:由于清潔光伏組件的液體中含有導(dǎo)電物質(zhì),會(huì)造成導(dǎo)電面積擴(kuò)大,從而導(dǎo)致意外的故障電流。在這種情況下雖然無法對危險(xiǎn)電流預(yù)先檢測,但如果發(fā)生意外會(huì)造成一定的危險(xiǎn)。為了避免由此(類似突然從梯子上掉下來等)產(chǎn)生的安全隱患,也為了避免危險(xiǎn),在建設(shè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)時(shí),用戶應(yīng)該遵循以下步驟:
1)將光伏組件的邊框以及其他導(dǎo)電氣部分與接地線連接
2)在對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)或?qū)夥M件進(jìn)行清理時(shí),斷開逆變器與電網(wǎng)的連接
有了這些保護(hù)措施,人員安全就能夠得到完全的保障。設(shè)計(jì)精密的無變壓器型逆變器還有額外的保護(hù),即使超過電氣隔離型逆變器要求的安全標(biāo)準(zhǔn),也勿需擔(dān)心安全問題。
在該類型逆變器中, 要對組件可能產(chǎn)生的DC或AC漏電電流進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測, 一旦產(chǎn)生故障電流( 大于3 0mA) , 逆變器立即斷開與電網(wǎng)的連接。然而,現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中對故障電流的監(jiān)測比簡單監(jiān)測漏電電流大小更為復(fù)雜。漏電電流在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下是隨時(shí)變化的,在并網(wǎng)之前無從得知當(dāng)前的數(shù)值。因此,在每次逆變器接入電網(wǎng)前,會(huì)檢測光伏組件的絕緣電阻。只有當(dāng)絕緣電阻超過要求的電阻值( 大于1M歐姆)時(shí),才能證明沒有故障電流注入電網(wǎng),這時(shí)可以連接電網(wǎng)。因此,識(shí)別故障電流不僅通過監(jiān)測漏電電流的增加,還要通過測量電流的變化率來獲知。所有故障電流監(jiān)控裝置都必須具有漏電電流檢測功能(雙重的),各監(jiān)測系統(tǒng)必須能夠獨(dú)立識(shí)別故障電流。這樣,人身安全就會(huì)得到更多的保障。RCD保護(hù)在調(diào)試之后很少或者根本不需要再進(jìn)行人工測試,但上述保護(hù)措施遠(yuǎn)比一般的RCD保護(hù)更有效。
進(jìn)入交流電網(wǎng)的直流分量
直接與電網(wǎng)并接,通常會(huì)導(dǎo)致直流電直接進(jìn)入交流電網(wǎng)。該直流電成分會(huì)影響電網(wǎng)上的設(shè)備( 局域電網(wǎng)變壓器) 的正常運(yùn)行和RCD的工作特性,同時(shí)會(huì)使與電網(wǎng)并接的用電器中的變壓器發(fā)生內(nèi)耗,產(chǎn)生磁飽和,而這并不是用電器所要求的使用環(huán)境。雖然這種情況不一定會(huì)損壞設(shè)備,但可以引發(fā)啟動(dòng)電網(wǎng)中防止直流成分的保護(hù)設(shè)備工作。所以,理論上并網(wǎng)型逆變器都設(shè)置有防止直流電進(jìn)入電網(wǎng)的預(yù)防措施(通過50Hz變壓器或電容器進(jìn)入電網(wǎng))。
還有一點(diǎn)非常重要,即逆變器向電網(wǎng)送入直流電的能力不僅僅取決于是否存在隔離變壓器。而與電容器相結(jié)合,變壓器只是可以在電氣隔離的情況下傳輸功率。事實(shí)上,我們關(guān)心的是電路中的電氣部件向電網(wǎng)輸入直流電流的能力。對于直接與電網(wǎng)連接的高頻變壓器型逆變器,普通的逆變橋無論是否有變壓器,都能夠向電網(wǎng)輸送直流電流。
對于SMA逆變器,電容是橋的一部分。變壓器型逆變器的變壓器設(shè)置在橋的電網(wǎng)側(cè),從而只能向電網(wǎng)提供交流電流(如Sunny Boy 5000TLHC和所有變壓器型逆變器)。
即使逆變橋發(fā)生故障,也不可能向電網(wǎng)繼續(xù)送入直流電流。原因是逆變器中串連的兩個(gè)雙極繼電器會(huì)在這種情況下切斷與電網(wǎng)的連接,該方案應(yīng)用于所有SMA無變壓器型逆變器。假設(shè)繼電器失效,橋的短路會(huì)造成過流發(fā)生,逆變器中的過載保護(hù)(過載開關(guān))仍會(huì)啟動(dòng),并切斷與電網(wǎng)的連接。
結(jié)論
采用無隔離變壓器型逆變器的光伏電站,具有發(fā)電量很高的優(yōu)點(diǎn)。就安全而言,完全可以與采用物理電氣隔離裝置的發(fā)電站相媲美。由于內(nèi)部采用了完善的人員保護(hù)裝置,該裝置的驅(qū)動(dòng)由來自具有自動(dòng)監(jiān)測漏電電流功能的系統(tǒng)完成,保護(hù)能力更加理想。在設(shè)計(jì)光伏電站時(shí),要充分考慮如下幾點(diǎn):
● 選用絕緣好的光伏組件和電纜(Ⅱ級保護(hù))
● 將光伏組件和/或者光伏組件邊框與接地連接
● 選用具有完善故障電流檢測、監(jiān)控的無變壓器型逆變器
● 注意電容與電網(wǎng)連接時(shí),需監(jiān)測送入電網(wǎng)的直流分量
● 當(dāng)需要在電源接點(diǎn)進(jìn)行故障電流檢測時(shí),應(yīng)注意組件運(yùn)行時(shí)的漏電電流(如設(shè)置漏電電流監(jiān)測值為100mA或更高)
● 在對光伏發(fā)電站進(jìn)行維修時(shí),要斷開逆變器
由于光伏發(fā)電站投資回收周期主要取決于發(fā)電量,可見逆變器的轉(zhuǎn)換效率尤為重要。鑒于SMA系統(tǒng)的條件優(yōu)勢,無變壓器型逆變器將在光伏市場的競爭中占有更加重要的地位。
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