光伏直流側(cè)安全備受關(guān)注三種斷路保護(hù)方案對(duì)比分析

一、光伏電站直流側(cè)安全備受矚目！3060目標(biāo)下，光伏發(fā)電將由補(bǔ)充能源向主力能源轉(zhuǎn)變，光伏電站的安全性也備受關(guān)注。近日，多家逆變器企業(yè)、認(rèn)證機(jī)構(gòu)和開(kāi)關(guān)器件廠家均提出在逆變器直流側(cè)增加電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)，以期在故障發(fā)生時(shí)快速切斷光伏組件與逆變器的連接，提高光伏電站的安全性。目前，實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)下有效保護(hù)的技術(shù)有三種：熔斷器、斷路器、智能分?jǐn)嗉夹g(shù)，前兩者為傳統(tǒng)的故障保護(hù)裝置。什么是“智能分?jǐn)嗉夹g(shù)”？能否替代傳統(tǒng)的熔斷器和斷路器實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)下的有效保護(hù)？二、智能分?jǐn)嗉夹g(shù)介紹根據(jù)逆變器廠家公開(kāi)宣傳資料，智能分?jǐn)嗉夹g(shù)為：在光伏逆變器的直流側(cè)增加了電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)，通過(guò)逆變器的控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)組串的電流、電壓等信號(hào)來(lái)判斷系統(tǒng)工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，逆變器可以自動(dòng)控制隔離開(kāi)關(guān)分?jǐn)喙收匣芈贰Ｄ壳笆袌?chǎng)上使用智能分?jǐn)嗉夹g(shù)的兩家主流廠商的逆變器，其中一種196kW逆變器采用4-5路組串輸入一路MPPT的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1），另一種320kW逆變器采用兩路組串輸入一路MPPT的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2）。圖1：196kW逆變器直流側(cè)設(shè)計(jì)方案

圖2：320kW逆變器直流側(cè)設(shè)計(jì)方案

前幾年，關(guān)于光伏系統(tǒng)是否需要增加熔斷器來(lái)保護(hù)系統(tǒng)安全，行業(yè)人士曾進(jìn)行了深入的討論。如今，智能分?jǐn)嗉夹g(shù)是否真的能提高系統(tǒng)安全性？是否滿足IEC等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求？三、三種直流側(cè)保護(hù)裝置介紹1、什么情況下需要過(guò)流保護(hù)？IEC625486.5.3：光伏系統(tǒng)是否需要在每個(gè)組串中安裝過(guò)流保護(hù)器件由組串并聯(lián)數(shù)量確定。注：Ns代表組串并聯(lián)數(shù)量，ISC-MOD代表光伏組件短路電流，IMOD-MAX-OCPR代表光伏組件最大過(guò)電流保護(hù)額定值。當(dāng)并聯(lián)組串?dāng)?shù)量超過(guò)2串時(shí)，需要在每個(gè)組串中安裝過(guò)流保護(hù)器件。對(duì)逆變器而言，即每路MPPT接入的組串?dāng)?shù)量達(dá)到3串及以上時(shí)，需要在每個(gè)組串增加過(guò)流保護(hù)器件。2、有哪些過(guò)流保護(hù)器件？IEC60364-7-712712.533：光伏系統(tǒng)直流側(cè)過(guò)流保護(hù)器件必須是滿足IEC60269-6的光伏專(zhuān)用熔絲或滿足IEC60947-2的斷路器。通過(guò)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的解讀，是否意味著隔離開(kāi)關(guān)實(shí)際上并不能替代熔斷器和斷路器作為直流過(guò)流保護(hù)器件使用呢？為了進(jìn)一步明確智能隔離開(kāi)關(guān)能否作為保護(hù)器件，筆者對(duì)三種器件的保護(hù)機(jī)理做了分析如下：1）熔斷器當(dāng)電路中電流超過(guò)規(guī)定值一段時(shí)間后，熔斷器以自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而斷開(kāi)電路，保護(hù)關(guān)鍵設(shè)備。2）斷路器當(dāng)前光伏系統(tǒng)常用的斷路器主要有磁脫扣和熱脫扣兩種。磁脫扣型的工作原理為：大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)克服反力彈簧，脫扣器拉動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)瞬時(shí)跳閘；熱脫扣型的工作原理為：電流變大，發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。3）智能分?jǐn)喔綦x開(kāi)關(guān)通過(guò)高精度直流傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)每路組串電流，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，通過(guò)逆變器自動(dòng)控制直流分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)斷開(kāi)故障回路。綜合上述三種器件的保護(hù)機(jī)理可見(jiàn)，熔斷器和斷路器：屬于被動(dòng)式保護(hù)，即當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路等故障時(shí)，不依賴(lài)于外部電路即可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)；智能分?jǐn)嗉夹g(shù)：其隔離開(kāi)關(guān)是否能可靠斷開(kāi)故障回路則依賴(lài)于檢測(cè)、控制等外部回路，當(dāng)系統(tǒng)掉電或控制回路出現(xiàn)故障時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)存在斷不開(kāi)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，從安全性來(lái)說(shuō)，采用隔離開(kāi)關(guān)代替熔斷器或斷路器作為保護(hù)器件使用存在較大的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。在具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于2路組串并聯(lián)的系統(tǒng)（圖3），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)原本不需要安裝過(guò)流保護(hù)器件，在直流側(cè)增加可以分?jǐn)嗟母綦x開(kāi)關(guān)在一定程度上提高了安全性，當(dāng)發(fā)生組串短路或者反接時(shí)，即使隔離開(kāi)關(guān)無(wú)法斷開(kāi)，系統(tǒng)中最大的短路電流或倒灌電流均只有1倍組件短路電流，不會(huì)出現(xiàn)持續(xù)發(fā)熱起火等風(fēng)險(xiǎn)。然而，如果并聯(lián)組串?dāng)?shù)量超過(guò)2串，例如：4串或5路組串并聯(lián)接入1路MPPT（圖4），當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)因各種原因無(wú)法斷開(kāi)時(shí)，如果其中1個(gè)回路發(fā)生短路，其余4串電流將會(huì)流向短路點(diǎn)，即故障回路將承受4倍短路電流，線纜等相關(guān)部件將會(huì)因持續(xù)過(guò)流而損壞甚至發(fā)生火災(zāi)。特別是當(dāng)系統(tǒng)由于施工不當(dāng)出現(xiàn)反接時(shí)，嚴(yán)重的倒灌電流（4*Isc）將使被反接的光伏組件發(fā)生過(guò)熱和起火等更大的故障。圖3：2路組串接1路MPPT的故障電流分析

圖4：5路組串接1路MPPT的故障電流分析

四、分析結(jié)論綜上分析可知，雖然隔離開(kāi)關(guān)的智能分?jǐn)嗉?/p>