并网光伏发电系统中电池组件故障电流及进入电网的直流分量

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1.太阳能电池组件中的故障电流

在并网应用的光伏发电系统中,只能使用太阳能电池与边框有可靠绝缘的太阳能电池组件。太阳能组件要具有双倍或超强的绝缘措施,并且要充分考虑太阳能电池组件的系统耐压性,以保证即使在光伏系统运行状态下也可以触摸组件表面,不会造成危险。目前,所有的太阳能电池组件可以达到Ⅱ级防护,在选择时并没有太严格的限制。

如上所述,对于无变压器型逆变器,在运行时太阳能电池组件上的电压可以是叠加了交流电网的同步电压值。当触摸组件表面时,可能会产生对地的故障电流。如果组件的绝缘足够好,一般来说很难有这样的电流产生。但是,故障电流放电的强度会随一些条件的变化而增加,如太阳能电池距离缩短(这种情况下透明玻璃或塑料板厚度减少)、接触面积增加等。比如:由于清洁太阳能电池组件的液体中含有导电物质,会造成导电面积扩大,从而导致意外的故障电流。在这种情况下虽然无法对危险电流预先检测,但如果发生意外会造成一定的危险。为了避免由此产生的安全隐患,也为了避免危险,在设计光伏并网发电系统时,用户应该遵循以下步骤:

1)将太阳能电池组件的边框以及其他导电气部分与接地线连接。

2)在对系统进行维护或对太阳能电池组件进行清理时,必须断开逆变器与电网的连接。

在该类型逆变器中,要对太阳能组件可能产生的DC或AC漏电电流进行持续监测,一旦产生故障电流(大于30mA),逆变器立即断开与电网的连接。然而,现实应用中对故障电流的监测比简单监测漏电电流大小更为复杂。漏电电流在系统运行状态下是随时变化的,在并网之前无从得知当前的数值。因此,在每次逆变器接入电网前,会检测太阳能电池组件的绝缘电阻。只有当绝缘电阻超过要求的电阻值(大于1MΩ)时,才能证明没有故障电流注入电网,这时可以连接电网。因此,识别故障电流不仅通过监测漏电电流的增加,还要通过测量电流的变化率来获知。所有故障电流监控装置都必须具有漏电电流检测功能(双重的),各监测系统必须能够独立识别故障电流。这样,人身安全就会得到更多的保障。RCD保护在调试之后很少或者根本不需要再进行人工测试,但上述保护措施远比一般的RCD保护更有效。

2.进入交流电网的直流分量

直接与电网并接,通常会导致直流电直接进入交流电网。该直流电成分会影响电网上的设备(局域电网变压器)的正常运行和RCD的工作特性,同时会使与电网并接的用电器中的变压器发生内耗,产生磁饱和,而这并不是用电器所要求的使用环境。虽然这种情况不一定会损坏设备,但可以引发电网中防止直流成分的保护设备动作。所以,理论上并网型逆变器都设置有防止直流电进入电网的预防措施(通过50Hz变压器或电容器进入电网)。

还有一点非常重要,即逆变器向电网送入直流电的能力不仅取决于是否存在隔离变压器,而与电容器相结合,变压器只是可以在电气隔离的情况下传输功率。事实上,关心的是电路中的电气部件向电网输入直流电流的能力。对于直接与电网连接的高频变压器型逆变器,普通的逆变桥无论是否有变压器,都能够向电网输送直流电流。

对于SMA逆变器,电容是桥的一部分。变压器型逆变器的变压器设置在桥的电网侧,从而只能向电网提供交流电流(如SunnyBoy5000TLHC和所有变压器型逆变器)。

即使逆变桥发生故障,也不可能向电网继续送入直流电流。原因是逆变器中串连的两个双极继电器会在这种情况下切断与电网的连接,该方案应用于所有SMA无变压器型逆变器。假设继电器失效,桥的短路会造成过流发生,逆变器中的过载保护(过载开关)仍会启动,并切断与电网的连接。


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