【光伏技術】并網光伏發(fā)電系統(tǒng)中電池組件故障電流及進入電網的直流分量
1.太陽能電池組件中的故障電流
在并網應用的光伏發(fā)電系統(tǒng)中,只能使用太陽能電池與邊框有可靠絕緣的太陽能電池組件。太陽能組件要具有雙倍或超強的絕緣措施,并且要充分考慮太陽能電池組件的系統(tǒng)耐壓性,以保證即使在光伏系統(tǒng)運行狀態(tài)下也可以觸摸組件表面,不會造成危險。目前,所有的太陽能電池組件可以達到Ⅱ級防護,在選擇時并沒有太嚴格的限制。

如上所述,對于無變壓器型逆變器,在運行時太陽能電池組件上的電壓可以是疊加了交流電網的同步電壓值。當觸摸組件表面時,可能會產生對地的故障電流。如果組件的絕緣足夠好,一般來說很難有這樣的電流產生。但是,故障電流放電的強度會隨一些條件的變化而增加,如太陽能電池距離縮短(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:由于清潔太陽能電池組件的液體中含有導電物質,會造成導電面積擴大,從而導致意外的故障電流。在這種情況下雖然無法對危險電流預先檢測,但如果發(fā)生意外會造成一定的危險。為了避免由此產生的安全隱患,也為了避免危險,在設計光伏并網發(fā)電系統(tǒng)時,用戶應該遵循以下步驟:
1)將太陽能電池組件的邊框以及其他導電氣部分與接地線連接。
2)在對系統(tǒng)進行維護或對太陽能電池組件進行清理時,必須斷開逆變器與電網的連接。
在該類型逆變器中,要對太陽能組件可能產生的DC或AC漏電電流進行持續(xù)監(jiān)測,一旦產生故障電流(大于30mA),逆變器立即斷開與電網的連接。然而,現實應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雜。
漏電電流在系統(tǒng)運行狀態(tài)下是隨時變化的,在并網之前無從得知當前的數值。因此,在每次逆變器接入電網前,會檢測太陽能電池組件的絕緣電阻。只有當絕緣電阻超過要求的電阻值(大于1MΩ)時,才能證明沒有故障電流注入電網,這時可以連接電網。因此,識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)必須能夠獨立識別故障電流。這樣,人身安全就會得到更多的保障。RCD保護在調試之后很少或者根本不需要再進行人工測試,但上述保護措施遠比一般的RCD保護更有效。
2.進入交流電網的直流分量
直接與電網并接,通常會導致直流電直接進入交流電網。該直流電成分會影響電網上的設備(局域電網變壓器)的正常運行和RCD的工作特性,同時會使與電網并接的用電器中的變壓器發(fā)生內耗,產生磁飽和,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損壞設備,但可以引發(fā)電網中防止直流成分的保護設備動作。所以,理論上并網型逆變器都設置有防止直流電進入電網的預防措施(通過50Hz變壓器或電容器進入電網)。
還有一點非常重要,即逆變器向電網送入直流電的能力不僅取決于是否存在隔離變壓器,而與電容器相結合,變壓器只是可以在電氣隔離的情況下傳輸功率。事實上,關心的是電路中的電氣部件向電網輸入直流電流的能力。對于直接與電網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,都能夠向電網輸送直流電流。
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