光伏系統(tǒng)直流總斷路器頻繁跳閘原因分析及解決思路

摘 要： 通過分析現(xiàn)場光伏直流系統(tǒng)接線方式，進(jìn)行仿真模擬，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出直流柜直流總斷路器跳閘原因。針對現(xiàn)場處理辦法存在的不足，提出新的解決思路。

關(guān)鍵詞：光伏系統(tǒng) 直流斷路器 跳閘

中圖分類號：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）03-0304-02

一、光伏系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

大唐國際卓資一期光伏系統(tǒng)采用西安TBEA-GC-500KTL逆變器，陣列最大輸入功率550kW，陣列最大輸入電流 1120A，最佳MPPT工作點(diǎn)電壓595V。單臺逆變器實(shí)際接入光伏組件總?cè)萘?50kW。在近期現(xiàn)場運(yùn)行中，中午時分頻繁報出“PV電壓低”，就地檢查，直流柜兩臺并聯(lián)直流總斷路器跳閘。系統(tǒng)絕緣檢查未見異常，排除短路故障。更換其中一個直流總斷路器后，部分系統(tǒng)缺陷消失，有的依然存在跳閘現(xiàn)象。

二、光伏直流系統(tǒng)構(gòu)成

首先了解卓資一期光伏直流回路系統(tǒng)構(gòu)成，原理如圖1。單個逆變器一般由7-8支支路組成，通過直流支路斷路器匯與直流母排1，中間由兩個直流總斷路器進(jìn)行分流，總斷路器出口再次匯流，送入逆變器。直流總斷路器型號為SIEMENS VL630 N，額定電流630A。此斷路器保護(hù)功能由熱保護(hù)與電流速斷保護(hù)組成，其中熱保護(hù)定值范圍為500-630A可調(diào)，運(yùn)行設(shè)定值為630A；速斷保護(hù)為5-10In可調(diào)，運(yùn)行設(shè)定值為5In。

三、光伏直流回路模擬

為更好研究各個原件在回路中的作用，我們將直流母排1到直流母排2之間的回路進(jìn)行簡化模擬。

為研究直流總斷路器跳閘原因，我們將其看作是正負(fù)雙路開關(guān)和其回路電阻R+、R-的組合，效果如圖2所示。

在某一時段光照條件穩(wěn)定的情況下，太陽能電池板可以看作是恒流源。由于多組太陽能光伏板在直流母排1處進(jìn)行匯合，因此我們將直流母排1處等效為恒流源集合。利用電路分析軟件multisim7，做出光伏直流系統(tǒng)模擬電路原理圖3。

其中R1、R3組合為直流總斷路器1，R2、R4組合為直流總斷路器2，R5為直流母排2輸出負(fù)載。我們對模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。恒流源按照本系統(tǒng)強(qiáng)光照時出力900A設(shè)置，R1-R4參照更換下來的斷路器回路直阻測量數(shù)據(jù)，線路負(fù)載假設(shè)1Ω，各個支路增加電流監(jiān)控，模擬結(jié)果如圖4所示。

可以清楚的發(fā)現(xiàn)，由于斷路器回路電阻出現(xiàn)較大差異，導(dǎo)致流經(jīng)兩個斷路器的電流以及每個斷路器本身正負(fù)極之間電流均出現(xiàn)明顯差異。以直流總斷路器1和2負(fù)極電流對比來看，直流總斷路器1負(fù)極電流634.883A，直流總斷路器2負(fù)極電流265.117A，而且有：

實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)電電流最高可以達(dá)到950A，以本例來看，直流總斷路器1就出現(xiàn)過流跳閘情況。

四、現(xiàn)場直流系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)場通過調(diào)整光伏組件數(shù)量，測量在不同負(fù)荷下流經(jīng)兩個直流總斷路器的電流，得到數(shù)據(jù)如表1。

表1 不同總電流下直流總斷路器正極電流

做出二者關(guān)系曲線如下：

從曲線看出，流經(jīng)每一個直流總斷路器電流與系統(tǒng)直流總電流呈比較理想的線性關(guān)系，即：

此結(jié)果與模擬結(jié)果一致。

五、結(jié)果分析

對比式3.1與4.1，說明：當(dāng)前直流總斷路器1、2連接方式在其回路電阻出現(xiàn)較明顯差距后，流經(jīng)斷路器電流將按照二者回路電阻比進(jìn)行分配，即符合并聯(lián)回路電流分配原則。

按照當(dāng)前直流系統(tǒng)接線方式，要求斷路器回路電阻特性必須一致，或者差異較小。當(dāng)二者差距增大后，必然導(dǎo)致流經(jīng)一方的電流減小，另一方電流增大，當(dāng)超過斷路器熱保護(hù)定值后，即出現(xiàn)斷路器保護(hù)跳閘。一個直流總斷路器跳閘后，系統(tǒng)電流全部流入未跳閘斷路器，造成后者過流，隨后也跳閘。這就是現(xiàn)場每次發(fā)現(xiàn)兩臺斷路器一塊跳閘的原因。

六、系統(tǒng)改進(jìn)思路

廠家維護(hù)人員在處理此類故障時，通常的做法是將運(yùn)行中電流偏小的斷路器進(jìn)行更換。筆者感覺此種方式較為草率，一是新更換的斷路器與未更換的斷路器二者回路電阻參數(shù)是否匹配仍未確定，有可能在更換后再次出現(xiàn)跳閘，例如1091逆變器，在兩個月內(nèi)兩次更換直流斷路器；二是只是單單更換斷路器，并未從根本上解決因硬件參數(shù)差異導(dǎo)致的電氣回路故障。建議將原來的直流母排1取消，按照光伏組件容量平均兩份分配后，形成新的兩組直流母排1、2，通過各自的直流總斷路器匯入母排3，原理如圖6所示。

結(jié)果顯示，流經(jīng)兩個直流總斷路器電流將隨各自容量進(jìn)行變化，不再受到相互回路電阻參數(shù)影響，也就從根本上避免了兩臺斷路器分流不均造成的一臺欠載、一臺滿載跳閘的缺陷了。

對此種接線方式進(jìn)行電路模擬，參數(shù)不變，模擬結(jié)果如圖7所示。

參考文獻(xiàn)

[1]李航之. 光伏發(fā)電技術(shù)[S].北京：2013；

[2]周穎昌.如何提高光伏發(fā)電效率[J].新能源技術(shù)，2010（07）：36-39

作者簡介：王海清（1986-）男，助理工程師，張家口發(fā)電廠。