光伏系統(tǒng)直流故障電弧研究現(xiàn)狀

顧青

摘 要：光伏系統(tǒng)直流故障電弧能夠直接引發(fā)火災(zāi)，所以對于光伏系統(tǒng)直流故障電弧的特性應(yīng)該進(jìn)行深入的分析和研究，從而提升光伏系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。本文作者根據(jù)自身研究光伏系統(tǒng)多年的實際經(jīng)驗，對光伏系統(tǒng)直流故障電弧展開了深入的調(diào)查和分析，并結(jié)合實際情況給出光伏系統(tǒng)直流故障電弧的防治措施，希望能對相關(guān)故障的防范起到一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：光伏系統(tǒng)；直流故障；電弧

引言

隨著新能源技術(shù)的推廣力度不斷加強(qiáng)，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)量也得到了質(zhì)的提升。作為一種清潔能源，光伏系統(tǒng)的發(fā)電有著發(fā)電功率強(qiáng)，同時應(yīng)用較為方便等天然優(yōu)勢。然而光伏發(fā)電系統(tǒng)之中，還存在著直流故障電弧發(fā)生的問題，導(dǎo)致光伏系統(tǒng)在使用過程之中容易對食用者的人身生命財產(chǎn)安全造成一定的威脅。因此如何有效的防治光伏系統(tǒng)直流故障電弧問題就成了光伏系統(tǒng)應(yīng)用的重中之重。

一、光伏系統(tǒng)直流故障電弧的危害

故障電弧是一種存在與光伏系統(tǒng)之中的氣體放電現(xiàn)象，一旦電流通過光伏系統(tǒng)之中的絕緣介質(zhì)時，會產(chǎn)生瞬間的火花現(xiàn)象，這種火花現(xiàn)象就被稱為電弧。而如果這種放電火花現(xiàn)象產(chǎn)生在光伏系統(tǒng)設(shè)計的預(yù)期之外，就被稱為故障電弧現(xiàn)象。目前光伏系統(tǒng)采用的發(fā)電裝置均為直流電發(fā)電形式，因此光伏系統(tǒng)之中的故障電弧現(xiàn)象也被成為光伏系統(tǒng)直流故障電弧。于其它故障電弧相比，光伏系統(tǒng)直流故障電弧缺乏一定的規(guī)律性，而且沒有相位改變造成的閑歇性周期。也就是說，光伏系統(tǒng)一旦產(chǎn)生了直流故障電弧，電弧造成的高熱現(xiàn)象就會一直維持，而整個故障電弧所產(chǎn)生溫度可以高達(dá)1000℃，不僅會對光伏系統(tǒng)造成功能性上的損壞，同時也會使光伏系統(tǒng)附近的物質(zhì)被加熱，一旦達(dá)到燃點就會發(fā)生點燃起火的現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的火災(zāi)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

二、光伏系統(tǒng)直流故障電弧的研究進(jìn)展

光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電和潮汐能發(fā)電等發(fā)電形式為當(dāng)前世界緊張的能源使用局勢提供了有效的解決辦法，其中，光伏發(fā)電主要應(yīng)用取之不盡用之不竭的太陽能進(jìn)行發(fā)電，得到了全世界能源開發(fā)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而光伏發(fā)電系統(tǒng)由于系統(tǒng)運(yùn)行時間過長以及運(yùn)行元件老化等因素的影響，不斷發(fā)生光伏系統(tǒng)故障的現(xiàn)象，對于這些故障進(jìn)行分析和研究，發(fā)現(xiàn)光伏系統(tǒng)直流故障電弧是引起故障和事故的主要原因之一。因此，對于光伏系統(tǒng)直流故障電弧的研究也就勢在必行了。由于當(dāng)前我國使用的光伏電池在輸出時，電流較為恒定，而光伏發(fā)電系統(tǒng)的串聯(lián)故障電弧的特征也明顯不同于電壓源作用之下的電弧。當(dāng)前國內(nèi)外對于光伏系統(tǒng)直流故障的研究，很多都是不能直接應(yīng)用于直流故障電弧的判斷和處理之中，但是研究方法可以在研究串聯(lián)電弧故障之中被借鑒。目前，對于故障電弧的檢測方法共有兩種，第一種是針對于電弧本身的特性，采用的是電流電壓的波形變化檢測方法，另一種是基于故障電弧頻率的特性，來對于電弧進(jìn)行頻率的探測。然而這兩種方法也存在著一定的問題，那就是方法在應(yīng)用過程之中，非常容易產(chǎn)生判斷失誤的情況。因此，如何能研究出一種有效的方法來對于光伏系統(tǒng)直流故障電弧進(jìn)行有效的檢測和及時的處理，就成為新能源利用領(lǐng)域的重點問題之一[2]。

三、光伏系統(tǒng)直流故障電弧的主要特性

光伏系統(tǒng)的直流故障電弧與光伏系統(tǒng)交流故障電弧不同，其沒有電弧的平肩部特性，所以對于其的研究方法以及防治措施應(yīng)該與光伏系統(tǒng)的交流故障電弧電流的處理措施不同。直流故障電弧的伏安特性呈現(xiàn)出一定的非線性特征，所以這種故障電弧的產(chǎn)生有著高度的不確定性，這也是我們之前所說容易出現(xiàn)判斷失誤的情況的主要原因。這也導(dǎo)致了對于故障電弧產(chǎn)生的時間以及位置難以進(jìn)行精確確定。而故障電弧的伏安特性也決定了當(dāng)電弧的電流量加大時，其溫度會不斷的升高，導(dǎo)致整個弧道截面面積變大，從而使光伏系統(tǒng)之中的電阻降低，使故障電弧的靜態(tài)特性下降，破壞弧道內(nèi)部電弧的動態(tài)平衡，從而使電弧處于高度不穩(wěn)定的狀態(tài)。在這種情況下，直流電弧產(chǎn)生放電現(xiàn)象，從而提升光伏系統(tǒng)之內(nèi)的電流密度，并且會伴隨著電磁輻射現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)是由很多個光伏電池方陣共同組成的，其直流電壓的輸出會產(chǎn)生非常強(qiáng)的電場，從而提升電弧發(fā)生的幾率。這種電弧一旦發(fā)生，會使光伏系統(tǒng)之中的溫度與能量不斷提升，另外，由于光伏電池存在著一定的恒流源特性，所以電弧產(chǎn)生后，不會在進(jìn)行電流量的下降，而是會處于一直保持不變的情況。同時，由于光伏系統(tǒng)的系統(tǒng)組成較為復(fù)雜，所以光伏系統(tǒng)直流故障電弧的特性很難能夠有效概括，這也需要研究人員和技術(shù)人員的不斷努力，才能對于直流故障電弧的主要特性進(jìn)行更深入的了解和掌握。

四、光伏系統(tǒng)直流故障電弧的防治措施

（一）串聯(lián)故障電弧的防治措施

這種故障電弧的防治措施較為簡單，只需要圍繞著串聯(lián)故障單戶的主要特性進(jìn)行防治即可。由于這種故障電弧只要在一個光伏系統(tǒng)回路內(nèi)部產(chǎn)生，都會通過回路之中的電流信號傳播到其他的地方。也就是說，在防治的過程之中，只需要將產(chǎn)生串聯(lián)故障電弧的回路進(jìn)行切斷或者在故障電弧產(chǎn)生的回路之中加入電阻系數(shù)較高的串聯(lián)電阻，就會起到降低或者消除回路之中電流的效果，而故障電弧也會隨著回路中電流的減小而熄滅。然而這里要注意的是，雖然這種方法比較簡單并且有效，但是在實際應(yīng)用的過程之中，還是要考慮到光伏系統(tǒng)串聯(lián)故障電弧產(chǎn)生的原因和實際光伏供電系統(tǒng)的環(huán)境，設(shè)計更加有針對性的防治措施，從而使防治措施能夠起到預(yù)期的效果，減少因為串聯(lián)故障電弧對于電力設(shè)施的破壞[3]。

（二）并聯(lián)故障電弧的防治措施

并聯(lián)故障電弧的防治措施較串聯(lián)故障電弧的防治措施較為復(fù)雜，主要原因在于冰點故障電弧一旦產(chǎn)生就很難被切斷。然而在經(jīng)過對于故障電弧的研究之中總我們可以發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)故障電弧的建立方式一般有三種形式，第一種形式在于匯電箱發(fā)生并聯(lián)故障電??；第二種形式在于跨線路之間產(chǎn)生并聯(lián)故障電??；第三種形式是在光伏系統(tǒng)的線內(nèi)產(chǎn)生并聯(lián)故障電弧。三種故障形式因為其電弧產(chǎn)生的位置不同，其檢測方式和防治手段也均不相同。對于匯電箱之上發(fā)生的故障電弧，可以采用時頻結(jié)合的形式進(jìn)行防治，對于跨線路之間產(chǎn)生的并聯(lián)故障電弧，可以采用增阻復(fù)檢法進(jìn)行防治，對于線內(nèi)產(chǎn)生的并聯(lián)故障電弧，可以采用后斷前減法進(jìn)行檢測和防治。在這里要注意的是，三種檢測與防治的方法都存在著一定的不足和問題，同時方法實施也需要環(huán)境和條件的不斷配合，所以在實際應(yīng)用過程之中，應(yīng)該對于光伏系統(tǒng)故障產(chǎn)生的時間與位置進(jìn)行深入分析，并根據(jù)生產(chǎn)的實際需要進(jìn)行選擇。

通過對于光伏故障電弧的檢測與防治措施之中我們可以看出，故障電弧防治措施的制定不能夠陷入思維定勢，應(yīng)該對于實際故障產(chǎn)生的原因和形式進(jìn)行綜合分析，同時也應(yīng)該對其安裝的環(huán)境條件以及光伏系統(tǒng)的電力需求進(jìn)行多元化分析，從而能夠找到光伏系統(tǒng)故障電弧產(chǎn)生的根本原因，更好的做好光伏系統(tǒng)直流故障電弧的防治工作[4]。

五、結(jié)束語

本文以光伏系統(tǒng)直流故障電弧的危害，對于光伏系統(tǒng)直流故障電弧的研究進(jìn)展進(jìn)行了深入的論述，同時介紹了光伏系統(tǒng)直流故障電弧的主要特性以及有效的防治措施，進(jìn)而為相關(guān)技術(shù)人員防止光伏系統(tǒng)直流故障電弧提供有效的理論參考，促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的深入發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]夏明曄，薛峰，譚飛，管瑞良. 光伏系統(tǒng)直流故障電弧檢測裝置的研制[J]. 電器與能效管理技術(shù)，2018，（10）：80-84.

[2]牟龍華，王伊健，蔣偉，張凡. 光伏系統(tǒng)直流電弧故障特征及檢測方法研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報，2016，（19）：5236-5244，5405.

[3]林方圓，蘇建徽，賴紀(jì)東. 光伏系統(tǒng)直流故障電弧識別方法研究[J]. 電工電能新技術(shù)，2015，（12）：7-13.

[4]張國軍，楊東建，季淑潔，張信. 光伏系統(tǒng)直流串聯(lián)故障電弧特征研究[J]. 測控技術(shù)，2018，（6）：47-50，54.