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功率电感:无直流熔断器的组串逆变器存在安全陷阱(上)

2015/9/8

  两组串并联系统等效电路

  两组串并联系统等效电路如图1(a)所示,系统由多路MPPT输入回路组成,每路MPPT接两路组串,各光伏组串通过Boost升压电路后并联在一起,前级Boost升压电路一般都并联旁路元件,目的是当电压升高后将Boost升压电路旁路,提高系统的效率。

  图1 两组串并联系统等效电路

  当Boost升压电路工作时,Boost升压电路在串联回路中可等效为一个功率电感和二极管,如图1(b)所示。当Boost升压电路不工作时,电流将流过旁路元件,如图1(c)所示。当仅仅分析电路反向电流阻挡特性时,无论Boost升压电路工作还是不工作,电路都可简化等效成如图1(d)所示的等效电路,即光伏组串与逆变器直流母线之间等效为二极管连接。

  针对图1所示的逆变系统,部分厂家提出由于每路MPPT中仅有两路组串并联,即使其中一个组串发生短路,短路电流仅仅在两个组串之间流动,其他组串和直流侧能量由二极管反向阻断,不会对组件造成损坏,因此直流侧不需要熔断器保护。然而笔者通过分析发现,该系统中如果没有熔断器等过流保护器件存在巨大的安全隐患,也不符合IEC62548要求。

  短路点出现拉弧时,增大火灾隐患

  对于1000V光伏直流系统,当直流侧由于绝缘破损、接头松动等短路现象时,如果没有熔断器及时切断故障回路,将持续产生拉弧,电弧在空气中自由燃弧时电流可达200A以上,增大了火灾发生的隐患,甚至可能超过组件和线缆的耐受能力,引起组件和线缆损坏。

   某些过载工况下下存在安全隐患

  NEC690标准中提到了两种过载情况,一种情况是在某种云覆盖的条件下,云就相当于放大镜,并把阳光聚焦在光伏阵列上,光照强度比全日照时多可高出25%,即直流输入在ISC上增加了25%的电流,另一种情况是基于大光伏电流是连续流动的假设,在连续运行条件下,直流输入须额外增加25%。因此,终结果是,对于任何光伏源支路或者汇集单条源支路电流的光伏输出电路,电路的载流容量大于125%ISC的125%,即相乘得出ISC的156%。对于高温的屋顶光伏电站,环境温度达到60℃时,导线的降容因子为0.41,即直流导线载流能力大大减小,如果发生短路并持续一段时间,而又无熔断器等过流保护器件来断开故障回路,将导致线缆燃烧的风险加大,引发火灾。

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梁先生12:37:09
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