光伏直流侧防拉弧方法的实现.doc

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1、光伏直流侧防拉弧方法的实现珠海兴业绿色建筑科技有限公司肖慧明摘要：光伏发电直流侧拉弧影响到光伏系统的安全运行，因此需要采取防拉弧保护措施。本文介绍了几种光伏直流侧防拉弧安全保护的检测方法，关键词：光伏拉弧检测。光伏发电是重要的清洁能源，近年来发展迅速，在各地建设了大量光伏电站。从这些光伏电站的实际运行情况看，光伏发电系统也存在不少安全问题，需要引起重视，尤其是直流拉弧现象，一旦发生拉弧没有及时处理，往往造成较大经济损失。因此很有必要对光伏系统直流侧进行研究，找出有效的保护方案，提高光伏系统的安全性。本文将探讨几种光伏直流侧防拉弧安全保护的检测方法。光

2、伏系统一般由光伏组件、汇流箱、逆变器组成，从光伏组件到逆变器直流输入侧均为直流线路。在直流线路中，由于接头松脱，接触不良，绝缘下降等原因易出现拉弧现象。直流电由于无过零点，电弧不能自动熄灭，持续拉弧高温引燃周边材料，进而造成事故扩大。要减少拉弧事故，一方面需要的是对光伏系统进行高质量的维护，另一方面可以通过增加光伏系统的防拉弧保护装置实现。光伏系统的防拉弧保护装置，按照其实施原理可以分为预防性保护装置和补救性保护装置。预防性保护装置在发生拉弧前，通过检测直流线路中特定状态参数，提前查找出潜在拉弧风险，引导运维人员实施预防性措施；补救性保护装置在发生拉

3、弧时，通过检测直流线路中特定状态参数，及时检测到拉弧现象，通过切断线路避免事故扩大。光伏系统的防拉弧预防性保护装置主要是直流母线绝缘监测仪，通过检测直流线路正、负母线对地绝缘，及两线间绝缘值判断是否有发生拉弧风险。光伏系统正、负直流母线均对地绝缘，理论上绝缘电阻无穷大，正、负直流母线对地电压为零。但是实际上正、负直流母线对地电阻为数百kΩ至数MΩ级，且正、负直流母线对地电阻值可视为近似相等，如图1所示，R1为正直流母线对地电阻，R2为负直流母线对地电阻，由于R1与R2近似相等，因此正直流母线对地电压U+与负直流母线对地电压U-极性相反,绝对值相等，即

4、U+=-U-。若在正、负直流母线间接阻值相等的电阻R3、R4,则R3、R4之间对地电压V0为(U++U-)/2,由于U+=-U-，因此R3与R4之间对地电压V0为零。图1在正、负直流母线任一线路发生对地绝缘下降情况时，正、负直流母线对地电压发生变化，造成V0变化，由于R3、R4数值及直流母线对地绝缘电阻值大致数值已知，通过测量V0电压可以推算出对地绝缘电阻R1、R2的大致数值，当V0发生变化超出一定范围，即可确定直流母线对地绝缘电阻下降到警戒范围。光伏系统的防拉弧补救性保护装置目前市场上较少，原理是通过测量直流线路的特定状态参数进行判断是否发生拉弧，

5、之后切断电路实现灭弧。实现补救性保护的重点是及时发现拉弧现象，可以采用电流数值比较法和电压/电流波形检测法实现。电流数值比较法原理较简单，即通过检测直流线路首末两端电流值，并进行比较。如图2所示。图2根据基尔霍夫定律，在正常运行状态下，流入线路的电流I2与流出线路的电流I1应相等，若在线路中段发生短路拉弧，部分电流I3从短路拉弧点流出，此时I1≠I2。因此可以根据I1与I2差值判断线路是否发生短路，避免拉弧发生。电压/电流波形检测法较为复杂。当直流线路发生拉弧时，线路电压与电流急剧变化，通过特定拉弧检测算法判断是否发生拉弧，进而采取灭弧措施。由于该方

6、法较复杂，在此不详细介绍。除以上方法外，目前还出现了一种新型的拉弧检测方法：针对光伏系统的特性，提出了一种全新的利用汇流箱防反二极管端电压检测拉弧的方法。如图3所示。图3常规汇流箱输入端存在一个防反二极管，在正常工作情况下，防反二极管A、B两端电压差值等于防反二极管管压降，而管压降是由二极管的特性所决定的，数值固定在一个较小的范围内。当线路发生拉弧时，由于电弧拉弧电流抖动，造成A端电压快速突变，而B端连接与汇流箱直流母线正极，连接有多个光伏阵列输入，电压并不会发生较大波动，此时，A端电压低于B端电压，因此，在实际使用中可通过检测A端与B端电压差变化的

7、情况及时发现直流线路是否发生拉弧现象。使用该方法，由于算法较简单，增加的硬件投资较少，具有一定的优势。目前，上述几种防拉弧保护检测方法，均已经形成产品并应用在光伏系统保护产品中，在实际应用中均有效的避免了拉弧造成更大损失。由于光伏发电是重要的清洁能源，今后将会是我国电力的一种主流供应方式，因此很有必要继续在光伏发电防拉弧保护上进行更深入的研究。参考文献：[1]HAEBERLNH,REALM.Methodofprotectingelectricalequipment,inparticulardirectcurrentequipment,e.g.phot

8、o-voltaicequipmentandadetectionunitforsaidequipment.WI