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在并網應用的光伏電站中,只能使用電池片與邊框有可靠絕緣的光伏組件。組件要具有雙倍或超強的絕緣措施,并且要充分考慮光伏組件的系統耐壓性,以保證即使在光伏系統運行狀態下也可以觸摸組件表面,不會造成危險。目前,所有的光伏組件可以達到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,在運行時光伏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,如光伏電池距離縮短(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:由于清潔光伏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,但如果發生意外會造成一定的危險。為了避免由此(類似突然從梯子上掉下來等)產生的安全隱患,也為了避免危險,在建設光伏并網發電系統時,用戶應該遵循以下步驟:
1)將光伏組件的邊框以及其他導電氣部分與接地線連接
2)在對系統進行維護或對光伏組件進行清理時,斷開逆變器與電網的連接
有了這些保護措施,人員安全就能夠得到完全的保障。設計精密的無變壓器型逆變器還有額外的保護,即使超過電氣隔離型逆變器要求的安全標準,也勿需擔心安全問題。
在該類型逆變器中, 要對組件可能產生的DC或AC漏電電流進行持續監測, 一旦產生故障電流( 大于3 0mA) , 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測比簡單監測漏電電流大小更為復雜。漏電電流在系統運行狀態下是隨時變化的,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,會檢測光伏組件的絕緣電阻。只有當絕緣電阻超過要求的電阻值(大于1M歐姆)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。所有故障電流監控裝置都必須具有漏電電流檢測功能(雙重的),各監測系統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。
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生內耗,產生磁飽和,而這并不是用電器所要求的使用環境。雖然這種情況不一定會損壞設備,但可以引發啟動電網中防止直流成分的保護設備工作。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,我們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。
對于SMA逆變器,電容是橋的一部分。變壓器型逆變器的變壓器設置在橋的電網側,從而只能向電網提供交流電流(如Sunny Boy 5000TLHC和所有變壓器型逆變器)。
即使逆變橋發生故障,也不可能向電網繼續送入直流電流。原因是逆變器中串連的兩個雙極繼電器會在這種情況下切斷與電網的連接,該方案應用于所有SMA無變壓器型逆變器。假設繼電器失效,橋的短路會造成過流發生,逆變器中的過載保護(過載開關)仍會啟動,并切斷與電網的連接。
結論
采用無隔離變壓器型逆變器的光伏電站,具有發電量很高的優點。就安全而言,完全可以與采用物理電氣隔離裝置的發電站相媲美。由于內部采用了完善的人員保護裝置,該裝置的驅動由來自具有自動監測漏電電流功能的系統完成,保護能力更加理想。在設計光伏電站時,要充分考慮如下幾點:
● 選用絕緣好的光伏組件和電纜(Ⅱ級保護)
● 將光伏組件和/或者光伏組件邊框與接地連接
● 選用具有完善故障電流檢測、監控的無變壓器型逆變器
● 注意電容與電網連接時,需監測送入電網的直流分量
● 當需要在電源接點進行故障電流檢測時,應注意組件運行時的漏電電流(如設置漏電電流監測值為100mA或更高)
● 在對光伏發電站進行維修時,要斷開逆變器
由于光伏發電站投資回收周期主要取決于發電量,可見逆變器的轉換效率尤為重要。鑒于SMA系統的條件優勢,無變壓器型逆變器將在光伏市場的競爭中占有更加重要的地位。