光伏系統直流總斷路器頻繁跳閘原因分析及解決思路

摘 要： 通過分析現場光伏直流系統接線方式，進行仿真模擬，并結合現場實驗數據，找出直流柜直流總斷路器跳閘原因。針對現場處理辦法存在的不足，提出新的解決思路。

關鍵詞：光伏系統 直流斷路器 跳閘

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

一、光伏系統運行現狀

大唐國際卓資一期光伏系統采用西安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工作點電壓595V。單臺逆變器實際接入光伏組件總容量550kW。在近期現場運行中，中午時分頻繁報出“PV電壓低”，就地檢查，直流柜兩臺并聯直流總斷路器跳閘。系統絕緣檢查未見異常，排除短路故障。更換其中一個直流總斷路器后，部分系統缺陷消失，有的依然存在跳閘現象。

二、光伏直流系統構成

首先了解卓資一期光伏直流回路系統構成，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。此斷路器保護功能由熱保護與電流速斷保護組成，其中熱保護定值范圍為500-630A可調，運行設定值為630A；速斷保護為5-10In可調，運行設定值為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雙路開關和其回路電阻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輸出負載。我們對模型進行參數設置。恒流源按照本系統強光照時出力900A設置，R1-R4參照更換下來的斷路器回路直阻測量數據，線路負載假設1Ω，各個支路增加電流監控，模擬結果如圖4所示。

可以清楚的發現，由于斷路器回路電阻出現較大差異，導致流經兩個斷路器的電流以及每個斷路器本身正負極之間電流均出現明顯差異。以直流總斷路器1和2負極電流對比來看，直流總斷路器1負極電流634.883A，直流總斷路器2負極電流265.117A，而且有：

實際運行中，發電電流最高可以達到950A，以本例來看，直流總斷路器1就出現過流跳閘情況。

四、現場直流系統實驗

現場通過調整光伏組件數量，測量在不同負荷下流經兩個直流總斷路器的電流，得到數據如表1。

表1 不同總電流下直流總斷路器正極電流

做出二者關系曲線如下：

從曲線看出，流經每一個直流總斷路器電流與系統直流總電流呈比較理想的線性關系，即：

此結果與模擬結果一致。

五、結果分析

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

按照當前直流系統接線方式，要求斷路器回路電阻特性必須一致，或者差異較小。當二者差距增大后，必然導致流經一方的電流減小，另一方電流增大，當超過斷路器熱保護定值后，即出現斷路器保護跳閘。一個直流總斷路器跳閘后，系統電流全部流入未跳閘斷路器，造成后者過流，隨后也跳閘。這就是現場每次發現兩臺斷路器一塊跳閘的原因。

六、系統改進思路

廠家維護人員在處理此類故障時，通常的做法是將運行中電流偏小的斷路器進行更換。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是否匹配仍未確定，有可能在更換后再次出現跳閘，例如1091逆變器，在兩個月內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差異導致的電氣回路故障。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。

結果顯示，流經兩個直流總斷路器電流將隨各自容量進行變化，不再受到相互回路電阻參數影響，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。

對此種接線方式進行電路模擬，參數不變，模擬結果如圖7所示。

參考文獻

[1]李航之. 光伏發電技術[S].北京：2013；

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

作者簡介：王海清（1986-）男，助理工程師，張家口發電廠。