AFCI在光伏逆变器中的应用

电力电子技术与新能源 2024-04-22 20:31

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一.背景

         火灾风险:火灾是光伏电站经济效益损失最大的事故,如果是安装在厂房或者民居屋顶上,还很容易危及人身安全。


         一般的集中式光伏系统,光伏组件阵列和逆变器之间有数十米长的600V到1000V的高压直流线,可视为人身及建筑光伏安全隐患。光伏电站中的火灾事故因素很多,据统计,光伏电站中的火灾事故80%以上是由直流侧故障引起,直流拉弧是主要的原因。


二.原因

        在整个光伏系统中直流侧电压通常高达600-1000V,由于光伏组件接头接点松脱,接触不良、电线受潮、绝缘破裂等原因而极易引起直流拉弧现象。 

        直流拉弧会导致接触部分温度急剧升高,持续的电弧会产生3000-7000℃的高温,并伴随着高温碳化周围器件,轻者熔断保险、线缆,重者烧毁组件和设备引起火灾。目前,UL和NEC安规对80V以上的直流系统,都有拉弧检测功能的强制要求。由于光伏系统发生火灾后不能直接用水扑灭,预警和预防,显得十分重要,特别是对于彩钢瓦屋顶,维护人员很难检查出故障点和隐患,所以安装具有拉弧检测功能的逆变器是十分必要的。

                   


三.解决措施:

     除了高压直流容易引发火灾,火灾发生时,灭火也存在困难。根据国标GB/T18379建筑电气设备的直流电压规范,对于家庭屋顶光伏系统,倾向于选用直流側电压不超过120V的系统方案。对于直流侧电压超过120V的光伏系统建议要求安装电弧故障分断器(AFCI)和直流开关等保护装置;如光伏组件到逆变器直流线缆超过1.5米时建议增配快速关断装置,或者采用优化器,以便在发生火灾时,及时切断高压直流,进行灭火。


         AFCI:(Arc-Fault Circuit-Interrupter)即电弧故障分断器。 它是通过识别电路中的电弧故障特征信号,在电弧故障发展成为火灾或电路出现短路之前断开电源电路的一种保护装置。


        AFCI作为一种电路保护装置,其主要作用是防止故障电弧引起火灾,能够有效的侦测直流环路螺丝松动接触不良。同时它有检测并区别逆变器在启停或开关时产生的正常电弧和故障电弧的能力,发现故障电弧后及时切断电路。


        除此之外,AFCI还具有如下特点:

        1.具备有效的直流电弧识别能力,允许最大直流电流可达60A;

        2.具备友好的接口,可遥接控制断路器或连接器等;

        3.具备RS232转485通信功能,可实时监控模块状态;

        4.LED、蜂鸣器可作为快速识别模块工作状态,声光报警;

        5.功能模块化,易于移植到各个系列产品中;

        光伏系统电弧故障保护方面,充分发挥光伏清洁能源的作用,针对性研发用于光伏直流系统的特种AFCI,涉及光伏逆变器、汇流箱、光伏电池模块的串联直流电弧故障保护。满足智能电网对开关电器的新要求,实现AFCI的可通信、网络化,智能化及其涉及的总线技术、可通信网络化等技术将发挥更大效用。AFCI产品系列化标准化方面,AFCI的系列化、标准化,以及附件模块化,将大大提高其在终端配电中的应用范围。

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