光伏电站交-直流汇流箱运维（光伏电站运维）

光伏防反二极管光伏防反二极管防反二极管的选型防反二极管的特点010203光伏防反二极管原理图防反二极管的选型

二极管的选型至关重要,如果选择不好,会增加汇流箱的故障率影响光伏电站的安全、经济和稳定运行。

对于晶硅组件,组串电流较大(约8A),推荐采用模块型带散热基板的二极管,并安装于专用的散热器上,保证散热器与外界能及时进行热量交换,避免选用螺栓型二极管。薄膜电池组件由于其电流值较小(约1A),推荐采用轴线型二极管。二极管为非线性的半导体器件,工作稳定性受工作温度影响较大,其结温只能在150℃以下,正中午时汇流箱的内部温度可能高达80℃以上,会严重降低器件的工作电流值。

防反二极管的选型

二极管的额定电流——在指定的管壳温度Tc和散热条件下,由于其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值是按照电流的发热效应来定义的,因此使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额,并应留有一定的裕量。当用在频率较高的场合时,开关损耗造成的发热往往不能忽略;当采用反向漏电流较大的功率二极管时,其断态损耗造成的发热效应也不小。考虑到汇流箱工作环境温度等因素,综合考虑汇流箱防反二极管的电流值选择,一般选用5倍余量,即晶硅组件工作电流在8A,二极管的额定电流选择为50A左右。对于反相电压,应不低于光伏组件标准测试条件下光伏组件开路电压的2倍。实际工程应用中,由于组件串联后的电压在800V左右,因此极管的反向耐压至少选择1600以上。

由于光伏系统所发电能为持续的直流电,因此二极管的功率损耗只要考虑其静态导通损耗即可。另外,由于汇流箱安装在室外,且受到密封性能较好、阳光直射等外界因素影响,二极管的实际作环境温度较高,推存采用模块化的极管,避免采用老式螺栓型二板管,主要考虑其散热面积的大小。

防反二极管的特点1.防止光伏组件正负极反接

就防反接的方法而言,主要分为以下两类:接口防反接(通过特定的接口防止反接)和电气设计原理防反接。接口防反接具有人为因素等诸多不可测因素在里面,加之施工难度大、成本造价高;电气设计原理防反接,即利用防反二极管的单向导电性进行防反。由于建设过程中接线工作量较大,难免出现光伏组件串联至汇流箱时正负极线混淆而接反。加装防反二极管后,在正负极接反运行的情况下,将接反组串与系统隔离,起到很好的保护作用。

优点防反二极管的特点2.防止组串之间产生环流,提高发电效率

组串之间因光伏组件或连线差异导致电阻不同;某一光伏组件故障或阴影遮蔽使该组串的输出电压低于其他组串;光伏组件干净程度、散热效果、损耗程度不同而存在一定压差。3.检修方便

当组串出现故障时,防反二极管可将故障组串与系统隔离,不仅可以保护故障组串,还可以防止故障组串对系统产生干扰,防止故障范围扩大。在不影响其他设备正常运行的情况下进行检修,保证安全的同时,减小停电范围,提高系统发电效率，对于无人值守或少人值守的电站,其故障响应时间长,组串带病工作的时间长,防反二极管可起到很好的保护作用。

防反二极管的特点

1.建设成本增加

在集中式光伏电站建设中,多晶硅光伏组件平均每20片需要一个防反二极管。1兆瓦容量大概需要2100个防反二极管。如此多的二极管安装需要考虑散热问题。2.自身损耗:

大容量整流二极管,自然条件下其电量损耗约0.2%-0.3%。以青海省格尔木地区20兆瓦级电站为例,电站25年平均利用小时数为1609小时,防反二极管的损耗电量约160240万千瓦时。另外,若防反二极管安装在汇流箱内,其功耗会使本身发热,对于IP65(根据北京鉴衡中心制定的《光伏方阵汇流箱技术规范》汇流箱的外壳防护等级为IP65)带检测的汇流箱,发热对于采样的芯片原件产生一定温漂,检测的数据会和实际有差距,影响采样的准确性,严重还会引起电气事故。缺点防反二极管的特点3.运维工作量增加:

增加防反二极管,每个组串都增加了一个故障点,增加雏护工作量。防反二极管的质量问题会逐渐暴露,从近年青海省格尔木地区集中式光伏电站防反二极管使用情况看,使用年限3-5年的损坏率达2%-4%,并逐年升高。串联到组串电缆上的防反二极管,施工范围大，施工质量很难控制,并且是软连接形式,不方便固定,接线松动的情况较多,故障率高,虽更换容易,但损坏后整体都要更换,代价较高。装到汇流箱内的防反二极管,是两个一起封装后通过导热硅胶固定在汇流箱内,每次更换都有受累组串陪停,影响发电效率直流断路器直流断路器相数的选用直流断路器单断电和双断电的选用0102直流断路器相数的选用C1000V光伏系统是目前市场上主流的光伏系统,通常其使用传统的交流4P断路器。4P断路器中每一极一般能承受250V电压。因此,250V串联1P、500V串联2P、750V串联3P，1000V串联4P，如图所示。直流断路器单断电和双断电的选用单断点设计采用一对触点，双断点设计则采用两对触点。由于共享同一个可移动导体，双断点设计的两对触点（串联）会同时分离。直流断路器单断电和双断电的选用

双断点机构可生成两个串联电弧，电弧组合长度通常与单断点电弧相当。单断点设计通常采用柔性电线组件或导电性枢轴点，用于将可移动导体连接至脱扣器导体。这样可保证在触点断开期间仍有电流。双断点设计不需要使用柔性组件，因为两组可移动触点均连接至同一个导体。

单断点塑壳断路器在模制外壳线路侧的每个极点都配有一个灭弧器，且所有通风孔都朝向同一方向。双断点塑壳断路器的每个极点配有两个相同的灭弧器，且通常在外壳的线路侧和负载侧各设有两组通风孔。直流断路器单断电和双断电的选用限流性能比较：

理论上，双断点设计原理的限流能力在高故障电流下更具优势，因为它可能会提高断开速度并通过两个电弧生成更高电弧电压。由于具有第二对触点，触点间隙更小，并且双断点塑壳断路器可移动接触臂的断开距离更小，这些特性使触点能够快速断开并达到最大间隙。但是对于双断点塑壳断路器来说，影响断路器断开和闭合的另一个因素是一致性。所有极点同时断开是对制造精密性的一大考验，而触点随时间推移出现的不均匀磨损和退化也会进一步影响一致性。与双断点设计相比，单断点设计的惯性和触点间隙通常会更大，因此其断开速度可能较慢。为了改进限流性能并实现更低的允通值，制造商凭借各种附加设计特点，提高机构速度、增加导体推斥力，以达到与双断点设计相媲美的性能水准。管理电弧能量比较：

电弧事件会在断路器灭弧室内产生高温高压，因此需要一个能控制高温高压能量并将其排出灭弧室的机构。更高压力和高温气体的聚集意味着灭弧室室壁以及其它材料退化的加剧。如果塑壳断路器的灭弧室容积小、室壁材料排气性能高，在电弧中断事件期间往往会聚集较高的压力。高压力也意味着外壳破裂或结构损坏的风险更高。小容积的模块化灭弧室是大多数双断点设计的隐含特性，加之较高的电弧能和排气插件，导致高压力相关问题在双断点塑壳断路器中更常见。然而，也有一些单断点塑壳断路器采用独立的小型灭弧室，因此面临类似的问题。直流断路器单断电和双断电的选用

单断点DC1000V断路器通常采用高分求断单断点交流断路器改装,目前,国内通常使用日本产品的经典结构。单断点塑壳断路器内部结构系图如图所示。图中,触头开距达到约25mm。

双断点DC1000V断路器通常采用交流双断点断路器改装,目前,国内通常使用欧美产品的经典结构。双断点塑壳断路器内部结构图如图(b)所示。图中,单侧触头开距达到11mm左右,两处相加约22mm(250A壳架)。

在交流系统中,双断点断路器的短路分断性能比单断点断路器更高。但在直流领域,由于开断高电压的效果与单断点相比并没有太大差异,因此,从经济角度考虑,系统上正逐渐淘汰双断点断路器产品。交流汇流箱交流汇流箱的组成交流汇流箱的原理图交流汇流箱的参数010203接地电阻接地光伏交流汇流箱采用组串式逆变器的光伏发电系统，安装于逆变器交流输出侧和并网点/负载之间。

内部配置有输入断路器、输出断路器、交流防雷器，可选配智能监控仪表（监测系统电压、电流、功率、电能等信号）；主要作用：汇流多个逆变器的输出电流，同时保护逆变器免受到来自交流并网侧/负载的危害，作为逆变器输出断开点，提高系统的安全性，保护安装维护人员的安全性交流汇流箱的组成交流汇流箱的组成升压站断路器（标号1）：逆变器输出端直接连接到该4P断路器上，断路器可以迅速切断故障电流，逆变器最大交流输出电流为80A，空开规格按照逆变器最大电流的1.25倍,选择100A的塑壳断路器。

总断路器（标号2）：三台逆变器汇流之后总的断路器为额定电流为350A的塑壳断路器。接到该断路器的电缆通过铜排连接，线径为150mm².

熔断器（标号3）：熔断器（保险）是一种过电流保护器，当被保护电路的电流超过规定值，熔丝熔断使电路断开起到保护的作用，一般在防雷浪涌失效之后才会动作，可以选择100A的熔断器。

浪涌保护器（标号4）：用于抑制瞬态过压低于设备耐受冲击过电压，泄放电涌能量，从而保护系统电路及设备。规格Uc：750VImax：40KAIn：20KAUp≤2.6KV，浪涌的下面一定要接地。

交流汇流箱的原理图

交流汇流箱的原理如上图所示，从逆变器进来的多条交流线路经过断路器合并之后再经过总断路器输出，并在此设备中安装了熔断器和避雷器起到了过流保护的作用。交流汇流箱的参数检测性能参数

货物型号

输入电压范围0-690V最大工作电压≤690V每路最大输入电流100A并联输入路数4最大输出电流400A认证情况3C元件参数

输入接线截面积ZC-YJV-0.6/1KV3×35平方毫米输出电缆截面积ZC-YJV-0.6/1KV3×185平方毫米输出连线数目1路输出1路接地接地线线径固定链接保护接地导体大于10平方（铜）外观信息

外壳信息1.5厚镀锌钢板防护等级IP65环境要求

储存环境温度要求-40℃-+70℃使用环境温度要求-25℃-+50℃海拔≤2000m直流汇流箱的分类直流汇流箱的分类直流汇流箱的分类汇流箱的铭牌说明直流汇流箱按照功能分类汇流箱直流汇流箱按输入端子分类010203040506直流汇流箱的分类光伏电站的发电过程是将直流电变成交流电的一个过程，我们通常把在逆变之前的系统称之为直流系统，直流系统一般包括光伏组件及相关配件、汇流箱及直流配电柜组成，之前的章节已经介绍过了光伏组件，在这里我们主要介绍直流汇流箱的相关内容。直流汇流箱的分类在太阳能光伏发电系统中,为了减少太阳能光伏阵列与逆变器之间的连线使用了光伏防雷汇流箱。用户可以将一定数量、规格相同的光伏组件串联起来,组成一个个光伏组件串列,然后将若干个光伏组件串列并联接入光伏防雷汇流箱,经过光伏防雷汇流箱内汇流后,通过直流配电柜、光伏逆变器、交流配电柜,从而构成完整的光伏发电系统,实现与市电并网。直流汇流箱的分类汇流箱的铭牌说明编号名称说明1产品型号2直流电压指汇流箱的最大直流输入电压值3额定电流指汇流箱每条支路输入的额定电流值4输入路数汇流箱允许的最大电流输入路数5防护等级IP：全称为INGRESSPROTECTION，指的是电器依其防尘防湿气之特性加以分级后的防护等级系统。4：第一位数字4表明设备抗微尘的范围为4，或者是人们在密封环境中免受危害的程度为。代表防止固体异物进入的等级，最高级别是6；5：第二位数字5表明的是设备防水的程度为5。代表防止进水的等级，最高级别是86序列号产品生产的序列号直流汇流箱按照功能分类

光伏防雷汇流箱的发展已经经历了三代,第一代光伏防雷汇流箱只具有汇流、防雷的功能（如图所示）;第二代除了具备汇流防雷功能外,还具有监控功能,可以监控毎一路的电流和电压;第三代除了具备前面两代产品的优点外,还可以进行汇流箱失效报警、数据采集、无线数据传输,以及检测汇流箱內的温度和湿度等功能（如图所示）。第一代汇流箱第三代汇流箱

根据输入到防雷汇流箱的光伏组串的路数可以将光伏防雷汇流箱分为4路、8路、10路、12路、16路等几种类型。图所示的为16路的直流防雷汇流箱。图中的inputPV-连接的是光伏组件的负极，inputPV+连接的是光伏组件的正极。RS485是通讯端口，用于传输监控数据。OUTPUTPV是输出端口，另外还有两个备用端口以供特殊要求。连接的真实情况如图所示。直流汇流箱按输入端子分类直流汇流箱的组成箱体直流断路器直流熔断器防反二极管数据采集模块光伏防雷器010203040506直流汇流箱总图箱体箱体一般采用钢板喷塑、不锈钢、工程塑料等材质，外形美观大方、结实耐用、安装简单方便，防护等级达到IP54以上，防水、防尘，满足户外长时间使用的要求。如图所示。直流断路器

直流断路器是整个汇流箱的输出控制器件，主要用于线路的分/合闸。其工作电压高至DC1000V。由于太阳能组件所发电能为直流电，在电路开断时容易产生拉弧(电压超过空气的耐受力使空气电离变成导体也就是产生电弧，电弧一般会绕过绝缘体沿着百绝缘体的表面产生，因而会对度绝缘体产生损坏。如电弧的高温会使绝缘体融化或碎裂。辟如开关上表明额定短路开断电流20KA,表示20KA内的短路跳闸触头灭弧热元件动作等有效，超过这问个绝限跳闸接头灭弧热元件动作不保证，会产生拉弧)，因此，在选型时要充分考虑其温度、海拔降容系数(断路器的额定电流、额定电压、来开断电流等种种技术参数，都是在规定的环境中自保证的，如果超出了这个环境要求，断路器就必须降容使用，以保证其可靠性。)，且一定要选择光伏专用直流断路器直流熔断器

在组件发生倒灌（倒灌就是电流流进IC（integratedcircuit集成电路）内部，电流总是流入电势低的地方。比如说电压源，一般都是输出电流，但是如果有另一个电源同时存在，并且电势高于这个电源，电流就会流入这个电源，称为倒灌，类似电池，既可以充电，也可以放电。）电流时，光伏专用直流熔断器能够及时切断故障组串，额定工作电压达DC1000V，额定电流一般选择15A(晶硅组件)。光伏组件所用直流熔断器是专为光电系统而设计的专用熔断器，采用专用封闭式底座安装，避免组串之间发生电流倒灌而烧毁组件。当发生电流倒灌时，直流熔断器迅速将故障组串退出系统运行，同时不影响其他正常工作的组串，可安全地保护光伏组串及其导体免受逆向过载电流的威胁。防反二极管

对于地面大规模电站,为了增加支架的利用率,一般设计2排组件安装于支架上:一种串联方案是上一排组件首尾相连组成一串,下一排组件首尾相连组成一串;另一种串联方案是上、下排组件首尾相连组成一串。为了减少电站占用土地,设计时主要考虑09:00~15:00为组件前、后排无遮挡工作窗口。在此时间段以外不可避免地会产生前、后排遮挡的现象。此外,屋顶电站还要受到屋顶及近较高建筑物的遮挡影响。当不同组件发生遮挡情况时,组件的开路电压、输出功率等均会受到明显的影响。如果没有防反二极管,通过汇流箱的汇流排、其他汇流箱通过直流柜汇流排会倒灌到电压较低的组件,严重的情况会发生组件间环流,产生热斑损坏组件。原理图如图4.12所示。利用二极管的单向导通功能,在每一回路中正向串联一个二极管,可起到阻止不同组串间的环流、倒灌等现象。但由于二极管在工作过程中会产生一定的压降,约0.7V,对应的功率损耗约为2%,故汇流箱设计时要充分考虑其散热问题。通过国内大规模地面电站的运行对比分析,同一地区的地面电站汇流箱中有二极管要比无二极管的电站发电量高约0.3%-0.5%。另外,在进行组串电压检测时,有二极管较无二极管要方便得多。由于增加二极管的投资成本可通过系统多发电量进行回收,故在光伏汇流箱中增加防反二极管是有必要的。数据采集模块

为了便于监控整个电站的工作状态，一般均在一级汇流箱内增设数据采集模块。采用霍尔电流传感器(霍尔电流传感器是按照霍尔效应原理制成,对安培定律加以应用,即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场,而霍尔器件则用来测量这一磁场)和单片机技术，对每路光伏阵列的电流信号(模拟量)采样，经A/D转换变成数字量后，变换为标准的RS-485数字量信号输出，方便用户实时掌握整个电站的工作状态。光伏防雷器光伏防雷器是用于太阳能发电防雷保护的一种装置，对感应雷和直击雷影响或其他瞬时过压的电涌进行保护，最高工作电压可达1200V。现在的光伏防雷器具有过热、过流双重自保护功能;采用模块化设计，可带电更换，并有劣化显示窗口;可带遥信告警装置，利用数据采集模块，可实现远程监控直流汇流箱的作用直流汇流箱的作用光伏智能汇流箱的功能

光伏智能汇流箱要解决的问题光伏智能汇流箱的组网节省人工日常巡查光伏组件的工作量准确判断方阵组件故障现象010203040506直流汇流箱的作用光伏伏防雷汇流箱是为了减少光伏组件与逆变器之间连接线，方便维护，提高可靠性而设计的光伏产品。使用光伏汇流箱，用户可以根据逆变器输入的直流电压范围，把一定数量的规格相同的光伏组件串联组成1个光伏组件串列，再将若干个串列接入光伏防雷汇流箱进行汇流，通过防雷器与断路器后输出，方便逆变器的接入。接地电阻能够实现就近供电。能够检测汇流支路的电路和母线电压采集。能够方便更换电流采集单元和保护器件。光伏智能汇流箱要解决的问题

光伏智能汇流箱在具备以上的功能的前提下还需要通过定的手段解决下面一下问题,给维护的工作人员提供必要的信息,方便维护工作,提高系统的运行可靠性。

能够检测到光伏电池阵列中电池串组件的损坏并准确判断相应位置。大型光伏电站由于往往有很多组件组成如何及时准确的判断出方阵中电池组件的损坏位置,是智能汇流箱必须解决的首要问题。

能够有效避免电流倒灌和光伏组件过流损坏光伏电池并能及时报警。光伏组件在使用过程部分组件会出现损坏,这时并联的其他电池组串就会向损坏的组件倒灌电流,严重时会损坏正常工作的组件。因此需要在每个光伏阵列组串输出回路中安装保护熔断器,作为保护昂贵的光伏电池的最后一道防线。同时检测到熔丝损坏的故障时,要及时通过通信的方式把故障报给监控中心。光伏智能汇流箱要解决的问题

能够在二级汇流侧出现短路情况时保护组件系统的安全光伏电池阵列串联后,该路的开路电压为电池阵列最大空载电压。每一路的电池组串汇流后的电流就是该汇流箱输出的总电流。需要选用大于额定总电流的直流断路器来保护二级汇流短路、避免事故扩大。对断路器是否及时产生动作,即短路时及时判断断