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光伏系統(tǒng)安全守護者—智能組串分斷隔離開關

2023年12月25日

隨著光伏技術的不斷進步，光伏系統(tǒng)直流側電壓已提升至1500V，同時210電池片也得到了廣泛應用。然而，這些技術進步也對光伏系統(tǒng)的電氣安全提出了更高的要求。系統(tǒng)電壓的提升增加了組件、逆變器接線以及內部電路發(fā)生絕緣擊穿的風險，這使得在發(fā)生故障時能夠及時有效地采取保護措施變得至關重要。

為了兼容更高電流的組件，逆變器制造商已經將組串輸入電流從15A提高到了20A。逆變器廠家對MPPT的內部設計進行了優(yōu)化，使其能夠處理三路及以上的組串接入。此外，針對可能出現的組串電流反灌問題，具備“智能組串分斷”功能的直流開關也應運而生，為光伏系統(tǒng)的安全運行提供了有力保障。

 

傳統(tǒng)隔離開關與智能直流開關的區(qū)別

 
首先，傳統(tǒng)的直流隔離開關在額定電流以內可以正常開斷，例如標稱15A的隔離開關可以在額定電壓下斷開15A及以下的電流。雖然生產廠商會標稱隔離開關具有一定的過載開斷能力，但通常無法開斷短路電流。

斷路器與隔離開關的最大區(qū)別在于，斷路器具有開斷短路電流的能力，而故障時的短路電流往往遠大于斷路器的額定電流。由于光伏直流側的短路電流通常為額定電流的1.2倍左右，部分隔離開關或負荷開關也能夠斷開直流側的短路電流。

 

目前，京硅KSiG1系列直流隔離開關還具備一定容量的過電流分斷能力。它可以在標稱的短路電流范圍內開斷過流故障，有效解決組串電流反灌的問題。同時，智能直流開關與逆變器的DSP配合，使開關的脫扣單元能夠精準快速地實現過流保護、短路保護等功能。

光伏系統(tǒng)設計標準要求，當每路MPPT下的組串輸入路數大于等于3路時，需要在直流側配置熔絲保護。然而，組串式逆變器的優(yōu)勢在于其無熔絲設計，這降低了直流側頻繁更換熔絲的運維工作。

而采用了智能直流開關的設計方案，每路MPPT可以輸入3路組串。然而，在極端故障情況下，可能會出現2路組串電流反灌至1路組串的風險。此時，智能直流開關會通過分勵脫扣器彈開DC開關，及時斷開回路，從而保證故障的快速切除。

分勵脫扣器本質上是一個分閘線圈加脫扣器。當給分勵脫扣線圈加上規(guī)定的電壓時，通過電磁吸合等動作使得直流開關執(zhí)行機構脫扣來分閘。分勵脫扣器常用在遠距離自動斷電的控制上。

配置在逆變器上的智能直流開關中，可以通過逆變器DSP發(fā)出指令使直流開關脫扣分閘，從而斷開直流開關回路。

使用具有分勵脫扣保護功能的逆變器時，首先需要保證分勵線圈的控制電路獲得控制電源，才能確保主回路的脫扣保護功能正常工作。

 

智能直流開關的應用前景

 

隨著光伏直流側安全性的日益受到重視，AFCI和RSD等安全功能逐漸受到關注。SSLD智能組串分斷技術在保障安全方面同樣發(fā)揮著重要作用。當發(fā)生故障時，智能直流開關能夠利用其遠程操控性和整體控制邏輯，在AFCI或RSD動作后，由DSP發(fā)出脫扣信號，自動斷開直流DC隔離開關，形成明顯的斷開點，從而保障檢修人員的安全。

智能直流開關的應用還使得逆變器設備在戶用場景中實現可靠的“一鍵關斷”成為可能。通過DSP控制關斷的設計，在緊急情況下，可以通過DSP發(fā)出信號快速、準確地關斷逆變器的DC開關，形成可靠的檢修斷開點。

智能直流開關的應用主要解決了電流反灌的保護問題。然而，其可遠程脫扣的功能是否可以應用于其他分布式、戶用場景，形成更可靠的運維保障，提高緊急狀態(tài)下用戶處理故障的能力，還需行業(yè)對智能直流開關的應用和驗證。