光伏系统直流总断路器频繁跳闸原因分析及解决思路

摘 要： 通过分析现场光伏直流系统接线方式，进行仿真模拟，并结合现场实验数据，找出直流柜直流总断路器跳闸原因。针对现场处理办法存在的不足，提出新的解决思路。

关键词：光伏系统 直流断路器 跳闸

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）03-0304-02

一、光伏系统运行现状

大唐国际卓资一期光伏系统采用西安TBEA-GC-500KTL逆变器，阵列最大输入功率550kW，阵列最大输入电流 1120A，最佳MPPT工作点电压595V。单台逆变器实际接入光伏组件总容量550kW。在近期现场运行中，中午时分频繁报出“PV电压低”，就地检查，直流柜两台并联直流总断路器跳闸。系统绝缘检查未见异常，排除短路故障。更换其中一个直流总断路器后，部分系统缺陷消失，有的依然存在跳闸现象。

二、光伏直流系统构成

首先了解卓资一期光伏直流回路系统构成，原理如图1。单个逆变器一般由7-8支支路组成，通过直流支路断路器汇与直流母排1，中间由两个直流总断路器进行分流，总断路器出口再次汇流，送入逆变器。直流总断路器型号为SIEMENS VL630 N，额定电流630A。此断路器保护功能由热保护与电流速断保护组成，其中热保护定值范围为500-630A可调，运行设定值为630A；速断保护为5-10In可调，运行设定值为5In。

三、光伏直流回路模拟

为更好研究各个原件在回路中的作用，我们将直流母排1到直流母排2之间的回路进行简化模拟。

為研究直流总断路器跳闸原因，我们将其看作是正负双路开关和其回路电阻R+、R-的组合，效果如图2所示。

在某一时段光照条件稳定的情况下，太阳能电池板可以看作是恒流源。由于多组太阳能光伏板在直流母排1处进行汇合，因此我们将直流母排1处等效为恒流源集合。利用电路分析软件multisim7，做出光伏直流系统模拟电路原理图3。

其中R1、R3组合为直流总断路器1，R2、R4组合为直流总断路器2，R5为直流母排2输出负载。我们对模型进行参数设置。恒流源按照本系统强光照时出力900A设置，R1-R4参照更换下来的断路器回路直阻测量数据，线路负载假设1Ω，各个支路增加电流监控，模拟结果如图4所示。

可以清楚的发现，由于断路器回路电阻出现较大差异，导致流经两个断路器的电流以及每个断路器本身正负极之间电流均出现明显差异。以直流总断路器1和2负极电流对比来看，直流总断路器1负极电流634.883A，直流总断路器2负极电流265.117A，而且有：

实际运行中，发电电流最高可以达到950A，以本例来看，直流总断路器1就出现过流跳闸情况。

四、现场直流系统实验

现场通过调整光伏组件数量，测量在不同负荷下流经两个直流总断路器的电流，得到数据如表1。

表1 不同总电流下直流总断路器正极电流

做出二者关系曲线如下：

从曲线看出，流经每一个直流总断路器电流与系统直流总电流呈比较理想的线性关系，即：

此结果与模拟结果一致。

五、结果分析

对比式3.1与4.1，说明：当前直流总断路器1、2连接方式在其回路电阻出现较明显差距后，流经断路器电流将按照二者回路电阻比进行分配，即符合并联回路电流分配原则。

按照当前直流系统接线方式，要求断路器回路电阻特性必须一致，或者差异较小。当二者差距增大后，必然导致流经一方的电流减小，另一方电流增大，当超过断路器热保护定值后，即出现断路器保护跳闸。一个直流总断路器跳闸后，系统电流全部流入未跳闸断路器，造成后者过流，随后也跳闸。这就是现场每次发现两台断路器一块跳闸的原因。

六、系统改进思路

厂家维护人员在处理此类故障时，通常的做法是将运行中电流偏小的断路器进行更换。笔者感觉此种方式较为草率，一是新更换的断路器与未更换的断路器二者回路电阻参数是否匹配仍未确定，有可能在更换后再次出现跳闸，例如1091逆变器，在两个月内两次更换直流断路器；二是只是单单更换断路器，并未从根本上解决因硬件参数差异导致的电气回路故障。建议将原来的直流母排1取消，按照光伏组件容量平均两份分配后，形成新的两组直流母排1、2，通过各自的直流总断路器汇入母排3，原理如图6所示。

结果显示，流经两个直流总断路器电流将随各自容量进行变化，不再受到相互回路电阻参数影响，也就从根本上避免了两台断路器分流不均造成的一台欠载、一台满载跳闸的缺陷了。

对此种接线方式进行电路模拟，参数不变，模拟结果如图7所示。

参考文献

[1]李航之. 光伏发电技术[S].北京：2013；

[2]周颖昌.如何提高光伏发电效率[J].新能源技术，2010（07）：36-39

作者简介：王海清（1986-）男，助理工程师，张家口发电厂。