光伏电站直流侧防雷系统技术分析

张威

摘要：雷击可能影响光伏发电机及其暴露的安装地点以及逆变器的敏感电子设备。因此，有必要通过雷击来估计风险，并将这些结果考虑在内。IEC（EN）62305-2规定了计算雷击结构和选择雷电保护系统所产生风险的程序和数据。实际上，安装技术指南建议使用SPD（电涌保护装置）保护光伏电站的直流和交流侧。本文的目的是估算雷电放电产生的电压，并根据风险分析和保护成本确定防雷措施的有效需求。

关键词：光伏电站；直流侧；防雷系统

1.光伏电站的特点

由于光伏发电机的空间需求很大，光伏系统尤其受到雷暴期间雷电放电的威胁。在建筑物上安装PV模块不会增加雷击的风险，因此不能直接从光伏系统的存在中获得防雷请求。然而，在发生雷击时，建筑物的电气设施可能会增加。这是基于以下事实：由于现有立管和电缆线路中建筑物内部的PV线路的布线，雷电流可能导致强传导和辐射干扰。在太阳能发电厂的情况下，目的是保护操作建筑物和光伏阵列免受火灾（直接雷击）以及电气和电子系统（逆变器，远程诊断系统，发电机主线）的影响。闪电电磁脉冲（LEMP）。

2.风险评估

根据IEC EN 62305-2，要确定结构是否应防雷击，必须进行风险评估。然后t将应用于要保护的结构是PV系统的特定情况。标准认可四种不同的损坏源：S1 - 闪烁到结构；S2 - 在结构附近闪烁；S3 - 闪烁到服务；S4 - 在服务附近闪烁。闪电的三种基本类型的损坏也可以区分出来：D1 - 对生物的伤害；D2 - 物理伤害；D3 - 电气和电子系统故障。

结构附近闪烁导致结构的风险成分：RM - 与LEMP引起的内部系统故障相关的组件。由于连接到结构的服务闪烁导致结构的风险组件：RU - 由于在进入结构的线路中注入雷电电流而导致结构内部的触摸电压对生物造成伤害的组件；RV - 由于通过或沿着进入的服务传输的雷电流造成的物理损坏（由外部安装和金属部件之间的火花引发的火灾或爆炸）相关的部件；RW-与内部系统故障相关的组件，这些内部系统由于在输入线路上引起的过电压而传输到结构中。由于连接到结构的服务附近的闪光引起的结构的风险组件：RZ - 与进入线路上引起的过电压并传输到结构的内部系统故障相关的组件。根据IEC EN 62305-2，应遵循以下风险管理程序：- 识别要保护的物体及其特性；- 识别物体中的所有类型的损失以及相关的相应风险R（R1至R4）；- 评估每种类型损失的风险R（R1至R4）；- 通过比较具有可容忍风险RT的结构的风险R1，R2和R3来评估保护需求；- 通过比较有和没有保护措施的总损失成本来评估保护的成本效益。在这种情况下，应对结构的风险R4组成部分进行评估，以评估此类成本。另一种方法是将风险R4置于PV计划所有者定义的可容忍风险之下。

3.光伏（PV）系统的保护

光伏发电站，也称为太阳能发电站，是一种大型光伏系统（PV系统），设计用于向电网供应商用电力。它们与大多数建筑安装和其他分散式太阳能应用不同，因为它们在公用事业层面供电，而不是向本地用户或用户供电。它们有时也被称为太阳能农场或太阳能牧场，尤其是在农业区域时。通用表达式实用程序级太阳能有时用于描述此类项目。

光伏系统越来越被认为是可再生能源的一种有效且经济的来源，现在它从商业和住宅的补充能源解决方案、太阳能电池在SelARPACK的大规模发电、屋顶屋顶光伏阵列的安装、以及在开放、暴露的太阳园中的选址。阳离子使光伏系统高度敏感，部分雷击电流、闪闪电流可直接进入雷电系统，直接受到雷击外接防雷系统（LPS）或VA暂态电压的影响。

通过对浪涌保护器（SPDS）的安装，在DC-AC逆变器的直流和侧上都能实现保护光伏系统，从而有效地保护分接电流。电源SPD选择应符合BS EN 61643-11。在技术鉴定DC-CLC/TS 50539—12 2010中提供适当的SPD以保护逆变器的每一侧取决于P阵列是否受到外部LPS的保护，以及IFO是否在T之间的最小分离距离（到BS EN 62305-3）。保持了光伏陣列的LPS和金属部分。太阳能电源通过光伏模块将光直接转换为电能。然而，这不同于并且不应该与聚光太阳能混淆，这是另一种大规模的太阳能发电技术，它利用热量来驱动各种传统的发电机系统。两种方法都有其自身的优点和缺点，但迄今为止，由于各种原因，光伏技术已在该领域中得到更广泛的应用。截至2013年，光伏系统的数量超过集中器约40比1。

在光伏系统的DC侧安装专门用于PV系统直流侧的SPD。应该安装所需的SPD的数量是基于PV阵列和逆变器之间的距离：A如果PV ARAY和逆变器之间的距离小于THA。N 10 m，一个安装在尽可能靠近逆变器的单个SPD应该是足够的，如果PV阵列和逆变器之间的距离大于10 m，则应该安装两个SPDs，一个靠近逆变器，另一个靠近PV阵列。MIN型1 + 2 SPDS FPV系统。ESP DC550125/PV ANDESP DC1000/125/PV.适合于此目的，为保护部分电流提供保护，对于雷电保护臭氧（LPZ）边界LPZ OA到LPZ 2。

逆变器的交流侧应安装在逆变器侧的交流侧，取决于外部LPS的状态，SPD应尽可能靠近交流电源3 H U源的位置。SUALI干线配电板（MDB），除非逆变器和MDB之间的关系大于10μm，在这种情况下，两个SPD应该被安装。一个剂量到逆变器位置2），另一个接近MdB（OCTASE 3A FUSE ESP组合电源电源保护器，如ESP D1系列）。或ESP MI系列，可在位置2和3作为组合PE 1 + 2 + 3 SPD。这些单元通过在所有导体组之间进行全模式保护的电压使低电压通过，以获得最佳电涌保护性能。LPS等级（E提供的雷电防护水平（PU））和连接到结构的金属服务进一步确定了近似的FESS-SPD到B。

4.结语

必须在风险分析和保护成本的基础上评估对光伏系统的防雷措施的需求。在本文中，IEC 62305系列的风险评估程序应用于光伏系统，以计算不同损坏源的浪涌过电流。还示出了用于计算PV系统的DC回路上的感应电压的公式和标准。

参考文献：

[1]张静.浅谈低压电气供配电及设备安全管理[J].科技创新与应用，2013（09）：117.

[2]杨东华.低压电气供配电与设备的安全管理探讨[J].中国高新技术企业，2015（27）：136-137.