简述居民分布式光伏发电系统配电箱的发展

2019-05-13浙江正泰安能电力系统工程有限公司陆晓静吴星亮陈圣金卢凯陆川

太阳能 2019年4期

关键词：浪涌保护器配电箱

浙江正泰安能电力系统工程有限公司■陆晓静吴星亮陈圣金卢凯陆川

0 引言

环境污染和能源短缺问题日益严重，全球化的“低碳革命”应运而生。光伏发电具有显著的能源、环保和经济效益，是最优质的绿色能源之一。随着光伏发电技术的进步和国家及地方补贴政策的大力支持，居民分布式光伏发电的发展已经进入到大爆发阶段。

光伏配电箱作为光伏发电系统中的一个重要组成部分，关系到光伏发电系统的安全运行和运维。随着居民分布式光伏发电系统的迅速发展，对配电箱性能的要求越来越高，配电箱也在不断地进行创新。基于此，本文着重介绍了近年来光伏配电箱的发展历程。

1 居民分布式光伏发电系统的原理

居民分布式光伏发电系统包括组件、逆变器、配电箱、支架和线缆等。

将光伏组件安装在闲置的居民屋顶，利用太阳电池的光生伏特效应，直接将太阳的辐射能转换为电能，产生的直流电通过直流线缆汇集到光伏逆变器，再由逆变器的升压回路和全桥逆变回路转化为工频的交流电输出。系统所发的电能既可居民自用，也能并网送入国家电网以获得收益[1]。

图1 居民分布式光伏发电系统发电原理简图

2 居民分布式光伏发电系统的并网接入方案

2.1 “自发自用、余量上网”模式

在“自发自用、余量上网”的模式下，光伏配电箱的接入点设置在居民电表箱后端，光伏发电系统所发电量优先居民自用，消耗不完的部分输送至国家电网。此时业主可更换成双向电表，分别计量上网电量和下网电量。不同地区，要求可能略有不同。

图2 “自发自用、余量上网”模式

2.2 “全额上网”模式

在“全额上网”模式下，光伏配电箱的接入点设置在居民电表箱前端，光伏发电系统所发电量全部输送至国家电网。此时光伏配电箱中可使用双向计量表，分别计量光伏发电系统的总发电量和逆变器自身消耗电量。不同地区，要求可能略有不同。

图3 “全额上网”模式

3 光伏配电箱类型介绍

光伏配电箱可分为简易款、基本款、标准款和高配款，下文将一一进行详细介绍。

3.1 简易款

简易款光伏配电箱的实物图及原理图如图4所示。此类配电箱内的配置包括断路器或隔离开关，另外会单独配备1台计量箱放置计量电表，甚至部分配电箱不加装浪涌保护器，所以在使用中会存在一定的风险[2]。

1)断路器的功能。该类断路器主要适用于交流50 Hz或60 Hz、额定工作电压415 V及以下的情况，主要能对线路及设备的过载、短路和欠电压起到保护的作用。

2)断路器的选型。在进行断路器选型时，需综合考虑以下几个重要参数。额定工作电压(Ue)：为断路器正常情况下的工作电压。额定电流(In)：为规定环境温度下断路器所能无限承受的最大电流值。额定短路分断能力(Icu)：为断路器能够分断而不被损坏的最高电流值。

同时，选型时需考虑断路器工作时的温度限值。在目前的配电箱温升试验中，电压范围一般为-35～70 ℃，因此，元器件也需达到此要求。

图4 简易款光伏配电箱

3.2 基本款

基本款光伏配电箱的实物图及原理图如图5所示。此类配电箱内的配置包括断路器、隔离开关和浪涌保护器。基本款在简易款的基础上增加了浪涌保护的功能。

1)浪涌保护器的功能。当线路中突然产生尖峰电流或电压时，浪涌保护器能在极短时间内导通分流，避免浪涌对回路中其他设备造成损害，使配电箱在雷雨天气时不易损坏。

2)浪涌保护器的选型。浪涌保护器主要的技术参数有最大持续工作电压(Uc)、额定电压(Un)、最大冲击通流量(Umax)、额定放电电流(In)、脉冲冲击电流(Iimp)、残压(Ures)和额定频率(Fn)等。具体选型时，除了各项技术参数需要符合要求外，还需综合考虑最大持续工作电压和残压的选择，同时应考虑到接入电网可能出现的正常波动及可能出现的最大持续工作电压。另外，建议选择具备损坏提示和报警功能的浪涌保护器，以方便监测其运行状态。

图5 基本款光伏配电箱

3.3 标准款

标准款光伏配电箱的实物图及原理图如图6所示。此类配电箱内的配置包括断路器、浪涌保护器、自复式过欠压保护器和隔离开关，内部预留电能表和采集器位置。标准款在基本款的基础上，增加了过欠压保护的功能。

1)自复式过欠压保护器和隔离开关的功能。当线路中自复式过电压和欠电压超过规定值时，自复式过欠压保护器可自动断开，并能自动检测线路电压；当线路中电压恢复正常时，其能自动闭合，即实现“有电合闸、无电断开”的功能。该功能可减少运维人员反复亲临现场进行手动合闸，且可与并网逆变器形成双重保护。同时，在光伏侧和市电侧均加装了隔离开关，满足Q/GDW 1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》中规定的“分布式电源必须在并网点设置易于操作、可闭锁、具有明显断开点的并网断开装置”这一要求，在检修和维护的同时可保证人员的安全。

图6 标准款光伏配电箱

2)自复式过欠压保护器的选型。该类保护器的主要参数包括额定电压、额定电流、过电压值、欠电压值、保护动作时间和延时接通时间等，选型时需进行综合考虑。

3)隔离开关的选型。隔离开关的主要参数包括额定电压、额定电流、动稳定电流和热稳定电流。在选型时，各主要参数均需符合使用场合的要求。另外，额定电流标准值应大于最大负载电流的150%。

3.4 高配款

高配款光伏配电箱的实物图及原理图如图7所示[3]。此类配电箱内的配置包括断路器、浪涌保护器、过欠压保护器、刀闸和漏电保护开关。高配款在标准款的基础上，增加了漏电保护的功能。

1)漏电保护开关的功能。在光伏发电系统出现漏电或有人触电时，漏电保护开关能在极短时间内切断电路，保护人员和设备的安全。

2)漏电保护开关的选型。漏电保护开关的主要参数包括额定漏电动作电流、额定漏电动作时间和额定漏电不动作电流。由于光伏发电系统安装在室外，组件对地会有少量漏电流，为防止漏电保护开关频繁跳开，建议将漏电保护值设在50 mA及以上。

图7 高配款光伏配电箱

4 光伏配电箱的发展趋势

在目前的光伏发电系统中，仅逆变器侧存在监控模块，承担检测组件、电网及线缆运行状态的功能。当光伏发电系统出现故障信息时，难以精准定位故障点。因此，在经过大量的经验积累和总结后得出结论，可在常规光伏配电箱内部主回路中加装智能导轨表，一方面，可实时监测配电箱内部状态，如电压、电流、有功功率、频率和温度等；另一方面，可检测电表箱内漏电保护开关、浪涌保护器、自动重合闸等重要元器件的开关状态，并且可实现自动重合闸的远程控制功能；除此之外，智能导轨表还具备抄读逆变器数据、存储、停电上报和远程升级等重要功能。光伏智能配电箱可实时监测配电箱内部状态和电网质量，实现了故障分析、智能关断和精准发电量等一系列功能，是需要光伏技术人员持续研究和开发的重要设备。

图8 光伏智能配电箱

导轨表主要的逻辑控制功能包括：1)具有温度检测功能，运用大数据的逻辑控制，达到过温保护作用；2)具有电流、电压、频率检测功能，运用大数据的逻辑控制，达到异常告警作用；3)具有元器件运行状态检测功能，可精准判断故障点及故障原因；4)RS485接口，外接逆变器，定时读取逆变器相关参数，并连同导轨表采集的其他数据一并上传至云端平台。

5 光伏配电箱面临的发展难题

依赖于国家政策的扶持和技术的进步，虽然居民分布式光伏发电系统现处于高速发展的阶段，但是由于各地区标准不统一，对光伏配电箱也无统一的要求，于是出现了在不同城市有不同的要求，甚至同一城市不同电力局的要求也千差万别的情况，如此造成了大量的无用功和重复工作。所以，努力推进光伏配电箱标准化的早日实现，也是光伏从业人员共同的责任和义务。