屋式分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)組合電器和斷路器合理選用的探討

蔣小清

[摘 ?要]當(dāng)今世界面臨著能源和環(huán)境的雙重危機，此時對新能源的開發(fā)和利用已迫在眉睫。其中，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，就是新技術(shù)的一項，并且利用了新能源。本文對屋式分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)組合電器和斷路器合理選用的進(jìn)行了分析探討。

[關(guān)鍵詞]光伏發(fā)電系統(tǒng);組合電器;斷路器;合理選用

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）24-0002-01

1 概述

光伏發(fā)電系統(tǒng)是把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)，是人類對太陽能這種儲量無限、干凈無污染、取用方便的新型能源的有效利用，光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成包括：太陽能電池板、蓄電池、太陽能控制器、逆變器，如圖1所示。

（1）太陽能電池板：光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏轉(zhuǎn)換裝置，把光能轉(zhuǎn)變成電能。

（2）蓄電池：光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能儲存裝置，把太陽能電池板轉(zhuǎn)化的電能儲存起來。

（3）太陽能控制器：光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制保護(hù)裝置，對系統(tǒng)的開關(guān)進(jìn)行控制，對蓄電池的充電放電進(jìn)行保護(hù)。

（4）逆變器：光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)化裝置，把蓄電池里輸出的直流電轉(zhuǎn)化成普遍使用的交流電，如轉(zhuǎn)換成220 V、110 V交流電。

國家有關(guān)部門也非常重視光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和分布式光伏發(fā)電的推廣，先后出臺包括《國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》（簡稱國發(fā)[24]號文）等多項政策法規(guī)支持和規(guī)范光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其中《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出將太陽能發(fā)電等作為國家戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展。

2、光伏系統(tǒng)在屋頂中的應(yīng)用

將光伏組件安裝到屋頂?shù)奈恢媚軌虮M可能的避免遮擋，有利于接收太陽光。在安裝過程中要采用合理的結(jié)構(gòu)以達(dá)到防雨防雪的目的。尤其是在降雪量較大的地方，屋頂?shù)钠露仍O(shè)計可能更為傾斜以避免大量積雪。光電組件應(yīng)用到屋頂時，還要注意材料的選用，不僅要具有足夠的強度以抵抗冰雹等的侵襲，還要做好一定的防雷舉措，以防止雷電破壞電池板。

3 .屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1 屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式

根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)成形式，屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為集中式和組串式兩種。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有多個屋頂及發(fā)電子系統(tǒng)組成時，系統(tǒng)裝機容量較大，需要進(jìn)行升壓之后再送入配電網(wǎng)。兩者的區(qū)別在于：

（1）集中式先將多個光伏組串產(chǎn)生的直流電通過直流匯流箱匯集，然后通過功率較大逆變器統(tǒng)一逆變成交流電，然后再通過升壓變將電能送入用戶的配電網(wǎng)。適用于屋頂一致性較高，屋頂及周邊環(huán)境較好的情況。

（2）組串式則將若干光伏組串（一般6～8串）先通過小型逆變器逆變成交流電，然后再通過交流匯流、升壓變等將電能送入用戶的配電網(wǎng)。適用于屋頂一致性較差、屋頂及周邊環(huán)境較復(fù)雜的情況。

可以看出，無論是集中式還是組串式，光伏組串產(chǎn)生的電能都需要通過升壓變之后再送入用戶的配電網(wǎng)。也就是說，升壓變靠電網(wǎng)側(cè)的接入系統(tǒng)組成和構(gòu)成是一致的。

3.2 屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣接入

當(dāng)屋頂光伏系統(tǒng)有多個屋頂及發(fā)電子系統(tǒng)時，屋頂與屋頂之間的距離較遠(yuǎn)，為了減少對原配電網(wǎng)架構(gòu)和設(shè)備的改動，使用高壓電纜在升壓變高壓側(cè)將多臺升壓變T接（并聯(lián)），將電能匯集和統(tǒng)一后接入用戶的原配電網(wǎng)，如圖2所示，每兩臺升壓變通過高壓電纜T接匯流之后，統(tǒng)一接入開關(guān)站的進(jìn)線柜，由開關(guān)站將4臺升壓變的電能匯集之后最后接入用戶原來的配電網(wǎng)。

3.3 升壓變高壓側(cè)開關(guān)設(shè)備

由圖2可以看到，升壓變高壓側(cè)的開關(guān)元件是組合電器（負(fù)荷開關(guān)+熔斷器），在開關(guān)站進(jìn)線側(cè)采用斷路器作為開關(guān)設(shè)備，筆者覺得這是較合理的方案。但是有人認(rèn)為升壓變高壓側(cè)出線應(yīng)該采用斷路器而非組合電器作為開關(guān)設(shè)備，認(rèn)為斷路器有更強的開斷能力、保護(hù)配置更豐富和靈活。雖然斷路器的確有更好的開斷能力，而且保護(hù)功能也比組合電器更強大和靈活，但是筆者認(rèn)為此處采用斷路器屬于“性能過?！?，而且經(jīng)濟(jì)性較差。下面筆者分若干方面簡述為什么使用組合電器較為合理。

3.3.1 組合電器與斷路器的區(qū)別

組合電器由負(fù)荷開關(guān)及熔斷器組成。負(fù)荷開關(guān)指能夠在正常電路條件（也可以在規(guī)定的過載運行條件）下關(guān)合、承載和開斷電流以及在規(guī)定的異?；芈窏l件（例如短路）下，按規(guī)定的時間承載電流的開關(guān)裝置;熔斷器指當(dāng)電流超過給定值足夠長時間后，通過熔化一個或幾個特殊設(shè)計和相稱的熔體，斷開其所接入電路并分?jǐn)嚯娏鞯难b置。

斷路器指能接通、承載以及分?jǐn)嗾ｋ娐窏l件下電流，而且在規(guī)定的異常電路下（例如短路）也能接通、承載一定時間和分?jǐn)嚯娏鞯臋C械開關(guān)裝置。

從上面的描述，可以了解斷路器無論在系統(tǒng)正常還是故障情況，都可以開斷回路;負(fù)荷開關(guān)僅可以在系統(tǒng)正常情況下開斷回路，而熔斷器可以在系統(tǒng)異常情況下通過熔斷自身實現(xiàn)開斷回路。因此從功能上說，組合電器和斷路器都可以在系統(tǒng)正常和故障情況下可靠開斷回路，將故障點與系統(tǒng)隔離。但是斷路器可合分次數(shù)較少、價格較高;熔斷器熔斷之后需要更改熔絲，但是價格相對低廉，負(fù)荷開關(guān)的合分次數(shù)也較多，因此在要求不高或需要合分閘操作較頻繁的情況下，使用組合電器會有更好的經(jīng)濟(jì)性。

3.3.2 故障在升壓變高壓側(cè)的情況

既然組合電器和斷路器都可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時切斷回路，隔離故障點，那么在升壓變高壓側(cè)電纜發(fā)生故障時情況會是怎樣？

從系統(tǒng)的潮流來看，升壓變兩端都是電源。低壓側(cè)有光伏發(fā)電系統(tǒng)作為電源，高壓側(cè)有用戶原來的配電網(wǎng)來的電源。因此，當(dāng)故障點在升壓變高壓側(cè)電纜時，由光伏發(fā)電系統(tǒng)提供的短路電流將首先流過升壓變低壓側(cè)的低壓短路器，由低壓短路器開斷將光伏系統(tǒng)與故障點隔離;而用戶原配電網(wǎng)提供的短路電流將經(jīng)過開關(guān)站的出線斷路器、進(jìn)線斷路器等斷路器，促使其跳閘隔離故障點。也就是說在升壓變高壓側(cè)出線故障點時，升壓變高低壓側(cè)的斷路器就已經(jīng)可以隔斷故障點從而保護(hù)系統(tǒng)，因此故障時在升壓變高壓側(cè)配置的斷路器一般不會動作，由組合電器作為設(shè)備檢修的開斷點即可。

若升壓變低壓側(cè)斷路器拒動，則組合電器的熔斷器則會熔斷作為后備保護(hù)隔離故障點;若開關(guān)站進(jìn)線斷路器拒動，則開關(guān)站出線斷路器應(yīng)該保護(hù)動作，將整個光伏系統(tǒng)連同故障點一并隔離。因此在升壓變高壓側(cè)配置組合電器即可滿足系統(tǒng)運行和保護(hù)的要求。

3.3.3 開關(guān)設(shè)備的保護(hù)整定

如果升壓變高壓側(cè)配置斷路器，由于斷路器保護(hù)功能齊全，要求整定的保護(hù)定值較多、計算較復(fù)雜，需要根據(jù)不同的保護(hù)與上下級的斷路器進(jìn)行保護(hù)極差配合。而由2.3.2的分析可以知道，升壓變高壓側(cè)的斷路器在系統(tǒng)故障情況下作用不大，沒必要為此復(fù)雜化保護(hù)整定。而組合電器只需要整定功能單一的熔斷器即可，也能滿足系統(tǒng)運行和保護(hù)的需要，所以采用組合電器即可。

4.結(jié)束語

綜上所述，筆者認(rèn)為在升壓變高壓側(cè)使用組合電器即可，不但可以滿足技術(shù)要求，更比使用斷路器有更好的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杜海江，楊明皓，丑麗麗，張澤軍.戶用風(fēng)水光直流微電網(wǎng)控制策略與實現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報.2011（08）.