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光伏系统典型低压电器研发和应用

华通机电股份2019-10-17 08:21:37

论文来源:华通机电股份公司技术中心 

  要:太阳能光伏产业已成为当今世界广泛关注的新兴产业之一。具有无污染、安全、长 寿命、维护简单、资源不枯竭和资源分布广等绿色产业特点,是21世纪最重要的新能源,光伏系统可广泛应用于航天、通讯、能源、农业、办公设施、交通以及民宅等领域,低压电器元件是光伏系统的基础。

关键词:新兴绿色产业;典型低压电器;光伏系统应用 

       0 引言

我国政府在2013年发布《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》,明确2015年国内光伏装机目标从20GW提升至35GW以上,行业明显回暖市场潜力显现。

       具有无污染、安全、长寿命、维护简单、资源不枯竭和资源分布广等绿色产业特点,被认为是21世纪最重要的新能源。

       适应于光伏系统特殊要求的典型低压电器基础元件是太阳能光伏产业重要组成部分,既要包括光伏断路器、光伏隔离开关、光伏熔断器、光伏电涌保护器。本项目以光伏直流配电柜、光伏逆变器、光伏汇流箱为研究对象解读了相关基础元件特殊环境对于产品影响、针对性试验方法以及3C认证的技术规范。

      1 光伏系统的元器件及应用

1.1 光伏系统的元件

光伏系统的典型低压电器主要包括光伏万能断路器、光伏塑壳断路器、光伏小型断路器、光伏隔离开关、光伏熔断器、光伏电涌保护器。

1.2光伏系统元器件的常见应用

      (1)光伏直流配电柜

       光伏直流配电柜主要应用在大型光伏电站,用来连接汇流箱与光伏逆变器。并提供防雷及过流保护、监测光伏阵列的单串电流、电压及防雷器状态,断路器状态。

      (2)光伏逆变器

      逆变器又称电源调整器,主要由晶体管等开关元件构成,通过有规则地让开关元件重复开-关(ON-OFF),使直流输入变成交流输出。

      (3)光伏汇流箱

光伏汇流箱用于连接光伏阵列及逆变器,提供防雷及过流保护,并监测光伏阵列的单串电流、电压及防雷器状态、断路器状态。

       2 光伏系统的故障特点及解决方案

2.1光伏系统反向电流产生故障及解决方案

     (1)反向电流可因光伏系统某个光伏串中1个或者多个模块发生短路或接地故障而产生。在绝缘损坏的模块或线路短路时常常会出现反向电流。这种反向电流会对光伏串中的其他模块造成损坏,从而引发电线电缆及电气设备着火事故。

    模块中尽管安装了旁路二极管无法提供反向电流保护,它们仅能降低阴影的影响,因此,未受损光伏串的电流会叠加在一起,流向受损的光伏串,而非流入逆变器中。

(2)光伏系统反向电流造成故障解决方案

通过采用无极性的光伏系统元件,能有效解决光伏系统的反向电流,防止正常光伏串向故障光伏串馈入较高的逆电流,以致损坏各个光伏串中的光伏模块以及线路。

通过电性能相关测试,比如:操作性能,临界负载电流试验等等的相关试验用来验证产品具有防止正常光伏串故障光伏串馈入较高逆电流的功能。

2.2光伏系统小电流产生的电弧故障及解决

      (1)光伏发电直流侧电流与太阳辐照度成正比,直流侧短路电流大小与太阳辐照度有关。光伏开关在设备维修以及早晚正常合分闸时会产生电弧,由于早晚光照强度较弱,因此产生的电流很小,同时因为直流电流极易产生电弧,但是小电流产生的电弧不容易被熄灭。由于电弧温度高达数千摄氏度,能烧坏触头,甚至导致触头熔焊。如果电弧不立即熄灭,就可能烧伤操作人员,烧毁设备,甚至酿成火灾。

(2)光伏系统小电流流造成故障解决方案

    通过相关测试来验证此开关设备在小电流的情况下,产品依然可以保证产品安全。通过临界负载电流试验的验证,以此来证明此产品在小电流情况下能够满足足够的安全性能。

    2.3光伏系统的高低温对于产品影响及解决

   (1)光伏断路器、光伏隔离开关、光伏熔断器使用的地区都是环境温度变较大,比较严酷的区域。在高低温环境中,光伏断路器可能对绝缘性能、外壳形状以及电气间隙和爬电距离产生破坏;光伏隔离开关可能对外壳形状、触头和端子的电气性能、绝缘性能以及电气间隙和爬电距离产生破坏;光伏熔断器可能对绝缘性能、外壳形状、触头焊点和电气性能产生破坏。

   (2)光伏系统高低温对于元件影响的解决方案        

    通过温度循环试验及试后的验证,验证光伏产品在极端气候情况下,对于光伏产品的电气性能和绝缘性能不会受到极端气候条件的损坏以及破坏,产品不会出现裂痕以及破坏产品外壳,该类产品依然可以满足正常工作要求。

满足 GB/T 2423.22-2012 温度循环要求,测试按 NB 进行,包括 50 次的循环,每一个循环在-40℃保持 1h,同时在 85℃保持 1h,速度变化效率应保持 1K/min。如上图:

       3 介绍典型的光伏元件产品系列

3.1 CFW3PV-2500光伏万能式断路器

壳,该类产品依然可以满足正常工作要求。

符合标准:

      GB 14048.2­­—2008,低压开关设备和控制设备第2部分:断路器。

      CQC技术规范:用于太阳能光伏(PV)系统的断路器认证技术规范。

3.2 CFM3PV-125-630光伏塑壳式断路器

符合标准:

      GB 14048.2­­—2008,低压开关设备和控制设备第2部分:断路器。

      CQC技术规范:用于太阳能光伏(PV)系统的断路器认证技术规范。

3.3 CFB3PV-63小型光伏断路器

符合标准:

        GB 10963.2­­—2013,家用及类似场所用过电流保护断路器 第2部分:用于交流和直流的断路器。

        CQC技术规范:用于太阳能光伏(PV)系统的断路器认证技术规范。

3.4 CFH3PV-160-2000光伏隔离开关

 符合标准:

       GB 14048.3­­—2008,低压开关设备和控制设备 第2部分:开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器。

       CQC技术规范:太阳能光伏(PV)系统用开关、隔离器、隔离开关和熔断器组合电器认证技术规范。

3.5 CFR3PV-63光伏熔断器

符合标准:

       GB/T 13539.2­­—2008,低压熔断器 第2部分:专职人员使用的熔断器的补充要求(主要用于工业的熔断器).

       GB/T 13539.6­­—2013,低压熔断器 第6部分:太阳能光伏系统保护用熔断体的补充要求。

3.6 CFG3PV-40光伏电涌保护器

符合标准:

GB 18802.1-2011.低压电涌保护器(SPD) 第1部分 低压配电系统的保护器性能要求和试验方法。

GB/T XXXX­­—20XX,低压电涌保护器:特殊应用(含直流)的电涌保护器 第11部分:用于光伏系统的电涌保护器(SPD) 性能要求和试验方法(报批稿)。

3.7 典型光伏系统解决方案举例

 4 关键技术

       临界负载电流试验

试验电流应为:4A,8A,16A,32A,63A 允差±10%进行足够多次的试验以找出最大燃弧时间, 如果必要,测试电流的范围应当向上或向下以 2 倍的倍率进行多次,但是不超过额定工作电流。当临界负载电流值等于额定电流值时不需进行此试验。

对于光伏断路器的临界负载电流试验操作次数10次(如产品无电流方向,则正、反方向各5次)。

对于光伏隔离开关操作次数 7次(如产品无电流方向,则正方向4次,反方向3次)。

       光伏系统产品3C认证方案

结合CCC认证及多标志认证同时进行;依据国家相关要求可以顺利的与CCC对接,认可自愿认证结果,未来当IEC版本升级,可以直接获得CB证书及报告;在CCC证书上体现“PV”,在型号解释上可以专门对“PV”进行解释,可以更容易被光伏系统用户采购。

已获直流产品CCC证书的企业可以向CQC提出申请,经过审核进行补差异试验取得CQC证书和报告更新CCC证书和报告,添加PV信息(PV:photovoltaic 缩写,指太阳能发电,光伏)。

       6 结语

满足光伏特殊环境要求的典型低压电器元件是光伏产业发展的基础之一,光伏行业需要的新产品发展有很大的空间。掌握关键技术光伏系统安全性能就有了可靠的保障,随着光伏系统智能电网与智能制造技术的应用将引发新一轮低压电器的创新热潮。

      【 参 考 文 献 】

[1]  中华人民共和国国务院.国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见[Z].2013—07—04.

[2]  GB 14048.2­­—2008,低压开关设备和控制设备  第2部分:断路器[S].2008.

[3]  GB 10963.2­­—2013,家用及类似场所用过电流保护断路器 第2部分:用于交流和直流的断路器[S].2008.

[4]  GB 14048.3­­—2008,低压开关设备和控制设备 第2部分:开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器[S].2008.

[5]  GB/T 13539.2­­—2008,低压熔断器 第2部分:专职人员使用的熔断器的补充要求(主要用于工业的熔断器)[S].2008.

[6]  GB/T 13539.6­­—2013,低压熔断器 第6部分:太阳能光伏系统保护用熔断体的补充要求[S].2013.

[7]  GB 18802.1-2011.低压电涌保护器(SPD) 第1部分 低压配电系统的保护器性能要求和试验方法[S].2011.

[8]  GB/T XXXX­­—20XX,低压电涌保护器:特殊应用(含直流)的电涌保护器 第11部分:用于光伏系统的电涌保护器(SPD) 性能要求和试验方法(报批稿)[S].20XX.

[9]  GB/T 2423.22­­—2012,环境试验--第2-14部分:试验 试验N:温度变化[S].2012.

[10]  CQC1108-2014,用于太阳能光伏(PV)系统的断路器认证技术规范(申请备案稿)[S].2014.

[11]  CQC1109-2014,太阳能光伏(PV)系统用开关、隔离器、隔离开关和熔断器组合电器认证技术规范(申请备案稿)[S].2014.

[12]  IEC 62109-1­­—2012,光伏电力系统用电力变流器的安全 第1部分:一般要求[S].2012.

[13]  赵振宇,张爽莹,田玉喜.我国光伏产业发展的路径[J] . 可再生能源,2012, (4)B1-5.

[14]  李雷,杨春.我国光伏产业现状与可持续发展策略研究[J] . 中外能源, 2012, (4)B28-37.

[15] 华通机电股份有限公司.PV光伏系统产品汇 编.[G].2015. 


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