文章來源：投稿
不代表光伏們觀點，僅供參考
3060目標下，光伏發(fā)電將由補充能源向主力能源轉變，光伏電站的安全性也備受關注。近日，逆變器廠家、認證機構和開關器件廠家均提出在逆變器直流側增加電動隔離開關，以期在故障發(fā)生時快速切斷光伏組件與逆變器的連接，提高光伏電站的安全性。多家媒體進行了相關報道：‘電站安全必須重視！華為、陽光、鑒衡認證力推“智能分斷技術”’。
什么是智能分斷技術？這個高科技給光伏電站的安全性帶來哪些影響，能否替代傳統(tǒng)的熔斷器和斷路器實現故障狀態(tài)下的有效保護？筆者帶著這些疑問咨詢了行業(yè)內相關專家，并結合IEC國際相關標準進行了仔細研究。
根據逆變器廠家公開宣傳資料，所謂智能分斷技術就是在光伏逆變器的直流側增加了電動隔離開關，通過逆變器的控制器實時檢測組串的電流、電壓等信號來判斷系統(tǒng)工作狀態(tài)。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，逆變器可以自動控制隔離開關分斷故障回路。
目前市場上使用智能分斷技術的兩家主流廠商的逆變器，其中一種196kW逆變器采用4-5路組串輸入一路MPPT的設計（見圖1），另一種320kW逆變器采用兩路組串輸入一路MPPT的設計（見圖2）。
圖1 196KW逆變器直流側設計方案
圖2 320KW逆變器直流側設計方案
前幾年，關于光伏系統(tǒng)是否需要增加熔斷器來保護系統(tǒng)安全，行業(yè)人士曾進行了深入的討論。如今，智能分斷技術是否真的能提高系統(tǒng)安全性？是否滿足IEC等相關標準的要求？
1）什么情況下需要過流保護？
IEC 62548 6.5.3：光伏系統(tǒng)是否需要在每個組串中安裝過流保護器件由組串并聯數量確定。
注：Ns代表組串并聯數量，ISC-MOD代表光伏組件短路電流，IMOD-MAX-OCPR代表光伏組件最大過電流保護額定值。
當并聯組串數量超過2串時，需要在每個組串中安裝過流保護器件。對逆變器而言，即每路MPPT接入的組串數量達到3串及以上時，需要在每個組串增加過流保護器件。
2）有哪些過流保護器件？
IEC 60364-7-712 712.533：光伏系統(tǒng)直流側過流保護器件必須是滿足IEC 60269-6的光伏專用熔絲或滿足IEC 60947-2的斷路器。
通過對該標準的解讀，是否意味著隔離開關實際上并不能替代熔斷器和斷路器作為直流過流保護器件使用呢？
為了進一步明確智能隔離開關能否作為保護器件，筆者對三種器件的保護機理做了分析如下：
熔斷器：當電路中電流超過規(guī)定值一段時間后，熔斷器以自身產生的熱量使熔體熔化，從而斷開電路，保護關鍵設備。
斷路器：當前光伏系統(tǒng)常用的斷路器主要有磁脫扣和熱脫扣兩種。磁脫扣型的工作原理為：大電流產生的磁場克服反力彈簧，脫扣器拉動操作機構動作，開關瞬時跳閘；熱脫扣型的工作原理為：電流變大，發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動機構動作。
智能分斷隔離開關：通過高精度直流傳感器實時檢測每路組串電流，當檢測到故障時，通過逆變器自動控制直流分斷開關斷開故障回路。
綜合上述三種器件的保護機理可見，熔斷器和斷路器屬于被動式保護，即當系統(tǒng)出現短路等故障時，不依賴于外部電路即可以實現保護，而采用智能分斷技術的隔離開關是否能可靠斷開故障回路則依賴于檢測、控制等外部回路，當系統(tǒng)掉電或控制回路出現故障時，隔離開關存在斷不開的風險。
因此，從安全性來說，采用隔離開關代替熔斷器或斷路器作為保護器件使用存在較大的系統(tǒng)風險。在具體系統(tǒng)設計中，對于2路組串并聯的系統(tǒng)（圖3），根據標準原本不需要安裝過流保護器件，在直流側增加可以分斷的隔離開關在一定程度上提高了安全性，當發(fā)生組串短路或者反接時，即使隔離開關無法斷開，系統(tǒng)中最大的短路電流或倒灌電流均只有1倍組件短路電流，不會出現持續(xù)發(fā)熱起火等風險。
但是，如果并聯組串數量超過2串，例如：4串或5路組串并聯接入1路MPPT（圖4），當隔離開關因各種原因無法斷開時，如果其中1個回路發(fā)生短路，其余4串電流將會流向短路點，即故障回路將承受4倍短路電流，線纜等相關部件將會因持續(xù)過流而損壞甚至發(fā)生火災。特別是當系統(tǒng)由于施工不當出現反接時，嚴重的倒灌電流（4*Isc）將使被反接的光伏組件發(fā)生過熱和起火等更大的故障。
圖3 2路組串接1路MPPT的故障電流分析
圖4 5路組串接1路MPPT的故障電流分析
綜上分析可知，雖然隔離開關的智能分斷技術在一定程度上增加了系統(tǒng)的安全性，但其并不能取代熔斷器和斷路器作為直流保護使用，特別是當并聯組串數量超過2串時，建議在隔離開關之外，每個組串仍需要增加熔斷器或斷路器作為過流保護器件。
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