<质者见质>解除光伏系统直流拉弧隐患的可行性方案

质者介绍

董斌

德国莱茵TÜV大中华区太阳能与燃料电池技术服务技术经理

直流拉弧模拟实验

“光伏电站中40%的着火事故是由于直流电弧故障所引起。”

近年来，随着光伏行业的快速发展，光伏发电技术也在不断提升。其中一个重要方向就是直流输入电压的提升，目前最高直流输入已达到1500V。直流输入的提高会带来发电效率提升、系统成本下降等诸多优势，但是同时也会产生或者放大一些隐患，直流电弧故障就是其中一个比较典型的安全隐患。

在整个光伏系统的长时间运行过程中，由于器件随机失效、绝缘老化、电气连接松动等原因会引起导体接触不良、绝缘材料破损、绝缘阻抗下降等现象，进而导致直流电弧故障频繁发生。由于直流电弧故障极易引起周边器件和材料温度迅速升高，有可能会导致火灾的发生。数据统计显示，目前光伏电站中40%的着火事故都是由于直流电弧故障引起的。因此，全球各地在设计光伏系统时均将直流电弧防护作为一个重要指标和功能。 其中，北美明确要求，对于光伏输入电压超过80V以上的光伏系统，必须具备直流电弧检测和保护能力。

德国莱茵TÜV凭借30年多的光伏

技术经验，提出光伏逆变器可以

采用两种方式实现直流电弧防护：

一种是在光伏输入端口安装独立的直流电弧检测和保护器件;

另一种是将直流电弧检测盒保护功能集成到逆变器内部，作为逆变器的一个组成部分。

对于上述两种方式，在设计选型时均需要满足以下要求：

一、直流电弧检测和保护功能

两种器件均需要具备检测串联电弧和并联电弧的能力。同时，针对不同电压等级、电流和功率的电弧，保护器件需要在规定的时间内检测出电弧，并产生保护动作。以UL 1699B为例，其对应关系如下表。

二、可靠性

两种器件均需要满足可靠性要求，在正常工作情况下，能够可靠无误地执行一定次数的检测和保护功能。同时，在器件内部发生单一故障的情况下，器件应能保持正常的检测和保护功能，或者产生保护动作，确保逆变器不会产生危害。

三、电气安全

两种器件均需要满足电气安全要求，确保使用过程中不会发生触电、能量伤害、起火、机械伤害等危害。在设计时，独立电弧检测和保护器件应满足元器件标准中的电气安全要求，如UL 1699B等;集成式电弧检测盒保护器件需要同时满足元器件标准和逆变器标准中的电气安全要求，例如，北美市场需要满足UL 1699B和UL 1741。

四、电磁兼容

两种器件均需要具有良好的电磁兼容性，具备抗电磁干扰能力。

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