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光伏发电系统并网故障分析及纠正措施李峰

发表时间：2020/12/24 来源：《基层建设》2020年第24期作者：李峰

[导读] 摘要：太阳能取之不尽，用之不竭，清洁安全，对于缓解日趋严峻的能源与环境问题具有重大的战略意义。

        太原供电公司变电检修室山西太原 030009
        摘要：太阳能取之不尽，用之不竭，清洁安全，对于缓解日趋严峻的能源与环境问题具有重大的战略意义。随着太阳能光伏发电行业的发展，大量逆变型分布式光伏电源接入电网，光伏发电系统并网潜藏的故障逐步暴露。本文分析了工程现场光伏发电系统并网电弧放电和短路故障，然后提出了行之有效的纠正措施，解决了光伏发电系统并网故障，从而最大限度地节约维修费用和减少系统停机损失。
        关键词：光伏发电；并网故障；纠正措施
        引言
        能源危机和环境问题加速了全球能源结构的重组，这使得可再生能源的快速发展成为可能。作为清洁和高效可再生能源的一种形式，太阳能已受到全世界的广泛关注。但是，随着高渗透性光伏发电系统集成到主电网中，如果发电系统使用被动自保护功能并在主电网故障期间与系统断开连接，则会增加从电力系统故障中恢复的难度，甚至加剧电力系统故障。最后，它们将导致电力系统崩溃。因此，光伏发电系统必须采取有效的补救措施，以确保电力系统的安全稳定运行。如何抑制并网光伏逆变器直流侧的过电压和交流侧。
        1光伏发电系统工作原理
        1.1光伏发电系统的整体结构
        光伏电池发电的原理是基于晶体硅的光电效应。当阳光照射到细胞表面时，接收到的太阳能可以转换为电能。光伏发电系统主要由方形方形太阳能电池，升压器，控制器和逆变器组成。PV阵列产生的DC通过Boost增加后，将其发送到PV逆变器以将DC转换为AC，最后通过变压器连接电网。光伏发电系统的结构如

        图1 所示。图1并网光伏发电系统的结构

        1.2光伏组件的基本结构
        光伏电池通常是方形硅晶体片。在实际使用中，为了满足太阳能电池的应用需求并增加输出电压和功率，有必要以一定的方式串联和并联各个太阳能电池，使光伏组件具有与光伏逆变器的输出功率相对应的一定的输出电压和功率。为了防止太阳能电池板受到热点影响而损坏，同时对模块的输出影响较小，旁路二极管通常与一个或两个串联模块并联连接。图2显示了PV模块电池的连接。在标准工厂条件下计算每个模块的输出时，太阳能电池组件的特性差异会被忽略，但实际上，每个太阳能电池的技术特性和性能难以维护，因此无法使用光伏模块。这是在标准环境中进行的，因此，在外部环境发生重大变化的情况下，制造商提供的参数不能用于评估光伏模块的输出特性[1]。
        1.3扰动类型分析
        1.3.1电源侧扰动
        太阳能的生产受到气候条件的强烈影响。当多云的天气来临时，它会直接影响光强度并导致太阳能电池输出功率的变化。当灰尘沉积在太阳能电池阵列的表面上，或者有诸如叶子，鸟粪等的障碍物时，这些障碍物将形成阴影，从而削弱太阳能电池板的透射率，从而减少到达太阳能电池板的实际光线。太阳能电池的电性能会随温度变化。当电池在高温环境下工作时，电池组件的光电转换效率随着温度的升高而降低，从而导致太阳能电池的开路电压大幅下降。当并网光伏电站串联和并联连接时，串联模块的电流和电压在理想情况下是相同的，但这在实际安装中很难实现，并且每个模块的最佳工作电压是相同的，电流不必完全相同，这导致整个方阵的总功效小于每个成分的功效之和。如果光伏阵列中的一组光伏电池无法正常工作,在运行期间，这将导致光伏组件不匹配，并影响整个太阳能电池串的输出功率。
        1.3.2电网侧扰动电力系统
        当负载突然减少或增加时，电网的电能质量将严重下降。随着电力系统规模的扩大和组件的增加，经常会发生各种故障，其中短路是最常见，最危险的故障类型。在某些具有大型旋转设备的区域中，当设备启动或关闭时，电能质量会发生巨大变化，并伴有大量谐波，这会在电源侧造成较大的电压和负载波动。在光伏发电系统的实际运行中，组件的输出功率必须与光伏逆变器的输出功率匹配。光伏逆变器负责向电网供电，逆变器的输出功率,这是由于电网侧的电能质量，当电网电压和频率波动很大时。逆变器的有限控制能力将导致MPPT跟踪功能出现故障，并且无法确定最大功率点，这将降低整个太阳能电池阵列的输出功率[2]。
        2并网柜电弧放电故障分析及处理
        2.1现场检查
        某光伏发电工程调试和并网投运时，并网柜（4P10）进线母排上的连接电缆线鼻子出现电弧放电现象，经过现场检查发现，检查人员发现如下问题。1.1.1母线铜排。B相母线背面（从进线柜正面看）距离断路器接线端上部约40mm的地方有电弧机上的凹坑痕迹，颜色发黑，中间部位右侧边缘也有一段距离约有50mm的地方被电弧烧伤，出现发黑痕迹，其他两相铜排基本未发现异常现象，现场受损部位如图3所示

        图3 并网柜内故障受损的母线
        2.2外部连接电缆的线鼻子。外表面异常表现为线鼻子表面有不少电弧击伤的斑点和拉弧放电点，如图4所示[3]。

        图4 并网柜内受损的电缆接头
        并网柜内受损的电缆接头1.1.3断路器。上表面右下侧边缘处有一片状、长形、不规则的薄金属渣，受高温作用影响，断路器外表面有轻微烫伤痕迹，其他部分未见明显异常发生。1.2柜内元器件性能测试为了检查并网柜受损情况，现场对柜内元器件性能进行测试。1.2.1断路器绝缘电阻测试。经输入端（单相）对地及相间绝缘电阻测试，绝缘电阻均保持在100MΩ以上，断路器绝缘材料未发生异常。1.2.2断路器各相通断性能测试。合闸后，断路器上、下端能够正常接通，用万用表测试电压线，电压显示407VAC；分闸后，测试电压线，电压显示为0VAC。经测试，断路器未发现异常。1.2.3互感器二次线圈电阻值测试。测试电阻为0.3Ω，线圈绝缘未见异常。1.2.4柜门仪表测试。显示仪表直流电上电测试，多功能表显示未见异常，仪表本身未受到损伤，直流回路2个熔断器正常。断路器合闸后，由于并网柜前端逆变器未投运，无电压、电流，闭合控制回路熔断器开关，仪表电压显示为0VAC，经测试检查，检查人员发现，控制回路中直接从交流回路取电的12个熔断器全部熔断[4]。
        3光伏发电短路故障分析及处理
        对于另一光伏发电工程，业主反馈，在投运并网时，交流柜在闭合断路器时瞬间发生爆响、断路器脱扣事故。经过现场勘查，业主已对故障现场进行处理，具体如下：X1端子上有部分线缆未接，处于悬空状态，温控器控制异常；业主已将断路器下端连接电缆拆除；经现场测试，接触器A、B相触点黏连，无法正常断开；与交流柜相连接的变压器（由另外其他厂家提供）二次侧N相未引出，而实际的变压器连接方式为Dyn11，按照标准要求，二次侧中性线N相是需要引出来的。经过现场排查，系统并未出现其他异常情况，对接线端子上的二次线进行重新连接，同时修复接触器的触点。确认交流柜没有其他问题后，断开交流柜中断路器与变压器的连接线，重新闭合接触器和断路器，未发现异常，能够正常送电，由此判断本次接触器发生爆声故障的原因不在交流柜，初步判断其为上级回路变压器侧故障所致。经过逐项分析和测试，故障原因为与逆变器输出连接的变压器一次侧B、C电缆接线错误，导致B、C相间短路，如图3所示。

        事故原因查清楚后，采取纠正措施，改正错误接线，重新测试变压器性能，未见异常。重新将变压器二次侧电缆与交流柜连接，重新上电，设备投运正常[5]。
        结束语
        本文在分析了光伏发电系统并网故障的基础上，提出了纠正措施，使光伏发电系统顺利并网发电。本文所给出的故障排除方法和纠正措施值得行业内工程技术人员借鉴，避免发生类似光伏发电并网故障。
        参考文献：
        [1]何有山.光伏发电系统并网故障分析及纠正措施[J].河南科技,2020(20):145-147.
        [2]杜坤泽.基于储电系统的光伏发电并网的暂态电压稳定性分析[D].沈阳工业大学,2020.
        [3]高菲菲.基于虚拟同步发电机的光伏并网系统电压质量研究[D].沈阳工业大学,2020.
        [4]杨海涛.光伏并网低电压穿越二次谐波抑制技术研究[D].济南大学,2020.
        [5]王芳.分布式光伏发电站的并网控制技术与系统设计[D].河北科技大学,2020.