和AFCI同樣重要的智能直流開(kāi)關(guān)是什么？

光伏系統(tǒng)直流側(cè)電壓提升至1500V，以及210電池片的推廣應(yīng)用，對(duì)整個(gè)光伏系統(tǒng)的電氣安全提出了更高的要求。系統(tǒng)電壓提升了以后，對(duì)系統(tǒng)的絕緣及安全問(wèn)題提出了挑戰(zhàn)，增加了組件、逆變器接線、內(nèi)部電路的絕緣擊穿風(fēng)險(xiǎn)。這就需要在發(fā)生對(duì)應(yīng)故障時(shí)，保護(hù)措施能夠及時(shí)有效地隔離故障。

為了兼容電流提升的組件，逆變器廠商將組串輸入電流從15A提升至20A。在解決20A輸入電流問(wèn)題時(shí)，逆變器廠家優(yōu)化了MPPT的內(nèi)部設(shè)計(jì)，將MPPT的組串接入能力擴(kuò)展到三路及以上。在故障情況下組串可能出現(xiàn)電流反灌問(wèn)題，為解決這個(gè)問(wèn)題，具有“智能直流關(guān)斷”功能的直流開(kāi)關(guān)應(yīng)運(yùn)而生。

01傳統(tǒng)隔離開(kāi)關(guān)

與智能直流開(kāi)關(guān)的區(qū)別

首先，傳統(tǒng)直流隔離開(kāi)關(guān)能進(jìn)行額定電流以內(nèi)的開(kāi)斷，如標(biāo)稱15A，那么就可以斷開(kāi)額定電壓下15A及以內(nèi)的電流。雖然生產(chǎn)廠商會(huì)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行一定的過(guò)載開(kāi)斷能力的標(biāo)稱，但通常不能開(kāi)斷短路電流。

隔離開(kāi)關(guān)與斷路器的最大區(qū)別是，斷路器具有開(kāi)斷短路電流的能力，故障時(shí)的短路電流遠(yuǎn)大于斷路器的額定電流；由于光伏直流側(cè)短路電流通常為額定電流1.2倍左右，部分隔離開(kāi)關(guān)或負(fù)荷開(kāi)關(guān)也能開(kāi)斷直流側(cè)的短路電流。

目前固德威GW225KN-HT逆變器使用的智能直流開(kāi)關(guān)，除了滿足IEC60947-3認(rèn)證外，還滿足一定容量的過(guò)電流分?jǐn)嗄芰Γ梢栽跇?biāo)稱的短路電流范圍內(nèi)開(kāi)斷過(guò)流故障，有效地解決了組串電流反灌的問(wèn)題。同時(shí)，智能直流開(kāi)關(guān)搭配逆變器的DSP，使開(kāi)關(guān)的脫扣單元能夠精準(zhǔn)快速地實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)等功能。

智能直流開(kāi)關(guān)電氣原理圖

02固德威逆變+智能DC開(kāi)關(guān)保護(hù)

光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)每路MPPT下組串的輸入路數(shù)≥3路時(shí)，需在直流側(cè)配置熔絲保護(hù)。應(yīng)用組串式逆變器的優(yōu)勢(shì)就是采用無(wú)熔絲設(shè)計(jì)來(lái)降低直流側(cè)頻繁更換熔絲的運(yùn)維工作，固德威GW225KN-HT逆變器使用智能直流開(kāi)關(guān)代替熔絲的設(shè)計(jì)方案，每路MPPT可輸入3路組串，在極端故障情況下會(huì)發(fā)生2路組串電流反灌至1路組串的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)智能直流開(kāi)關(guān)會(huì)通過(guò)分勵(lì)脫扣器彈開(kāi)DC開(kāi)關(guān)，及時(shí)斷開(kāi)回路，保證故障的快速切除。

MPPT組串電流反灌原理圖

分勵(lì)脫扣器本質(zhì)上是一個(gè)分閘線圈加脫扣器，給分勵(lì)脫扣線圈加上規(guī)定的電壓，通過(guò)電磁吸合等動(dòng)作使得直流開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)脫扣來(lái)分閘，分勵(lì)脫扣器常用在遠(yuǎn)距離自動(dòng)斷電的控制上。配置在固德威逆變器上的智能直流開(kāi)關(guān)時(shí)，可以通過(guò)逆變器DSP發(fā)出指令使直流開(kāi)關(guān)脫扣分閘，斷開(kāi)直流開(kāi)關(guān)回路。

使用分勵(lì)脫扣保護(hù)功能的逆變器，首先需要保證分勵(lì)線圈的控制電路先獲得控制電源，才可以保證主回路的脫扣保護(hù)功能。

03智能直流開(kāi)關(guān)的應(yīng)用前景

隨著光伏直流側(cè)的安全逐漸得到重視，AFCI及RSD等安全功能近期被提及得越來(lái)越多。智能直流開(kāi)關(guān)同樣重要，發(fā)生故障時(shí)，智能直流開(kāi)關(guān)能有效地利用智能開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)程操控性和整體控制邏輯，在AFCI或RSD動(dòng)作以后，由DSP發(fā)出脫扣信號(hào)，自動(dòng)跳開(kāi)直流DC隔離開(kāi)關(guān)形成明顯斷開(kāi)點(diǎn)，保障檢修人員的安全。直流開(kāi)關(guān)在分?jǐn)啻箅娏鲿r(shí)會(huì)影響開(kāi)關(guān)的電氣壽命，使用智能直流開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)斷只消耗直流開(kāi)關(guān)的機(jī)械壽命，有效地保護(hù)了直流開(kāi)關(guān)的電氣壽命和滅弧能力。

智能直流開(kāi)關(guān)的應(yīng)用也使得逆變器設(shè)備在戶用場(chǎng)景可靠的“一鍵關(guān)斷”成為可能；其次，通過(guò)DSP控制關(guān)斷的設(shè)計(jì)，在緊急情況發(fā)生時(shí)，可通過(guò)DSP發(fā)出信號(hào)快速、準(zhǔn)確地關(guān)斷逆變器的DC開(kāi)關(guān)，形成可靠的檢修斷開(kāi)點(diǎn)。

04總結(jié)

智能直流開(kāi)關(guān)的應(yīng)用主要解決了電流反灌的保護(hù)問(wèn)題，但是具備的可遠(yuǎn)程脫扣的功能是否可以應(yīng)用到其他分布式、戶用場(chǎng)景，行成更可靠的運(yùn)維保障，提高緊急狀態(tài)下用戶處理故障的能力，還需行業(yè)對(duì)智能直流開(kāi)關(guān)的應(yīng)用和驗(yàn)證。

審核編輯：湯梓紅