淺談屋頂分布式光伏發電系統升壓變高壓側開關設備的選擇

何智康

摘 要：隨著社會經濟的發展及對自然環境保護的要求，新能源在發電上的應用得到越來越多的關注及重視，也得到社會越來越多的認可。其中的屋頂分布式光伏發電系統，因其依托建筑物基礎、注重自發自用、具有平滑電網峰谷的特點受到用戶的歡迎。當光伏發電系統有多個屋頂及發電子系統組成時，系統裝機容量較大，需要進行升壓之后再送入配電網。但是因與傳統的配電系統有所區別，在屋頂光伏發電系統升壓變高壓側開關設備的選擇存在一定的爭議，筆者以此文簡單敘述自己的觀點，認為使用負荷開關組合電器不但可以滿足技術要求，更比使用斷路器有更好的經濟性。

關鍵詞：屋頂分布式光伏發電系統田；升壓變；高壓側開關設備

1 概述

隨著社會經濟的發展及對自然環境保護的要求，新能源在發電上的應用得到越來越多的關注及重視，也得到社會越來越多的認可。其中的屋頂分布式光伏發電系統，因其依托建筑物基礎、注重自發自用、具有平滑電網峰谷的特點受到用戶的歡迎。

國家有關部門也非常重視光伏產業的發展和分布式光伏發電的推廣，先后出臺包括《國務院關于促進光伏產業健康發展的若干意見》（簡稱國發[24]號文）等多項政策法規支持和規范光伏發電產業的發展。其中《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》提出將太陽能發電等作為國家戰略新型產業重點發展。

但是因與傳統的配電系統有所區別，在屋頂光伏發電系統升壓變高壓側開關設備的選擇存在一定的爭議。我們首先了解一下屋頂分布式光伏發電系統的構成，然后再分析一下升壓變高壓側開關設備的選擇問題。

2 屋頂分布式光伏發電系統的構成

2.1屋頂分布式光伏發電系統的形式

根據系統的構成形式，屋頂分布式光伏發電系統可分為集中式和組串式兩種。當光伏發電系統有多個屋頂及發電子系統組成時，系統裝機容量較大，需要進行升壓之后再送入配電網。兩者的區別在于：

（1）集中式先將多個光伏組串產生的直流電通過直流匯流箱匯集，然后通過功率較大逆變器統一逆變成交流電，然后再通過升壓變將電能送入用戶的配電網。適用于屋頂一致性較高，屋頂及周邊環境較好的情況。

（2）組串式則將若干光伏組串（一般6～8串）先通過小型逆變器逆變成交流電，然后再通過交流匯流、升壓變等將電能送入用戶的配電網。適用于屋頂一致性較差、屋頂及周邊環境較復雜的情況。

可以看出，無論是集中式還是組串式，光伏組串產生的電能都需要通過升壓變之后再送入用戶的配電網。也就是說，升壓變靠電網側的接入系統組成和構成是一致的。

2.2屋頂光伏發電系統的電氣接入

當屋頂光伏系統有多個屋頂及發電子系統時，屋頂與屋頂之間的距離較遠，為了減少對原配電網架構和設備的改動，使用高壓電纜在升壓變高壓側將多臺升壓變T接（并聯），將電能匯集和統一后接入用戶的原配電網，如圖1所示，每兩臺升壓變通過高壓電纜T接匯流之后，統一接入開關站的進線柜，由開關站將4臺升壓變的電能匯集之后最后接入用戶原來的配電網。

2.3升壓變高壓側開關設備

由圖1可以看到，升壓變高壓側的開關元件是組合電器（負荷開關+熔斷器），在開關站進線側采用斷路器作為開關設備，筆者覺得這是較合理的方案。但是有人認為升壓變高壓側出線應該采用斷路器而非組合電器作為開關設備，認為斷路器有更強的開斷能力、保護配置更豐富和靈活。雖然斷路器的確有更好的開斷能力，而且保護功能也比組合電器更強大和靈活，但是筆者認為此處采用斷路器屬于“性能過?！保医洕暂^差。下面筆者分若干方面簡述為什么使用組合電器較為合理。

2.3.1 組合電器與斷路器的區別

組合電器由負荷開關及熔斷器組成。負荷開關指能夠在正常電路條件（也可以在規定的過載運行條件）下關合、承載和開斷電流以及在規定的異?；芈窏l件（例如短路）下，按規定的時間承載電流的開關裝置；熔斷器指當電流超過給定值足夠長時間后，通過熔化一個或幾個特殊設計和相稱的熔體，斷開其所接入電路并分斷電流的裝置。

斷路器指能接通、承載以及分斷正常電路條件下電流，而且在規定的異常電路下（例如短路）也能接通、承載一定時間和分斷電流的機械開關裝置。

從上面的描述，可以了解斷路器無論在系統正常還是故障情況，都可以開斷回路；負荷開關僅可以在系統正常情況下開斷回路，而熔斷器可以在系統異常情況下通過熔斷自身實現開斷回路。因此從功能上說，組合電器和斷路器都可以在系統正常和故障情況下可靠開斷回路，將故障點與系統隔離。但是斷路器可合分次數較少、價格較高；熔斷器熔斷之后需要更改熔絲，但是價格相對低廉，負荷開關的合分次數也較多，因此在要求不高或需要合分閘操作較頻繁的情況下，使用組合電器會有更好的經濟性。

2.3.2故障在升壓變高壓側的情況

既然組合電器和斷路器都可以在系統發生故障時切斷回路，隔離故障點，那么在升壓變高壓側電纜發生故障時情況會是怎樣？

從系統的潮流來看，升壓變兩端都是電源。低壓側有光伏發電系統作為電源，高壓側有用戶原來的配電網來的電源。因此，當故障點在升壓變高壓側電纜時，由光伏發電系統提供的短路電流將首先流過升壓變低壓側的低壓短路器，由低壓短路器開斷將光伏系統與故障點隔離；而用戶原配電網提供的短路電流將經過開關站的出線斷路器、進線斷路器等斷路器，促使其跳閘隔離故障點。也就是說在升壓變高壓側出線故障點時，升壓變高低壓側的斷路器就已經可以隔斷故障點從而保護系統，因此故障時在升壓變高壓側配置的斷路器一般不會動作，由組合電器作為設備檢修的開斷點即可。

若升壓變低壓側斷路器拒動，則組合電器的熔斷器則會熔斷作為后備保護隔離故障點；若開關站進線斷路器拒動，則開關站出線斷路器應該保護動作，將整個光伏系統連同故障點一并隔離。因此在升壓變高壓側配置組合電器即可滿足系統運行和保護的要求。

2.3.3 開關設備的保護整定

如果升壓變高壓側配置斷路器，由于斷路器保護功能齊全，要求整定的保護定值較多、計算較復雜，需要根據不同的保護與上下級的斷路器進行保護極差配合。而由2.3.2的分析可以知道，升壓變高壓側的斷路器在系統故障情況下作用不大，沒必要為此復雜化保護整定。而組合電器只需要整定功能單一的熔斷器即可，也能滿足系統運行和保護的需要，所以采用組合電器即可。

3 綜述

綜上所述，筆者認為在升壓變高壓側使用組合電器即可，不但可以滿足技術要求，更比使用斷路器有更好的經濟性。

參考文獻

[1] 杜海江，楊明皓，丑麗麗，張澤軍.戶用風水光直流微電網控制策略與實現[J].農業工程學報.2011（08）