光伏系统安全守护者—智能组串分断隔离开关

2023年12月25日

随着光伏技术的不断进步，光伏系统直流侧电压已提升至1500V，同时210电池片也得到了广泛应用。然而，这些技术进步也对光伏系统的电气安全提出了更高的要求。系统电压的提升增加了组件、逆变器接线以及内部电路发生绝缘击穿的风险，这使得在发生故障时能够及时有效地采取保护措施变得至关重要。

为了兼容更高电流的组件，逆变器制造商已经将组串输入电流从15A提高到了20A。逆变器厂家对MPPT的内部设计进行了优化，使其能够处理三路及以上的组串接入。此外，针对可能出现的组串电流反灌问题，具备“智能组串分断”功能的直流开关也应运而生，为光伏系统的安全运行提供了有力保障。

 

传统隔离开关与智能直流开关的区别

 
首先，传统的直流隔离开关在额定电流以内可以正常开断，例如标称15A的隔离开关可以在额定电压下断开15A及以下的电流。虽然生产厂商会标称隔离开关具有一定的过载开断能力，但通常无法开断短路电流。

断路器与隔离开关的最大区别在于，断路器具有开断短路电流的能力，而故障时的短路电流往往远大于断路器的额定电流。由于光伏直流侧的短路电流通常为额定电流的1.2倍左右，部分隔离开关或负荷开关也能够断开直流侧的短路电流。

 

目前，京硅KSiG1系列直流隔离开关还具备一定容量的过电流分断能力。它可以在标称的短路电流范围内开断过流故障，有效解决组串电流反灌的问题。同时，智能直流开关与逆变器的DSP配合，使开关的脱扣单元能够精准快速地实现过流保护、短路保护等功能。

光伏系统设计标准要求，当每路MPPT下的组串输入路数大于等于3路时，需要在直流侧配置熔丝保护。然而，组串式逆变器的优势在于其无熔丝设计，这降低了直流侧频繁更换熔丝的运维工作。

而采用了智能直流开关的设计方案，每路MPPT可以输入3路组串。然而，在极端故障情况下，可能会出现2路组串电流反灌至1路组串的风险。此时，智能直流开关会通过分励脱扣器弹开DC开关，及时断开回路，从而保证故障的快速切除。

分励脱扣器本质上是一个分闸线圈加脱扣器。当给分励脱扣线圈加上规定的电压时，通过电磁吸合等动作使得直流开关执行机构脱扣来分闸。分励脱扣器常用在远距离自动断电的控制上。

配置在逆变器上的智能直流开关中，可以通过逆变器DSP发出指令使直流开关脱扣分闸，从而断开直流开关回路。

使用具有分励脱扣保护功能的逆变器时，首先需要保证分励线圈的控制电路获得控制电源，才能确保主回路的脱扣保护功能正常工作。

 

智能直流开关的应用前景

 

随着光伏直流侧安全性的日益受到重视，AFCI和RSD等安全功能逐渐受到关注。SSLD智能组串分断技术在保障安全方面同样发挥着重要作用。当发生故障时，智能直流开关能够利用其远程操控性和整体控制逻辑，在AFCI或RSD动作后，由DSP发出脱扣信号，自动断开直流DC隔离开关，形成明显的断开点，从而保障检修人员的安全。

智能直流开关的应用还使得逆变器设备在户用场景中实现可靠的“一键关断”成为可能。通过DSP控制关断的设计，在紧急情况下，可以通过DSP发出信号快速、准确地关断逆变器的DC开关，形成可靠的检修断开点。

智能直流开关的应用主要解决了电流反灌的保护问题。然而，其可远程脱扣的功能是否可以应用于其他分布式、户用场景，形成更可靠的运维保障，提高紧急状态下用户处理故障的能力，还需行业对智能直流开关的应用和验证。