光伏发电系统直流电弧保护技术要求

光伏发电系统直流电弧保护技术要求

国家标准 GB/T39750一2021 光伏发电系统直流电弧保护技术要求 Iechnolog》requirementsofcarcfaultcircuitproteetiom forphtotaiepowerystem 2021-03-09发布 2021-10-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花警理委员会国家标准
GB/39750一2021 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 基本规定 5 保护装置要求 保护方式 保护测试 附录A(资料性附录》电弧检测信号通道与光伏组串示意图 附录B资料性附录电弧保护装置 附录c(资料性附录保护方式适用情况说明 13 附录D(资料性附录)测试系统线路结构图
GB/39750一2021 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本文件的某些内容可能涉及专利,本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 本标准由电力企业联合会提出并归口 本标准起草单位:江苏复迪电气科技有限公司、国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司、阳光电源 股份有限公司、上海为恒新能源科技有限公司浙江电腾云光伏科技有限公司汉能移动能源控股集团 有限公司、苏州中来光伏新材股份有限公司复旦大学、嘉兴恒创电力设计研究院有限公司、上海策元实 业有限公司、江苏和网源电气有限公司 本标准主要起草人:孙耀杰,周建其、马磊、张显立、武振羽、钱敏华,刘维亮、潘辰云、方振、黄晓阁、 俞雁飞.唐听,倪国强、孙一凡、李佳鹏,方景辉,陈鼎,唐锦江、程小勇、姜松奕、卢俊琛、方振雷、许梦键 林冬,陈发英、汪玉文,林永清
GB/39750一2021 光伏发电系统直流电弧保护技术要求 范围 本标准规定了光伏发电系统直流电弧的基本规定、保护装置要求、保护方式及保护测试 本标准适用于与建筑结合的光伏发电系统直流侧的电弧保护 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T14048.3低压开关设备和控制设备第3部分;开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 电弧检测器arc-faultdetector;AFD 用于光伏发电系统直流侧电弧检测并发出故障报警信号的装置 3.2 电弧分断器arc-fawltnterrupter;A 安装于光伏发电系统直流侧,接收电弧检测信号,采取隔离、短路或开关等方式实现灭弧功能的 装置 3.3 电弧保护装置arc-aprtetm.upment;AFPs 检测光伏发电系统直流电狐并能够提供电狐保护功能的装置 3.4 串联电弧seriesareing 与负载串联的电弧 注:一般发生在光伏发电系统中的导线上、连接处,组件或系统其他部件中,如图1所示 3.5 ralle 并联电弧par arcing 与负载并联的电弧 注:一般发生于导体正负极之间,如图1所示 3.6 对地电弧groumdareing 发生于导线与接地电路之间的电弧 注:属于并联电弧的一种,如图1所示 3. 故障安全原则failsafeprineiple 当装置自身发生故障时,装置能在无需任何额外触发动作的条件下使光伏发电系统处于安全状态
GB/T39750一2021 串联电弧 并 对 联 地 电 弧 弧 逆变器 图1串联电弧与并联电弧、对地电弧示意图 基本规定 4.1与建筑相结合的光伏发电系统当直流侧最大系统电压大于或等于80V时,宜设置直流电弧保护 4.2光伏发电系统直流电弧保护装置(以下简称保护装置)应具有动作信号功能 动作信号可由控制 器或逆变器持续发出,电弧检测信号通道与光伏组串结构如附录A所示 当保护装置在15s内接收不 到动作信号时应触发保护动作,并要求如下 在并网运行的光伏发电系统中,当逆变器意外断开或主网电压丢失时,外部动作信号应中断 a 外部动作信号也可由其他开关或监控装置(如火火报瞥系统手动中断 在孤网运行或暂时孤岛状态下的光伏发电系统中,当系统关闭时,外部动作信号应中断 b 用于与建筑相结合的光伏发电系统直流电弧保护装置中的电孤分断器应符合放障安全原则. 4.3 4.4用于与建筑相结合的光伏发电系统直流电弧保护可采用隔离、短路、开关或改变逆变器工作状态 等方式 隔离、短路、开关方式应满足GB/T14048.3的要求 4.5对于并联电弧保护,若有绝缘监测装置,可不设独立的对地并联电弧保护装置 4.6保护装置应标明电弧保护装置类型,开关器件应显著标示出开和关的位置 5 保护装置要求 5.1保护装置包括电弧检测器和电弧断路器 电弧检测器和电弧断路器结构参见附录B 5.2保护装置在检测到故障电弧并动作后,应能切断发生电弧故障的组串并发出可视的告警信号(就 地信号或远程监控信号),当不能判断发生电弧故障的组串时应关停故障电弧所在的整个阵列 5.3保护装置的过流分断能力不应小于电弧断路器安装处短路电流的1.25倍 5.4保护装置动作时间应小于发生电弧2.5s且电弧能量小于750」时 5.5保护装置复位可采用就地手动复位,远程手动复位或自动复位三种方式,当采用自动复位方式时， 要求如下: 保护装置应在动作3min后自动复位; a 当保护装置需要第二次复位时,自动复位等待时间不应少于10min: b 当保护装置在一天内自动复位5次后,第6次复位应采用手动复位方式， c
GB/39750一2021 保护方式 6.1隔离方式 6.1.1隔离方式适用于串联电弧保护,可采用隔离组串或隔离光伏发电系统的方式实现 6.1.2隔离装置安装于光伏组串输出端或逆变器输人侧,隔离装置结构如图2所示 隔离装置 逆变器 光伏阵列 图2隔离装置安装位置示意图 6.2短路方式 6.2.1短路方式适用于并联电弧保护,可采用短路组串或短路光伏发电系统的方式实现 6.2.2短路装置宜安装于组串输出端或逆变器输人侧,短路装置结构如图3所示 6.2.3短路装置短路持续时间不应大于15s 短路装置 逆变器 光伏阵列 图3短路装置安装位置示意图 6.3开关方式 6.3.1开关方式适用于串联电弧或并联电弧
GB/T39750一2021 6.3.2开关装置宜安装于光伏组件或接线盒的输出端 开关装置结构如图4所示 开关置 开关装置 逆变器 光伏阵列 图4开关装置安装位置示意图 6.4改变逆变器工作状态 6.4.1改变逆变器工作状态可通过逆变器控制实现灭弧保护 6.4.2改变逆变器工作状态适用于串联电弧保护 6.5保护方式适用场景 保护方式存在适用场景如附录C所示,应合理选择 保护测试 7.1保护测试设备 7.1.1 一般要求 用于直流电孤保护装置测试的测试系统应包括直流电源、解棋网络、线性阻抗网络,电孤发生器,电 弧保护器等测试设备,线路结构图如附录D 对于需要外部直流汇流箱的逆变器方案,在汇流箱前和汇 流后均应进行电弧测试 7.1.2直流电源 7.1.2.1 -般要求 测试系统应具备直流电源 直流电源可采用恒压电源或光伏阵列模拟电源 7.1.2.2恒压电源 恒压电源应包含一个附加电阻 恒压电源根据最大功率点进行调节,要求如下 恒压电源应根据7.2中电弧测试工况对应的开路电压值进行调节 a b)最大电流上限应设定为7.2中电弧测试工况对应的最大工作电流值的1.1倍
GB/39750一2021 根据7.2中电弧测试工况对应的总电阻值及关系式见式(1) R=R=R且电跟/2一R 式中: R,R 解鹏网络保护电阻,单位为欧姆(Q) -电弧测试工况对应的总电阻值,单位为欧姆(Q); R总电刚 解耦网络个数 R -线性阻抗网络电阻,单位为欧姆(Q). 7.1.2.3光伏阵列模拟电源 光伏阵列模拟电源要求如下 光伏阵列模拟电源应根据7.2中电弧测试工况设定最大工作点电压; b电流上限值应设定为7.2中电弧测试工况的最大工作电流值的1.l倍; R=R;=O. c 光伏阵列模拟电源可能会导致电弧保护装置误检或漏检,必要时可选用合适的光伏阵列进行复检 7.1.3解耦网络 解糟网络将电源与被测设备解棚,避免电源对测试造成干扰 解鹏网络拓扑结构图见图5,各参数 见表1 图5直流电源解糯网络拓扑结构图 表1解稠网络参数设置 备注 参数值 参数 电容 不低于20F 解稠电容,该参数决定直流源的输出值 C 22nF 电容c,电容c 旁路电容 共模滤波电感 电感L 12mH 电感Lg,电感L 不低于60H 空心电感,以避免饱和 电阻R1,电阻R R总电照/2)-R 保护电阻,k;解耦网络个数
GB/T39750一2021 7.1.4线性阻抗网络 线性阻抗网络拓扑结构图见图6,各参数值见表2 图6线路阻抗网络拓扑结构图 表2线性阻抗网络参数设置 参数 半串组串 整串组串 并联组串 模块级 备注 300nF 150nF 150nF×10=1.5丝F 电容c [150×(n-1)]nF 电容C,电容C" 1/(n-1)nF 0,.5nF 1nF 100pF 空心电感,L十Ls: 电感L,电感L 25nH 50/(月-1)H 3H 50H 大约0.75AH/ /mm， 4H/模块 电阻Ra,电阻R S0.5Q 1Q <0,5Q 7.1.5电弧发生器 测试用的电弧模拟装置见图7
GB/39750一2021 单位为毫米 横向调节器 30.48 4×2.54 4.571.91 滑块 19.05 2.03 定 R1.27 3.3 移动电极 基 5.08 座 9.65 部件-4 固定电极 " A.57 R12.7 部件丹- 图7电弧发生器 7.1.6电弧保护装置 电弧保护装置可独立设置,也可集成于逆变器设备内 7.2测试步骤 表3列出了所有电弧测试条件 应根据被测设备等级选择合适的电弧测试条件 表3电弧测试工况 测试最小电弧电流最大工作电流拉狐速率最大工作电压开路电压 总电阻 电弧间距 编号 mm/s mmm 2.5 480.0 3.0 2.5 312.0o 56.0 0.8 7.0 8.0 5.0 318.0 490.0 21.0 0.8 14.0 16.0 5,0 318.0 490.0 110 1.1 7.0 8,5 5,0 607.0 810.0 24.0 2.5 0.9×Ima 5,.0 318,0 490.0 2.5 注1为被测设备最大输人电流 各项测试适用工况要求如下 测试1应适用于所有被测设备,针对小电流状态下可能发生的电弧， aa b 测试2适用于被测设备最大输人电流为8A以上;
GB/T39750一202 测试3适用于被测设备最大输人电流为16A以上; c d 测试4适用于最大输人电压810V以上(最大系统电压1500V) e 测试5适用于被测设备单个信号通道的最大输人电流为24A以上 fD 对于测试13,当被测设备的最大输人电压低于开路电压,应将开路电压替换为被测设备的 最大输人电压,此时,最大工作电压应为被测设备最大输人电压的0.65倍; 以上测试应重复3次 g 7.3电弧能量及响应时间测量 应测试并记录电弧间电压、电弧电流以及电弧持续时间,电弧能量Q.按式(2)计算 Q-'U Idn 式中 Q 电弧能量,单位为焦耳(J); U -电弧间电压,单位为伏特(V); I -电弧电流,单位为安培(A): -电弧电压为l0V的时刻,单位为秒(s); 1 -电弧电流低于250mA的时刻,单位为秒(s) tg 7.4测试结果判定 电弧保护装置应能实现灭弧功能,灭弧时间应能符合5.4要求 否则,应对电弧保护装置进行 改进 注光伏系统中发生电弧风险较高的是由串联电弧引起的 因此,本标准对设备的串联电弧进行了要求和测试,以 确保大部分串联故障电弧都能被检测到 根据相关标准,在光伏系统安装时都要进行接地故障保护,大于 80V的光伏线缆采用双重或加强绝缘线缆,通常情况下,接地故障首先发生,并联电弧风险很低 因此,本标 准不对并联电弧检测做强制要求
GB/39750一2021 录 附 A 资料性附录 电弧检测信号通道与光伏组串示意图 电弧检测信号通道与光伏组串的结构示意图见图A.1、图A.2、图A.3,图A.！ AFD 光伏组件串 图A.1单组串单信号通道 光伏组件串 AFD 光伏组件串 光伏组件串 图A.2多组串单信号通道 AFD 光伏组件串 AFD 光伏组件串 AFD 光伏组件串 图A.3单组串多信号通道
GB/T39750一2021 光伏组件串 光伏组件串 光伏组件串 AFD 光伏组件串 AFD 光伏组件串 AFD 光伏组件串 逆变器 光伏组件串 光伏组件串 光伏组件串 图A.4多组串多信号通道 0
GB/39750一2021 附录 B 资料性附录 电弧保护装置 B.1分立式故障电弧检测分断装置 AFD和AF独立于逆变器安装,见图B1 控制器 AFD AF 光伏组件串 ED AF 光伏组件串 逆变器 AFD AFl 光伏组件串 图B.1故障电弧保护装置(AFD与AF独立安装 半分立式故障电弧检测分断装置 B.2 AFD集成在逆道变器内部,AFI独立于逆变器安装,见图B.2. AF 光伏组件串 AFD AF 光伏组件串 AFD 控制器 AFD 逆变器 AF 光伏组件串 图B.2故障电弧保护装置(逆变器集成AFD和控制器 11
GB/T39750一2021 B.3集成式故障电弧检测分断装置 AFPE集成于逆变器安装,见图B.3 AFPE 光伏组件串 AFPE 控制器 光伏组件中 AFPE 光伏组件串 逆变器 图B3故障电弧保护装置(逆变器集成AFPE 12
GB/39750一2021 附录 C 资料性附录 保护方式适用情况说明 保护方式适用情况说明见表C.1 表c.1保护方式适用情况说明 保护方式名称 适用情况 适用于串联电弧保护 隔离组串或光伏发电系统 适用于发生在光伏组串或接线端的 短路组串或光伏发电系统 并联电弧故障保护装置后端 开关光伏组件 组件级开关,适用于串联电弧及其后端的并联电弧保护 通过改变光伏发电系统工作状态 常见置于逆变器内部,一般适用于串联电弧保护 13
GB/T39750一2021 附 录 D 资料性附录) 测试系统线路结构图 测试系统线路结构图见图D,1~图D.5 光伏组串1#前段 直流侧 直流源 被测器件 含被测设备的逆变器 电弧 被测设备可外置或内置 1/2组串 光伏组串1#后段 直流源 1/2组串 图D.1串联组串线路结构图 14
GB/39750一2021 光伏组串1#前段 直流侧 流 直流源 被测器件 含被测设备的逆变器 电弧 被测设备可外置或内置 1/2组串 光伏组串1#后段 直流源 1/2组串 光伏组串r-1# /(-1 直流源 /(-1 x(-1 s Cu 并联组串 图D.2并联组串线路结构图 15
GB/T39750一2021 基于模块的模型 电 直流侧 流 直流渊 被测器件 含被测设备的逆变器 被测设备可外置或内置 校块 图D.3模块级串联组串线路结构图 基于模块的模型 光伏组串1# 电弧 直流侧 直流讽 被测器件 含被测设备的逆变器 被测设备可外置或内置 光伏组串2# 基于模块的模型 直流讽 基于块的模型 光伏组串n# 直流源 图D.4模块级并联组串线路结构图 16
GB/39750一2021 光伏组串1#前段 电弧 直流x 直流 直流 输出 电弧 1/2组 输入 直流侧 电 器 器困 光伏组串1#后段 线路阳抗2×40m电线逆变器包含或者 不包含被测设备 直流说 /2组串 光伏组串(m-)# 直流x 并联组串 图D5包含汇流箱的组串线路结构图

光伏发电系统直流电弧保护技术要求GB/T39750-2021解析

随着新能源的快速发展，光伏发电系统已成为清洁能源领域的重要组成部分。然而，由于光伏发电系统具有高电压、高电流和长线路等特点，其操作风险也相应增加。

在实际应用中，电弧故障是光伏发电系统中最常见的一种故障。电弧会导致光伏电池组件老化和热失控，甚至引起火灾和爆炸事故。因此，针对光伏发电系统直流电弧保护技术进行标准化和规范化显得尤为重要。

GB/T39750-2021《光伏发电系统直流电弧保护技术要求》为我国光伏发电系统直流电弧保护技术的标准，具有指导意义。该标准涵盖了光伏电池组件、直流汇流箱、直流电缆和直流接触器等方面的电弧保护技术要求。

在这个标准中，针对电弧故障的检测、判断和处理方案进行了详细说明。其中，对于光伏电池组件的直流电弧保护，要求使用可燃气体法、电容法或者电磁法等技术手段进行检测和判断；对于直流汇流箱的直流电弧保护，要求使用电弧探头和断路器等设备进行保护；对于直流电缆的直流电弧保护，要求采用足够大的短路电流并在一定时间内自动切断故障线路；对于直流接触器的直流电弧保护，则要求采用直流电弧快速灭弧技术进行保护。

GB/T39750-2021标准的实施，不仅为光伏发电系统提供了更加完善的电弧保护方案，同时也为相关企业提供了生产指导和技术支持。因此，专业人士应当认真学习并遵守该标准，保障光伏发电系统的安全运行。

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