智能光伏直流匯流箱是如何工作的?原理詳解
發(fā)布時(shí)間:2025-06-27 09:38:00 來源:博廣電氣
智能光伏直流匯流箱作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,在保障電力高效匯集、穩(wěn)定傳輸和安全運(yùn)行方面發(fā)揮著重要作用。其工作原理融合了電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù),通過對(duì)光伏陣列輸出電能的匯集、監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù),實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的高效運(yùn)行。下面將從其工作流程和核心功能實(shí)現(xiàn)等方面,對(duì)智能光伏直流匯流箱的工作原理進(jìn)行詳細(xì)解析。
一、電力匯集原理
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,光伏組件通過串并聯(lián)的方式組成光伏陣列,以滿足不同的電壓和功率需求。然而,多個(gè)光伏組件陣列產(chǎn)生的直流電需要進(jìn)行集中匯集,才能進(jìn)一步傳輸至逆變器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。智能光伏直流匯流箱承擔(dān)了這一關(guān)鍵任務(wù)。
它內(nèi)部設(shè)置有多路直流輸入通道,每個(gè)通道對(duì)應(yīng)一路光伏組件陣列。這些輸入通道配備有專用的直流熔斷器和斷路器。直流熔斷器作為短路保護(hù)器件,當(dāng)某一路光伏組件陣列出現(xiàn)短路故障,導(dǎo)致電流急劇增大時(shí),熔斷器的熔體因過熱迅速熔斷,切斷故障電路,防止短路電流蔓延至其他電路,保護(hù)整個(gè)匯流箱和光伏系統(tǒng)的安全。斷路器則用于正常的電路通斷控制,在需要對(duì)某一路進(jìn)行檢修或維護(hù)時(shí),可手動(dòng)或通過遠(yuǎn)程控制操作斷路器斷開電路,隔離該路光伏組件陣列。
各路光伏組件陣列輸出的直流電通過直流電纜接入?yún)R流箱的對(duì)應(yīng)輸入通道后,在匯流箱內(nèi)部經(jīng)過匯流母排進(jìn)行匯集。匯流母排通常采用高導(dǎo)電性的銅材制作,具有低電阻特性,能夠?qū)⒍嗦分绷麟姼咝У睾喜橐宦坊驇茁份敵?,以滿足后續(xù)逆變器的輸入要求。例如,在一個(gè)大型地面光伏電站中,數(shù)百個(gè)光伏組件陣列產(chǎn)生的直流電,經(jīng)過智能光伏直流匯流箱的匯集后,以更高的電壓和更大的電流輸出,減少了直流傳輸過程中的線路損耗。
二、監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集原理
智能光伏直流匯流箱的 “智能” 特性,很大程度上體現(xiàn)在其強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集功能上。為了實(shí)時(shí)掌握光伏系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),匯流箱內(nèi)置了多種類型的傳感器。
電流傳感器用于測(cè)量每一路光伏組件陣列的輸出電流,常見的電流傳感器有霍爾電流傳感器,它基于霍爾效應(yīng)原理,能夠?qū)⒈粶y(cè)電流轉(zhuǎn)換為成比例的電壓信號(hào)輸出,通過對(duì)該電壓信號(hào)的處理和計(jì)算,即可得到準(zhǔn)確的電流值。電壓傳感器則負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)每一路的輸出電壓以及匯流箱的總輸出電壓,一般采用電阻分壓或電壓互感器等方式實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換。
溫度傳感器在匯流箱中也起著關(guān)鍵作用,它通常安裝在關(guān)鍵部位,如熔斷器、斷路器、匯流母排等,用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些部位的溫度。當(dāng)溫度超過設(shè)定閾值時(shí),可能預(yù)示著設(shè)備存在過載、接觸不良等故障,溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給匯流箱的控制單元,以便及時(shí)采取措施。
這些傳感器采集到的電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù),通過模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),然后傳輸至匯流箱的主控芯片。主控芯片如同匯流箱的 “大腦”,對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和分析,為后續(xù)的控制和決策提供依據(jù)。同時(shí),主控芯片還可以將處理后的數(shù)據(jù)通過通信模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心,運(yùn)維人員通過監(jiān)控平臺(tái)即可實(shí)時(shí)查看匯流箱的運(yùn)行參數(shù),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。
三、智能控制原理
基于監(jiān)測(cè)和采集到的數(shù)據(jù),智能光伏直流匯流箱能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制功能,以優(yōu)化光伏系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。
功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)是智能控制的重要功能之一。由于光伏組件的輸出功率受光照強(qiáng)度、溫度等環(huán)境因素影響較大,其功率點(diǎn)會(huì)不斷變化。匯流箱的主控芯片通過內(nèi)置的 MPPT 算法,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏組件的電壓和電流,計(jì)算出對(duì)應(yīng)的功率值,并不斷調(diào)整光伏組件的工作點(diǎn)。例如,采用擾動(dòng)觀察法的 MPPT 算法,主控芯片會(huì)周期性地微小改變光伏組件的輸出電壓,觀察功率變化情況,若功率增加,則繼續(xù)沿該方向調(diào)整;若功率減小,則反向調(diào)整,從而使光伏組件始終工作在功率點(diǎn)附近,提高發(fā)電效率。
此外,智能光伏直流匯流箱還可以根據(jù)電網(wǎng)的需求和自身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)或頻率異常時(shí),匯流箱可以通過通信模塊接收電網(wǎng)調(diào)度指令,主控芯片根據(jù)指令調(diào)整光伏系統(tǒng)的輸出功率,實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的友好互動(dòng)。在夜間或光照不足時(shí),匯流箱可以自動(dòng)切斷光伏組件陣列的輸出,避免因反向電流對(duì)光伏組件造成損害。
四、保護(hù)原理
為了光伏系統(tǒng)和人員的安全,智能光伏直流匯流箱具備完善的保護(hù)功能,其保護(hù)原理涵蓋了多個(gè)方面。
過流保護(hù)是其中一項(xiàng)重要保護(hù)措施。當(dāng)某一路或總輸出電流超過設(shè)定的過流閾值時(shí),主控芯片會(huì)立即發(fā)出控制信號(hào),觸發(fā)對(duì)應(yīng)通道的斷路器跳閘,切斷電路,防止因電流過大導(dǎo)致設(shè)備損壞或火災(zāi)事故。過壓保護(hù)則用于監(jiān)測(cè)輸出電壓,當(dāng)電壓超過允許范圍時(shí),同樣通過控制斷路器斷開電路,保護(hù)后端的逆變器等設(shè)備。
防雷保護(hù)也是智能光伏直流匯流箱不可或缺的功能。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)通常安裝在室外,容易遭受雷擊,匯流箱內(nèi)部設(shè)置有防雷模塊,一般采用氧化鋅壓敏電阻等防雷器件。當(dāng)雷擊產(chǎn)生的浪涌電壓侵入時(shí),防雷模塊能夠迅速導(dǎo)通,將浪涌電流引入大地,從而保護(hù)匯流箱和光伏系統(tǒng)免受雷擊損壞。
漏電保護(hù)功能通過檢測(cè)電路中的漏電電流來保障人員和設(shè)備安全。當(dāng)檢測(cè)到漏電電流超過安全閾值時(shí),主控芯片控制斷路器動(dòng)作,切斷電源,避免漏電引發(fā)觸電事故。同時(shí),匯流箱還具備防反接保護(hù)功能,通過電路設(shè)計(jì)和檢測(cè)機(jī)制,防止光伏組件陣列正負(fù)接反,一旦檢測(cè)到反接情況,立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)并阻止電流通過,避免設(shè)備損壞。
智能光伏直流匯流箱通過電力匯集、監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集、智能控制和保護(hù)等一系列原理的協(xié)同工作,實(shí)現(xiàn)了對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效管理和可靠運(yùn)行。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,智能光伏直流匯流箱的工作原理將更加和完善,為光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供更有力的支持。
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