目前分布式光伏系統(tǒng)并網(wǎng)模式可分為自發(fā)自用余電上網(wǎng)型、全部上網(wǎng)和全部自用型三種，前兩種模式較為普遍，而對(duì)于某些特殊地區(qū)用戶側(cè)的并網(wǎng)模式必須采用全部自用型,即多余電量不允許通過低壓配電變壓器向上級(jí)電網(wǎng)逆向送電，在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，由于外部輻照和溫度不斷變化，光伏方陣的出力也會(huì)隨著變化，為達(dá)到防逆流控制的效果,又能使系統(tǒng)匹配負(fù)載將電能消耗掉，系統(tǒng)需要配置防逆流控制器，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交流端低壓側(cè)電網(wǎng)的電流方向信號(hào)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)電功率，文中對(duì)光伏不上網(wǎng)系統(tǒng)逆功率保護(hù)技術(shù)原理進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹和分析。

1.防逆流控制裝置的基本原理

防逆流控制的基本原理是依靠交流電流互感器來采集電流方向信號(hào)反饋到防逆流控制器，并控制接觸器線圈的兩端引線A1和A2的通電或斷電，從而使接觸器的觸點(diǎn)動(dòng)作，控制我們想要控制的逆變器的功率輸出。正常情況下，A1和A2串聯(lián)至控制回路，接觸器吸合，A1和A2之間有一定的電壓，如圖1為交流并網(wǎng)柜內(nèi)最簡(jiǎn)單的防逆流控制原理圖，逆變器以三相四線接入，經(jīng)過斷路器和交流接觸器后連至銅排輸入端，銅排左側(cè)連至380V電網(wǎng)，銅排輸出端接至負(fù)載端。A1和A2是交流接觸器兩個(gè)獨(dú)立的端子，由于接觸器線圈是220V，所以分別接至電網(wǎng)的火線和零線，給接觸器的線圈送電。三根相線各自穿過一個(gè)電流互感器，其中互感器的一次接線標(biāo)志P1側(cè)朝上，P2側(cè)朝下，從原理圖左側(cè)方向看右側(cè)，電網(wǎng)電流流至負(fù)載，那么P1側(cè)朝左，P2側(cè)朝右。

圖1 防逆流控制基本原理

2.交流電流互感器

交流電流互感器在防逆流系統(tǒng)中的作用有兩點(diǎn)，一是計(jì)量，將大電流轉(zhuǎn)換成小電流進(jìn)行測(cè)量采樣。二是給控制器發(fā)出信號(hào)使接觸器斷開或吸合。如圖2為穿心式交流互感器實(shí)物圖，其電流比為250/5A，最大輸出電流為5A。

圖2 穿心式電流互感器實(shí)物圖

穿心式電流互感器的規(guī)范接法是一次線從P1（也稱L1）穿進(jìn)P2（也稱L2）穿出，一次電流自P1端流行P2端時(shí)，二次電流自S1（也稱K1）流出經(jīng)外部電路回到S2（也稱K2），如圖3所示。交流電流在電路中流動(dòng)時(shí)，它的方向隨時(shí)間作周期性的變化，但是在某一瞬間，線圈中的電流端子一定有一個(gè)流入方向，而另一個(gè)是流出方向，感應(yīng)出的二次電流同樣也有電流的流入和流出，所以電流互感器的極性就是一次電流方向與二次電流方向之間的關(guān)系。如果某一時(shí)刻一次側(cè)極性與二次側(cè)的某一端極性相同, 即同時(shí)為正，在接線中L1和K1稱為同極性端,L2和K2也為同極性端，一次電流從L1進(jìn)L2出，是正方向。

圖3 電流互感器規(guī)范接法時(shí)的一次電流、二次電流流向和端子標(biāo)志說明

　如果互感器的一次回路接反，即一次側(cè)L2流進(jìn)，L1流出，即使二次接法正確，但電流方向正好是相反了，如果互感器二次回路接反，檢測(cè)到的電流大小雖然不變，但相對(duì)于正常情況，因?yàn)閰⒖嫉碾娐贩较蚬潭ú蛔?，而測(cè)量電流極性與正常時(shí)相反，所以電流流向也會(huì)相反，相位上會(huì)相差180度，會(huì)帶來防逆流控制的判斷帶來誤動(dòng)作，也就是說即使光伏發(fā)電功率小于負(fù)載使用功率，防逆流控制器也會(huì)錯(cuò)誤地判斷系統(tǒng)中有逆流發(fā)生。

就好比我們使用電流互感器在接電流表的時(shí)候，接反了電度表會(huì)反轉(zhuǎn)，原因在于功率表內(nèi)部的功率測(cè)量，需要包括功率因數(shù)，而功率因數(shù)是電壓和電流的相位差的余弦。因此，當(dāng)電流相位接反時(shí)，電流相位角與原來差180度，從而使電壓和電流的相位差差了180度，致使得出的功率變成了負(fù)值，如果互感器一次線接反，只要將二次的S1和S2反接就可以了。

3.非智能式防逆流控制過程

《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》要求：光伏電站設(shè)計(jì)為不可逆并網(wǎng)方式時(shí)，應(yīng)配置逆功率保護(hù)設(shè)備，當(dāng)檢測(cè)到逆向電流超過額定輸出的5%時(shí)，光伏電站應(yīng)在0.5-2s內(nèi)停止向電網(wǎng)送電。以實(shí)際工程上的100kW屋頂光伏項(xiàng)目為例，該系統(tǒng)其主要特點(diǎn)為交流配電柜內(nèi)防逆流控制，控制方式為直接操作接觸器斷開光伏側(cè)，當(dāng)光伏發(fā)電功率大于負(fù)載功率，光伏電會(huì)往電網(wǎng)上送，但此時(shí)防逆流控制一旦檢測(cè)電網(wǎng)處有逆功率，防逆流控制器發(fā)送信號(hào)給接觸器，接觸器自動(dòng)斷開，逆變器因?yàn)榕c電網(wǎng)斷開將停止工作，此時(shí)負(fù)載只由電網(wǎng)供給，同時(shí)防逆流柜內(nèi)的時(shí)間繼電器開始計(jì)時(shí)，如設(shè)置時(shí)間為10分鐘，即10分鐘后防逆流控制器監(jiān)測(cè)電網(wǎng)測(cè)有無逆流，若沒有逆流，接觸器自動(dòng)吸合。在使用防逆流控制器時(shí)，需要對(duì)參數(shù)按照規(guī)范設(shè)置，逆向電流保護(hù)設(shè)定范圍為1%-20%連續(xù)可調(diào)，以1%=0.05A為基準(zhǔn)，即1%=0.05A，20%=1A，5%為0.25A?？刂破鞯难訒r(shí)動(dòng)作時(shí)間最大為2s，即需要在2s內(nèi)斷開接觸器。因此非智能化防逆流系統(tǒng)的正常工作條件是：接觸器吸合，未斷開，逆變器與電網(wǎng)沒有斷開，光伏發(fā)電功率始終小于等于負(fù)載功率。

4.非智能式防逆流控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)電量的影響

上文主要介紹了非智能式防逆流控制的基本原理，雖然比較簡(jiǎn)單，對(duì)于日用電非均衡負(fù)載，很難協(xié)調(diào)太陽電池組件發(fā)電量與負(fù)載需求間的匹配關(guān)系，很難滿足光伏給負(fù)載供電的連續(xù)性，而對(duì)于日用電均衡負(fù)載，例如某工廠由于使用制冷電器和電暖設(shè)備，夏冬季的負(fù)載電量需求多于春秋季，如果系統(tǒng)容量按照滿足夏冬季的用電設(shè)計(jì)，在春秋季勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生多余的電量，被防逆流控制完全切斷逆變器的輸出，會(huì)導(dǎo)致光伏發(fā)電量大大浪費(fèi)，因此對(duì)非智能式防逆流控制還需要做些改進(jìn)，目前的一般做法是使用智能式控制方法，通過與逆變器進(jìn)行RS485通訊，降低逆變器的功率輸出，并和負(fù)載進(jìn)行匹配。

5.智能防逆流控制系統(tǒng)原理介紹

圖4 智能式防逆流控制

以陽光電源ARP防逆流控制柜為例，智能式防逆流控制一般有四個(gè)參數(shù)，即：Pt：并網(wǎng)點(diǎn)的電網(wǎng)實(shí)測(cè)功率，包括電網(wǎng)向負(fù)載提供的功率和逆流功率。Ps：控制功率。Pr：設(shè)定的逆向功率值。Tr：設(shè)定的最大逆功率持續(xù)時(shí)間，Ts：逆功率恢復(fù)時(shí)間[1]。

當(dāng)網(wǎng)側(cè)功率Pt大于Ps時(shí)，控制接觸器吸合，并給逆變器發(fā)送通訊命令，控制逆變器功率逐漸增加。當(dāng)網(wǎng)側(cè)功率Pt小于設(shè)置的控制功率Ps但大于設(shè)置的Pr時(shí)，控制器給逆變器發(fā)通訊命令，控制逆變器功率逐漸減小，直到Pt= Ps；當(dāng)Pt

以某100kW并網(wǎng)系統(tǒng)為例說明控制過程，系統(tǒng)配備10臺(tái)10kW逆變器，假設(shè)Ps=50kW，Pr=20kW；逆變器未投入使用時(shí)，負(fù)載需要功率130kW，全由電網(wǎng)提供，此時(shí)并網(wǎng)點(diǎn)的實(shí)測(cè)功率為130kW；Pt＞Ps，控制柜發(fā)出信號(hào)，命令逆變器投入使用，降低電網(wǎng)對(duì)負(fù)載的供給，一共投入8臺(tái)后，即系統(tǒng)供給80kw，電網(wǎng)供給50kW，此時(shí)Pt=Ps，剩余2臺(tái)逆變器不能投入。

當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化，如負(fù)載增加到140kw，需要再投入一臺(tái)逆變器；系統(tǒng)供給90kW，電網(wǎng)50kW；當(dāng)負(fù)載140kW減少到120kW，電網(wǎng)仍然供給50kw，系統(tǒng)供給90kW，系統(tǒng)多出20kW，其功率流向與電網(wǎng)流向相反，功率疊加后變?yōu)?0kW，即Pt=30kW＜Ps，但是Pt＞Pr，此時(shí)控制器命令減少逆變器，減少2臺(tái)后，Pt=Ps；當(dāng)負(fù)載140kW減少到110kW，電網(wǎng)仍然供給50kW，系統(tǒng)供給90kW，系統(tǒng)多出40kW，其功率流向與電網(wǎng)流向相反，功率疊加后變?yōu)?0kw，即Pt=10kW＜Pr，如果持續(xù)時(shí)間T＞ Tr，控制柜命令關(guān)閉逆變器，具體過程參考圖5。

圖5 智能式防逆流控制邏輯過程

6.小結(jié)

文中對(duì)非智能式和智能式防逆流控制方式作了簡(jiǎn)要介紹，毫無疑問，防逆流會(huì)帶來光伏系統(tǒng)發(fā)電量的損失，非智能式控制方法現(xiàn)在已經(jīng)很少使用，而對(duì)于特殊的國(guó)家或地區(qū)和特定的條件，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝時(shí)一般建議采用智能式防逆流控制方式或在成本允許的前提下利用儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以最大化地提高光伏發(fā)電的利用率。