魏德米勒电涌保护器在昆明石林太阳能并网光伏发电监测系统中的成功应用

近年来，煤炭、石油、天然气等传统能源的肆意开发利用而导致濒临告急，环境污染问题的防治也日益提上了日程，在全球范围内得到了空前重视。太阳能是取之不尽，用之不竭的最具潜力的可再生能源。在大力倡导节能减排，发展低碳经济的号召下，人们对这种清洁的可再生能源的利用已达成共识。发展光伏产业、积极开发太阳能已成为各国可持续发展战略的重要组成部分。光伏并网发电系统是通过把太阳能转化为电能，不经过蓄电池储能，直接通过并网逆变器，把电能送上电网，利用光生伏打效应原理制成的。简言之，就是将太阳辐射能量直接转换成电能的发电系统。

图1 昆明石林太阳能并网光伏实验示范区现场图

华能石林光伏发电有限公司由华能澜沧江水电有限公司与云南天达光伏科技股份有限公司组建，负责对昆明石林100MWp太阳能并网光伏实验示范电站的建设和运营管理。电站位于昆明市石林自治县石林镇的老挖村，紧邻九石阿旅游专用公路。华能石林并网光伏电站建设规模100MWp。一期工程规模为10 MWp，主要建设太阳能电池方阵、升压站、综合办公楼。后期建设90 MWp，将于今年全部建成，发电量将达1.88亿千瓦时，相当于年减排二氧化碳17.54万吨，建成后将成为亚洲最大的太阳能并网光伏电站，此项目的建设实施将为我国大型并网光伏发电工程的规划、设计、建设、运行以及光伏设备产业、光伏科研提供一个大型的、全面的科研平台，起到较好的示范作用。

本工程装机规模90MW，光伏电站共90个1MWp 光伏发电单元，每个发电单元设置一台1000kVA 的35kV 双分裂绕组箱式变，15台35kV 双绕组箱式变在高压侧并联为1回电源出线，共有6回集电线路汇入35/110KV升压站，经35KV 升压至110KV以一回110kV线路接入石林电厂。

昆明石林光伏并网发电站主要有光伏阵列、光伏汇流箱、集装箱式逆变器、箱式变和升压系统五大部分组成。光伏阵列、光伏汇流箱及集装箱式逆变器为光伏发电单元。太阳能通过光伏阵列转换成直流电，经三相并网逆变器转换成交流电，升压后接入电网。光伏电站监控系统可对太阳能光伏电站里的光伏阵列、汇流箱、逆变器、交直流配电柜等控制系统及其他设备进行实时监测和控制。监控单元能检测各光伏组串的直流电流、汇流母线的直流电压等参数，并采集电涌保护器状态，环境温度等信息，通过RS485通讯接口送至上层监控系统。直流配电柜将进线电流、电压、电涌保护器状态等信号通过RS-485信号上传至上层监控系统。并网逆变器自带监控模块具有遥测、遥控、遥信功能，实时采集逆变器运行状态及工作参数，也采用MODBUS协议上传至上层监控系统。

图2 昆明石林太阳能并网光伏发电监测系统架构图

昆明石林地区地处北纬亚热带，夏季属多发雷雨天气。石林光伏电站建在偏僻空旷的边远山区，光伏阵列组件都安装于地面，占地面积大，且光伏阵列边框、支架等材质均为导电良好的金属材质，在雷雨天气多发的地区容易遭受直击雷的破坏。针对这一现象，魏德米勒公司在汇流箱输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配置了VPU II级光伏直流电涌保护器，专门用于光伏直流侧保护。

光伏发电系统的逆变器、升压器、控制器及监控系统等设备的耐压水平往往都很低，虽然大都在室内，然而雷电在光伏阵列上产生的雷电感应会沿着电缆线路或金属管道侵入，产生浪涌过电压，危及人身安全或损坏设备。因此，魏德米勒公司在箱式变低压侧配置了VPU II级和I级电涌保护器，可以有效的抑制由雷电引起的感应过电压。在有外部防雷保护的太阳能供电系统中，由于外部防雷装置将雷电引入大地，从而导致地网上产生高电压，高电压通过设备的接地线进入设备，损坏控制器、逆变器或者是交、直流负载等设备，甚至导致整个系统瘫痪，造成巨大的经济损失。由此可见，防雷措施是保证系统安全运行和有效降低经济损失的重要保证。

魏德米勒提供的解决方案是保护通信线路、设备及人身安全的重要技术手段，是确保通信线路、设备运行必不可缺少的技术环节，是光伏并网发电系统建设及运行管理工作的重要组成部分。魏德米勒的电涌保护器符合所有相关标准，并能确保可靠的电涌防护符合目前的国际国内雷电防护规范，很大程度的遏制了这种巨大经济损失的发生。魏德米勒的VPU II级光伏专用电涌保护器产品符合EN 50539-11:2012标准，工作电压1000VDC，安装在汇流箱输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间，与直流熔断器和断路器等，可设置工作状态指示灯，雷电计数，通过RS485串口及时掌握光伏电池的工作情况。

魏德米勒VPU I级和II级电涌保护器品符合IEC 61643-11：2012 标准，安装于箱式变低压侧，可以有效的抑制由雷电引起的感应过电压，保护设备免受雷电和工业电涌的影响。不仅如此，魏德米勒在光伏发电行业还能为客户提供整套光伏汇流箱，结合自己在接线端子方面的强项，根据客户的不同需求，开发了多种标准配置的光伏汇流箱，不仅实现了理想的连接方式，同时也具有电涌保护和电压、电流监控的作用。对于一些特殊的需求，魏德米勒也能为客户提供定制产品，提供真正适用于未来的解决方案。

图3 魏德米勒VPU系列电涌保护器

魏德米勒全新的VPU系列电涌保护器有近200多个不同的产品，采用了压敏电阻和气体放电管组合设计，能够安装于不同的防雷分区和满足不同的雷电防护等级。能为建筑及设施提供完整的解决方案，包括I级、II级以及III级电涌保护器，适用于不同国家和地区的供电网络，包括TN-C、TN-S、TN-C-S、TT和IT。使用魏德米勒VPU系列电涌保护器，可以帮助客户省却由于不确定因素而造成的昂贵、耗时的重新设计以及重复规划。

魏德米勒全新的VPU系列电涌保护器还有各种实用的特性，能帮助简化安装维修工作。根据IEC 62305标准，电涌保护器的接线需遵循50cm法则。魏德米勒VPU系列电涌保护器180°底座旋转功能便于布线，使得安装在电气柜中的电涌保护器实现短距离的接线要求。并且180°底座旋转也确保了电气柜内的美观性。PE导线可以向上或向下进行接线，因此可以灵活地将电涌保护器安装于柜内。特别是快速的转盘式脱扣装置，能有效防止脱扣装置不确定的启动，并能有效地直接切断电流或者熄弧，防止火灾的发生。直插式插座的遥信端子可以快速连接，并永久监控电涌保护器的状态。同时，大视窗状态显示窗提高了可视性，电气柜中的电涌保护器的工作状态可以一目了然的看到。优化的卡导轨装置，无需工具的帮助即可轻松地搞安装、拆卸。通过简单地拉回卡导轨装置便能迅速地拆卸，即使从模块组中拆卸出来也是一样地便捷。

随着太阳能光伏发电产业的不断发展，各类光伏发电系统的应用也越来越普遍。科学合理的防雷技术是保证光伏系统可靠安全运行的一个重要因素。魏德米勒电涌保护器能针对对于不同地理位置、不同地理环境以及不同规模的各类光伏发电系统，按相关的防雷标准并结合自身特点设计安装有效的防雷系统，以确保正常供电，减少雷击损失。