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摘要：配電箱作為居民分布式光伏發電系統的重要組成部分，承擔著電氣保護、電能計量及過欠壓保護3大核心任務。該文介紹了近年來光伏配電箱的發展歷程，并對未來智能化配電箱的研究進行了展望。

關鍵詞：分布式光伏；配電箱；并網接入方案；智能化

引言

環境污染和能源短缺問題日益嚴重，全球化的“低碳革命”應運而生。光伏發電具有顯著的能源、環保和經濟效益，是最優質的綠色能源之一。隨著光伏發電技術的進步和國家及地方補貼政策的大力支持，居民分布式光伏發電的發展已經進入到大爆發階段。光伏配電箱作為光伏發電系統中的一個重要組成部分，關系到光伏發電系統的安全運行和運維。隨著居民分布式光伏發電系統的迅速發展，對配電箱性能的要求越來越高，配電箱也在不斷地進行創新。基于此，本文著重介紹了近年來光伏配電箱的發展歷程。

1居民分布式光伏發電系統的原理

居民分布式光伏發電系統包括組件、逆變器、配電箱、支架和線纜等。將光伏組件安裝在閑置的居民屋頂，利用太陽電池的光生伏特效應，直接將太陽的輻射能轉換為電能，產生的直流電通過直流線纜匯集到光伏逆變器，再由逆變器的升壓回路和全橋逆變回路轉化為工頻的交流電輸出。系統所發的電能既可居民自用，也能并網送入國家電網以獲得收益[1]。

2居民分布式光伏發電系統的并網接入方案

2.1“自發自用、余量上網”模式

在“自發自用、余量上網”的模式下，光伏配電箱的接入點設置在居民電表箱后端，光伏發電系統所發電量優先居民自用，消耗不完的部分輸送至國家電網。此時業主可更換成雙向電表，分別計量上網電量和下網電量。不同地區，要求可能略有不同。

2.2“全額上網”模式

在“全額上網”模式下，光伏配電箱的接入點設置在居民電表箱前端，光伏發電系統所發電量全部輸送至國家電網。此時光伏配電箱中可使用雙向計量表，分別計量光伏發電系統的總發電量和逆變器自身消耗電量。不同地區，要求可能略有不同。

3光伏配電箱類型介紹

光伏配電箱可分為簡易款、基本款、標準款和高配款，下文將一一進行詳細介紹。

3.1簡易款

簡易款光伏配電箱的實物圖及原理圖如圖4所示。此類配電箱內的配置包括斷路器或隔離開關，另外會單獨配備1臺計量箱放置計量電表，甚至部分配電箱不加裝浪涌保護器，所以在使用中會存在一定的風險[2]。1)斷路器的功能。該類斷路器主要適用于交流50Hz或60Hz、額定工作電壓415V及以下的情況，主要能對線路及設備的過載、短路和欠電壓起到保護的作用。2)斷路器的選型。在進行斷路器選型時，需綜合考慮以下幾個重要參數。額定工作電壓(Ue)：為斷路器正常情況下的工作電壓。額定電流(In)：為規定環境溫度下斷路器所能無限承受的最大電流值。額定短路分斷能力(Icu)：為斷路器能夠分斷而不被損壞的最高電流值。同時，選型時需考慮斷路器工作時的溫度限值。在目前的配電箱溫升試驗中，電壓范圍一般為-35～70℃，因此，元器件也需達到此要求。

3.2基本款

基本款光伏配電箱的實物圖及原理圖如圖5所示。此類配電箱內的配置包括斷路器、隔離開關和浪涌保護器。基本款在簡易款的基礎上增加了浪涌保護的功能。1)浪涌保護器的功能。當線路中突然產生尖峰電流或電壓時，浪涌保護器能在極短時間內導通分流，避免浪涌對回路中其他設備造成損害，使配電箱在雷雨天氣時不易損壞。2)浪涌保護器的選型。浪涌保護器主要的技術參數有最大持續工作電壓(Uc)、額定電壓(Un)、最大沖擊通流量(Umax)、額定放電電流(In)、脈沖沖擊電流(Iimp)、殘壓(Ures)和額定頻率(Fn)等。具體選型時，除了各項技術參數需要符合要求外，還需綜合考慮最大持續工作電壓和殘壓的選擇，同時應考慮到接入電網可能出現的正常波動及可能出現的最大持續工作電壓。另外，建議選擇具備損壞提示和報警功能的浪涌保護器，以方便監測其運行狀態。

3.3標準款

標準款光伏配電箱的實物圖及原理圖如圖6所示。此類配電箱內的配置包括斷路器、浪涌保護器、自復式過欠壓保護器和隔離開關，內部預留電能表和采集器位置。標準款在基本款的基礎上，增加了過欠壓保護的功能。1)自復式過欠壓保護器和隔離開關的功能。當線路中自復式過電壓和欠電壓超過規定值時，自復式過欠壓保護器可自動斷開，并能自動檢測線路電壓；當線路中電壓恢復正常時，其能自動閉合，即實現“有電合閘、無電斷開”的功能。該功能可減少運維人員反復親臨現場進行手動合閘，且可與并網逆變器形成雙重保護。同時，在光伏側和市電側均加裝了隔離開關，滿足Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》中規定的“分布式電源必須在并網點設置易于操作、可閉鎖、具有明顯斷開點的并網斷開裝置”這一要求，在檢修和維護的同時可保證人員的安全。2)自復式過欠壓保護器的選型。該類保護器的主要參數包括額定電壓、額定電流、過電壓值、欠電壓值、保護動作時間和延時接通時間等，選型時需進行綜合考慮。3)隔離開關的選型。隔離開關的主要參數包括額定電壓、額定電流、動穩定電流和熱穩定電流。在選型時，各主要參數均需符合使用場合的要求。另外，額定電流標準值應大于最大負載電流的150%。

3.4高配款

高配款光伏配電箱的實物圖及原理圖如圖7所示[3]。此類配電箱內的配置包括斷路器、浪涌保護器、過欠壓保護器、刀閘和漏電保護開關。高配款在標準款的基礎上，增加了漏電保護的功能。1)漏電保護開關的功能。在光伏發電系統出現漏電或有人觸電時，漏電保護開關能在極短時間內切斷電路，保護人員和設備的安全。2)漏電保護開關的選型。漏電保護開關的主要參數包括額定漏電動作電流、額定漏電動作時間和額定漏電不動作電流。由于光伏發電系統安裝在室外，組件對地會有少量漏電流，為防止漏電保護開關頻繁跳開，建議將漏電保護值設在50mA及以上。

4光伏配電箱的發展趨勢

在目前的光伏發電系統中，僅逆變器側存在監控模塊，承擔檢測組件、電網及線纜運行狀態的功能。當光伏發電系統出現故障信息時，難以精準定位故障點。因此，在經過大量的經驗積累和總結后得出結論，可在常規光伏配電箱內部主回路中加裝智能導軌表，一方面，可實時監測配電箱內部狀態，如電壓、電流、有功功率、頻率和溫度等；另一方面，可檢測電表箱內漏電保護開關、浪涌保護器、自動重合閘等重要元器件的開關狀態，并且可實現自動重合閘的遠程控制功能；除此之外，智能導軌表還具備抄讀逆變器數據、存儲、停電上報和遠程升級等重要功能。光伏智能配電箱可實時監測配電箱內部狀態和電網質量，實現了故障分析、智能關斷和精準發電量等一系列功能，是需要光伏技術人員持續研究和開發的重要設備。導軌表主要的邏輯控制功能包括：1)具有溫度檢測功能，運用大數據的邏輯控制，達到過溫保護作用；2)具有電流、電壓、頻率檢測功能，運用大數據的邏輯控制，達到異常告警作用；3)具有元器件運行狀態檢測功能，可精準判斷故障點及故障原因；4)RS485接口，外接逆變器，定時讀取逆變器相關參數，并連同導軌表采集的其他數據一并上傳至云端平臺。

5光伏配電箱面臨的發展難題

依賴于國家政策的扶持和技術的進步，雖然居民分布式光伏發電系統現處于高速發展的階段，但是由于各地區標準不統一，對光伏配電箱也無統一的要求，于是出現了在不同城市有不同的要求，甚至同一城市不同電力局的要求也千差萬別的情況，如此造成了大量的無用功和重復工作。所以，努力推進光伏配電箱標準化的早日實現，也是光伏從業人員共同的責任和義務。

6總結

配電箱是配電系統的末端裝置，作為光伏發電系統的核心組成之一，關系到整個電站的安全穩定運行。通過技術人員的不斷探索試驗，光伏配電箱實現了越來越多的重要功能。技術人員對光伏配電箱的研究一直在進行，相信必定會開發出越來越多的可能性，使光伏發電系統更加安全和智能化。

參考文獻

[1]謝建,馬勇剛.太陽能光伏發電工程實用技術[M].北京:化學工業出版社,2010.

[2]劉丙山,郭忠華,賀桂玲,等.低壓光伏發電表箱[P].中國:CN203896297U,2014-10-22.

[3]Q/GDW1480-2015,分布式電源接入電網技術規定[S].

作者：陸曉靜 吳星亮 陳圣金 盧凱 陸川 單位：浙江正泰安能電力系統工程有限公司