光伏电站防反二极管的典型应用

文章作者: 来源: 发布时间:2022-08-05

固体继电器(SolidStateRelays，简称SSR)它是一个由分离元件、固定电阻网络和芯片组成的非接触式电子开关。控制电路（输入电路）和负载电路（输出电路）的电气隔离和信号耦合通过混合工艺组装，通过固态装置实现负载的开关功能，内部没有活动部件。虽然市场上有许多类型的固态继电器，但它们的工作原理是相似的。它主要包括输入（控制）电路、驱动电路和输出（负载）电路三个部分。

固体继电器的输入电路为输入控制信号提供了一个电路，使其成为固体继电器的触发信号源。大多数固体继电器的输入电路是直流输入，有些是交流输入。DC输入电路分为电阻输入和恒流输入。电阻输入电路的输入控制电流与输入电压呈正线关系。恒定电流输入电路，当输入电压达到一定值时，电流不会随着电压的增加而显著增加，该继电器可以适应较大的输入电压范围。

固体继电器的驱动电路由隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分组成。目前常用的分离耦合电路有光电耦合器和高频变压器。常用的光电耦合器件主要包括光-三极管、光-双向晶闸管、光-二极管阵列等。在特定的输入电压下，变压器耦合产生约10个MHz自激振荡，高频信号通过变压器磁芯传输到变压器二级。包括各种功能电路，如检测整流、过零、加速、保护、显示等。触发器的功能是向输出设备提供触发信号。

固体继电器的输出电路由触发信号控制。输出电路主要由输出装置（芯片）和具有瞬态抑制作用的吸收电路组成，有时还包括反馈电路。目前，各种固态继电器的输出装置主要包括晶体三极管(Transistor)，单极可控硅(SCR)，双向可控硅(Triac)，MOS场效应管(MOSFET)，双极晶体管绝缘栅(IGBT)等。

一，引言

集中并网光伏电站利用沙漠，集中建设大型光伏电站，直接发电进入公共电网，接入高压输电系统，提供远程负荷。集中并网光伏电站建设中反向二极管不可缺少的原因主要是集中光伏电站发展初期考虑系统运行的稳定性和可靠性；随着集中光伏电站建设规模的扩大，节约成本已成为集中光伏电站建设的重点。

二、防反二极管的作用

利用二极管的单向导电性，在每组的正极上串联一个反向二极管。主要功能是防止光伏组件因光伏组件正负极反向连接引起的电流回流而燃烧光伏组件；防止光伏组件方阵各分支之间存在压差，导致电流倒流，即环流；当组串出现故障时，作为断开点，与系统有效隔离，方便维护，同时保护故障组串。

三、防反二极管的选型

大电流二极管主要包括整流二极管和肖特基二极管。这两个二极管的正导压降分别为：肖特基二极管约1.2V，大容量整流二极管约00.8V。在通过相同电流的情况下，肖特基二极管的导流损耗大于整流二极管。因此，大容量整流二极管广泛应用于集中光伏电站的建设中。大容量整流二极管的选择主要考虑以下两个方面:最大耐压和最大整流电流。设备的最大耐压性必须大于系统设计电压的1.5倍，最大电流值必须大于系统设计最大电流的2倍。

目前，浙江正力整流器有限公司生产的光伏整流器有限公司生产的光伏反向二极管产品。光伏设备中常用的防反向二极管型号有：MDK55A1600VMD55A1600VMDA55A1600VMD25A1600VMDK25A1600VMDA25A1600VMDK26A1600VMDK160A1600VMD300A1600VMDK300A1600VMDA300A1600VMDA500A1600VMD500A1600VMDK500A1600V等等，目前正力采用3D三维技术，也可以免费提供样品，3D三维图纸、技术资料、光盘、目录本等资料，能最大限度地满足汇流箱、直流柜的需要。

四、使用防反二极管分析

1.防止光伏组件的正极和负极连接

在反向连接方法方面，主要分为接口反向连接（通过特定接口防止反向连接）和电气设计原则。接口反向连接具有人为因素等不可预测因素，施工难度大，成本高；电气设计原则，即使用反向二极管的单向导电性。由于施工过程中接线工作量大，光伏组件串联到集装箱时不可避免地会出现正负极混淆和反向连接。安装反向二极管后，在正负极连接和反向运行的情况下，反向连接串与系统隔离，起到很好的保护作用。

2.防止组串之间产生环流，提高发电效率

由于光伏组件或连接的不同，电阻不同；光伏组件的输出电压低于其他组；光伏组件的清洁度、散热效果和损失程度不同。

没有直流柜的集中光伏电站直流侧测量电压关系

直流侧母排U1、各汇流箱母排U2，各组串U3

所有组串

正常发电部分不发电

有防反二极管U1=U2=U3U1=U2=U3(发电组串)，不发电组串串U3不同，多少就是多少U1=U2=U3(最大电压组串)U3不同，多少就是多少

无防反二极管U1=U2=U3

反向二极管的电压测量位置

无防反向二极管的电压测量位置

可以看出，压差会导致高压支路的电流。通过汇流箱中的汇流排或汇流箱上层的汇流排，流向低压支路，从而在组串内产生环流。在循环过程中，低压组串是高压组串的负载。高压组串不仅降低了电压，而且失去了电能。

由此可知，Pm输出功率最大，B开路电压。光伏组件电压为0-A输出功率P（Wp）与输出电压U（V）成正比，当高压组串联电压降低时，输出功率和发电效率也降低。

失去的电能会转化为热能，使光伏组件温度升高，光伏组件温度升高不仅会降低发电效率，还会加速热点效应。

实测光伏组件P-V特性曲线

反二极管的存在，在任何情况下都可以将每个组串隔离，防止相互干扰。因此，可以有效避免组串间环流和发电效率降低的情况。

3.检修方便

当组串发生故障时，反向二极管可以将故障组串与系统隔离，不仅可以保护故障组串，还可以防止故障组串对系统的干扰，防止故障范围的扩大。在不影响其他设备正常运行的情况下进行大修，减少断电范围，提高系统发电效率。对于无人值守或少人值班的电站，故障响应时间长，组串带病工作时间长，防反二极管起到很好的保护作用。

五，结语

防反二极管在集中光伏电站建设中的使用有其自身的优缺点。防反二极管的作用是宏观的，其余的作用是微观的。如果没有长期的积累和比较，很难找到防反二极管的损坏、能耗和增加的运行维护工作量是明显的。这种宏观和微观的差距主导着防反二极管的利用率。但是否使用取决于情况。在电站建设过程中，应根据运行管理模式的特点，对收款数据进行分析计算，综合考虑系统的安全性、稳定性、经济性、耐久性、适用性等因素。