光伏并网发电系统的雷电监控系统研究

3 避雷防护方案

　　对太阳能光伏并网发电系统的避雷监控系统来说，主要应防止直击雷、雷电感应和雷电波侵入，因此，可以针对不同的雷电危害方式，采取合适的防雷措施与防护方案。

　　3.1 对直击雷的防护

　　对直击雷的防护包括对太阳电池阵列和光伏电站厂区的防护。防直击雷，防雷设备主要采用避雷针，通过计算，可以合理地选择防雷设备，达到对户外的光伏电站太阳电池阵列进行有效防护的目的。可见，要对户外的光伏电站太阳电池阵列进行有效防护，问题的关键就是要正确计算太阳电池阵列年预计雷击次数，以及利用滚球法，计算出需要避雷的范围，然后选定避雷针的型号及其性能指标。

　　计算公式：n=kngae （1）

　　式（1）中：k—校正系数；

　　ng—光伏阵列所处地区雷击大地的年平均密度（次/km2.a），（其中：ng=0.024td13）；

　　td—年平均雷暴日数，根据省气象台、站资料确定（d/a）；

　　ae—与光伏阵列截获相同雷击次数的等效面积（km2）。

　　（公式2中l、w、h分别为光伏阵列的长、宽、高）

　　避雷保护半径rx计算公式为：

　　式（3）中：h—避雷针高度；hx—被保护物高度；hr—滚球半径。

　　3.2 对雷电感应和雷电冲击波的防护

　　通过对太阳能光伏电站可能遭受雷击事件的概率大小来分析，控制机房内的控制器或逆变器遭损坏的概率最大，分析其原因，都是由于雷电波侵入造成的。因此，太阳能光伏电站在进行防雷设计时，必须采取有效措施，防止雷电感应和雷电波侵入。所以，考虑用避雷器等对雷电感应和雷电波侵入进行防护。

　　控制器和逆变器一般采用全户内型，为使光伏电池组件、控制器和逆变器在受到直击雷和感应雷时能有可靠的保护，在光伏电池组件支架、控制器和逆变器的非导电体的屋顶上装设环形避雷带作为防雷保护，并且避雷带设有数个独立引下线。为了对雷电感应进行防护，将光伏电站机房内的全部金属物，包括设备金属外壳、机架、金属管道、电缆金属外皮等可靠接地，并且将全部金属物用专用接地线单独接入接地干线。

　　雷电波侵入的主要途径是架空导线和光伏阵列到机房的引入线。为此，对避雷方案进行改进，可以采取多级防护措施对太阳能光伏并网发电系统进行保护。在太阳电池方阵接线箱内安装防雷模块；保持太阳电池方阵接线箱与控制柜间距大于10m；在控制器、逆变器内安装防雷元器件，使其具有防雷保护功能；在交流输出端，改变以往设计中在架空出线杆上安装低压阀式避雷器的做法，改用更加灵敏、安全、方便的浪涌保护器即防雷模块；防雷器件全部安装于防雨防尘的电源箱内，固定在架空出线杆上，防止雷电波由输电线路进入机房。这样就可以很好地对雷电波侵入进行有效防护。

　　可见，在太阳能光伏并网发电系统中，不仅需要考虑对直击雷的防护，还需要考虑对非直接雷击（雷电感应和雷电波）的防护。与此同时，不仅要知道雷击的次数，还要知道每次雷击的强度以及整个防雷系统内各个避雷装置的工作损坏情况。基于此，设计了上述完善的雷电监控系统，来保护太阳能光伏并网发电系统的设备和人身安全。

4 结束语

　　本监控系统的创新点就在于对太阳能光伏并网发电系统的避雷系统，针对三个组成部分的不同安装位置和各自的特点，对避雷方案进行综合改进，采用全面、有效的避雷设计方案，采取多级防护措施，对户内和户外发电设施分别进行有效地保护，确保太阳能光伏并网发电系统的正常工作。

　　将避雷监控技术应用于太阳能光伏并网发电系统，通过对户外太阳电池方阵的直击雷防护与户内控制器和逆变器的非直接雷击（雷电感应和雷电侵入波）的防护，达到使太阳能光伏并网发电系统有效和安全运行的目的。