過去的光伏并網(wǎng)逆變器一般都會采用帶變壓器式的逆變器，包括在逆變器輸出端接工頻變壓器和在逆變器輸入端接高頻變壓器2種。雖然接壓器可以實現(xiàn)電壓調(diào)整和電氣隔離的作用，但也存在一些固有的缺點和不足，如工頻變壓器存在體積大、重量重、成本高等缺點；而高頻變壓器雖然體積小，結(jié)構(gòu)簡單，但因采用多級結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)控制復(fù)雜，轉(zhuǎn)換效率低。為了去掉笨重的工頻變壓器和復(fù)雜的高頻變壓器，這幾年我們使用了無變壓器結(jié)構(gòu)的組串式單項或者三相逆變器。大大提高了整個系統(tǒng)的效率，但同時也帶來了一些新的問題。

　　

　　例如，共模電流（在實際光伏并網(wǎng)設(shè)備中俗稱“漏電流”）、向電網(wǎng)注入直流分量等。由于在無變壓器光伏并網(wǎng)逆變器中沒有變壓器的隔離作用，電網(wǎng)與光伏陣列存在直接的電氣連接，而光伏陣列和地之間存在虛擬的寄生電容，因此形成了由寄生電容、濾波元件和電網(wǎng)阻抗組成的共模諧振回路。寄生電容上變化的共模電壓在這個共模諧振回路中就會產(chǎn)生相應(yīng)的共模電流（即漏電流），如下圖所示。

　　

　　無變壓器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的共模電流會帶來很多問題和危害，如引起并網(wǎng)電流的畸變、對其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾等，更為嚴(yán)重的是會對人身安全構(gòu)成重大威脅。因此一些國家對漏電流的要求進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定，如德國的VDE－0126－1－1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，漏電流超過30mA時，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)必須在0．3 S內(nèi)與電網(wǎng)斷開。因此漏電流抑制技術(shù)已經(jīng)成為分布式發(fā)電的一個新的問題。

　　

　　解決漏電流危害的方式

　　

　　抑制漏電流可以從逆變器本身解決，比如很多廠家提出如帶直流旁路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、帶交流旁路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、H5拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般都采用單極性PWM調(diào)制控制策略，通過利用本身的結(jié)構(gòu)特點，使主橋臂開關(guān)管關(guān)斷時，續(xù)流開關(guān)管導(dǎo)通，從而使直流側(cè)和交流側(cè)斷開，實現(xiàn)抑制漏電流的目的（單相機(jī)）。

　　

　　對于三相全橋式拓?fù)?，采用傳統(tǒng)的SPWM法和SVPWM法是不能有效抑制漏電流的，很多廠家，比如古瑞瓦特10－33KW采用了改進(jìn)型SPWM算法，因能夠使共模電壓恒定，可以有效抑制漏電流。

　　

　　由于目前的組串式逆變器多為高頻不隔離逆變器，漏電流影響還是比較嚴(yán)重的。由于逆變器在高頻切換時，部分輸出電流會經(jīng)由EMI Y電容流經(jīng)PV array的寄生電容后，再流回逆變器，因此只要EMI Y電容或PV array的寄生電容越大，所產(chǎn)生的高頻對地漏電流也就越大，以致使逆變器的輸出電流波形被影響的程度，也就越嚴(yán)重。

　　

　　綜上，光伏系統(tǒng)中必須安裝漏電流保護(hù)裝置。

　　

　　漏電保護(hù)器

　　

　　漏電開關(guān)的正確稱呼為剩余電流保護(hù)裝置（以下簡稱RCD），是一種具有特殊保護(hù)功能（漏電保護(hù)）的空氣斷路器。它所檢測的是剩余電流，即被保護(hù)回路內(nèi)相線和中性線電流瞬時值的代數(shù)和（其中包括中性線中的三相不平衡電流和諧波電流）。為此，RCD的整定值，也即其額動作電流IΔn，只需躲開正常泄漏電流值即可，此值以mA計，所以RCD能十分靈敏地切斷保護(hù)回路的接地故障，還可用作防直接接觸電擊的后備保護(hù)。

　　

　　漏電保護(hù)器是一種利用檢測被保護(hù)電網(wǎng)內(nèi)所發(fā)生的相線對地漏電或觸電電流的大小，而作為發(fā)出動作跳閘信號，并完成動作跳閘任務(wù)的保護(hù)電器。在裝設(shè)漏電保護(hù)器的低壓電網(wǎng)中，正常情況下，電網(wǎng)相線對地泄漏電流（對于三相電網(wǎng)中則是不平衡泄漏電流）較小，達(dá)不到漏電保護(hù)器的動作電流值，因此漏電保護(hù)器不動作。當(dāng)被保護(hù)電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生漏電或人身觸電等故障后，通過漏電保護(hù)器檢測元件的電流達(dá)到其漏電或觸電動作電流值時，則漏電保護(hù)器就會發(fā)生動作跳閘的指令，使其所控制的主電路開關(guān)動作跳閘，切斷電源，從而完成漏電或觸電保護(hù)的任務(wù)。它除了空氣斷路器的基本功能外，還能在負(fù)載回路出現(xiàn)漏電（其泄漏電流達(dá)到設(shè)定值）時能迅速分?jǐn)嚅_關(guān)，以避免在負(fù)載回路出現(xiàn)漏電時對人員的傷害和對電氣設(shè)備的不利影響。

　　

　　由于光伏系統(tǒng)的組件與大地之間有寄生電容的存在，在雨后或者夏季的清晨，組件與大地之間的絕緣阻抗降低。逆變器開機(jī)（繼電器閉合）后，產(chǎn)生了較大的漏電流，導(dǎo)致漏電保護(hù)器動作，不能并網(wǎng)。這是一個常見的現(xiàn)象。當(dāng)太陽出來后，或者地面雨水蒸發(fā)完。系統(tǒng)恢復(fù)正常。

　　

　　AFCI

　　

　　AFCI：（Arc－Fault Circuit－Interrupter）即電弧故障斷路器。

　　

　　它在傳統(tǒng)的斷路器的基礎(chǔ)上添加了對故障電弧起保護(hù)作用的功能，以防范電弧引發(fā)的火災(zāi)。它是一種電路保護(hù)裝置，其主要作用是為了防止由故障電弧引起的火災(zāi)。它有檢測并區(qū)別電器啟?；蜷_關(guān)時產(chǎn)生的正常電弧和故障電弧的能力，在發(fā)現(xiàn)故障電弧及時切斷電路。

　　

　　AFCI的出現(xiàn)為用電安全提供了可靠的保障。它最早應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，并逐步進(jìn)入人們的日常生活之中。故障電弧斷路保護(hù)技術(shù)（AFCI技術(shù)）可替代過去的漏電、過流、短路保護(hù)器，同時在家用電器的故障保護(hù)上。

　　

　　下圖為AFCI采樣電路板，（古瑞瓦特40Kw逆變器內(nèi)部含）

　　

　　光伏系統(tǒng)為什么要有AFCI功能？

　　

　　由于組件接頭接點松脫、接觸不良、電線受潮、絕緣破裂等原因，直流線路可能產(chǎn)生電弧，組件系統(tǒng)電壓高達(dá)800－1000V．電弧產(chǎn)生的高溫極易導(dǎo)致鄰近的物質(zhì)達(dá)到燃點而發(fā)生火災(zāi)．UL以及NEC對80V以上的直流系統(tǒng)，都有AFCI的強(qiáng)制要求。

　　

　　由于光伏系統(tǒng)火災(zāi)不能直接用水撲滅，預(yù)警和預(yù)防顯得十分重要。特別是彩鋼瓦屋面，維護(hù)人員不能容易的檢查出故障點和隱患。所以逆變器加裝AFCI功能是十分必要的。

　　

　　電弧

　　

　　電弧是兩個電極之間跨越某種絕緣介質(zhì)的持續(xù)放電現(xiàn)象，經(jīng)常伴隨著電極的局部揮發(fā)。典型的電弧是在陰、陽兩極之間的空氣間隔中形成的。電弧中心溫度一般為5000至15000攝氏度。電弧存在的區(qū)域會產(chǎn)生很高的電離氣壓，導(dǎo)致電弧被局限的任何地方都會釋放出高熱氣體和電極物質(zhì)粒子。

　　

　　電力系統(tǒng)在正常工作時比如電機(jī)旋轉(zhuǎn)和插拔開關(guān)也會有電弧發(fā)生，稱為“好弧”（Good Are）。這些電弧是瞬時性的，不會持續(xù)存在，也并不影響線路和設(shè)備的正常工作，也不會引起火災(zāi)。所以發(fā)生“好弧”的情況下，通常認(rèn)為線路和設(shè)備是安全的，斷路器如果認(rèn)為發(fā)生了故障而斷開電路，稱為斷路器誤跳閘（UnwantedTrip）。誤跳閘影響設(shè)備正常運行，是需要避免的。

　　

　　線路因為絕緣老化或者短路等原因而引起的預(yù)想外的線路電弧為故障電弧，也稱為“壞弧”（Bad Arc），分為以下2種類型：

　　

　　串聯(lián)電弧

　　

　　電弧僅在一條導(dǎo)線中燃燒。磨損的導(dǎo)線被外力拉開或者插座和鉸鏈觸點連接發(fā)生松動所發(fā)生的故障電弧都屬于串聯(lián)電弧。串聯(lián)電弧故障電流由于受負(fù)載限制，不會超過導(dǎo)線的負(fù)荷。

　　

　　并聯(lián)電弧

　　

　　光伏系統(tǒng)中，直流線纜的絕緣皮被扎破或者被劃破。發(fā)生的電弧都屬于并聯(lián)電弧。

　　

　　在空氣中電弧的溫度是非常高的，小電流的電弧溫度能夠達(dá)到大概6000K，而電流值越大，溫度也越高，下圖清楚顯示了兩者的關(guān)系。雖然這些溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到了易燃物的燃燒點，但是并不意味著遇到電弧易燃物一定會燃燒。電弧持續(xù)燃燒需要脆弱的能量平衡，所以當(dāng)有固體物質(zhì)阻攔了路徑時，小電流的電弧很容易熄滅。因此需要在一定的條件下，電弧才能持續(xù)燃燒，并引起火災(zāi)。

　　

　　光伏系統(tǒng)的直流電弧

　　

　　光伏系統(tǒng)的直流故障電弧現(xiàn)象是系統(tǒng)線路直流端在回路意外斷開后擊穿空氣而形成的弧光放電現(xiàn)象。

　　

　　從微觀上講，當(dāng)兩電極間的電場強(qiáng)度足夠大，極間自由電子的運動能量撞擊空氣中的中性分子或原子并足以使其游離出更多帶負(fù)電的自由電子和帶正電的正離子時，電場強(qiáng)度會進(jìn)一步加強(qiáng)。在該電場中，電子撞向陰極，而正離子撞向陽極。若正離子的能量能使陰極游離出新的電子，輝光放電就轉(zhuǎn)化為弧光放電，即形成電弧。由此可見，電弧是一種氣體游離放電現(xiàn)象，也是一種等離子體。

　　

　　從宏觀來看，光伏系統(tǒng)的直流故障電弧現(xiàn)象可以發(fā)生

　　

　　在直流電路斷路器、光伏陣列的旁路二極管和電池連接處、接插件、熔斷器、逆變器等多處位置，若沒有采取及時的控制措施，持續(xù)的電弧將產(chǎn)生3000－7000℃的高溫，極易燒毀絕緣層和周圍可燃物而引起火災(zāi)。

　　

　　電弧的檢測和分析

　　

　　實際上，電弧具有多種物理特性，但是在現(xiàn)有技術(shù)條件下方便檢測的不多。如力學(xué)上，電弧燃燒會產(chǎn)生飛濺，但難以作為檢測標(biāo)準(zhǔn)：熱學(xué)上，電弧燃燒會產(chǎn)生高溫，雖然現(xiàn)在已有測量局部熱點的技術(shù)，但對于大型光伏電站而言成本過高；聲學(xué)上，電弧燃燒會發(fā)出噪聲，該特性可用于匯流箱內(nèi)的電弧檢測，而其他位置的電弧不適合用此種方法檢測；光學(xué)上，電弧燃燒會發(fā)出特定頻段的可見光和紫外光，但與熱學(xué)和聲學(xué)特性相同，該方法不合適大型光伏電站的檢測。因此，電學(xué)特性成為目前技術(shù)條件下唯一可行的檢測方法，而電流特性因其良好傳播特性被作為重點研究的對象。

　　

　　目前已知的逆變器電弧分析方法就是高頻傅立葉分析法，這種方法有98％的準(zhǔn)確性和0．1％的誤報率。光伏系統(tǒng)直流故障電弧的檢測涉及較多故障電弧的電壓與電流的頻域特性，而傅里葉分析是將信號由時域轉(zhuǎn)至頻域的常用工具。