CN103140765B - 连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内部监视装置(6)，该内部监视装置(6)安装在接线盒(2)中，在该接线盒(2)中，在电气路径上设有断路器(21a～21d)，由电流传感器(22a～22d)来对流过电气路径的直流电流(Ia～Id)进行检测，并基于检测到的直流电流(Ia～Id)来检测在反向上流过的反向电流，当检测到反向电流时，使断路器(21a～21d)断开。

Description

连接装置
技术领域
本发明涉及一种基于电流来检测故障的故障检测装置。
背景技术
已知为了获得大容量的电力，通常将多个电池等并联连接。例如，对于大规模的太阳能发电系统的情况，将多个PV(photovoltaic：光电)单元串联及并联连接(PV阵列)。此外，在太阳能发电系统中，为了防止短路或接地故障引起的过电流，有时会使用保险丝。另外，已知为了对太阳能电池的输出进行评价，测定电压值及电流值(例如，参照专利文献1)。
然而，对于太阳能发电系统那样利用自然能源来进行发电的情况，由于日照等自然环境的条件，未必能始终发出一定量的电力。因此，即使发生短路或接地故障等事故，有时也不会有过电流流过。在这种情况下，即使要检测过电流从而检测到短路等故障，也无法检测出故障。此外，即使设置了保险丝，也有可能保险丝未熔断，而仍在故障的状态下运行。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-77309号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种能对没有过电流流过的故障进行检测的故障检测装置。
基于本发明的观点的故障检测装置包括：开闭单元，该开闭单元对用于在正向上让直流电流流过的电气路径进行开闭；反向电流检测单元，该反向电流检测单元检测在反向上流过所述电气路径的反向电流；以及断开单元，该断开单元在由所述反向电流检测单元检测到所述反向电流时，使所述开闭单元断开。
附图说明
图1是表示应用了本发明的实施方式1所涉及的接线盒的太阳能发电系统的结构的结构图。
图2是表示实施方式1所涉及的事故检测部的结构的结构图。
图3是实施方式1所涉及的PV阵列所产生的电力的特性的特性图。
图4是表示应用了本发明的实施方式2所涉及的集电盒的太阳能发电系统的结构的结构图。
图5是表示应用了本发明的实施方式3所涉及的逆变器的太阳能发电系统的结构的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
图1是表示应用了本发明的实施方式1所涉及的接线盒2的太阳能发电系统10的结构的结构图。另外，对图中的相同部分标注相同标号并省略其详细说明，主要针对不同部分进行说明。之后的实施方式中也同样省略重复说明。
太阳能发电系统10包括多个PV单元1、接线盒2、逆变器3、互连变压器4、交流电力系统(电网)5、以及上级监视装置7。
PV单元1是利用太阳光来进行发电的电池。PV单元1构成用于增大发电容量的PV阵列。
接线盒2是用于将多个PV单元1与逆变器3相连接的装置。接线盒2的输入侧设有用于连接多个PV单元1的多个连接部位。在将PV单元1连接到接线盒2的输入侧后，PV单元1呈并联连接。由此，构成了PV阵列。接线盒2的输出侧与逆变器3的直流侧相连接。由此，并联连接的PV单元1(PV阵列)与逆变器3的直流侧相连接。
内部监视装置6安装在接线盒2中。内部监视装置6监视接线盒2的内部。例如，内部监视装置6对从各PV单元1输出的电流Ia～Id进行测量。即，内部监视装置6具有监视电流的功能。内部监视装置6监视接线盒2的状态。对于内部监视装置6，当检测到从PV单元1输出的电流Ia～Id的异常时，进行用于使被检测出异常电流的PV单元1解列的动作。此外，内部监视装置6将用于监视的、包含电流Ia～Id的各种信息发送给上级监视装置7。
逆变器3将由PV单元1所产生的直流电力转换为与交流电力系统5同步的交流电力。逆变器3经由互连变压器4将转换后的交流电力提供给交流电力系统5。由此，太阳能发电系统10与交流电力系统5进行系统互连。
互连变压器4将从逆变器3接收到的交流电压进行变压，以得到适合交流电力系统5的交流电压。
上级监视装置7通过用于发送和接收信息的通信线路来与内部监视装置6相连接。上级监视装置7基于从接线盒2的内部监视装置6接收到的各种信息来监视太阳能发电系统10。对于上级监视装置7，当检测到电流Ia～Id的异常时，向内部监视装置6输出用于使被检测出异常电流的PV单元1进行解列动作的指令。
接着，对接线盒2的结构进行说明。
接线盒2包括断路器(开关)21a～21d、电流传感器22a～22d、以及内部监视装置6。
断路器21a～21d分别设置在连接各PV单元1的连接部位与对PV单元1进行并联连接的连接点之间的电气路径上。各断路器21a～21d断开后，与各断路器21a～21d相对应的PV单元1从PV阵列中解列。断路器21a～21d将表示开闭状态的信号发送给内部监视装置6。
各电流传感器22a～22d是用于对分别在各PV单元1与将PV单元1并联连接的连接点之间流过的电流值(从各PV单元1输出的电流值)Ia～Id进行检测的传感器。电流传感器22a～22d将从PV单元1流向逆变器3的方向作为正方向(正向)来进行检测。电流传感器22a～22d将检测到的电流值Ia～Id发送给内部监视装置6。
内部监视装置6包括数据接收部61、事故检测部62、以及操作指令部63。
数据接收部61对分别由电流传感器22a～22d所检测到的电流值Ia～Id进行接收。数据接收部61从各断路器21a～21d接收表示开闭状态的信号。数据接收部61将与电流值Ia～Id有关的信息及表示断路器21a～21d的开闭状态的信号等各种信息发送给上级监视装置7。此外，数据接收部61将从电流传感器22a～22d接收到的电流值Ia～Id发送给事故检测部62。
事故检测部62基于从数据接收部61接收到的电流值Ia～Id来检测短路或接地故障等事故。对于事故检测部62，当检测到事故时，向操作指令部63输出表示检测到事故的事故检测信号。
对于操作指令部63，当从事故检测部62接收到事故检测信号时，将检测到事故的电流Ia～Id所流过的断路器21a～21d断开。此时，操作指令部63也可以使接线盒2的所有断路器21a～21d断开。由此，将与故障有关的PV单元1从并联连接中解列出来。此外，操作指令部63基于从上级监视装置7输出的操作指令来进行各断路器21a～21d的开闭操作。
图2是表示本实施方式所涉及的事故检测部62的结构的结构图。
事故检测部62包括反向电流检测部621、过电流检测部622、异常电流检测部623、以及OR(或)电路624。
数据接收部61包括直流电流测量部611。直流电流测量部611测量电流值Ia～Id的方向及大小。数据接收部61将测量到的电流值Ia～Id输出到反向电流检测部621、过电流检测部622、及异常电流检测部623。
反向电流检测部621在由数据接收部61所测量到的电流值Ia～Id中，检测在反向(从逆变器3侧流向PV单元1侧的方向)上流过的负电流值Ia～Id。对于反向电流检测部621，当检测到负电流值Ia～Id时，将检测到的电流值Ia～Id判断为事故电流。对于反向电流检测部621，若判断为事故电流，则将事故检测信号输出到”或”电路624。
过电流检测部622在由数据接收部61所测量到的电流值Ia～Id中，检测超过预先设定的规定电流值的电流值Ia～Id。对于过电流检测部622，当检测到超过规定电流值的电流值Ia～Id时，将检测到的电流值Ia～Id判断为事故电流。对于过电流检测部622，若判断为事故电流，则将事故检测信号输出到”或”电路624。
异常电流检测部623在由数据接收部61所测量到的电流值Ia～Id中，检测与其它电流值Ia～Id有很大不同的电流值Ia～Id。例如，检测比电流值Ia～Id的平均电流值大规定基准(规定值或规定的比例)以上的电流值或比电流值Ia～Id的平均电流值小规定基准以上的电流值。对于异常电流检测部623，当检测到与其它电流值Ia～Id有很大不同的电流值Ia～Id时，将检测到的异常电流值Ia～Id判断为事故电流。对于异常电流检测部623，若判断为事故电流，则将事故检测信号输出到”或”电路624。
对于”或”电路624，若从反向电流检测部621、过电流检测部622、或异常电流检测部623中的任何一个以上接收到事故检测信号，则向操作指令部63输出事故检测信号，以使事故电流所流过的断路器21a～21d断开。
对于操作指令部63，若从”或”电路624接收到事故检测信号，则输出用于使事故电流所流过的断路器21a～21d断开的断开指令。此时，也可以向所有断路器21a～21d输出断开指令。接收到断开指令的断路器21a～21d断开，由此来使与产生了事故的电气电路相连接的PV单元1解列。
图3是本实施方式所涉及的PV阵列所产生的电力的特性的特性图。PV阵列的PV单元1为串联或并联连接的结构。
曲线C1iv、C2iv、C3iv、C4iv、C5iv、C6iv、C7iv表示了PV阵列进行发电所输出的电流与电压的关系。曲线C1pv、C2pv、C3pv、C4pv、C5pv、C6pv、C7pv表示了PV阵列进行发电所输出的电压与电流的关系。曲线C1iv、C1pv表示发电能力为0.1kW/m^2时的特性，曲线C2iv、C2pv表示发电能力为0.2kW/m^2时的特性，曲线C3iv、C3pv表示发电能力为0.4kW/m^2时的特性，曲线C4iv、C4pv表示发电能力为0.6kW/m^2时的特性，曲线C5iv、C5pv表示发电能力为0.8kW/m^2时的特性，曲线C6iv、C6pv表示发电能力为1.0kW/m^2时的特性，曲线C7iv、C7pv表示发电能力为1.1kW/m^2时的特性。
如图3所示，在PV阵列中，即使在短路时(阵列电压0[V])，与正常运行时(阵列电压200～300[V])相比，阵列电流的大小也几乎没有改变。此外，输出电流会受到日照条件的影响。由此，仅靠检测过电流很难检测到所有的短路等事故。因此，在事故检测部62中，除过电流以外，还将在正常时不会流过的、在反向上流过的电流、或与在其它电气路径上流过的电流相比有很大不同的电流作为事故进行检测。
根据本实施方式，将反向电流或异常电流作为事故(故障)进行检测，由此能对通过检测过电流无法检测到的事故进行检测。由此，能对更多种类的事故进行检测。
此外，在接线盒2中设置分别使PV单元1解列的断路器21a～21d，并通过事故的检测来使符合条件的(或所有的)断路器21a～21d断开，由此能够仅利用接线盒2来应对故障。
另外，对于PV阵列那样多个PV单元1(电池)进行并联连接的情况，即使一部分PV单元1产生故障，但如果对于整体发电量而言是少量的，则故障所造成的影响较小。在这种情况下，即使测量电流，也可能无法发现故障。此外，在由多个PV单元1所构成的大规模的太阳能发电系统10中，现实中很难测定所有电气路径的电流。针对这些问题，通过使用安装了内部监视装置6的接线盒2，能够高效地对发电系统10的故障进行检测。
此外，将由内部监视装置6所收集的信息发送给上级监视装置7，由此，上级监视装置7能从外部监视太阳能发电系统10的运行状态。例如，上级监视装置7对由数据接收部61所测量到的电流值Ia～Id进行接收，由此能对流过接线盒2的电流Ia～Id进行持续监视。因此，上级监视装置7能起到作为电流监视装置的作用。此外，上级监视装置7对流过接线盒2的电流Ia～Id进行监视，由此能对内部监视装置6无法检测的故障进行检测。另外，对于检测到故障的情况，上级监视装置7经由内部监视装置6来使断路器21a～21d断开，由此能应对检测到的故障。
(实施方式2)
图4是表示应用了本发明的实施方式2所涉及的集电盒2A的太阳能发电系统10A的结构的结构图。
太阳能发电系统10包括多个PV单元1、多个接线盒8、集电盒2A、逆变器3、互连变压器4、交流电力系统5、以及上级监视装置7。
接线盒8是用于对多个PV单元1进行并联连接的装置。接线盒8的输入侧设有用于连接多个PV单元1的多个连接部位。在将PV单元1连接到接线盒8后，PV单元1呈并联连接。由此，构成了串单位的PV阵列。接线盒8的输出侧与集电盒2A的输入侧相连接。
接线盒8包括多个断路器21、以及多个二极管23。
各断路器21分别设置在连接各PV单元1的连接部位与对PV单元1进行并联连接的连接点之间的电气路径上。若断路器21断开，则与断路器21相对应的PV单元1从串单位的PV单元中解列。
各二极管23分别与各断路器21的输出侧串联连接。由此，使从集电盒2A向PV电源1侧逆流的电流截止。
集电盒2A是用于将多个串单位的PV阵列(通过接线盒8进行了并联连接的PV单元1)与逆变器3相连接的装置。集电盒2的输入侧设有用于连接多个接线盒8的多个连接部位。将接线盒8的输出侧与集电盒2A的输入侧相连接之后，串单位的PV阵列呈并联连接。由此，构成了组单位的PV阵列。集电盒2A的输出侧与逆变器3的直流侧相连接。由此，组单位的PV阵列与逆变器3的直流侧相连接。
集电盒2A的结构如下：在图1所示的实施方式1所涉及的接线盒2中，不在输入侧连接PV单元1，而是连接接线盒8(PV阵列)。其他方面与实施方式1相同。
接着，对集电盒2A的内部监视装置6的动作进行说明。
现假设与集电盒2A的断路器21a的输入侧相连接的接线盒8与集电盒2A的输入侧之间发生了短路。
此时，在断路器21a以外的断路器21b～21d中流过的电流Ib～Id在正方向上流动。然而，流过断路器21a的电流Ia由于从其它断路器21b～21d流过的电流Ib～Id的漏电流而流向短路点。因此，电流Ia在反向(负方向)上流动。
因此，内部监视装置6通过电流传感器22a来检测电流Ia的反向电流，从而使断路器21a断开。若断路器21a断开，则与断路器21a的输入侧相连接的串单位的PV阵列从组单位的PV阵列中解列。由此，将短路部位的电气电路从组单位的PV阵列中断开。
根据本实施方式，通过在集电盒2A内安装内部监视装置6，能够获得与实施方式1相同的作用效果。
(实施方式3)
图5是表示应用了本发明的实施方式3所涉及的逆变器3B的太阳能发电系统10B的结构的结构图。
太阳能发电系统10B包括多个PV单元1、逆变器3B、互连变压器4、交流电力系统5、以及上级监视装置7。
逆变器3B是在实施方式1的逆变器3中安装了与接线盒2(或实施方式2所涉及的集电盒2A)具有相同功能的集电盒功能部2B及内部监视装置6B的逆变器。逆变器3B的输入侧与多个PV单元1相连接。逆变器3B的输出侧经由互连变压器4与交流电力系统5相连接。上级监视装置7通过用于发送和接收信息的通信线路来与内部监视装置6B相连接。
逆变器3B包括集电盒功能部2B、内部监视装置6B、电力转换电路31、平滑电容器32、电抗器33、电容器34、保险丝35、以及接触器91、92。
平滑电容器32对提供给电力转换电路31的直流电力进行平滑处理。
电力转换电路31将由平滑电容器32进行平滑处理后得到的直流电力转换为与交流电力系统5同步的交流电力。电力转换电路31经由互连变压器4将转换后的交流电力提供给交流电力系统5。
电抗器33及电容器34设置在电力转换电路31的输出侧。电抗器33及电容器34构成交流滤波器。交流滤波器对从逆变器3B流入交流电力系统5的高次谐波电流进行抑制。
保险丝35设置在由电抗器33及电容器34所构成的交流滤波器的输出侧。保险丝35在电力转换电路31的直流侧产生故障时，防止从交流电力系统5流向故障点从而流入电力转换电路31的过电流。此外，保险丝35也防止从电力转换电路31输出的过电流。
接触器91设置于电力转换电路31的输入侧。接触器91使电力转换电路31与集电盒功能部2B连接或断开。
接触器92设置于保险丝35的输出侧。接触器92使电力转换电路31与互连变压器4连接或断开。
接着，对集电盒功能部2B的结构进行说明。
集电盒功能部2B是用于将多个PV单元1与电力转换电路31相连接的电路。集电盒功能部2B设置在逆变器3B的输入侧。逆变器3B的输入侧设有用于连接多个PV单元1的多个连接部位。在将PV单元1连接到逆变器3B的输入侧后，PV单元1与集电盒功能部2B的输入侧相连接。在将PV单元1连接到集电盒功能部2B的输入侧后，PV单元1呈并联连接。由此，构成了PV阵列。并联连接的PV单元1(PV阵列)与电力转换电路31的直流侧相连接。
集电盒功能部2B包括多个断路器21、多个电流传感器22、以及多个保险丝24。
断路器21设置在各PV单元1的正极和负极这两个部位。断路器21分别设置在连接各PV单元1的连接部位与对PV单元1进行并联连接的连接点之间的电气路径上。若断路器21断开，则与断路器21相对应的PV单元1从PV单元中解列。断路器21将表示开闭状态的信号发送给内部监视装置6B。
保险丝24设置在各正极的断路器21的输出侧。保险丝24防止过电流从电力转换电路31侧流向PV单元1侧的故障点。例如，如果是在正常运行时，对平滑电容器32进行充电。因此，若在PV单元1侧发生故障，则由于积蓄在平滑电容器32中的电荷，会有过电流从平滑电容器32流向故障点。此外，在运行时，接触器91、92闭合。因此，过电流会经由电力转换电路31从交流电力系统5流向故障点。由此，保险丝24防止上述这种过电流。
电流传感器22设置在各保险丝24的正极侧。电流传感器22是用于对分别在各PV单元1与将PV单元1并联连接的连接点之间的正极中流过的电流值进行检测的传感器。电流传感器22将从PV单元1流向电力转换电路31的方向作为正方向(正向)来进行检测。电流传感器22将检测到的电流值发送给内部监视装置6B。
内部监视装置6B是在图1所示的实施方式1所涉及的内部监视装置6中添加了直流电流监视部64以后的结构。其他方面与实施方式1相同。
直流电流间实部64是具备上级监视装置7的直流电流监视功能的结构。直流电流监视部64对由数据接收部61所测量到的电流值进行接收。直流电流监视部64将测量到的电流值显示在画面中。此外，直流电流监视部64具备内部监视装置6B与上级监视装置7之间的中继功能。利用该中继功能，上级监视装置7与内部监视装置6B之间进行信息的发送和接收。
根据本实施方式，使用安装了集电盒功能部2B及内部监视装置6B的逆变器3B来构建太阳能发电系统10B，由此能获得与实施方式1相同的作用效果。
此外，通过在逆变器3B中安装内部监视装置6B，能使逆变器3B起到直流电流监视装置的作用。
另外，在各实施方式中，也可以用保险丝来取代检测过电流来使断路器21断开的结构。此外，也可以并用这些结构。
此外，在实施方式3中，在逆变器3B的输入侧连接了PV单元1，但也可以连接由接线盒8等构成的PV阵列。
另外，本发明不仅限于上述实施方式，在实施阶段能够在不脱离其要点的范围内对结构要素进行变形来进行具体化。此外，通过将上述实施方式中所揭示的多个结构要素进行适当组合，能够形成各种发明。例如，可以从实施方式所示的所有结构要素中去掉几个结构要素。另外，也可以将所有不同的实施方式中的结构要素进行适当组合。
工业上的实用性
根据本发明，能提供一种能对没有过电流流过的故障进行检测的故障检测装置。

Claims (9)

1.一种连接装置，该连接装置将与输入侧相连接的多个直流电源并联连接后与连接在输出侧的负载侧的电路相连接，该连接装置的特征在于，包括：
开闭单元，该开闭单元分别对所述多个直流电源与所述多个直流电源进行并联连接的并联连接点之间的各个电气路径进行开闭；
反向电流检测单元，该反向电流检测单元对以从所述输出侧向所述输入侧的方向流过所述电气路径的反向电流进行检测；
异常电流检测单元，该异常电流检测单元在流过所述电气路径的电流的电流值中，检测与流过其它电气路径的电流的电流值不同的事故电流值；以及
断开单元，该断开单元在由所述反向电流检测单元检测到所述反向电流时，使对被检测出所述反向电流的所述电气路径进行开闭的所述开闭单元断开，在由所述异常电流检测单元检测到所述事故电流值的情况下，使检测到所述事故电流值的所述电气路径断开。
2.如权利要求1所述的连接装置，其特征在于，
包括过电流检测单元，该过电流检测单元对流过所述电气路径的过电流进行检测，
所述断开单元在由所述过电流检测单元检测到所述过电流时，使对被检测出所述过电流的所述电气路径进行开闭的所述开闭单元断开。
3.如权利要求1所述的连接装置，其特征在于，
所述直流电源通过接受光来进行发电。
4.一种电力转换装置，该电力转换装置将与输入侧相连接的多个直流电源并联连接，向连接在输出侧的负载侧电路提供交流电力，该电力转换装置的特征在于，包括：
电力转换电路，该电力转换电路将由并联连接的所述多个直流电源所提供的直流电力转换成用于提供给所述负载侧电路的交流电力；
开闭单元，该开闭单元分别对所述多个直流电源与所述多个直流电源进行并联连接的并联连接点之间的各个电气路径进行开闭；
反向电流检测单元，该反向电流检测单元对以从所述输出侧向所述输入侧的方向流过所述电气路径的反向电流进行检测；
异常电流检测单元，该异常电流检测单元在流过所述电气路径的电流的电流值中，检测与流过其它电气路径的电流的电流值不同的事故电流值；以及
断开单元，该断开单元在由所述反向电流检测单元检测到所述反向电流时，使对被检测出所述反向电流的所述电气路径进行开闭的所述开闭单元断开，在由所述异常电流检测单元检测到所述事故电流值的情况下，使检测到所述事故电流值的所述电气路径断开。
5.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于，
包括过电流检测单元，该过电流检测单元对流过所述电气路径的过电流进行检测，
所述断开单元在由所述过电流检测单元检测到所述过电流时，使对被检测出所述过电流的所述电气路径进行开闭的所述开闭单元断开。
6.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于，
所述直流电源通过接受光来进行发电。
7.一种发电系统，其特征在于，包括：
多个直流电源，该多个直流电源进行并联连接；
电力转换电路，该电力转换电路将由所述多个直流电源所提供的直流电力转换成用于提供给负载侧电路的交流电力；
开闭单元，该开闭单元分别对所述多个直流电源与所述多个直流电源进行并联连接的并联连接点之间的各个电气路径进行开闭；
反向电流检测单元，该反向电流检测单元对以从所述负载侧向所述多个直流电源侧的方向流过所述多个直流电源与所述并联连接点之间的各个电气路径的反向电流进行检测；
异常电流检测单元，该异常电流检测单元在流过所述电气路径的电流的电流值中，检测与流过其它电气路径的电流的电流值不同的事故电流值；以及
断开单元，该断开单元在由所述反向电流检测单元检测到所述反向电流时，使对被检测出所述反向电流的所述电气路径进行开闭的所述开闭单元断开，在由所述异常电流检测单元检测到所述事故电流值的情况下，使检测到所述事故电流值的所述电气路径断开。
8.如权利要求7所述的发电系统，其特征在于，
包括过电流检测单元，该过电流检测单元对流过所述电气路径的过电流进行检测，
所述断开单元在由所述过电流检测单元检测到所述过电流时，使对被检测出所述过电流的所述电气路径进行开闭的所述开闭单元断开。
9.如权利要求7所述的发电系统，其特征在于，
所述直流电源通过接受光来进行发电。
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