CN104333213A - 一种pv阵列输出过压时的保护方法、设备及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种PV阵列输出过电压时的保护方法，包括：检测PV阵列的输出电压；当PV阵列的输出电压大于逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制第一开关断开，控制Boost电路中的开关管闭合；判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制开关管断开和闭合，以使母线电容的电压稳定于第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动。从而保护Boost开关管、母线电容和逆变器中的开关管，以免器件长时间承受高压而损坏。

Description

一种PV阵列输出过压时的保护方法、设备及系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种PV阵列输出过电压时的保护方法、设备及系统。
背景技术
在现有的光伏发电系统中，光伏PV阵列都是通过电缆与逆变器直接相连。由于每种规格的逆变器的输入电压都有一定的范围，当输入电压超过这个范围时，逆变器可能会造成损坏。当在冬天温度比较低时，PV阵列的开路电压会比较高，可能大于逆变器的最大启动电压，这会使得逆变器由于PV侧电压过高而不能启动。另外过高的PV侧电压可能会超过逆变器的最大输入电压值，造成逆变器的损坏。除了温度比较低导致PV阵列的开路电压比较高之外，用户在安装过程中由于计算失误或者没有仔细看使用说明书也会导致PV阵列的开路电压过高，从而造成逆变器损坏。
因此，本领域技术人员需要提供一种技术，能够在PV阵列的输出电压过压时，保护逆变器不被损坏地成功启动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种PV阵列输出过电压时的保护方法、设备及系统，能够在PV阵列的输出电压过压时，保护逆变器不被损坏的成功启动。
本发明实施例提供一种PV阵列输出过电压时的保护方法，应用于光伏发电系统中，PV阵列的输出端连接Boost电路的输入端，所述Boost电路的输出端连接逆变器；第一开关和第一电容串联后连接在所述PV阵列的正输出端PV+和PV阵列的负输出端PV-之间；
所述方法包括以下步骤：
检测所述PV阵列的输出电压；
当所述PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制所述第一开关断开，控制所述Boost电路中的开关管闭合，以使所述PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
优选地，判断所述母线电容上的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，且逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪模式，控制所述第一开关闭合。
本发明实施例还提供一种PV阵列输出过电压时的保护方法，应用于光伏发电系统中，该系统包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列，且第一路PV阵列和第二路PV阵列是相互独立地；所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第二路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；
所述方法包括以下步骤：
检测任意一路PV阵列的输出电压；
当检测的所述输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制所述第一开关和第二开关断开，控制所述第一Boost电路和第二Boost电路中的开关管均闭合，以使所述第一路PV阵列和第二路PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
本发明实施例还提供一种PV阵列输出过电压时的保护方法，应用于光伏发电系统中，该系统包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列；第一路PV阵列和第二路PV阵列的输出端并联在一起；所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第二路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；所述方法包括以下步骤：
检测所述PV阵列的输出电压；
当所述PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制所述第一开关和第二开关断开，控制所述各个Boost电路中的开关管闭合，以使所述PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
本发明实施例还提供一种PV阵列输出过电压时的保护设备，应用于光伏发电系统中，PV阵列的输出端连接Boost电路的输入端，所述Boost电路的输出端连接逆变器；第一开关和第一电容串联后连接在所述PV阵列的正输出端PV+和PV阵列的负输出端PV-之间；
所述设备包括：
第一电压检测单元，用于检测所述PV阵列的输出电压；
第一电压判断单元，用于判断所述PV阵列的输出电压是否大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值；
第一控制单元，用于在PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制第一开关断开，控制所述Boost电路中的开关管闭合，以使所述PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
第一母线电压判断单元，用于判断母线电容上的电压是否降低到第一预设电压值；所述母线电容并联在所述逆变器的正输入端和负输入端之间；
所述第一控制单元，还用于控制所述逆变器启动。判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
优选地，所述第一功率判断单元，还用于判断所述逆变器输出的功率是否大于预设功率时；
所述第一控制单元，还用于当所述母线电容上的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，且所述逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪模式，控制所述第一开关闭合。
本发明实施例还提供一种PV阵列输出过电压时的保护设备，应用于光伏发电系统中，该系统包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列，每路所述PV阵列的输出端相互独立或每路所述PV阵列的输出端并联在一起；所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；
所述设备包括：
第二电压检测单元，用于检测任意一路PV阵列的输出电压；
第二电压判断单元，用于判断检测的所述输出电压是否大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值；
第二控制单元，用于当所述输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时；控制所述第一开关和第二开关断开，控制所述第一Boost电路和第二Boost电路中的开关管均闭合，以使所述第一路PV阵列和第二路PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
第二母线电压判断单元，用于判断母线电容上的电压是否降低到第一预设电压值；所述母线电容并联在所述逆变器的正输入端和负输入端之间；
所述第二控制单元，还用于母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，控制逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
本发明实施例还提供一种PV阵列输出过电压时的保护系统，包括：PV阵列、Boost电路、逆变器、第一开关和第一电容；
当所述PV阵列为一路时，所述PV阵列的输出端连接所述Boost电路的输入端，所述Boost电路的输出端连接所述逆变器的输入端；所述第一开关和第一电容串联后连接所述PV阵列的正输出端和负输出端之间；
当所述PV阵列包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列时，每路所述PV阵列的输出端并联在一起或者输出端相互独立，所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第二路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；该系统还包括：PV阵列的输出电压检测装置、母线电容电压检测装置和控制器；
所述PV阵列的输出电压检测装置，用于检测所述PV阵列的输出电压；
所述控制器，用于当所述PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，同时控制所述第一开关和第二开关断开，同时控制所述每路Boost电路中的开关管闭合，以使所述PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
所述母线电容电压检测装置，用于检测母线电容上的电压；所述母线电容并联在所述Boost电路的正输出端和负输出端之间；
所述控制器，还用于母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，控制逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
优选地，所述控制器，还用于判断所述母线电容上的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，且所述逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪模式，控制所述第一开关闭合。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
当逆变器停机时，如果检测到的PV阵列的输出电压或Vopen值大于逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，则控制S1断开，再导通开关管T1，短路PV阵列的两个输出端，PV阵列两端的电压为零，从而保护Boost开关管、母线电容和逆变器中的开关管；母线电容上的电压会由于控制电路板上的供电损耗、自身放电而进一步降低，母线电容和逆变器中的开关管也会由于母线电容的电压下降而得到保护，以免器件长时间承受高压而损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的方法实施例一基于的电路图；
图2是本发明提供的方法实施例一流程图；
图3是本发明提供的方法实施例二基于的电路图；
图4是本发明提供的方法实施例二流程图；
图5是本发明提供的方法实施例三流程图；
图5a是本发明提供的方法实施例三基于的电路图；
图6是本发明提供的设备实施例一示意图；
图7是本发明提供的设备实施例二示意图；
图8是本发明提供的系统实施例一示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
方法实施例一：
参见图1，该图为本发明提供的方法实施例一基于的电路图。
图1所示的是以一路PV阵列为例进行说明，PV阵列100的输出端连接Boost电路的输入端，所述Boost电路的输出端连接逆变器200；第一开关S1和第一电容C1串联后连接在所述PV阵列100的正输出端PV+和PV阵列的负输出端PV-之间；
可以理解的是，Boost电路包括电感L1、开关管T1和二极管D。
另外，该系统中还包括第一二极管D1和母线电容C。
母线电容C并联在Boost电路的输出端。
下面结合图1介绍图2的方法流程。
参见图2，该图为本发明提供的方法实施例一流程图。
本实施例提供的PV阵列输出过电压时的保护方法，应用于光伏发电系统中，包括以下步骤：
S201：检测所述PV阵列的输出电压；
S202：当所述PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制所述第一开关S1断开，控制所述Boost电路中的开关管T1闭合，以使所述PV阵列100的正输出端和负输出端之间的电压为零；
可以理解的是，当S1断开，T1闭合时，PV阵列100的两个输出端被短路，但是母线电容C上此时是有电压的，随着用电设备的耗电，母线电容C上的电压在逐渐降低。当C上电压降低到逆变器可以启动的电压时，才允许逆变器启动，这样可以避免PV阵列100输出的过压施加在逆变器上，可以保护逆变器不受损坏。
S203：判断母线电容C上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；所述母线电容C并联在所述Boost电路的正输出端和负输出端之间；所述第一预设电压值大于所述逆变器并网所需的最小直流母线电压值；
S204：然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管T1闭合并持续t2时间，如此反复控制所述开关管T1断开和闭合，以使所述母线电容C上的电压稳定在第一电压预设值和第二电压预设值之间，逆变器启动。
需要说明的是，逆变器启动的前提条件是母线电容上的电容处于第一电压预设值和第二电压预设值之间。
需要说明的是，t1和t2之和是一个PWM脉冲信号周期。该PWM脉冲信号用于控制T1的开关状态。
反复控制T1的开关状态是为了使PV阵列给母线电容C进行充电，使逆变器在PV阵列输出过压时，可以实现正常的启动。
需要说明的是，当T1断开时，PV阵列给母线电容充电，但是PV阵列的电压值被母线电容上的电压箝位，因此，不会瞬间达到PV阵列的开路电压值，而是随着母线电容上的电压升高而升高。当T1闭合时，母线电容上的电压由逆变器向电网输出能量，控制电路上的供电损耗和母线电容自身放电而降低，通过控制t1和t2的大小，可以控制母线电容上的电压在第一电压预设值和第二电压预设值之间波动。当逆变器输出一定的功率值且母线电容上的电压稳定在一定范围内时，说明逆变器高压启动结束。
可以理解的是，在冬天，尤其是冬天的早晨，环境温度比较低，此时PV阵列100的开路电压比较高，会超过逆变器的最大启动电压，这样逆变器无法正常启动，而本实施例提供的方法可以使逆变器在这种情况下正常启动而不被损坏。
当判断所述母线电容上的电压稳定在第一电压预设值和第二电压预设值之间且逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪MPPT模式，控制所述第一开关S1闭合。
可以理解的是，当逆变器成功启动以后，会输出一定的功率，因此，当逆变器输出的功率大于预设功率时，判断启动成功，可以进入MPPT模式。
另外，本发明提供的方法，还适用于当逆变器正在工作时，由于某种原因停机时的保护。这时逆变器的直流侧电压为PV阵列的开路电压，这个电压值可能会比较高，对Boost电路中的开关管、母线电容和逆变器中的开关管均可能造成损伤，因此可以利用本发明提供的方法对这种情况进行抑制。
逆变器正常运行过程中，可以获得逆变器的最大功率点电压，因此可以推算出此时PV阵列的开路电压值Vopen。
可以理解的是，PV阵列的开路电压值就是PV阵列的输出端开路时PV阵列的输出电压。
当逆变器停机时，如果检测到的PV阵列的输出电压或Vopen值大于逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，则控制S1断开，再导通开关管T1，短路PV阵列的两个输出端，PV阵列两端的电压为零，从而保护Boost开关管、母线电容和逆变器中的开关管；母线电容上的电压会由于控制电路板上的供电损耗、自身放电而进一步降低，母线电容和逆变器中的开关管也会由于母线电容的电压下降而得到保护，以免器件长时间承受高压而损坏。
方法实施例二：
需要说明的是，方法实施例一中基于的光伏发电系统是以一路PV阵列为例来说明的，本实施例中介绍的方法是基于光伏发电系统中至少两路PV阵列处于独立工作模式。
参见图3，该图为本发明提供的方法实施例二基于的电路图。
该系统包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列100a和第二路PV阵列100b；所述第一路PV阵列100a的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关S1和第一电容C1；所述第一路PV阵列100a的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器200；所述第二路PV阵列100b的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关S2和第二电容C2；所述第二路PV阵列100b的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器200；
从图3中可以看出，两路PV阵列没有共用同一个Boost电路，而是分别对应一个Boost电路，但是，共用同一个逆变器。
参见图4，该图为本发明提供的方法实施例二流程图。本实施例提供的方法包括以下步骤：
S401：检测任意一路PV阵列的输出电压；
S402：当检测的所述输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，同时控制所述第一开关和第二开关断开，同时控制所述第一Boost电路和第二Boost电路中的开关管均闭合，以使所述第一路PV阵列和第二路PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
S403：判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；所述母线电容并联在所述逆变器的正输入端和负输入端之间；所述第一预设电压值大于所述逆变器并网所需的最小直流母线电压值；
S404：然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间，如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压。
本实施例提供的方法与方法实施例一的区别是，光伏发电系统中包括多路PV阵列的情况，只要判断有一路PV阵列的输出电压出现过电压，就需要控制每路PV阵列对应的开关断开和对应的Boost电路中的开关管闭合。
当判断所述母线电容上的电压稳定在第一电压预设值和第二电压预设值之间且逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪MPPT模式，控制所述第一开关S1闭合。
可以理解的是，当逆变器成功启动以后，会输出一定的功率，因此，当逆变器输出的功率大于预设功率时，判断启动成功，可以进入MPPT模式。
方法实施例三：
参见图5，该图为本发明提供的方法实施例三流程图。
本实施例中基于的电路图参见图5a，下面仅描述本方法实施例对应的光伏发电系统的连接关系，与方法实施例二对应的光伏发电系统的区别是，PV阵列的输出端并联在一起，不是图3所示的单独连接。
本实施例提供的方法应用于光伏发电系统中，该系统包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列；第一路PV阵列和第二路PV阵列的输出端并联在一起；这时每路Boost电路的输入电压是一样的，所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第二路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；
参见图5，本实施例提供的方法包括以下步骤：
S501：检测所述PV阵列的输出电压；
S502：当所述PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制第一开关和第二开关均断开，控制第一Boost电路中的开关管和第二Boost电路中的开关管均闭合，以使所述PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
S503：判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；所述母线电容并联在所述Boost电路的正输出端和负输出端之间；所述第一预设电压值大于所述逆变器并网所需的最小直流母线电压值；
S504：然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间，如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使母线电容的电容上稳定于第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最高启动电压。
本实施例中，由于所有的PV阵列的输出端并联在一起，因此，Boost电路的输入电压均是相同的，只要检测PV阵列的输出电压来同时控制每路与电容串联的开关和每路Boost电路的开关管的开关状态即可。
当判断所述母线电容上的电压稳定在第一电压预设值和第二电压预设值之间且逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪MPPT模式，控制所述第一开关S1闭合。
可以理解的是，当逆变器成功启动以后，会输出一定的功率，因此，当逆变器输出的功率大于预设功率时，判断启动成功，可以进入MPPT模式。
基于以上实施例提供的一种PV阵列输出过电压时的保护方法，本发明还提供了一种PV阵列输出过电压时的保护设备，下面结合附图来进行详细的说明。
设备实施例一：
参见图6，该图为本发明提供的设备实施例一示意图。
需要说明的是，本实施例提供的设备基于的单路PV阵列的光伏发电系统的拓扑如图1所示。
本实施例提供的PV阵列输出过电压时的保护设备，应用于光伏发电系统中，PV阵列的输出端连接Boost电路的输入端，所述Boost电路的输出端连接逆变器；第一开关和第一电容串联后连接在所述PV阵列的正输出端PV+和PV阵列的负输出端PV-之间；
所述设备包括：
第一电压检测单元601，用于检测所述PV阵列的输出电压；
第一电压判断单元602，用于判断所述PV阵列的输出电压是否大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值；
第一控制单元603，用于在PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制第一开关断开，控制所述Boost电路中的开关管闭合，以使所述PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
第一母线电压判断单元604，用于判断母线电容上的电压是否降低到第一预设电压值；所述母线电容并联在所述逆变器的正输入端和负输入端之间；
所述第一控制单元603，还用于控制所述逆变器启动。判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动。所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
需要说明的是，t1和t2之和是一个PWM脉冲信号周期。该PWM脉冲信号用于控制T1的开关状态。
反复控制T1的开关状态是为了使PV阵列给母线电容C进行充电，使逆变器在PV阵列输出过压时，可以实现正常地启动。
需要说明的是，当T1断开时，PV阵列给母线电容充电，但是PV阵列的电压值被母线电容上的电压箝位，因此，不会瞬间达到PV阵列的开路电压值，而是随着母线电容上的电压升高而升高。当T1闭合时，母线电容上的电压由逆变器向电网输出能量，控制电路上的供电损耗和母线电容自身放电而降低，通过控制t1和t2的大小，可以控制母线电容上的电压在一定范围内波动。当母线电容上的电压稳定在一定范围内时，说明逆变器高压启动结束。
可以理解的是，在冬天，尤其是冬天的早晨，环境温度比较低，此时PV阵列100的开路电压比较高，会超过逆变器的最大启动电压，这样逆变器无法正常启动，而本实施例提供的方法可以使逆变器在这种情况下正常启动而不被损坏。
当判断所述母线电容上的电压稳定在第一电压预设值和第二电压预设值之间且逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪MPPT模式，控制所述第一开关S1闭合。
可以理解的是，当逆变器成功启动以后，会输出一定的功率，因此，当逆变器输出的功率大于预设功率时，判断启动成功，可以进入MPPT模式。
另外，本发明提供的方法，还适用于当逆变器正在工作时，由于某种原因停机时的保护。这时逆变器的直流侧电压为PV阵列的开路电压，这个电压值可能会比较高，对Boost电路中的开关管、母线电容和逆变器中的开关管均可能造成损伤，因此可以利用本发明提供的方法对这种情况进行抑制。
逆变器正常运行过程中，可以获得逆变器的最大功率点电压，因此可以推算出此时PV阵列的开路电压值Vopen。
可以理解的是，PV阵列的开路电压值就是PV阵列的输出端开路时PV阵列的输出电压。
当逆变器停机时，如果检测到的PV阵列的输出电压或Vopen值大于逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，则控制S1断开，再导通开关管T1，短路PV阵列的两个输出端，PV阵列两端的电压为零，从而保护Boost开关管、母线电容和逆变器中的开关管；母线电容上的电压会由于控制电路板上的供电损耗、自身放电而进一步降低，母线电容和逆变器中的开关管也会由于母线电容的电压下降而得到保护，以免器件长时间承受高压而损坏。
需要说明的是，所述第一母线电压判断单元604，还用于判断所述母线电容上的电压是否达到稳定状态；
所述第一控制单元603，还用于当所述母线电容上的电压达到稳定状态时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪模式，控制所述第一开关闭合。
设备实施例二：
参见图7，该图为本发明提供的设备实施例二示意图。
本实施例提供的设备适用于的光伏发电系统中包括多路PV阵列，并且多路PV阵列单独连接的情况。
应用于光伏发电系统中，该系统包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列；每路所述PV阵列的输出端相互独立或每路所述PV阵列的输出端并联在一起；所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；
所述设备包括：
第二电压检测单元701，用于检测任意一路PV阵列的输出电压；
第二电压判断单元702，用于判断检测的所述输出电压是否大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值；
第二控制单元703，用于当所述输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时；控制所述第一开关和第二开关断开，控制所述第一Boost电路和第二Boost电路中的开关管均闭合，以使所述第一路PV阵列和第二路PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
第二母线电压判断单元704，用于判断母线电容上的电压是否降低到第一预设电压值；所述母线电容并联在所述逆变器的正输入端和负输入端之间；
所述第二控制单元703，还用于控制所述逆变器启动。判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动。所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
本实施例提供的设备与设备实施例一的区别是，光伏发电系统中包括多路PV阵列的情况，只要判断有一路PV阵列的输出电压出现过电压，就需要控制所有的PV阵列对应的开关断开和对应的Boost电路中的开关管闭合。
当判断所述母线电容上的电压稳定在第一电压预设值和第二电压预设值之间且逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪MPPT模式，控制所述第一开关S1闭合。
可以理解的是，当逆变器成功启动以后，会输出一定的功率，因此，当逆变器输出的功率大于预设功率时，判断启动成功，可以进入MPPT模式。
系统实施例一：
参见图8，该图为本发明提供的系统实施例一示意图。
本实施例提供的PV阵列输出过电压时的保护系统，包括：PV阵列100、Boost电路300、逆变器200、第一开关S1和第一电容C1；
第一开关S1和第一电容C1串联组成第一支路，该第一支路并联在PV阵列100的正输出端和负输出端。
当所述PV阵列100为一路时，所述PV阵列100的输出端连接所述Boost电路300的输入端，所述Boost电路300的输出端连接所述逆变器200的输入端；所述第一开关S1和第一电容C1串联后连接所述PV阵列100的正输出端和负输出端之间；
当所述PV阵列包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列时，每路所述PV阵列的输出端并联在一起或者输出端相互独立，所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第二路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；
该系统还包括：PV阵列的输出电压检测装置400、母线电容电压检测装置500和控制器600；
所述PV阵列的输出电压检测装置400，用于检测所述PV阵列的输出电压；
所述控制器600，用于当所述PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制所述第一开关S1和第二开关S2断开，控制所有Boost电路300中的开关管闭合，以使所述PV阵列100的正输出端和负输出端之间的电压为零；
所述母线电容电压检测装置500，用于检测所述母线电容C上的电压；所述母线电容C并联在所述逆变器200的正输入端和负输入端之间；
所述控制器600，还用于控制所述逆变器200启动。判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动。所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
所述控制器600，还用于判断所述母线电容上的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，且所述逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪模式，控制所述第一开关闭合。
需要说明的是，以上所有实施例中的最大启动电压小于最大直流输入电压允许值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种PV阵列输出过电压时的保护方法，其特征在于，应用于光伏发电系统中，PV阵列的输出端连接Boost电路的输入端，所述Boost电路的输出端连接逆变器；第一开关和第一电容串联后连接在所述PV阵列的正输出端PV+和PV阵列的负输出端PV-之间；
所述方法包括以下步骤：
检测所述PV阵列的输出电压；
当所述PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制所述第一开关断开，控制所述Boost电路中的开关管闭合，以使所述PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
2.根据权利要求1所述的PV阵列输出过电压时的保护方法，其特征在于，判断所述母线电容上的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，且逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪模式，控制所述第一开关闭合。
3.一种PV阵列输出过电压时的保护方法，其特征在于，应用于光伏发电系统中，该系统包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列，且第一路PV阵列和第二路PV阵列是相互独立地；所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第二路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；
所述方法包括以下步骤：
检测任意一路PV阵列的输出电压；
当检测的所述输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制所述第一开关和第二开关断开，控制所述第一Boost电路和第二Boost电路中的开关管均闭合，以使所述第一路PV阵列和第二路PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
4.一种PV阵列输出过电压时的保护方法，其特征在于，应用于光伏发电系统中，该系统包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列；第一路PV阵列和第二路PV阵列的输出端并联在一起；所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第二路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；所述方法包括以下步骤：
检测所述PV阵列的输出电压；
当所述PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制所述第一开关和第二开关断开，控制所述各个Boost电路中的开关管闭合，以使所述PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
5.一种PV阵列输出过电压时的保护设备，其特征在于，应用于光伏发电系统中，PV阵列的输出端连接Boost电路的输入端，所述Boost电路的输出端连接逆变器；第一开关和第一电容串联后连接在所述PV阵列的正输出端PV+和PV阵列的负输出端PV-之间；
所述设备包括：
第一电压检测单元，用于检测所述PV阵列的输出电压；
第一电压判断单元，用于判断所述PV阵列的输出电压是否大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值；
第一控制单元，用于在PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，控制第一开关断开，控制所述Boost电路中的开关管闭合，以使所述PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
第一母线电压判断单元，用于判断母线电容上的电压是否降低到第一预设电压值；所述母线电容并联在所述逆变器的正输入端和负输入端之间；
所述第一控制单元，还用于控制所述逆变器启动。判断母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；然后判断母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
6.根据权利要求5所述的PV阵列输出过电压时的保护设备，其特征在于，所述第一功率判断单元，还用于判断所述逆变器输出的功率是否大于预设功率时；
所述第一控制单元，还用于当所述母线电容上的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，且所述逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪模式，控制所述第一开关闭合。
7.一种PV阵列输出过电压时的保护设备，其特征在于，应用于光伏发电系统中，该系统包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列，每路所述PV阵列的输出端相互独立或每路所述PV阵列的输出端并联在一起；所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；
所述设备包括：
第二电压检测单元，用于检测任意一路PV阵列的输出电压；
第二电压判断单元，用于判断检测的所述输出电压是否大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值；
第二控制单元，用于当所述输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时；控制所述第一开关和第二开关断开，控制所述第一Boost电路和第二Boost电路中的开关管均闭合，以使所述第一路PV阵列和第二路PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
第二母线电压判断单元，用于判断母线电容上的电压是否降低到第一预设电压值；所述母线电容并联在所述逆变器的正输入端和负输入端之间；
所述第二控制单元，还用于母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，控制逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
8.一种PV阵列输出过电压时的保护系统，其特征在于，包括：PV阵列、Boost电路、逆变器、第一开关和第一电容；
当所述PV阵列为一路时，所述PV阵列的输出端连接所述Boost电路的输入端，所述Boost电路的输出端连接所述逆变器的输入端；所述第一开关和第一电容串联后连接所述PV阵列的正输出端和负输出端之间；
当所述PV阵列包括以下至少两路PV阵列：第一路PV阵列和第二路PV阵列时，每路所述PV阵列的输出端并联在一起或者输出端相互独立，所述第一路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第一开关和第一电容；所述第一路PV阵列的输出端连接第一Boost电路的输入端，所述第一Boost电路的输出端连接逆变器；所述第二路PV阵列的正输出端PV+和负输出端PV-之间连接有串联的第二开关和第二电容；所述第二路PV阵列的输出端连接第二Boost电路的输入端，所述第二Boost电路的输出端连接所述逆变器；该系统还包括：PV阵列的输出电压检测装置、母线电容电压检测装置和控制器；
所述PV阵列的输出电压检测装置，用于检测所述PV阵列的输出电压；
所述控制器，用于当所述PV阵列的输出电压大于所述逆变器的最大启动电压且小于逆变器的最大直流输入电压允许值时，同时控制所述第一开关和第二开关断开，同时控制所述每路Boost电路中的开关管闭合，以使所述PV阵列的正输出端和负输出端之间的电压为零；
所述母线电容电压检测装置，用于检测母线电容上的电压；所述母线电容并联在所述Boost电路的正输出端和负输出端之间；
所述控制器，还用于母线电容上的电压降低到第一预设电压值时，控制所述开关管断开并持续t1时间；母线电容上的电压上升到第二预设电压值时，控制所述开关管闭合并持续t2时间；如此反复控制所述开关管断开和闭合，以使所述母线电容的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，控制逆变器启动；所述第二预设电压值小于所述逆变器的最大启动电压，所述第一预设电压值大于逆变器并网所需的最小直流母线电压值，所述母线电容并联在Boost电路的正输出端和负输出端之间。
9.根据权利要求8所述的PV阵列输出过电压时的保护系统，其特征在于，所述控制器，还用于判断所述母线电容上的电压稳定于所述第一预设电压值和第二预设电压值之间，且所述逆变器输出的功率大于预设功率时，控制所述逆变器进入最大功率点跟踪模式，控制所述第一开关闭合。
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