CN104506130A - 一种采用非隔离逆变器的太阳能光伏组件的抗pid装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用非隔离逆变器的太阳能光伏组件的抗PID装置，包括直流电源、接地开关、二极管、定时器和控制电路。本发明的抗PID装置能够在太阳能光伏组件处于晚上非工作的状态下，自动对太阳能光伏组件的电压输出端负极与边框之间施加接近于太阳能光伏组件开路输出电压值的正向对地直流电，从而抵消太阳能光伏组件的电压输出端负极在白天时处于负压而产生的影响，实现太阳能光伏组件的PID现象抑制和性能恢复，对白天产生的极化效应进行复位；而在太阳能光伏组件处于白天进行发电的状态下，通过自动将接地开关6断开，有效的避免本发明的抗PID装置对太阳能光伏组件的正常工作造成影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗PID装置，该抗PID装置能够适用于采用了非隔离逆变器的太阳能光伏组件。
背景技术
PID效应电势诱导衰减是指太阳能光伏组件在电极电压对大地电压为负的情况下会导致组件性能衰减，某些三相太阳能发电系统电压可高达1000V，组件衰减会更为严重。为避免PID电势诱导衰减，电池单元相对于周边环境的电势不应小于零，如果使电池组件的负极接地，各组件的各个电池单元的电势都是正的，可以很好的避免PID问题。采用隔离逆变器系统的电池板的负极是可以接地的，而采用非隔离逆变器的太阳能光伏组件的负极无法接地，电池片电极电压对地边框电势可能为负，遂带来严重的PID问题，由于负极电势低，靠近负极的组件更容易出现PID问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种采用非隔离逆变器的太阳能光伏组件的抗PID装置，能够自动实现太阳能光伏组件的PID修复和维护。
解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种采用非隔离逆变器的太阳能光伏组件的抗PID装置，其特征在于：所述的抗PID装置包括直流电源、接地开关、二极管、定时器和控制电路；所述直流电源设有电源地端和高压输出端，所述电源地端接地并通过所述接地开关与太阳能光伏组件的边框电连接，所述高压输出端输出接近于太阳能光伏组件开路输出电压值的正向对地直流电，该高压输出端与所述二极管的阳极电连接，所述二极管的阴极与太阳能光伏组件的电压输出端负极电连接，所述定时器设定有太阳能光伏组件的工作时段和非工作时段，所述控制电路接收定时器发出的时段信号，在处于太阳能光伏组件的工作时段的情况下控制抗PID装置进入运行模式、在处于太阳能光伏组件的非工作时段的情况下控制抗PID装置进入待机模式，其中，运行模式包括所述接地开关闭合，待机模式包括所述接地开关断开。
为了防止定时器出现故障而造成接地开关错误闭合，作为本发明的一种改进，所述的控制电路设有用于判断太阳能光伏组件是否处于工作状态的预设电压阀值，控制电路检测太阳能光伏组件的电压输出端正极与电压输出端负极之间的输出电压值，在太阳能光伏组件的输出电压值在预设电压阀值以下并且处于太阳能光伏组件的工作时段的情况下控制抗PID装置进入运行模式、在太阳能光伏组件的输出电压值大于预设电压阀值或者处于太阳能光伏组件的非工作时段的情况下控制抗PID装置进入待机模式。
作为本发明的一种改进，所述的抗PID装置还包括采样电阻；所述接地开关通过采样电阻与太阳能光伏组件的边框电连接，所述控制电路设有用于判断太阳能光伏组件是否存在PID问题的第一预设电流阀值和用于判断抗PID装置是否发生故障的第二预设电流阀值，所述第二预设电流阀值大于第一预设电流阀值，所述控制电路在抗PID装置进入运行模式后检测通过采样电阻的工作电流值，如果工作电流值在第一预设电流阀值以下则控制抗PID装置转到待机模式，如果工作电流值大于第一预设电流阀值并小于第二预设电流阀值则控制抗PID装置继续保持在运行模式，如果工作电流值在第二预设电流阀值以上则控制抗PID装置转到故障模式，其中，故障模式包括所述接地开关断开并且所述直流电源停止输出电压。
作为本发明的一种改进，所述的抗PID装置还包括常闭型接触器；太阳能光伏组件的电压输出端正、负极通过所述接触器的常闭触点与非隔离逆变器的输入端正、负极电连接；所述控制电路设有接触器控制信号输出端，该接触器控制信号输出端与所述接触器的控制端电连接，所述的运行模式还包括常闭型接触器通电，待机模式还包括常闭型接触器断电。
作为本发明的一种改进，所述控制电路接收常闭型接触器的反馈信号端发出的信号，以判断常闭型接触器的工作状态，在常闭型接触器于抗PID装置的运行模式中未能有效断开或者于抗PID装置的待机模式中未能有效吸合时，所述控制电路控制抗PID装置转到故障模式。
作为本发明的一种改进，所述的控制电路还设有输出电压安全阀值；控制电路检测所述直流电源的高压输出端输出的正向对地直流电值，并在该正向对地直流电值高于输出电压安全阀值时，控制抗PID装置转到故障模式。
作为本发明的一种实施方式，所述的直流电源包括24V模块电源和用于将输入电压转换成所述正向对地直流电的推挽电路，所述24V模块电源的输入端接市电、输出端与推挽电路的输入端电连接，所述控制电路设有推挽控制信号输出端，所述推挽电路的推挽控制端与控制电路的推挽控制信号输出端电连接，推挽电路的输出端为所述直流电源的电源地端和高压输出端。
作为本发明的一种实施方式，所述的直流电源还包括用于将输入电压转换成所述控制电路工作电压的反激电路；所述24V模块电源的输出端通过反激电路与所述控制电路的供电端电连接。
作为本发明的一种实施方式，所述的抗PID装置还包括用于显示抗PID装置各个组成部件当前参数和对控制电路进行设置的显示及输入设备，所述显示及输入设备与控制电路电连接。
作为本发明的一种实施方式，所述的抗PID装置还包括用于连接远程监控设备的RS485通讯接口，该RS485通讯接口与控制电路电连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明设有直流电源、接地开关、二极管、定时器和控制电路，在太阳能光伏组件处于晚上非工作的状态下，自动对太阳能光伏组件的电压输出端负极与边框之间施加接近于太阳能光伏组件开路输出电压值的正向对地直流电，从而抵消太阳能光伏组件的电压输出端负极在白天时处于负压而产生的影响，实现太阳能光伏组件的PID现象抑制和性能恢复，对白天产生的极化效应进行复位；而在太阳能光伏组件处于白天进行发电的状态下，通过自动将接地开关6断开，有效的避免本发明的抗PID装置对太阳能光伏组件的正常工作造成影响。
第二，本发明设有常闭型接触器，通过控制电路实现在闭合接地开关进行PID影响抵消之前，自动将接触器的常闭触点断开，有效避免本发明的抗PID装置对光伏电站的逆变器造成不良影响。
第三，本发明设有故障模式，能够有效保障抗PID装置、逆变器以及太阳能光伏组件的安全工作。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明的抗PID装置的电路原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的抗PID装置能够适用于采用了非隔离逆变器12的太阳能光伏组件11，其包括直流电源、定时器4、控制电路5、接地开关6、二极管、采样电阻7和常闭型接触器10。
直流电源设有电源地端8、高压输出端和工作电压输出端，工作电压输出端为控制电路5提供工作电压，电源地端8接地并依次通过接地开关6和采样电阻7与太阳能光伏组件11的边框PE电连接，高压输出端输出接近于太阳能光伏组件11开路输出电压值的正向对地直流电，该高压输出端与二极管的阳极电连接，二极管的阴极与太阳能光伏组件11的电压输出端负极I_A-电连接；太阳能光伏组件11的电压输出端正、负极I_A+、I_A-通过接触器10的常闭触点与非隔离逆变器12的输入端正、负极O_A+、O_A-电连接。
其中，定时器4设定有太阳能光伏组件11的工作时段即白天时段和非工作时段即夜晚时段。控制电路5设有用于控制直流电源开关的电源控制信号输出端；控制电路5设有用于接收定时器4发出的时段信号的信号输入端；控制电路5设有用于检测直流电源的高压输出端输出的正向对地直流电值的信号检测端和用于检测采样电阻7两端电压的信号检测端；控制电路5设有接触器控制信号输出端，该接触器控制信号输出端与接触器10的控制端电连接，控制电路5设有与闭型接触器10的反馈信号端电连接的信号输入端。并且，控制电路5设有用于判断太阳能光伏组件11是否处于工作状态的预设电压阀值，该预设电压阀值依据具体型号太阳能光伏组件11的输出电压特性设置；控制电路5设有输出电压安全阀值、用于判断太阳能光伏组件11是否存在PID问题的第一预设电流阀值和用于判断抗PID装置是否发生故障的第二预设电流阀值，第二预设电流阀值大于第一预设电流阀值，它们分别根据太阳能光伏组件11的具体工作特性设置；
作为本发明的优选方式，上述直流电源包括24V模块电源1、用于将输入电压转换成正向对地直流电的推挽电路2和用于将输入电压转换成控制电路5工作电压的反激电路3。24V模块电源1的输入端接市电、输出端与推挽电路2的输入端电连接，控制电路5的电源控制信号输出端即为推挽控制信号输出端，推挽电路2的推挽控制端与控制电路5的推挽控制信号输出端电连接，推挽电路2的输出端为直流电源的电源地端8和高压输出端。24V模块电源1的输出端通过反激电路3与控制电路5的供电端电连接，为控制电路5提供+12V、-12V、+5V的工作电压。
本发明的抗PID装置的工作方式如下：
在直流电源启动后控制电路5上电启动，控制电路5向推挽电路2接收定时器4发出的时段信号、检测太阳能光伏组件11的电压输出端正极I_A+与电压输出端负极I_A-之间的输出电压值、检测直流电源的高压输出端输出的正向对地直流电值、接收常闭型接触器10的反馈信号端发出的工作状态信号，控制电路5根据接收、检测到的信号，依据以下条件控制本抗PID装置工作在运行、待机和故障模式三种模式：
条件1：在太阳能光伏组件11的输出电压值在预设电压阀值以下并且当前时间处于太阳能光伏组件11的工作时段的情况下，控制抗PID装置进入运行模式。
条件2：在抗PID装置进入运行模式后，控制电路5检测采样电阻7两端的电压并依据其阻值计算出通过采样电阻7的工作电流值，如果工作电流值在第一预设电流阀值以下则认为太阳能光伏组件11不存在PID问题，控制抗PID装置转到待机模式；如果工作电流值大于第一预设电流阀值并小于第二预设电流阀值则认为太阳能光伏组件11存在PID问题，控制抗PID装置继续保持在运行模式；如果工作电流值在第二预设电流阀值以上则认为抗PID装置发生故障，控制抗PID装置转到故障模式。
条件3：在太阳能光伏组件11的输出电压值大于预设电压阀值或者处于太阳能光伏组件11的非工作时段的情况下，控制抗PID装置进入待机模式。
条件4：在常闭型接触器10于抗PID装置的运行模式中未能有效断开或者于抗PID装置的待机模式中未能有效吸合时，控制电路5控制抗PID装置转到故障模式。
条件5：在该正向对地直流电值高于输出电压安全阀值时，控制抗PID装置转到故障模式。
其中，抗PID装置的运行模式包括接地开关6闭合以及常闭型接触器10通电，以使得太阳能光伏组件11的电压输出端负极I_A-与边框PE之间接入正向对地直流电并且太阳能光伏组件11与非隔离逆变器12断开。从而，抗PID装置能够在太阳能光伏组件11处于晚上非工作的状态下，自动对太阳能光伏组件11的电压输出端负极I_A-与边框PE之间施加接近于太阳能光伏组件11开路输出电压值的正向对地直流电，从而抵消太阳能光伏组件11的电压输出端负极I_A-在白天时处于负压而产生的PID影响，并且常闭型接触器10在此期间自动断开太阳能光伏组件11与逆变器12的连接，有效避免本发明的抗PID装置对光伏电站的逆变器12造成不良影响。
抗PID装置的待机模式包括接地开关6断开以及常闭型接触器10断电，以使得太阳能光伏组件11的电压输出端负极I_A-与边框PE之间断开推挽电路2输出的正向对地直流电并且太阳能光伏组件11与非隔离逆变器12接通。从而，抗PID装置能够在太阳能光伏组件11处于白天进行发电的状态下，通过将接地开关6断开，有效的避免本发明的抗PID装置对太阳能光伏组件11的正常工作造成影响，并且常闭型接触器10确保太阳能光伏组件11与逆变器12的有效连接。
抗PID装置的故障模式包括接地开关6断开并且直流电源停止输出电压。控制电路5在维修人员重启直流电源后重置使得抗PID装置退出故障模式。
另外，抗PID装置可增设用于显示抗PID装置各个组成部件当前参数和对控制电路5进行设置的显示及输入设备13，显示及输入设备13与控制电路5电连接。抗PID装置还可增设用于连接远程监控设备的RS485通讯接口14，该RS485通讯接口14与控制电路5电连接，远程监控设备用于用于监控抗PID装置各个组成部件当前参数及运行状况。
本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种采用非隔离逆变器的太阳能光伏组件的抗PID装置，其特征在于：所述的抗PID装置包括直流电源、接地开关(6)、二极管、定时器(4)和控制电路(5)；所述直流电源设有电源地端(8)和高压输出端，所述电源地端(8)接地并通过所述接地开关(6)与太阳能光伏组件(11)的边框(PE)电连接，所述高压输出端输出接近于太阳能光伏组件(11)开路输出电压值的正向对地直流电，该高压输出端与所述二极管的阳极电连接，所述二极管的阴极与太阳能光伏组件(11)的电压输出端负极(I_A-)电连接，所述定时器(4)设定有太阳能光伏组件(11)的工作时段和非工作时段，所述控制电路(5)接收定时器(4)发出的时段信号，在处于太阳能光伏组件(11)的工作时段的情况下控制抗PID装置进入运行模式、在处于太阳能光伏组件(11)的非工作时段的情况下控制抗PID装置进入待机模式，其中，运行模式包括所述接地开关(6)闭合，待机模式包括所述接地开关(6)断开。
2.根据权利要求1所述的抗PID装置，其特征在于：所述的控制电路(5)设有用于判断太阳能光伏组件(11)是否处于工作状态的预设电压阀值，控制电路(5)检测太阳能光伏组件(11)的电压输出端正极(I_A+)与电压输出端负极(I_A-)之间的输出电压值，在太阳能光伏组件(11)的输出电压值在预设电压阀值以下并且处于太阳能光伏组件(11)的工作时段的情况下控制抗PID装置进入运行模式、在太阳能光伏组件(11)的输出电压值大于预设电压阀值或者处于太阳能光伏组件(11)的非工作时段的情况下控制抗PID装置进入待机模式。
3.根据权利要求1或2所述的抗PID装置，其特征在于：所述的抗PID装置还包括采样电阻(7)；所述接地开关(6)通过采样电阻(7)与太阳能光伏组件(11)的边框(PE)电连接，所述控制电路(5)设有用于判断太阳能光伏组件(11)是否存在PID问题的第一预设电流阀值和用于判断抗PID装置是否发生故障的第二预设电流阀值，所述第二预设电流阀值大于第一预设电流阀值，所述控制电路(5)在抗PID装置进入运行模式后检测通过采样电阻(7)的工作电流值，如果工作电流值在第一预设电流阀值以下则控制抗PID装置转到待机模式，如果工作电流值大于第一预设电流阀值并小于第二预设电流阀值则控制抗PID装置继续保持在运行模式，如果工作电流值在第二预设电流阀值以上则控制抗PID装置转到故障模式，其中，故障模式包括所述接地开关(6)断开并且所述直流电源停止输出电压。
4.根据权利要求3所述的抗PID装置，其特征在于：所述的抗PID装置还包括常闭型接触器(10)；太阳能光伏组件(11)的电压输出端正、负极(I_A+、I_A-)通过所述接触器(10)的常闭触点与非隔离逆变器(12)的输入端正、负极(O_A+、O_A-)电连接；所述控制电路(5)设有接触器控制信号输出端，该接触器控制信号输出端与所述接触器(10)的控制端电连接，所述的运行模式还包括常闭型接触器(10)通电，待机模式还包括常闭型接触器(10)断电。
5.根据权利要求4所述的抗PID装置，其特征在于：所述控制电路(5)接收常闭型接触器(10)的反馈信号端发出的信号，以判断常闭型接触器(10)的工作状态，在常闭型接触器(10)于抗PID装置的运行模式中未能有效断开或者于抗PID装置的待机模式中未能有效吸合时，所述控制电路(5)控制抗PID装置转到故障模式。
6.根据权利要求3所述的抗PID装置，其特征在于：所述的控制电路(5)还设有输出电压安全阀值；控制电路(5)检测所述直流电源的高压输出端输出的正向对地直流电值，并在该正向对地直流电值高于输出电压安全阀值时，控制抗PID装置转到故障模式。
7.根据权利要求1或2所述的抗PID装置，其特征在于：所述的直流电源包括24V模块电源(1)和用于将输入电压转换成所述正向对地直流电的推挽电路(2)，所述24V模块电源(1)的输入端接市电、输出端与推挽电路(2)的输入端电连接，所述控制电路(5)设有推挽控制信号输出端，所述推挽电路(2)的推挽控制端与控制电路(5)的推挽控制信号输出端电连接，推挽电路(2)的输出端为所述直流电源的电源地端(8)和高压输出端。
8.根据权利要求7所述的抗PID装置，其特征在于：所述的直流电源还包括用于将输入电压转换成所述控制电路(5)工作电压的反激电路(3)；所述24V模块电源(1)的输出端通过反激电路(3)与所述控制电路(5)的供电端电连接。
9.根据权利要求1或2所述的抗PID装置，其特征在于：所述的抗PID装置还包括用于显示抗PID装置各个组成部件当前参数和对控制电路(5)进行设置的显示及输入设备(13)，所述显示及输入设备(13)与控制电路(5)电连接。
10.根据权利要求1或2所述的抗PID装置，其特征在于：所述的抗PID装置还包括用于连接远程监控设备的RS485通讯接口(14)，该RS485通讯接口(14)与控制电路(5)电连接。
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