CN105067945A - 具有直流拉弧检测功能的智能检测单元和汇流箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有直流拉弧检测功能的智能检测单元和汇流箱,该智能检测单元包括:电流检测单元、依次设置在电流检测单元与单片机之间的高通滤波电路、整流滤波电路和比较锁定电路,单片机、按键显示单元和网络通讯单元,其中,所述按键显示单元和网络通讯单元与所述单片机连接,所述高通滤波电路的输入端与电流检测单元的输出端连接,所述高通滤波电路的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接,所述整流滤波电路的输出端与所述比较锁定电路的一输入端连接,所述比较锁定电路的输出端与所述单片机连接。本发明可以对汇流箱内的直流拉弧信号进行实时快速检测。
Description
技术领域
本发明涉及拉弧检测,特别涉及一种具有直流拉弧检测功能的智能检测单元和汇流箱。
背景技术
为了减少光伏阵列或其它直流源与逆变器之间的连接线,以及日后维护的方便,通常情况下,需要在光伏阵列或者其他直流源与逆变器之间增加汇流箱以把多路的直流输入汇成一路输出,方便逆变器接线。
直流拉弧检测技术是近年来光伏越来越热门的一个话题,汇流箱内发生接点松脱、接触不良、电线受潮、绝缘破裂等情况时,直流线路可能产生电弧,电弧产生的高温极易导致邻近的物质达到燃点而发生火灾,即存在直流拉弧安全隐患。现有技术中采用霍尔传感器进行直流拉弧检测,但是其对电流检测的扫描频率比较低、通讯速度慢,硬件上无法满足拉弧检测的需求。
发明内容
本发明提供一种具有直流拉弧检测功能的智能检测单元和汇流箱,以解决现有技术中存在的上述技术问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种具有直流拉弧检测功能的智能检测单元,包括:电流检测单元、依次设置在电流检测单元与单片机之间的高通滤波电路、整流滤波电路和比较锁定电路,单片机、按键显示单元和网络通讯单元,其中,所述按键显示单元和网络通讯单元与所述单片机连接,所述高通滤波电路的输入端与电流检测单元的输出端连接,所述高通滤波电路的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接,所述整流滤波电路的输出端与所述比较锁定电路的一输入端连接,所述比较锁定电路的输出端与所述单片机连接。
作为优选,所述电流检测单元采用电流传感器。
作为优选,所述高通滤波电路包括:第一电容、第二电容、第一、第二、第三、第四电阻以及放大器,其中,所述第一、第二电容串联后连接至所述放大器的正输入端,所述第一电阻一端连接至第一、第二电容之间,另一端连接至放大器的输出端,所述放大器的正输入端通过第二电阻接地,所述放大器的负输入端通过所述第三电阻接地,所述第四电阻设置于所述放大器的输出端与负输入端之间。
作为优选,所述整流滤波电路包括:第一二极管、第三电容和第五电阻,所述第一二极管的一端连接至高通滤波电路的输出端,所述第一二极管的输出端连接至比较锁定电路的第一输入端,所述第一二极管的输出端通过所述第三电容和第五电阻形成的并联电路接地。
作为优选,比较锁定电路包括:第二二极管、比较器和第六电阻,所述比较器的输出端与比较器的第一输入端反向串联所述第二二极管,所述第六电阻设置于所述比较器的第一输入端。
本发明还提供一种汇流箱,包括:光伏组串、智能检测单元和断路器,所述光伏组串的正极接入所述断路器的输入正极端,所述光伏组串的负极接入所述断路器的输入负极端,所述智能检测单元设置于光伏组串的正极与断路器之间,且所述智能检测单元的电流检测单元连接至所述断路器的输出端。
作为优选,所述电流检测单元采用电流传感器,所述光伏组串的正极端和负极端分别连接有保险熔断器。
作为优选,还包括防雷器,所述防雷器连接所述光伏组串的正极、负极并接地。
作为优选,所述高通滤波电路包括:第一电容、第二电容、第一、第二、第三、第四电阻以及放大器,其中,所述第一、第二电容串联后连接至所述放大器的正输入端,所述第一电阻一端连接至第一、第二电容之间,另一端连接至放大器的输出端,所述放大器的正输入端通过第二电阻接地,所述放大器的负输入端通过所述第三电阻接地,所述第四电阻设置于所述放大器的输出端与负输入端之间。
作为优选,所述整流滤波电路包括:第一二极管、第三电容和第五电阻,所述第一二极管的一端连接至高通滤波电路的输出端,所述第一二极管的输出端连接至比较锁定电路的第一输入端,所述第一二极管的输出端通过所述第三电容和第五电阻形成的并联电路接地;所述比较锁定电路包括:第二二极管、比较器和第六电阻,所述比较器的输出端与比较器的第一输入端反向串联所述第二二极管,所述第六电阻设置于所述比较器的第一输入端。
作为优选,还包括自供电电源,所述自供电电源分别与所述光伏组串以及智能检测单元连接。
与现有技术相比,本发明通过在电流检测单元与单片机之间设置高通滤波电路、整流滤波电路和比较锁定电路,能够简单且快速的检测出汇流箱中的直流拉弧信号,结构简单,所述单片机能够根据接收到的信号,快速地通过所述按键显示单元向工作人员提醒,同时通过网络通讯单元向以太网传输,便于远程控制。
附图说明
图1为本发明中汇流箱的原理图;
图2为本发明中智能检测单元的结构示意图;
图3为本发明中高通滤波电路的电路示意图;
图4为本发明中整流滤波电路的电路示意图;
图5为本发明中比较锁定电路的电路示意图。
具体实施方式
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。需说明的是,本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示,本发明的汇流箱包括:光伏组串,智能检测单元20和断路器30。
其中,所述光伏组串的正极接入所述断路器30的输入正极端,所述光伏组串的负极接入所述断路器30的输入负极端,所述智能检测单元20设置于光伏组串的正极与断路器30之间,且所述智能检测单元20的电流检测单元201(如图2所示)连接至所述断路器30的输出端。
作为优选,所述电流检测单元201采用电流传感器,所述光伏组串的正极端和负极端分别连接有保险熔断器101,所述保险熔断器101用于对光伏组串进行过流保护,避免电流过大烧坏器件。
作为优选,所述汇流箱还包括防雷器40和自供电电源50,所述防雷器40连接所述光伏组串的正极、负极并接地;所述自供电电源50分别与所述光伏组串以及智能检测单元20连接,防雷器40用于对汇流箱进行防雷保护,避免雷电对汇流箱造成损坏。
本发明中增设了智能检测单元20,用于分别检测光伏组串上的电流信号和断路器输出端301的电流信号,判断汇流箱中是否有直流拉弧信号产生,并将检测结果显示出来。
具体地,请参照图2,所述智能检测单元20包括:依次连接的电流检测单元201、高通滤波电路202、整流滤波电路203、比较锁定电路204和单片机205;进一步的,还包括按键显示单元206和网络通讯单元207,所述按键显示单元206和网络通讯单元207与所述单片机205连接。
具体地,所述电流检测单元201设置有多组,分别于光伏组串以及断路器输出端301对应,即分别检测光伏组串以及断路器输出端301的电流信号,以确保汇流箱内的所有电路中的电流均被检测到。所述高通滤波电路202的输入端与电流检测单元201的输出端连接,所述高通滤波电路202的输出端与所述整流滤波电路203的输入端连接,所述整流滤波电路203的输出端与所述比较锁定电路204的一输入端连接,所述比较锁定电路204的输出端与所述单片机205连接。进一步的,所述比较锁定电路204的另一输入端接固定电源Vc。
请参照图3,所述高通滤波电路202包括:第一电容C1、第二电容C2、第一、第二、第三、第四电阻R1、R2、R3、R4以及放大器U1,其中,所述第一、第二电容C1、C2串联后连接至所述放大器U1的正输入端,所述第一电阻R1的一端连接至第一、第二电容C1、C2之间,另一端连接至放大器U1的输出端,所述放大器U1的正输入端通过第二电阻R2接地,所述放大器U1的负输入端通过所述第三电阻R3接地,所述第四电阻R4设置于所述放大器U1的输出端与负输入端之间。所述高通滤波电路202用于接收电流传感器中的电压信号,并利用第一、第二电容C1、C2将低频信号过滤掉,同时利用放大器U1放大直流拉弧产生的高频信号。本发明使用的高通滤波电路202的结构简单,且不需要电源供电,便于实现。
请参照图4,所述整流滤波电路203包括:第一二极管D1、第三电容C3和第五电阻R5,所述第一二极管D1的输入端连接至高通滤波电路202的输出端,所述第一二极管D1的输出端连接至比较锁定电路204的第一输入端,所述第一二极管D1的输出端通过所述第三电容C3和第五电阻R5形成的并联电路接地。当整流滤波电路203接收到高通滤波电路202中放大后的高频电压信号时,所述第一二极管D1将放大后波动较大的高频信号转化为相对平滑的信号,同时通过调节第三电容C3和/或第五电阻R5的时间常数,可以改变拉弧信号的放大倍数,达到整流滤波的目的。
请参照图5,所述比较锁定电路204包括:第二二极管D2、比较器U2和第六电阻R6,所述比较器U2的输出端与比较器U2的第一输入端(正输入端)反向串联所述第二二极管D2,所述第六电阻R6设置于所述比较器U2的第一输入端,所述比较器U2的第二输入端(负输入端)连接至固定电源Vc,当然Vc值可调。比较器U2的第一输入端接收到整流后的拉弧信号,并将该拉弧信号与电压设定值Vc进行比较,判断拉弧现象是否产生,若拉弧信号的电压值大于Vc,则比较器U2输出高电平至单片机205,表示有拉弧信号产生,若拉弧信号的电压值小于Vc,则比较器U2输出低电平至单片机205(即无信号传递至单片机205)。
作为优选,可以根据实际需求,对比较器U2的第二输入端的固定电源Vc进行设置,进而可以改变拉弧判断的阈值,适用范围广。
进一步的,所述智能检测单元20还包括开关量输入单元,用于采集所述断路器30的状态以及所述防雷器40的状态。
所述智能检测单元20的工作过程为:
电流检测单元201实时检测光伏组串以及继电器输出端301上的电流。电流检测单元201将检测到的电流拉弧信号转换为电压拉弧信号,没有拉弧时电流比较平缓,电流检测单元201输出的电压拉弧信号比较稳定,当发生拉弧时产生高频电流,电流检测单元201相应输出高频的电压拉弧信号。
高通滤波电路203抑制电压拉弧信号中的低频信号,通过并放大拉弧产生的高频信号。
整流滤波电路203将高频波动的信号,转化为相对平滑的信号,通过调节第三电容C3和/或第五电阻R5的时间常数,改变拉弧信号传递的放大倍数;当整流滤波电路203输出的电压,超出比较锁定电路204设定的值Vc时,判断拉弧现象产生,比较锁定电路204输出高电平信号,单片机205根据接收到的高频信号控制按键显示单元206向工作人员提醒拉弧信号产生,并利用网络通讯单元207将信号传输至以太网。
进一步,多数单片机205可以直接与断路器30的开关连接,待接收到拉弧信号后,自动调节断路器30上的对应开关,实现对汇流箱内直流拉弧的自动检测和处理。
显然,本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种具有直流拉弧检测功能的智能检测单元,其特征在于,包括:电流检测单元、依次设置在电流检测单元与单片机之间的高通滤波电路、整流滤波电路和比较锁定电路,单片机、按键显示单元和网络通讯单元,其中,所述按键显示单元和网络通讯单元与所述单片机连接,所述高通滤波电路的输入端与电流检测单元的输出端连接,所述高通滤波电路的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接,所述整流滤波电路的输出端与所述比较锁定电路的一输入端连接,所述比较锁定电路的输出端与所述单片机连接。
2.如权利要求1所述的具有直流拉弧检测功能的智能检测单元,其特征在于,所述电流检测单元采用电流传感器。
3.如权利要求1所述的具有直流拉弧检测功能的智能检测单元,其特征在于,所述高通滤波电路包括:第一电容、第二电容、第一、第二、第三、第四电阻以及放大器,其中,所述第一、第二电容串联后连接至所述放大器的正输入端,所述第一电阻一端连接至第一、第二电容之间,另一端连接至放大器的输出端,所述放大器的正输入端通过第二电阻接地,所述放大器的负输入端通过所述第三电阻接地,所述第四电阻设置于所述放大器的输出端与负输入端之间。
4.如权利要求1所述的具有直流拉弧检测功能的智能检测单元,其特征在于,所述整流滤波电路包括:第一二极管、第三电容和第五电阻,所述第一二极管的一端连接至高通滤波电路的输出端,所述第一二极管的输出端连接至比较锁定电路的第一输入端,所述第一二极管的输出端通过所述第三电容和第五电阻形成的并联电路接地。
5.如权利要求1所述的具有直流拉弧检测功能的智能检测单元,其特征在于,比较锁定电路包括:第二二极管、比较器和第六电阻,所述比较器的输出端与比较器的第一输入端反向串联所述第二二极管,所述第六电阻设置于所述比较器的第一输入端。
6.一种汇流箱,其特征在于,包括:光伏组串、如权利要求1所述的智能检测单元和断路器,所述光伏组串的正极接入所述断路器的输入正极端,所述光伏组串的负极接入所述断路器的输入负极端,所述智能检测单元设置于光伏组串的正极与断路器之间,且所述智能检测单元的电流检测单元连接至所述断路器的输出端。
7.如权利要求6所述的汇流箱,其特征在于,所述电流检测单元采用电流传感器,所述光伏组串的正极端和负极端分别连接有保险熔断器。
8.如权利要求6所述的汇流箱,其特征在于,所述高通滤波电路包括:第一电容、第二电容、第一、第二、第三、第四电阻以及放大器,其中,所述第一、第二电容串联后连接至所述放大器的正输入端,所述第一电阻一端连接至第一、第二电容之间,另一端连接至放大器的输出端,所述放大器的正输入端通过第二电阻接地,所述放大器的负输入端通过所述第三电阻接地,所述第四电阻设置于所述放大器的输出端与负输入端之间;
所述整流滤波电路包括:第一二极管、第三电容和第五电阻,所述第一二极管的一端连接至高通滤波电路的输出端,所述第一二极管的输出端连接至比较锁定电路的第一输入端,所述第一二极管的输出端通过所述第三电容和第五电阻形成的并联电路接地;
所述比较锁定电路包括:第二二极管、比较器和第六电阻,所述比较器的输出端与比较器的第一输入端反向串联所述第二二极管,所述第六电阻设置于所述比较器的第一输入端。
9.如权利要求6所述的汇流箱,其特征在于,还包括防雷器,所述防雷器连接所述光伏组串的正极、负极并接地。
10.如权利要求6所述的汇流箱,其特征在于,还包括自供电电源,所述自供电电源分别与所述光伏组串以及智能检测单元连接。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |