CN105790248B - 光伏微电防反接电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种大型并网光伏发电电站的光伏微电防反接保护系统，尤其涉及一种光伏微电防反接电路；其包括光耦、第一二极管、继电器、控制回路、驱动电源、安装在光伏汇流母排与太阳能电源输入间的断路器和能控制断路器跳闸的分励脱扣器，第一二极管与光耦输入侧的发光二极管同向串联；第一二极管的阴极与太阳能电源正极输入相连。由于实施上述技术方案，本申请通过光耦、控制回路、继电器驱动分励脱扣器得电动作，从而断路器跳闸，达到瞬间切断电路并保护后级电气设备的目的；控制回路仅采样太阳能电源输入的电流方向信号，不产生功耗，动作灵敏，造价低廉；分励脱扣器控制断路器的跳闸，出故障或损坏的概率极为微小，可靠性高。

Description

光伏微电防反接电路

技术领域

本申请涉及一种大型并网光伏发电电站的光伏微电防反接保护系统，尤其涉及一种光伏微电防反接电路。

背景技术

大型光伏并网发电电站内光伏组串众多，而且分为一级、二级汇流系统。在该系统内，数百、数千条直流线路均要求正确连接（正负极一一对应），因电路反接后将导致损坏汇流箱或逆变器内的功率电子器件，故不允许任意一条直流汇流线路的正负极接反；但这些众多的线路均必须是人工进行安装连接，出错的可能在所难免，传统的汇流防反接电路系统主要采用的是在电气汇流一次回路中串接功率级二极管来达到防反接保护的功能。

这种方式存在如下缺陷：

1. 功率级二极管被直接串接入一次回路，因回路内电压高（最高DC740V）电流较大（最大DC60~70A），故要求二极管耐电压及耐电流的性能较高，并且必须配备铝合金散热器、散热风扇、温度控制装置等，整体造价高昂，安装复杂；

2. 这种二极管因流过的一次电流较大，故发热也较大，该发热的实质即为功率损耗；这部分本应是发电量的电能被白白浪费了；

3. 因功率二极管的总体安装量十分巨大，运行数年后不可避免的出现了被烧毁现象。原因大致为电路内电流浪涌击穿二极管、散热系统故障导致二极管过热损毁等；一旦这种二极管被烧毁，需更换散热器、二极管等元件，工作量、难度较大。

发明内容

本申请的目的在于提出一种微功耗，整体造价低廉，安装及维护方便，降低维护成本的光伏微电防反接电路。

本申请的目的是这样实现的：光伏微电防反接电路，其包括光耦、第一二极管、继电器、控制回路、驱动电源、安装在光伏汇流母排与太阳能电源输入间的断路器和能控制断路器跳闸的分励脱扣器，第一二极管与光耦输入侧的发光二极管同向串联；第一二极管的阴极与太阳能电源正极输入相连，光耦输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源负极输入相连；光耦输出侧的光电三极管与继电器线圈连接在带有控制电源的控制回路中，继电器常开触点与分励脱扣器串联后连接在驱动电源所在回路中。

进一步的，断路器包括联动的常开反馈触点；断路器的输出分别与光伏汇流母排的正、负极相连，断路器的输入分别与太阳能电源正、负极输入相连；所述常开反馈触点连接在光耦输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源负极输入之间。

进一步的，常开反馈触点与光耦输入侧的发光二极管的阳极之间串接有至少一个第一限流电阻。

进一步的，控制回路包括第二限流电阻和驱动三极管；所述控制电源经至少一个第二限流电阻、光耦输出侧的光电三极管与驱动三极管的基极相连，所述控制电源经继电器线圈与驱动三极管的集电极相连，所述控制电源的接地端与驱动三极管的发射极相连。

进一步的，继电器线圈的两端并联有串联在一起的第三限流电阻和警示发光二极管；所述警示发光二极管的阴极与驱动三极管的集电极相连。

进一步的，继电器线圈的两端并联有第二二极管，所述第二二极管的阳极与驱动三极管的集电极相连。

进一步的，光耦、第一二极管、控制回路、继电器均集成在一块控制电路板上。

由于实施上述技术方案，本申请通过光耦将输入侧数百伏特的直流电压与控制回路的极低电压有效隔离，达到提升电路系统安全级别的效果，增加了控制回路安全性；当太阳能电源正负极连接错误时，通过光耦、控制回路、继电器驱动分励脱扣器得电动作，从而断路器跳闸，达到瞬间切断电路并保护后级电气设备的目的；控制回路仅采样太阳能电源输入的电流方向信号，不产生功耗，动作灵敏，造价低廉；分励脱扣器控制断路器的跳闸，出故障或损坏的概率极为微小，可靠性高。

附图说明：本申请的具体结构由以下的附图和实施例给出：

图1是光伏微电防反接电路原理图；

图2是控制电源、驱动电源及继电器常开触点的接线原理图；

图3是光伏汇流母排与太阳能电源输入间的接线原理图。

图例：

IC.光耦，D1.第一二极管，SHT.分励脱扣器，QF.断路器，AX.常开反馈触点，K0.继电器线圈，K1.继电器常开触点，DC.控制电源，AC.驱动电源，R1.第一限流电阻，R2.第二限流电阻，Q.驱动三极管，R3.第三限流电阻，LED.警示发光二极管，D2.第二二极管，0+.光伏汇流母排的正极，0-.光伏汇流母排的负极，1+.太阳能电源正极输入，1-.太阳能电源负极输入，a.第一触点端子，b1.第二触点端子，e.汇线端子，c1.第一节点，d1.第二节点，B.控制电路板。

具体实施方式：

本申请不受下述实施例的限制，可根据本申请的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

如图1所示，光伏微电防反接电路包括光耦IC、第一二极管D1、继电器、控制回路、驱动电源AC、安装在光伏汇流母排与太阳能电源输入间的断路器QF和能控制断路器QF跳闸的分励脱扣器SHT，第一二极管D1与光耦IC输入侧的发光二极管同向串联；第一二极管D1的阴极与太阳能电源正极输入1+相连，光耦IC输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源负极输入1-相连；光耦IC输出侧的光电三极管与继电器线圈K0连接在带有控制电源DC的控制回路中，继电器常开触点K1与分励脱扣器SHT串联后连接在驱动电源AC所在回路中。

正常情况下，太阳能电源输入（即汇流线路）接线正确，电压电流方向正确，断路器QF合闸，太阳能电源负极输入1-的电压信号被第一二极管D1截止，光耦IC的输入侧无电流，后续控制回路也不动作，继电器线圈K0不得电，分励脱扣器SHT不工作，本申请处于待机状态。当太阳能电源输入接线出现反接，即正负极接反的情况发生后，太阳能电源负极输入1-就变成了正电压信号，太阳能电源正极输入1+变成了负电压信号，则电流依次经太阳能电源负极输入1-、光耦IC输入侧的发光二极管、第一二极管D1、太阳能电源正极输入1+，形成了闭合回路；光耦IC动作，光耦IC输出侧的光电三极管被触发导通，控制回路工作，继电器线圈K0得电，继电器常开触点K1闭合，在驱动电源AC驱动下分励脱扣器SHT得电工作，使断路器QF迅速脱扣跳闸，从而切断接反的太阳能电源输入通过光伏汇流母排进入逆变器，起到防反接保护的作用，降低了维护成本。控制回路仅采样太阳能电源输入的电流方向信号，不产生功耗，动作灵敏，造价低廉。分励脱扣器SHT为现有公知公用技术，其控制断路器QF的跳闸，出故障或损坏的概率极为微小，可靠性高。

接线时，如图2所示，驱动电源AC可选用光伏汇流配电柜内的AC220V电源，控制电源DC可选用光伏汇流配电柜内的AC220V电源转换提供的DC5V微型电源，这样可将光耦IC输入侧数百伏特的直流电压与控制回路中的极低电压有效隔离，增加了控制回路安全性；继电器常开触点K1的一端通过第一触点端子a接至AC220V电源的相线端，继电器常开触点K1的另一端通过第二触点端子b1接至分励脱扣器SHT的一端，分励脱扣器SHT的另一端通过汇线端子e接至AC220V电源的零线端。对应光伏汇流配电柜内的多回路太阳能电源输入（一般为十路），一一对应的设有防反接电路，所有的继电器常开触点K1的一端可汇聚接在第一触点端子a处，所有的分励脱扣器SHT的另一端可通过汇线端子e汇聚在AC220V电源的零线端。

如图1所示，断路器QF包括联动的常开反馈触点AX；断路器QF的输出分别与光伏汇流母排的正、负极相连，断路器QF的输入分别与太阳能电源正、负极输入相连；所述常开反馈触点AX连接在光耦IC输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源负极输入1-之间。

在正常工作时，常开反馈触点AX随着断路器QF合闸而闭合，不影响本申请正常使用；当断路器QF被分励脱扣器SHT保护跳闸后，常开反馈触点AX也随断路器QF跳闸而恢复为断开状态，继而将太阳能电源负极输入1-通往光耦IC的电流切断，光耦IC停止输出，控制回路断开工作，继电器线圈K0失电，继电器常开触点K1断开，对应的分励脱扣器SHT也失电。此时不仅太阳能电源输入与光伏汇流母排间的电路被切断，达到保护逆变器的目的；还能切断太阳能电源负极输入1-通往光耦IC的电流，即切断太阳能电源输入与光耦IC输入侧间的电路，使分励脱扣器SHT瞬间动作后就被断电，从而符合分励脱扣器SHT短时得电动作的特性，延长其使用寿命，降低维护成本，可靠性高。

接线时，如图1、3所示，太阳能电源负极输入1-连接至第一节点c1；断路器QF对应连接在太阳能电源正、负极输入与光伏汇流母排的正、负极之间，常开反馈触点AX连接在第一节点c1与第二节点d1之间，第一二极管D1的阴极连接至太阳能电源正极输入1+，光耦IC输入侧的发光二极管的阳极连接至第二节点d1。

如图1所示，常开反馈触点AX与光耦IC输入侧的发光二极管的阳极之间串接有至少一个第一限流电阻R1。这样能进一步保护第一二极管D1和光耦IC输入侧的发光二极管。

控制回路包括第二限流电阻R2和驱动三极管Q；所述控制电源DC经至少一个第二限流电阻R2、光耦IC输出侧的光电三极管与驱动三极管Q的基极相连，所述控制电源DC经继电器线圈K0与驱动三极管Q的集电极相连，所述控制电源DC的接地端与驱动三极管Q的发射极相连。

这样当光耦IC动作时，其输出侧的光电三极管被触发导通，控制电源DC经光电三极管，接至驱动三极管Q的基极，驱动三极管Q被导通，控制电源DC经继电器线圈K0、驱动三极管Q的集电极、驱动三极管Q的发射极形成回路，继电器常开触点K1闭合，从而分励脱扣器SHT得电使断路器QF脱扣跳闸。

光耦IC的特点是输入输出隔离，信号速度快，但其输出的负载能力小（毫安级），若其输出直接驱动继电器，需要光耦IC的输出能力很强，造成体积及价格偏高；另外光耦IC输入侧的电压波动范围很宽（300~740VDC），虽有第二限流电阻R2的钳制，控制回路也可能出现输出信号抖动，造成继电器动作抖动；加入驱动三极管Q后，控制回路将组成一套相对稳定的达林顿管系统，可有效滤除这些问题，同时驱动三极管Q本身也有小电流控制大电流的特性，可充分保证回路的电流充足，进而保证继电器可靠动作。

如图1所示，继电器线圈K0的两端并联有串联在一起的第三限流电阻R3和警示发光二极管LED；所述警示发光二极管LED的阴极与驱动三极管Q的集电极相连。这样在控制电源DC驱动继电器动作时，同时驱动警示发光二极管LED发光，显示动作状态。

如图1所示，继电器线圈K0的两端并联有第二二极管D2，所述第二二极管D2的阳极与驱动三极管Q的集电极相连。

第二二极管D2起续流二极管的作用：因继电器线圈K0是感性负载，当有电流通过时，其两端会有感应电动势产生；当电流消失时，其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。于继电器而言，由于继电器线圈K0是一个较大的电感，它能以磁场的形式储存电能，所以当它吸合的时候会存储磁场，当其断电后，里面磁场并未立即消失，该磁场将产生反向电动势，其电压可瞬时达数十伏，这样的电压很容易击穿如电路元件，造成损失。在继电器线圈K0两端反向并联一个第二二极管D2，当流过继电器线圈K0中的电流消失时，产生的感应电动势就会通过第二二极管D2和继电器线圈K0构成的回路消耗掉，从而保证其它元件的安全。

如图1所示，光耦IC、第一二极管D1、控制回路、继电器均集成在一块控制电路板B上。控制电路板B可同时保护控制多路太阳能电源输入，并可根据实际的汇流路数灵活配置，方便灵活；这样就可以选取标准的亚当底座作为安装器件来将控制电路板B、控制电源DC直接安装到光伏汇流配电柜内的卡轨上，无需在配电柜内打孔，安装简便。

以上技术特征构成了本申请的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要技术特征，来满足不同情况的需要。

Claims (8)

1.一种光伏微电防反接电路，包括光耦、第一二极管、继电器、控制回路、驱动电源、安装在光伏汇流母排与太阳能电源输入间的断路器和能控制断路器跳闸的分励脱扣器，第一二极管与光耦输入侧的发光二极管同向串联；其特征在于：第一二极管的阴极与太阳能电源正极输入相连，光耦输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源负极输入相连；光耦输出侧的光电三极管与继电器线圈连接在带有控制电源的控制回路中，继电器常开触点与分励脱扣器串联后连接在驱动电源所在回路中；断路器包括联动的常开反馈触点；断路器的输出分别与光伏汇流母排的正、负极相连，断路器的输入分别与太阳能电源正、负极输入相连；所述常开反馈触点连接在光耦输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源负极输入之间。

2.根据权利要求1所述的光伏微电防反接电路，其特征在于：常开反馈触点与光耦输入侧的发光二极管的阳极之间串接有至少一个第一限流电阻。

3.根据权利要求1或2所述的光伏微电防反接电路，其特征在于：控制回路包括第二限流电阻和驱动三极管；所述控制电源经至少一个第二限流电阻、光耦输出侧的光电三极管与驱动三极管的基极相连，所述控制电源经继电器线圈与驱动三极管的集电极相连，所述控制电源的接地端与驱动三极管的发射极相连。

4.根据权利要求3所述的光伏微电防反接电路，其特征在于：继电器线圈的两端并联有串联在一起的第三限流电阻和警示发光二极管；所述警示发光二极管的阴极与驱动三极管的集电极相连。

5.根据权利要求3所述的光伏微电防反接电路，其特征在于：继电器线圈的两端并联有第二二极管，所述第二二极管的阳极与驱动三极管的集电极相连。

6.根据权利要求4所述的光伏微电防反接电路，其特征在于：继电器线圈的两端并联有第二二极管，所述第二二极管的阳极与驱动三极管的集电极相连。

7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的光伏微电防反接电路，其特征在于：光耦、第一二极管、控制回路、继电器均集成在一块控制电路板上。

8.根据权利要求3所述的光伏微电防反接电路，其特征在于：光耦、第一二极管、控制回路、继电器均集成在一块控制电路板上。