CN108512245A - 可自动实现组件级关断的光伏系统及其控制方法 - Google Patents

可自动实现组件级关断的光伏系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种可自动实现组件级关断的光伏系统及其控制方法，所述组件级关断设备输入“正”端与输出“正”端直接短接，输入“负”端串联一个开关管和第一电阻再连接输出“负”端，开关管可实现关断功能，输出“正”端与输出“负”端之间接有第二电阻，第一电流检测电路检测第一电阻上的电流，第二电流检测电路检测第二电阻上的电流，第一、第二电流检测电路分别送出控制信号到驱动电路，驱动电路用于驱动开关管的开通。本发明可自动实现组件级关断，可确保消防灭火等紧急情况下，以及初始安装及运维时现场人员的人身安全；当逆变器并网并运行正常时，组件级关断设备可以自动开通。

Description

可自动实现组件级关断的光伏系统及其控制方法
技术领域
本发明属于新能源技术领域，涉及光伏并网/离网发电技术，特别涉及光伏系统的组件级关断功能，是一种可自动实现组件级关断的光伏系统及其控制方法。
背景技术
随着光伏发电应用越来越广泛，光伏发电系统的安全问题越来越受到重视；特别是组件级关断，其在欧洲和北美都已有相关标准，如VDE-AR-E 2100-712:2013标准中要求消防灭火等紧急情况下，系统内不得有超过120V的直流电压。考虑到目前组件电压越来越高，两块组件串联后电压即可能超过120V，因此必须能实现组件级关断，即保证任意两块组件都不串联；
目前具有组件级关断功能的产品包括光伏优化器、光伏监控器、智能接线盒等，其关断功能是通过关断内部的开关管，从而切断电气连接，使得任意两个组件间不存在串联关系。
随着欧洲和北美相关标准的推出，组件级关断将成为光伏系统的标配，但目前的方案都依赖于通讯系统(一般采用PLC通讯或者RF通讯)。
CN201710114503.5号公布文件公开了一种指令发送装置和光伏组件关断系统，其中指令发送装置包括：电源电路和通信电路；其中通信电路用于向关断装置发送开通指令或关断指令。当光伏组件关断后，发送装置的电源继续有电，因此发送装置可以给关断装置发送开通指令，从而使光伏系统可以成功启动。另外，其图1也展示了现有的关断装置的示意图。
然而，上述类似的通讯系统必然带来成本增加、效率降低等问题，因此，不依赖于通讯系统的组件级关断方案就成为行业的迫切需求。
发明内容
本发明为解决现有光伏系统组件级关断方案依赖于通讯系统的问题，旨在提供一种可自动实现组件级关断的光伏系统及其控制方法，以降低系统成本、提高系统效率。
本发明每块光伏电池输出接一组件级关断设备，组件级关断设备的输出依次串联形成组串，若干组串并联形成阵列，所述组件级关断设备输入“正”端与输出“正”端直接短接，输入“负”端串联一个开关管和第一电阻再连接输出“负”端，开关管可实现关断功能，输出“正”端与输出“负”端之间接有第二电阻，第一电流检测电路检测第一电阻上的电流，第二电流检测电路检测第二电阻上的电流，第一、第二电流检测电路分别送出控制信号到驱动电路，驱动电路用于驱动开关管的开通。
其中，还包括关断逆变器，所述阵列输出接到后级关断逆变器，关断逆变器输出并网。关断是指关断组件级关断设备，不是关断逆变器；
其中，所述关断逆变器设有开通控制辅助电源，其由AC侧供电，开通控制辅助电源输出通过一个二极管接到关断逆变器的输入端。
本发明提供一种基于上述装置的自动实现组件级关断的光伏系统的控制方法，其特征在于：组件级关断设备默认处于关断状态；当第一电流检测电路触发时(即Istr>Ion)，输出控制信号到驱动电路，若此时开关处关断状态，则驱动电路送出驱动，开关管开通；当第二电流检测电路触发时(即Io<Ioff)，若此时为开通状态，则驱动电路拉低驱动信号，开关管关断。
本发明提供一种基于上述装置的一种自动实现组件级关断的光伏系统的控制方法，其特征在于：关断逆变器的开通控制辅助电源周期性(周期为T1+T2)开通和关断：开通时输出电压，即维持关断状态T1时间，然后开通T2时间；当其开通时，若此时系统处于关断状态，则各组件级关断设备的第二电流检测电阻上产生电流而触发驱动，使各组件级关断设备开通；若此时系统处于开通状态，因为开通控制辅助电源输出电压低于关断逆变器的工作电压，开通控制辅助电源输出二极管截止，故不会影响系统正常工作。
本发明提供一种基于上述装置的一种自动实现组件级关断的光伏系统的控制方法，其特征在于：当光伏系统每个组串上都装有防反二极管时，将智能关断逆变器中的开通控制辅助电源及二极管部分独立出来形成一个独立设备-智能关断控制器，安装于每个组串，输入接逆变器的AC端，输出接到组串防反二极管之前，即可实现同样智能关断功能。
和现有技术相比，本发明的组件级关断装置不依赖于通讯系统，有效降低了系统成本，提高了可靠性；本发明可自动实现组件级关断，即当逆变器离网时或者故障关断时，组件级关断设备自动关断，确保系统中不存在直流高压，可确保消防灭火等紧急情况下，以及初始安装及运维时现场人员的人身安全；当逆变器并网并运行正常时，组件级关断设备可以自动开通。
附图说明
图1为可自动实现组件级关断的光伏系统图；
图2为组件级关断设备的功能架构图；
图3a、图3b分别为关断和开通的控制流程说明图；
图4为可自动实现组件级关断的带防反二极管的光伏系统图；
图5为关断控制器的示意图；
图中符号说明：
10111-101mn—光伏电池；10211-102mn—组件级关断设备；103—智能关断逆变器；104—电网；105—传统光伏逆变器；1061-106n—智能关断控制器；Istr1-Istrn—组串电流；Io—组件级关断设备的输出电流。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，本实施例提供的了一种可自动实现组件级关断的光伏系统，每块光伏电池输出接一组件级关断设备，组件级关断设备的输出依次串联形成组串，若干组串并联形成阵列，阵列输出接到后级智能关断逆变器，智能关断逆变器输出并网。
参见图2，所述组件级关断设备输入“正”端与输出“正”端直接短接，输入“负”端串联一个开关管和一个第一电阻1再连接输出“负”端，开关管可实现关断功能，输出“正”端与输出“负”端之间接有第二电阻2，另有第一电流检测电路检测第一电阻1上的电流和第二电流检测电路检测第二电阻2上的电流，两个电流检测电路分别送出控制信号到驱动电路，驱动电路用于驱动开关管的开通。
参见图1，关断逆变器相对于普通光伏逆变器，设有一开通控制辅助电源，由AC侧供电，开通控制辅助电源输出通过一个二极管接到智能关断逆变器的输入端。
参见图3a、图3b，图3和图3b所示为自动实现组件级关断的光伏系统的控制方法的流程说明图，组件级关断设备开通的控制方法为：组件级关断设备默认处于关断状态，当第一电流检测电路触发时(Istr>Ion，Istr为组串的电流)，输出控制信号到驱动电路，若此时开关处关断状态，则驱动电路送出驱动，开关管开通；
组件级关断设备关断的控制方法为：当第二电流检测电路触发时(Io<Ioff，Io为组件级关断设备的电流)，若此时为开通状态，则驱动电路拉低驱动信号，开关管关断；
智能关断逆变器的开通控制辅助电源周期性输出电压，即维持关断状态T1时间，然后开通T2时间，当其开通时，若此时系统处于关断状态，则各组件级关断设备的电流检测电阻2上产生电流，触发驱动，使各组件级关断设备开通，其输出电压低于智能关断逆变器正常工作电压范围的下阈值，故当光伏系统正常工作时，开通控制辅助电源输出二极管处于截止状态；当发生火灾等紧急情况时，只需断开AC总闸或者关断逆变器即可实现系统组件级关断。
作为优选，参见图4和图5，当光伏系统每个组串上都装有防反二极管时，将智能关断逆变器中的开通控制辅助电源及二极管部分独立出来形成一个独立设备-关断控制器，安装于每个组串，并输入接逆变器的AC端，输出接到组串防反二极管之前，即可实现同样智能关断功能。
上面结合附图及实施例描述了本发明的实施方式，实施例给出的并不构成对本发明的限制，本领域内熟练的技术人员可依据需要做出调整，在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。

Claims (6)

1.一种可自动实现组件级关断的光伏系统，每块光伏电池输出接一组件级关断设备，组件级关断设备的输出依次串联形成组串，若干组串并联形成阵列,其特征在于：所述组件级关断设备输入“正”端与输出“正”端直接短接，输入“负”端串联一个开关管和第一电阻再连接输出“负”端，开关管可实现关断功能，输出“正”端与输出“负”端之间接有第二电阻，第一电流检测电路检测第一电阻上的电流，第二电流检测电路检测第二电阻上的电流，第一、第二电流检测电路分别送出控制信号到驱动电路，驱动电路用于驱动开关管的开通。
2.根据权利要求1所述的一种可自动实现组件级关断的光伏系统，其特征在于：还包括关断逆变器，所述阵列输出接到后级关断逆变器，能关断逆变器输出并网。
3.根据权利要求2所述的一种可自动实现组件级关断的光伏系统，其特征在于：所述关断逆变器设有开通控制辅助电源，其由AC侧供电，开通控制辅助电源输出通过一个二极管接到关断逆变器的输入端。
4.一种基于上述任一权利所述装置的自动实现组件级关断的光伏系统的控制方法，其特征在于：组件级关断设备默认处于关断状态；当第一电流检测电路触发时(即Istr>Ion)，输出控制信号到驱动电路，若此时开关处关断状态，则驱动电路送出驱动，开关管开通；当第二电流检测电路触发时(即Io<Ioff)，若此时为开通状态，则驱动电路拉低驱动信号，开关管关断。
5.一种基于上述权2或3所述装置的一种自动实现组件级关断的光伏系统的控制方法，其特征在于：关断逆变器的开通控制辅助电源周期性(周期为T1+T2)开通和关断，且其开通时的输出电压低于关断逆变器正常工作电压范围的下阈值，开通控制辅助电源开通时输出电压，即开通控制辅助电源维持关断状态T1时间，然后开通T2时间；T1远大于T2，如T2为10s，T1为10min；
当开通控制辅助电源开通时，若此时系统处于关断状态，即每一台组件级关断设备都处于关断状态，则各组件级关断设备的第二电流检测电阻上产生电流而触发驱动，使各组件级关断设备开通；当开通控制辅助电源开通时，若此时系统处于开通状态，即每一台组件级关断设备都处于开通状态，因为开通控制辅助电源的输出电压低于关断逆变器的工作电压，二极管截止，不会影响系统的正常工作。
6.一种基于上述权3所述装置的一种自动实现组件级关断的光伏系统的控制方法，其特征在于：当光伏系统每个组串上都装有防反二极管时，将智能关断逆变器中的开通控制辅助电源及二极管部分独立出来形成一个独立设备-智能关断控制器，安装于每个组串，输入接逆变器的AC端，输出接到组串防反二极管之前，即可实现同样智能关断功能。
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