CN109245298A - 一种关断控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种关断控制系统和方法，以提高具有触电保护的分布式发电系统的可用性。该关断控制系统的主电路是将多个关断电路的输出端串联在一起构成的串联电路，或者是将多个所述串联电路的输出端并联在一起构成的串并联电路；每个关断电路的输入端分别连接分布式发电系统的至少一个直流电源；该关断控制系统的控制电路包括：系统控制单元SCU、至少一个辅助控制单元ACU，以及与所述关断电路对应设置的电源控制单元PCU；SCU和ACU分别在满足各自条件时发送模式控制指令，PCU依据不同模式控制指令得到不同判据，基于多判据判断本PCU对应的关断电路要运行的工作模式，并根据判断结果控制关断电路运行在相应的工作模式。

Description

一种关断控制系统和方法

技术领域

本发明涉及触电保护技术领域，更具体地说，涉及一种关断控制系统和方法。

背景技术

在分布式发电系统中，单个直流电源输出往往不足以提供实际需求的电压、功率，因此需要将多个直流电源串并联在一起以满足设计要求。但是，多个直流电源串并联后的整体输出电压可达数百伏甚至上千伏，当有人员接近时，可能引发严重的触电事故。

一种现有的触电保护方案是在每个直流电源上分别安装一个关断电路，当有人员接近时通过人工触发主机装置，发送关断指令控制所有的关断电路断开直流电源，使直流电源串并联后的整体输出电压落在安全电压以内。但该方案实施过程中可能出现通信信号被吸收或被遮挡等通信链路异常情况，导致某些关断电路无法接收到关断指令而关断失败，因此又对其进行了如下改进：主机装置还向各个关断电路发送心跳信号，关断电路一旦丢失主机装置的心跳信号，就知晓通信链路已中断，此时直接断开直流电源。

该改进方案在主机装置、通信链路中的任意一个环节出现问题时，都能保证直流电源断开连接。但是该改进方案存在的问题是，所述任意一个环节多次出现临时性或随机性的异常时，都会造成直流电源频繁断开连接，这严重影响分布式发电系统的可用性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种关断控制系统和方法，以提高具有触电保护功能的分布式发电系统的可用性。

一种关断控制系统，包括主电路和控制电路；

所述主电路是将多个关断电路的输出端串联在一起构成的串联电路，或者是将多个所述串联电路的输出端并联在一起构成的串并联电路；每个关断电路的输入端分别连接分布式发电系统的至少一个直流电源；

所述控制电路包括：系统控制单元SCU、至少一个辅助控制单元ACU，以及与所述关断电路对应设置的电源控制单元PCU；SCU和ACU分别在满足各自条件时发送模式控制指令，PCU用于依据不同模式控制指令得到不同判据，基于多判据判断本PCU对应的关断电路要运行的工作模式，并根据判断结果控制关断电路运行在相应的工作模式；

所述工作模式包括安全模式和正常工作模式；所述安全模式，是指限制关断电路的输出电压，以使得所述串联电路的输出电压落在安全电压以内；所述正常工作模式，是指除所述安全模式之外的模式。

可选的，SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；

ACU用于在检测到SCU周期性地发送第一通信信号的期间，周期性地发送第二通信信号，直至检测到SCU停止发送第一通信信号时，才停止发送第二通信信号；第一通信信号和第二通信信号均为模式控制指令；

对应的，PCU具体用于判断在预设时间内是否接收到SCU发送的第一通信信号或ACU发送的第二通信信号，若是，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，若否，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

可选的，所述第一通信信号和所述第二通信信号是指包含正常工作模式指令的通信信号；

SCU还用于在接收到第一用户命令后，周期性地发送包含安全模式指令的通信信号；

ACU还用于在检测到SCU停止发送第一通信信号后，周期性地发送包含安全模式指令的通信信号。

可选的，SCU用于在接收到第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；包含正常工作模式指令的通信信号和包含安全模式指令的通信信号均为模式控制指令；

ACU用于跟随SCU发送包含正常工作模式指令或安全模式指令的通信信号；

对应的，PCU具体用于在接收到SCU或ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，接收到SCU或ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

可选的，SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；

ACU用于在检测到SCU周期性地发送第一通信信号的期间，周期性地发送包含正常工作模式指令的通信信号，在检测到SCU停止发送第一通信信号时，周期性地发送包含安全模式指令的通信信号；第一通信信号、包含正常工作模式指令的通信信号和包含安全模式指令的通信信号均为模式控制指令；

对应的，PCU具体用于在预设时间内既未接收到SCU发送的第一通信信号又未接收到ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号，或者接收到ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式，除此之外，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式。

可选的，所述关断控制系统中的每个ACU各由一个PCU兼任，每一个PCU都兼任一个ACU。

可选的，SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；所述第一通信信号为模式控制指令；

ACU用于在检测到SCU故障时，接管SCU的工作；

对应的，PCU具体用于判断在预设时间内是否接收到SCU或ACU发送的第一通信信号，若是，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，若否，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

可选的，SCU用于在接收到第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；包含正常工作模式指令的通信信号和包含安全模式指令的通信信号均为模式控制指令；

ACU用于在检测到SCU故障时，接管SCU的工作；

对应的，PCU具体用于在接收到SCU或ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，在接收到SCU或ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

可选的，SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；所述第一通信信号为模式控制指令；

ACU用于周期性地发送第二通信信号，直至接收到所述第一用户命令时，才停止发送所述第二通信信号；

对应的，PCU具体用于判断在预设时间内是否接收到所述第一通信信号或所述第二通信信号，若是，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，若否，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

可选的，SCU用于在接收到第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；

ACU用于在接收到所述第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到所述第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；包含正常工作模式指令的通信信号和包含安全模式指令的通信信号均为模式控制指令；

对应的，PCU具体用于在接收到SCU或ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，接收到SCU或ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

一种关断控制方法，应用于关断控制系统，所述关断控制系统包括主电路和控制电路；所述主电路是将多个关断电路的输出端串联在一起构成的串联电路，或者是将多个所述串联电路的输出端并联在一起构成的串并联电路；每个关断电路的输入端分别连接分布式发电系统的至少一个直流电源；

所述控制电路包括：SCU、至少一个ACU，以及与所述关断电路对应设置的PCU；

所述关断控制方法，包括：

SCU和ACU分别在满足各自条件时发送模式控制指令；

PCU依据不同模式控制指令得到不同判据，基于多判据判断本PCU对应的关断电路要运行的工作模式，并根据判断结果控制关断电路运行在相应的工作模式；

所述工作模式包括安全模式和正常工作模式；所述安全模式，是指限制关断电路的输出电压，以使得所述串联电路的输出电压落在安全电压以内；所述正常工作模式，是指除所述安全模式之外的模式。

从上述的技术方案可以看出，本发明中的PCU既能根据SCU发送的模式控制指令又能根据ACU发送的模式控制指令来判断关断电路应当运行的工作模式，并根据判断结果控制关断电路运行；即便触电保护方案的某一环节出现问题，导致PCU无法接收到某一路模式控制指令时，PCU仍可以根据另一路模式控制指令做出正确的判断，而不会因为接收不到某一路模式控制指令而导致关断电路运行于错误的模式下，从而避免了接收单一模式控制指令失败情况下对分布式发电系统的可用性造成不利影响。

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为本发明实施例公开的一种关断控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种关断电路结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种关断控制方法流程图。

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。

参见图1，本发明实施例公开了一种关断控制系统，其主电路是将多个关断电路的输出端串联在一起构成的串联电路，或者是将多个所述串联电路的输出端并联在一起构成的串并联电路；每个关断电路的输入端分别连接分布式发电系统中的至少一个直流电源，当任意一个关断电路的输入端同时连接多个直流电源时，这多个直流电源之间可以采用串联、并联或混联的方式连接。可见，本发明实施例为分布式发电系统中的每个直流电源都配置了一个关断电路，可以是一对一配置，也可以是多个直流电源共用一个关断电路。

所述关断控制系统可以应用于以光伏组件作为直流电源的分布式发电系统(以下简称光伏系统)，也可以应用于以蓄电池、超级电容或燃料电池等作为直流电源的分布式发电系统，并不局限。图1仅以“应用于光伏系统，为每个光伏组件都单独配置一个关断电路，共有2个所述串联电路”作为示例。

仍参见图1，所述关断控制系统的控制电路包括：SCU(System Control Unit，系统控制单元)、至少一个ACU(Auxiliary Control Unit，辅助控制单元)，以及与所述关断电路对应设置的PCU(Power source Control Unit，电源控制单元)，可以是关断电路与PCU一对一设置，也可以是多个关断电路共同对应一个PCU。SCU和ACU分别在满足各自条件时发送模式控制指令，PCU用于依据不同模式控制指令得到不同判据，基于多判据判断本PCU对应的关断电路要运行的工作模式，并根据判断结果控制关断电路运行在相应的工作模式。

其中，所述工作模式包括安全模式和正常工作模式。关断电路的正常工作模式和安全模式，是根据关断电路是否进行触电保护而划分的，所述正常工作模式就是除所述安全模式之外的模式。

更为具体的，所述正常工作模式，是指不影响分布式发电系统正常工作，也即在不考虑触电风险的前提下，控制分布式发电系统根据实际工况正常工作，例如根据实际工况进行最大功率运行、限功率运行或待机等。

所述安全模式，是指限制关断电路的输出电压，以使得所述串联电路的输出电压(以下简称组串电压)落在安全电压以内，防止有人员接近时发生触电危险。关断电路的输出电压的限制值根据实际情况而定，举例说明，美国NEC2017要求安装在建筑物上的光伏系统应具备快速关断功能，在关断后，光伏系统0.3m以外的区域导体电压不超过30V，针对这一场景，假设1个串联电路有22个关断电路串联，则关断电路可进入限制自身输出电压不超过1V的安全模式，那么组串电压不超过22V，满足30V的安规要求。

由以上描述可知，本发明实施例中的PCU既能根据SCU发送的模式控制指令又能根据ACU发送的模式控制指令来判断关断电路应当运行的工作模式，并根据判断结果控制关断电路运行；即便触电保护方案的某一环节出现问题，导致PCU无法接收到某一路模式控制指令时，PCU仍可以根据另一路模式控制指令做出正确的判断，而不会因为接收不到某一路模式控制指令而导致关断电路运行于错误的模式下，从而避免了接收单一模式控制指令失败情况下对分布式发电系统的可用性造成不利影响。

本发明实施例中，PCU控制关断电路运行于安全模式，可以是控制关断电路运行于输出电压为零的安全模式，也可以是控制关断电路运行于输出电压不为零的安全模式，不同情况下的实现方式具体描述如下：

控制关断电路运行于输出电压为零的安全模式的实现方式至少有以下几种：1)控制关断电路输入端的电压等于本关断电路输入端所连接的直流电源的开路电压，这种情况下本关断电路输入端所连接的直流电源的输出电流为0，没有能量传递到本关断电路的输出端，能够避免发生触电危险；2)控制关断电路输入端的电流等于本关断电路输入端所连接的直流电源的短路电流，这种情况下关断电路输入端的电压为0，没有能量传递到本关断电路的输出端，能够避免发生触电危险；3)直接切断本关断电路的输入端与输出端之间的连接、或者直接控制本关断电路停机。

控制关断电路运行于输出电压不为零的安全模式的实现方式至少有以下几种：1)控制关断电路输入端(或输出端)的电压保持在一设定的阈值，该阈值不为零；2)控制关断电路输入端(或输出端)的电压在设定的范围内周期性变化。

这里需要说明的是，同一关断控制系统中可以同时存在多种实现安全模式的方式，也可以仅存在一种实现安全模式的方式，并不局限。另外，PCU的供电一般取自关断电路前端的直流电源，当无法从直流电源取电时(例如控制关断电路输入端的电流等于本关断电路输入端所连接的直流电源的短路电流时)，PCU可以从其他没有短路的直流电源上取电，或者额外配置储能电池。

下面，对关断电路的拓扑结构进行描述：关断电路内部包含开关装置，通过开关装置来调整其工作模式。

例如，如图2所示拓扑结构，关断电路包括开关S和二极管D，开关S连接在本关断电路的输入端与输出端之间，二极管D反并联在本关断电路的输出端。其工作原理为：将开关S闭合，连通输入端和输出端，使关断电路运行于正常工作模式；将开关S断开，切断输入端和输出端的电流环路，使关断电路运行于输出电压为零的安全模式；或者，有规律地断开和闭合开关S(例如采用固定占空比的PWM方式或采用滞环比较的PWM方式)，反复将输入端与输出端连通和断开，配合系统中的电感、电容(或者寄生电感、寄生电容)实现波形的平滑输出，使输出端的电压维持在一设定的阈值。二极管D用于在开关S断开后，为串联电路提供电流旁路流通的路径。

或者，开关S也可以改为并联在关断电路的输入端或者输出端上，开关S断开时，关断电路运行于正常工作模式；开关S闭合时，输出端的电压降低为零；或者，有规律地断开和闭合开关S，使输出端的电压维持在一设定的阈值。

或者，关断电路也可以是DC/DC变换器，例如buck变换器、boost变换器或buck-boost变换器等，通过控制DC/DC变换器内部开关管的开关状态，该DC/DC变换器可以运行在正常工作模式，也可以运行在安全模式。

其中，SCU和ACU可以是物理上独立存在的设备，例如图1所示。或者，为了提高系统集成度、降低系统成本，SCU和/或ACU也可以集成在分布式发电系统的现有设备内部，例如将ACU集成在光伏逆变器内部。

其中，PCU包括接收器和控制器。接收器用于接收SCU和ACU发送的信号，并传送给控制器，控制器对接收到的信号进行解析和处理，例如对接收到的模式控制指令进行解析，判断关断电路是要运行于正常工作模式还是安全模式，并生成对应的控制信号控制关断电路执行相应的动作。在一些场合下，PCU还可以具有发送器，控制器通过发送器来发送通信信号，在这种情况下，PCU通常具有一个特定的设备ID，在接收器接收的模式控制指令中，若控制器识别到包含PCU自身ID、且需要进行通信回复的模式控制指令时，则由所述发送器回复通信信号，通常回复的通信信号也包含PCU自身的ID。为提高系统集成度以及降低成本，同一PCU中的发送器和接收器可以共享一部分电路，多个关断电路也可以共享一个PCU。

在上述公开的任一种实施例中，所述控制电路内部程序具体的控制逻辑至少有以下7种：

控制逻辑1：

SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送；所述第一用户命令是所述关断控制系统进行触电保护的启动命令，即指示关断电路运行在安全模式的命令(下同)；

ACU用于在检测到SCU周期性地发送第一通信信号的期间，周期性地发送第二通信信号，直至检测到SCU停止发送第一通信信号时，才停止发送第二通信信号；所述第一通信信号和所述第二通信信号均为模式控制指令；

对应的，PCU具体用于判断在预设时间T1内是否接收到SCU发送的第一通信信号或任意一个ACU发送的第二通信信号(判断在预设时间T1内是否接收到SCU发送的第一通信信号为第一判据，判断在预设时间T1内是否接收到第一个ACU发送的第二通信信号为第二判据，判断在预设时间T1内是否接收到第二个ACU发送的第二通信信号为第三判据，……)，若是，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，若在预设时间T1内既未接收到SCU发送的第一通信信号又未接收到ACU发送的第二通信信号，则控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

具体的，假设SCU的发送周期为T2，ACU的发送周期为T3，则T1>T2并且T1>T3，此时，如果PCU与ACU、SCU之间的通信良好，则PCU在预设时间T1内能够接收到第一通信信号和第二通信信号。若由于通信质量较差，导致PCU在T1时间内，只能接收到SCU和ACU其中1个发送的通信信号，例如只能接收到ACU发送的第二通信信号，则PCU仍可以控制本PCU对应的关断电路运行于正确的模式，而不会因为接收不到SCU发送的第一通信信号而错误地进入安全模式，系统可用性得以提高。

控制逻辑1下，ACU判断SCU处于周期性地发送第一通信信号的状态时，可选择的判断依据较多，具体参见下述示例1和示例2。

示例1：ACU以接收到SCU周期性发来的第一通信信号，作为判定SCU处于周期性地发送第一通信信号的状态的依据。也就是说，SCU发送的第一通信信号既作为模式控制指令，还用于指示ACU是否发送第二通信信号。

具体的，已知对于任意两个设备A和B，如果两者通信区间相同，则设备A发出的数据能被设备B接收和解析；对于任意三个设备A、B、C，如果三者通信区间相同，则设备A、C同时向设备B发数据，将造成通信冲突。所以，当所述控制电路中含有多个ACU，并且各个PCU、各个ACU均处于同一通信区间时，为避免多个ACU在SCU的触发下同时对外发信号造成通信冲突，需采取一定防冲突机制。例如：处于同一通信区间中的各个ACU的ID各不相同(ACU的ID可以是出厂时预存在ACU内存中的出厂编号，例如包含日期和流水号的编码1706031234；或者，ACU的ID也可以是在现场应用中由人工设置的编码，例如在现场应用中通过ACU上的拨码开关、按键、触摸屏或通信交互的上位机录入的编码；或者，ACU的ID也可以是基于通信组网动态分配的通信地址，例如基于modbus协议动态分配的001～255中的一个通信地址)，SCU中预存有所有ACU的ID，SCU采用轮询的方式给所有的ACU发送包含指定ACU的ID的所述第一通信信号，每个ACU在接收到该第一通信信号后解析其中的ID信息，与自身的ID比对，如果一致，就发送包含本ACU的ID的所述第二通信信号。从而，将不同ACU发送所述第二通信信号的时间错开，保证同一时间只有一个ACU对外发信号，避免发生通信冲突。

在示例1下，所述控制电路内部可以只存在一种通信区间，例如：SCU、ACU、PCU都耦合在直流电力线上(图1中SCU、ACU连接在直流电力线正负极的方式仅是示意图，实际可能采用电流变压器耦合在直流电力线上)，通过PLC(Power Line Carrier Communication，电力线载波通信)方式进行交互。

示例2：ACU以在SCU周期性地发送的第一通信信号期间，接收到SCU周期性发来的第三通信信号，作为判定SCU处于周期性地发送第一通信信号的状态的依据。也就是说，SCU发送的第一通信信号作为模式控制指令，第三通信信号用于指示ACU是否发送第二通信信号。SCU发送第一通信信号的通信区间与发送第三通信信号的通信区间可以相同，也可以不同。

在示例2下，当所述控制电路中含有多个ACU，并且各个PCU、各个ACU均处于同一通信区间时，为避免多个ACU在SCU的触发下同时对外发信号造成通信冲突，也需采取一定防冲突机制，例如：SCU中预存有所有ACU的ID，SCU采用轮询的方式给所有的ACU发送包含指定ACU的ID的所述第三通信信号，每个ACU在接收到该第三通信信号后解析其中的ID信息，与自身的ID比对，如果一致，就发送包含本ACU的ID的所述第二通信信号。

可选的，控制逻辑1下，ACU发送的第二通信信号，还能够同时被SCU接收到，即ACU在接收到SCU发送的第一通信信号后，会回复SCU第二通信信号，该第二通信信号中可以包含ACU采集到的自身或者系统运行状态数据，例如直流母线电压。

此外需要说明的是，控制逻辑1下，SCU停止发送第一通信信号，ACU停止发送第二通信信号，并不是禁止SCU和ACU再发送其他通信信号，只要能够和第一通信信号和第二通信信号区别开就可以，区别方式可以以通信信号中包含的指令进行区分，例如第一通信信号和第二通信信号均包含正常工作模式指令，所述其他通信信号中包含安全模式指令，SCU在接收到第一用户命令后，周期性地发送包含安全模式指令的通信信号，ACU在检测到SCU停止发送第一通信信号后，周期性地发送包含安全模式指令的通信信号。ACU可以对SCU发送的同时包含安全模式指令和本ACU自身的ID的通信信号进行通信回复。

控制逻辑2：

SCU用于在接收到第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；所述第二用户命令是指示关断电路运行在正常工作模式的命令(下同)；所述正常工作模式的通信信号和所述包含安全模式指令的通信信号均为模式控制指令；

ACU用于跟随SCU发送包含正常工作模式指令或安全模式指令的通信信号；

对应的，PCU具体用于在接收到SCU或ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，接收到SCU或ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

控制逻辑2同时设置了多条通信链路，避免了由于通信质量较差导致单一通信链路失效时，PCU因为接收不到包含正常工作模式指令的通信信号而错误地进入安全模式的情况，系统可用性得以提高。

其中，ACU采取的跟随方式，可以是在接收到SCU发送的包含正常工作模式指令的通信信号时，也发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到SCU发送的包含安全模式指令的通信信号时，也发送包含安全模式指令的通信信号。或者，ACU也可以根据SCU下发的其他指示信息来进行跟随，并不局限。

当然，当所述控制电路中含有多个ACU，并且各个PCU、各个ACU均处于同一通信区间时，为避免多个ACU在SCU的触发下同时对外发信号造成通信冲突，也需采取一定防冲突机制，例如：SCU中预存有所有ACU的ID，SCU采用轮询的方式指定各ACU依次对外发信号。

控制逻辑3：

SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；

ACU用于在检测到SCU周期性地发送第一通信信号的期间，周期性地发送包含正常工作模式指令的通信信号，在检测到SCU停止发送第一通信信号时，周期性地发送包含安全模式指令的通信信号；

对应的，PCU具体用于在预设时间内既未接收到SCU发送的第一通信信号又未接收到ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号，或者接收到ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式，除此之外，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式。

控制逻辑3同时设置了多条通信链路，避免了由于通信质量较差导致单一通信链路失效时错误地进入安全模式的情况，系统可用性得以提高。

在控制逻辑3下，不论是在SCU周期性地发送第一通信信号期间，还是停止发送第一通信信号期间，SCU都可以一直向ACU发第四通信信号。ACU周期性发送的包含正常工作模式指令或安全模式指令的通信信号，还能够同时被SCU接收到，该通信信号中包含ACU采集到的自身或者系统运行状态数据，例如直流母线电压，用于回复所述第四通信信号请求的内容。

在控制逻辑1-3中，ACU能够作为SCU的从机使用。其中，为节约硬件成本，每个ACU可以各由一个PCU兼任，每一个PCU都兼任一个ACU，例如在控制逻辑1下，PCU接收到SCU发送的第一通信信号或其他任一PCU发送的第二通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，除此之外，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

控制逻辑4：

SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；

ACU用于在检测到SCU故障时，接管SCU的工作；

对应的，PCU具体用于判断在预设时间T4内是否接收到SCU或ACU发送的第一通信信号，若是，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，若否，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

控制逻辑4下，所述关断控制系统中仅包含一个ACU，ACU作为SCU的备用主机，在SCU故障时，接管SCU的工作，避免了SCU故障时错误地进入安全模式的情况，系统可用性得以提高。ACU检测SCU故障的方式，可以是：SCU在接收到第一用户命令前，超过预设时间未发送第一通信信号，判定SCU故障。

这里需要说明的是，ACU接管SCU的工作时可能存在一定延迟时间t，假设SCU正常工作时的发送周期为T2，则PCU在最后一次接收到SCU发送的第一通信信号与首次接收到ACU发送的第一通信信号之间的时间间隔为T2+t，因此，T4的设置应当超过T2+t。

或者，ACU检测SCU故障的方式，也可以是：ACU设置第一检测模块来检测SCU的运行状态，以区分SCU停止发送通信信号是出于分布式发电系统控制需要还是由于SCU自身故障导致，只有在第一检测模块检测到SCU发生故障后，ACU才接管SCU的工作。

一种较佳的ACU的第一检测模块检测SCU故障的案例是，检测SCU输出的定时翻转电平状态的状态信号来判断SCU是否发生故障。例如，SCU在正常运行时，会在一个端口输出1个1Hz频率的0V到5V变化的状态信号，若SCU内部出现电源掉电、芯片死机、器件损坏等故障，则该端口的电平会停止翻转，变成始终输出0V或者始终输出5V的固定电平；ACU的第一检测模块连接到并监视该端口，一旦检测到该管脚丢失1Hz的频率翻转信息后，即可判定SCU出现故障。

另一种较佳的ACU的第一检测模块检测SCU故障的案例是，检测ACU与SCU之间的专用通信是否正常。例如，第一检测模块就是ACU发送和接收专用通信的通信模块，ACU通过专用通信主动向SCU发送通信信号，并判断是否成功接收SCU的通信回复信号，若没有成功接收到SCU的通信回复信号，判定SCU发生故障。该专用通信与ACU向PCU发送通信信号的通信区间不同。

其他的ACU的第一检测模块检测SCU故障的案例还可以是：检测SCU输入输出端口的电压是否正常、检测SCU内部的温度是否正常等，此处不再一一列举。

可选的，ACU还可以具有状态指示模块，在检测到SCU故障时，通过状态指示模块对外发出告警信号，以显示SCU故障和通知人员前来检修。状态指示模块可以采用声信号、光信号、电信号或通信信号等方式告警，并不局限。

控制逻辑5：

SCU用于在接收到第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；

ACU用于在检测到SCU故障时，接管SCU的工作；

对应的，PCU具体用于在接收到SCU或ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，接收到SCU或ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

其中，ACU可以设置第一检测模块来检测SCU的运行状态，具体案例参见控制逻辑4。控制逻辑5下，所述关断控制系统中同样是仅包含一个ACU，ACU作为SCU的备用主机，控制逻辑5避免了SCU故障时因为无法响应第二用户命令，而无法进入正常工作模式的情况，系统可用性得以提高。

可选的，ACU可以具有检测分布式发电系统状态的第二检测模块，在接管SCU的工作后，ACU还用于根据检测到的分布式发电系统的状态，决定要发送的通信信号所要包含的运行模式指令是正常工作模式指令还是安全模式指令。第二检测模块可以连接在分布式发电系统中除SCU以外的其他设备或连接点上，如PCU、光伏逆变器、直流电缆、交流电网、大地等。其中，分布式发电系统的状态包括：并网条件、安规条件、系统中其他设备的运行状态、分布式发电系统所处的环境、电气参数或外部输入的指令等，具体为：

ACU的第二检测模块可以用于检测分布式发电系统的并网条件，当检测到电网不满足分布式发电系统并网条件时，如电网过压、欠压、孤岛、过频、欠频等，则可以向所有PCU发送控制包含安全模式指令的通信信号，当检测到电网电压、频率满足分布式发电系统并网条件时，则可以向所有PCU发送包含正常工作模式指令的通信信号。

ACU的第二检测模块可以用于检测分布式发电系统的安规条件，当检测到分布式发电系统不满足安规要求时，如光伏阵列绝缘阻抗超标、漏电流超标、发生直流电弧等，则可以向所有PCU发送控制包含安全模式指令的通信信号，当检测到分布式发电系统满足安规要求时，则可以向所有PCU发送包含正常工作模式指令的通信信号。

ACU的第二检测模块可以用于检测分布式发电系统中其他设备的运行状态，当检测到分布式发电系统中其他设备出现故障时，如光伏逆变器故障、并网箱故障、PCU故障、对外的通信电路故障等，则可以向所有PCU发送包含安全模式指令的通信信号，当检测到分布式发电系统中其他设备运行正常时，则可以向所有PCU发送包含正常工作模式指令的通信信号。另外，在检测到PCU故障时，也可以只控制故障PCU运行于安全模式。

ACU的第二检测模块可以用于检测分布式发电系统的环境，当检测到分布式发电系统处于不适合运行的环境时，如环境温度过高/过低、气压过高/过低、环境湿度过高、分布式发电系统浸水、发生火灾或者发生消防警报、可燃气体泄露等，则可以向所有PCU发送控制包含安全模式指令的通信信号，当检测到分布式发电系统的环境满足运行条件时，则可以向所有PCU发送包含正常工作模式指令的通信信号。

ACU的第二检测模块可以用于检测分布式发电系统的电气参数是否超过设定的阈值，当检测到电气参数超过设定阈值时，例如直流电压超过设定的阈值时，为了提高分布式发电系统的运行可靠性和寿命，则可以向部分PCU发送包含安全模式指令的通信信号，以降低超过阈值的电气参数。

ACU的第二检测模块可以用于检测分布式发电系统外部输入的指令，当检测到有外部输入的指令时，如检测到通过干接点、开关、按键、触摸屏、对外通信接口有外部指令输入时，则可以发送包含外部输入的指令的通信信号，以调整PCU对应的关断电路运行于对应的模式。

控制逻辑6：

SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；

ACU用于周期性地发送第二通信信号，直至接收到所述第一用户命令时，才停止发送第二通信信号；

对应的，PCU具体用于判断在预设时间内是否接收到所述第一通信信号或所述第二通信信号，若是，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，若否，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

控制逻辑6下，SCU与ACU是作为并列主机。控制逻辑6下同时设置了多条通信链路，避免了由于通信质量较差导致单一通信链路失效时错误地进入安全模式的情况，系统可用性得以提高，而且也能避免单个主机故障时系统可用性较差的问题。

当SCU、各个ACU的通信区间相同时，为避免SCU、各个ACU之间发生通信冲突，SCU以及各个ACU可以监听该通信区间内的通信状态，并在空闲时发信号。

或者，也可以设置SCU、各个ACU向PCU发送信号的通信区间各不相同，以系统中包含1个ACU和1个SCU为例，其具体实现方式可以是：

信号发送的相位不同。例如ACU和SCU都以1秒钟的间隔定时发送通信信号，但是SCU的通信信号从第0秒时刻开始发送，而ACU的通信信号从第0.5秒时刻开始发送，相位相差180°，以避免冲突。

或者，信号发送的周期不同。例如SCU以1秒的周期发送通信信号，而ACU以0.1秒的周期发送通信信号，以避免冲突。

或者，信号发送的波特率不同。例如SCU以9600bps的波特率发送通信信号，而ACU以2400bps的波特率发送通信信号，不同的波特率会使通信信号的长度不同，PCU通过波特率能识别信号来源及信号是否正常。

或者，信号发送的载波频率不同。例如SCU以130KHz的载波频率发送通信信号，而ACU以140KHz的频率发送通信信号，在采用不同的载波频率时，即使发送时间重叠，PCU也会准确识别并区分，一般不会因为波形重叠而导致冲突和无法解析。

或者，信号发送的信道不同。例如在一个通信网路下，划分成了1～9个信道，SCU在信道1中发送通信信号，而ACU在信道9中发送通信信号，避免了信号冲突。通常信道也是由频率段来划分的，信道之间可能会有部分频率段重叠，重叠部分还是有冲突的可能。因此采用的信道差距越远(例如采用信号1和信号9)，则冲突的概率越低。

或者，信号发送的调制方式不同。例如对于PLC通信，SCU以FSK(Frequency-shiftkeying，频移键控)调制方式发送通信信号，而ACU以PSK(Phase-shift keying，相移键控)调制方式发送通信信号。不同的调制方式所需要的解调方式也不同，PCU通过调制方式能识别信号来源及信号是否正常。

或者，信号发送的协议不同。例如SCU采用标准的modbus协议发送通信信号，而ACU采用自定义的非modbus协议来发送通信信号。PCU应支持SCU和ACU的通信协议，通过采用对应的通信协议解析通信信号，以识别信号来源及信号是否正常。

或者，信号传播的载体不同。例如，SCU采用无线通信，即采用空间作为信号传播载体，而ACU采用PLC通信，即采用电力线作为信号传播载体，PCU配置相应的通信接收电路，以接收不同传播载体的通信信号。采用不同载体时，可以从物理途径上将两个信号区分开，因此避免了冲突。其他不同的载体还包括：SCU采用电压信号作为载体、ACU采用电流信号作为载体等。

控制逻辑7：

SCU用于在接收到第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；

ACU用于在接收到所述第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到所述第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；

对应的，PCU具体用于在接收到SCU或ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，接收到SCU或ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

控制逻辑7下，SCU与ACU是作为并列主机。控制逻辑7下同时设置了多条通信链路，避免了由于通信质量较差导致单一通信链路失效时错误地进入安全模式的情况，系统可用性得以提高，而且也能避免单个主机故障时系统可用性较差的问题。控制逻辑7下避免SCU、各个ACU之间发生通信冲突的方式，请参见控制逻辑6。

与上述产品实施例行对应的，本发明实施例还公开了一种关断控制方法，应用于关断控制系统，所述关断控制系统包括主电路和控制电路；所述主电路是将多个关断电路的输出端串联在一起构成的串联电路，或者是将多个所述串联电路的输出端并联在一起构成的串并联电路；每个关断电路的输入端分别连接分布式发电系统的至少一个直流电源；

所述控制电路包括：SCU、至少一个ACU，以及与所述关断电路对应设置的PCU；

参见图3，所述关断控制方法，包括：

步骤S01：SCU和ACU分别在满足各自条件时发送模式控制指令；

步骤S02：PCU依据不同模式控制指令得到不同判据，基于多判据判断本PCU对应的关断电路要运行的工作模式，并根据判断结果控制关断电路运行在相应的工作模式；

所述工作模式包括安全模式和正常工作模式；所述安全模式，是指限制关断电路的输出电压，以使得所述串联电路的输出电压落在安全电压以内；所述正常工作模式，是指除所述安全模式之外的模式。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与产品实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，所述关断控制方法中涉及的具体控制逻辑，参见产品实施例部分相关说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种关断控制系统，其特征在于，包括主电路和控制电路；

所述主电路是将多个关断电路的输出端串联在一起构成的串联电路，或者是将多个所述串联电路的输出端并联在一起构成的串并联电路；每个关断电路的输入端分别连接分布式发电系统中的至少一个直流电源；

所述控制电路包括：系统控制单元SCU、至少一个辅助控制单元ACU，以及与所述关断电路对应设置的电源控制单元PCU；SCU和ACU分别在满足各自条件时发送模式控制指令，PCU用于依据不同模式控制指令得到不同判据，基于多判据判断本PCU对应的关断电路要运行的工作模式，并根据判断结果控制关断电路运行在相应的工作模式；

所述工作模式包括安全模式和正常工作模式；所述安全模式，是指限制关断电路的输出电压，以使得所述串联电路的输出电压落在安全电压以内；所述正常工作模式，是指除所述安全模式之外的模式。

2.根据权利要求1所述的关断控制系统，其特征在于：

SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；

ACU用于在检测到SCU周期性地发送第一通信信号的期间，周期性地发送第二通信信号，直至检测到SCU停止发送第一通信信号时，才停止发送第二通信信号；第一通信信号和第二通信信号均为模式控制指令；

对应的，PCU具体用于判断在预设时间内是否接收到SCU发送的第一通信信号或ACU发送的第二通信信号，若是，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，若否，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

3.根据权利要求2所述的关断控制系统，其特征在于，所述第一通信信号和所述第二通信信号是指包含正常工作模式指令的通信信号；

SCU还用于在接收到第一用户命令后，周期性地发送包含安全模式指令的通信信号；

ACU还用于在检测到SCU停止发送第一通信信号后，周期性地发送包含安全模式指令的通信信号。

4.根据权利要求1所述的关断控制系统，其特征在于：

SCU用于在接收到第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；包含正常工作模式指令的通信信号和包含安全模式指令的通信信号均为模式控制指令；

ACU用于跟随SCU发送包含正常工作模式指令或安全模式指令的通信信号；

对应的，PCU具体用于在接收到SCU或ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，接收到SCU或ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

5.根据权利要求1所述的关断控制系统，其特征在于：

SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；

ACU用于在检测到SCU周期性地发送第一通信信号的期间，周期性地发送包含正常工作模式指令的通信信号，在检测到SCU停止发送第一通信信号时，周期性地发送包含安全模式指令的通信信号；第一通信信号、包含正常工作模式指令的通信信号和包含安全模式指令的通信信号均为模式控制指令；

对应的，PCU具体用于在预设时间内既未接收到SCU发送的第一通信信号又未接收到ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号，或者接收到ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式，除此之外，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的关断控制系统，其特征在于，所述关断控制系统中的每个ACU各由一个PCU兼任，每一个PCU都兼任一个ACU。

7.根据权利要求1所述的关断控制系统，其特征在于：

SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；所述第一通信信号为模式控制指令；

ACU用于在检测到SCU故障时，接管SCU的工作；

对应的，PCU具体用于判断在预设时间内是否接收到SCU或ACU发送的第一通信信号，若是，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，若否，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

8.根据权利要求1所述的关断控制系统，其特征在于：

SCU用于在接收到第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；包含正常工作模式指令的通信信号和包含安全模式指令的通信信号均为模式控制指令；

ACU用于在检测到SCU故障时，接管SCU的工作；

对应的，PCU具体用于在接收到SCU或ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，在接收到SCU或ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

9.根据权利要求1所述的关断控制系统，其特征在于：

SCU用于周期性地发送第一通信信号，直至接收到第一用户命令时，才停止发送第一通信信号；所述第一通信信号为模式控制指令；

ACU用于周期性地发送第二通信信号，直至接收到所述第一用户命令时，才停止发送所述第二通信信号；

对应的，PCU具体用于判断在预设时间内是否接收到所述第一通信信号或所述第二通信信号，若是，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，若否，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

10.根据权利要求1所述的关断控制系统，其特征在于：

SCU用于在接收到第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；

ACU用于在接收到所述第二用户命令时，发送包含正常工作模式指令的通信信号，在接收到所述第一用户命令时，发送包含安全模式指令的通信信号；包含正常工作模式指令的通信信号和包含安全模式指令的通信信号均为模式控制指令；

对应的，PCU具体用于在接收到SCU或ACU发送的包含正常工作模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于正常工作模式，接收到SCU或ACU发送的包含安全模式指令的通信信号时，控制本PCU对应的关断电路运行于安全模式。

11.一种关断控制方法，其特征在于，应用于关断控制系统，所述关断控制系统包括主电路和控制电路；所述主电路是将多个关断电路的输出端串联在一起构成的串联电路，或者是将多个所述串联电路的输出端并联在一起构成的串并联电路；每个关断电路的输入端分别连接分布式发电系统的至少一个直流电源；

所述控制电路包括：SCU、至少一个ACU，以及与所述关断电路对应设置的PCU；

所述关断控制方法，包括：

SCU和ACU分别在满足各自条件时发送模式控制指令；

PCU依据不同模式控制指令得到不同判据，基于多判据判断本PCU对应的关断电路要运行的工作模式，并根据判断结果控制关断电路运行在相应的工作模式；

所述工作模式包括安全模式和正常工作模式；所述安全模式，是指限制关断电路的输出电压，以使得所述串联电路的输出电压落在安全电压以内；所述正常工作模式，是指除所述安全模式之外的模式。