CN109450368A - 低成本高可靠性的光伏组件快速关断保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低成本高可靠性的光伏组件快速关断保护装置，由电网供电，设在光伏组件与逆变器之间，通过一个IGBT与常闭交流继电器连接在光伏组件与逆变器之间，其中，IO为常闭交流继电器驱动信号，G1为IGBT驱动信号，一个时序控制电路分别给出IGBT驱动信号G1，或给常闭交流继电器驱动信号IO；当有电网输入时，时序控制电路保证常闭交流继电器先于IGBT导通；当关断电网时，常闭交流继电器后于IGBT关断，以保证常闭交流继电器在无直流电流情况下开关。本发明解决了交流继电器拉弧问题，成本大幅下降；本发明装置体积小，便于安装在组件下方，满足距离组件3米的要求；关断保护快速、安全、可靠，无需人员登上楼顶。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏组件快速关断保护装置，尤其是一种低成本高可靠性的光伏组件快速关断保护装置。
背景技术
光伏组件通过逆变器与电网相连，当建筑发生火灾或是有其他意外情况发生时，急救人员应当在第一时间将组件断开，但由于组件大多安装在屋顶，很难保证组件断开的及时性与安全性，因此光伏组件快速关断保护装置在此背景下产生。
目前已有光伏组件快速保护装置主要为使用直流接触器或直流继电器与交流电源开关组合的方式，即：电网供电控制直流接触器，来导通/关断组件与逆变器。
上述方式可实现快速关断组件的目的，但也存在两个问题：一是安装问题，体积较为庞大，且分为2个部件，安装有一定难度；二是直流接触器/继电器的价格成本高。
交流继电器相对价格低廉，但交流继电器在直流状态下开关会有拉弧现象。
如：申请号201710114498.8公开了一种光伏快速关断装置及光伏系统，装置包括：第一开关、第二开关、旁路二极管、辅助源、控制电路和通讯电路；多个光伏组件中的一个光伏组件作为供电光伏组件，供电光伏组件的输出端连接辅助源的输入端；第一开关串联在供电光伏组件及与供电光伏组件相邻的光伏组件之间；第二开关的两端分别连接多个光伏组件串联之后的输出正极和输出负极；旁路二极管的阴极连接与供电光伏组件相邻的光伏组件的低压端，旁路二极管的阳极连接供电光伏组件的低压端；通讯电路，用于接收外部发送的关断指令，并将关断指令发送给控制电路；控制电路，用于收到关断指令时，控制第一开关断开，第二开关闭合。能够降低成本，并且减少能量消耗，提高发电效率。
申请号201880000852.7一种光伏组件阵列关断系统，用于对光伏组件阵列进行关断控制，包括关断控制器和复数个关断装置，关断装置具有第一连接端和第二连接端，关断装置通过第一连接端与光伏组件串联于直流母线之间，并且每个关断装置位于相邻光伏组件之间，关断装置通过第二连接端与关断控制器形成串联，关断控制器在预设条件下控制电路内的所有关断装置同时开启或关断以控制光伏组件电路的连通或断开。该关断系统能够自动实现系统中每个组件的快速安全关断，以保证人员安全。
申请号201721225093.3公开了一种多组件级快速关断装置，用在光伏系统中控制与其连接的光伏组件串，所述光伏组件串包括多个串联在一起的光伏组件；所述多组件级快速关断装置包括微控制器、通信单元、驱动电路、辅助电源、开关单元和输出旁路二极管；微控制器与通信单元进行通信并控制驱动电路，通信单元用于传输关断与开通指令，驱动电路接收微控制器指令从而驱动开关单元关断与开通光伏组件串，开通时光伏组件串中的所有光伏组件均为辅助电源供电，从而平衡所有光伏组件对辅助电源的供电，提高发电量。
申请号201710422842.X一种应用于光伏发电的快速关断系统，涉及光伏发电领域，尤其涉及一种应用于光伏发电的快速关断系统。具有高安全性和可靠性。串接于光伏组件阵列中，包括快速关断光伏接线盒，所述光伏组件阵列包括若干光伏组件，若干所述光伏组件串联连接后经由汇流/逆变箱输送至交流电网，交流电网和汇流/逆变箱之间设有交流配电系统，相邻的所述光伏组件之间串接快速关断光伏接线盒，用于关断光伏组件；所述交流配电系统包括主闸和副闸，所述主闸设于交流电网和汇流/逆变箱之间，所述副闸包括电源变换器、手动开关和自动开关，所述自动开关和手动开关分别连接电源变换器，所述电源变换器连接快速关断光伏接线盒。从整体上具有安全性高、稳定性好的优点。
申请号201720603595.9提供了一种光伏组件快速关断装置及光伏发电系统，通过驱动电路控制并联连接于光伏组件输出回路的至少两个开关管，当需要关断光伏组件的输出时，各个开关管均可响应，进而关断相应光伏组件的输出；当光伏组件需要正常输出时，即便其中一个开关管由于门极过压而导致损坏，还可以通过并联连接的其他开关管实现光伏组件电能的正常输出；各个开关管互为冗余，保证了光伏组件电能的正常输出，避免了系统发电量的损失。
发明内容
本发明目的在于：提出一种低成本高可靠性的光伏组件快速关断保护装置。
本发明再一目的在于，提供上述装置的快速关断保护方法。
本发明目的通过下述方案实现：一种低成本高可靠性的光伏组件快速关断保护装置，由电网供电，设在光伏组件与逆变器之间，通过一个IGBT与常闭交流继电器连接在光伏组件与逆变器之间，其中，IO为常闭交流继电器驱动信号，G1为IGBT驱动信号，一个时序控制电路分别给出IGBT驱动信号G1，或给常闭交流继电器驱动信号IO；当有电网输入时，时序控制电路保证常闭交流继电器先于IGBT导通；当关断电网时，常闭交流继电器后于IGBT关断，以保证常闭交流继电器在无直流电流情况下开关，不会出现拉弧现象。与现有技术比，价格低廉。
其中，所述的IGBT的额定电压为16V，常闭交流继电器的维持电压不大于9V，同时，为保护本发明装置有效工作，可以在所述的时序控制电路与电网之间设一辅助电源。
在上述方案基础上，所述的时序控制电路包括比较器一U1、比较器二U2、达灵顿管U3及设在比较器一、二之间由R5与C1组成的延时电路构成。
具体的，所述的达灵顿管U3型号为ULN2003，其中，
所述的达灵顿管U3型号为ULN2003，
电压V1经电阻R1连接比较器一U1的脚5，+5V电压经电阻R3连接脚6，脚7连接二极管D1的负极，D1的正极连接比较器二U2的脚6，一电阻R5与电容C1组成的延时电路并联在二极管D1上；
+16V电压经电阻R6连接所述的比较器二U2的脚7，+5V电压经电阻R8连接脚1和达灵顿管U3的脚10和11，比较器二U2的脚1连接达灵顿管U3的脚6和7；
+5V电压经电阻R8分别给比较器二U2的脚1和IGBT信号输入端供电；
+5V电压分压给达灵顿管U3的脚1至5，脚12至16给继电器驱动信号IO，脚10、11给IGBT驱动信号G1；
电容C1、电阻R2、电阻R7和达灵顿管U3的脚8为接地端；
所述的时序控制电路中电压+5V、+12V、V1为同一电源产生，电源电压V1上升顺序为5V、12V直至额定16V。
本发明还提供一种了一种针对上述装置的快速关断保护方法，时序保护电路中，IO为继电器驱动信号，G1为IGBT驱动信号，其中，
当电源电压V1达到+5V时，首先IO信号为低电平，常闭交流继电器导通；
当V1继续上升至≥14.5V时，比较器一U1输出高电平，经R5\C1组成的延时电路，经比较器二U2整形输出低电平，经达灵顿管U3使IGBT的驱动信号G1上拉高电平，输出信号导通IGBT，这样保证了继电器先开通，IGBT后开通；
当V1下降时，+12V与+5V依旧建立，V1<14.5时，比较器一U1输出低电平，二极管D1保证比较器二U2的脚.6快速下降到0，比较器二U2输出高电平，IGBT的驱动信号G1下拉到0，IGBT快速关断，此时IGBT的电压V1继续下降到继电器的维持电压9V以下，继电器关断，此过程保证继电器后于IGBT关断。
本发明的优越性在于：
1、由于解决了交流继电器拉弧问题，因此可避免使用成本高出十几甚至二十多倍的直流继电器或直流接触器，成本可大幅下降；
2、由于使用普通电子器件，因此本发明装置体积可明显缩小，便于安装在组件下方，满足距离组件3米的要求；
3、本发明装置关断保护快速、安全、可靠，只需急救人员将电网关闭，即可保证组件与逆变器、电网实现安全的电气隔离，无需人员登上楼顶。
附图说明
图1本发明光伏组件快速关断装置框图；
图2为实施例时序保护电路原理图；
图中标号说明：
1——光伏组件；2——逆变器；
3——时序控制电路；
4——电网，5——辅助电源。
具体实施方式
如图1本发明光伏组件快速关断装置框图所示，一种低成本高可靠性的光伏组件快速关断保护装置，由电网供电，设在光伏组件与逆变器之间，在光伏组件与逆变器之间通过一个IGBT与常闭交流继电器连接，其中，由一时序控制电路控制IGBT和双触点K1、K2的常闭交流继电器关断顺序，分别给出IGBT驱动信号G1，或给常闭交流继电器驱动信号IO；当有电网输入时，时序控制电路保证常闭交流继电器先于IGBT导通；当关断电网时，常闭交流继电器后于IGBT关断，这样可以保证常闭交流继电器在无直流电流情况下开关，不会出现拉弧现象。
本实施例时序保护电路原理图如图2所示：
时序控制电路包括比较器一U1构成的电压比较电路、比较器二U2和型号为ULN2003的达灵顿管U3构成的继电器开关电路，在比较器一、二之间由R5与C1组成了延时电路。
电压V1经电阻R1连接比较器一U1的脚5，+5V电压经电阻R3连接脚6，脚7经二极管和R5与C1组成的延时电路连接比较器二U2的脚6；
+16V电压经电阻R6连接所述的比较器二U2的脚7，+5V电压经电阻R8连接脚1和达灵顿管U3的脚10和11，比较器二U2的脚1连接达灵顿管U3的脚6和7；
+5V电压经电阻R8分别给比较器二U2的脚1和IGBT信号输入端供电；
+5V电压分压给达灵顿管U3的脚1至5，脚12至16给继电器驱动信号IO，脚10、11给IGBT驱动信号G1；
电容C1、电阻R2、电阻R7和达灵顿管U3的脚8为接地端；
所述的时序控制电路中电压+5V、+12V和V1为同一电源产生，电源电压V1上升顺序为5V、12V直至额定16V。
本发明快速关断保护的方法如下：
如图2，时序保护电路中，IO为继电器驱动信号，G1为IGBT驱动信号。
当电源电压V1达到5V时，首先IO信号为低电平，继电器导通；
当V1继续上升至≥14.5V时，比较器一U1输出高电平，经R5\C1组成的延时电路，经比较器二U2整形输出低电平，经达灵顿管U3使IGBT的驱动信号G1上拉高电平，输出信号导通IGBT，这样保证了继电器先开通，IGBT后开通；
当电压V1下降时，+12V与+5V依旧建立，V1<14.5时，比较器一U1输出低电平，二极管D1保证比较器二U2的脚.6快速下降到0，比较器二U2输出高电平，IGBT的驱动信号G1下拉到0，IGBT快速关断，此时IGBT的电压V1继续下降到继电器的维持电压9V以下，继电器关断，此过程保证继电器后于IGBT关断。
本发明装置有以下优势：
1、由于解决了交流继电器拉弧问题，因此可避免使用成本高出十几甚至二十多倍的直流继电器或直流接触器，成本可大幅下降；
2、由于使用普通电子器件，因此本装置体积可明显缩小，便于安装在组件下方，满足距离组件3米的要求；
3、本装置关断保护快速、安全、可靠，只需急救人员将电网关闭，即可保证组件与逆变器、电网实现安全的电气隔离，无需人员登上楼顶。
Claims (5)
1.一种低成本高可靠性的光伏组件快速关断保护装置，由电网供电，设在光伏组件与逆变器之间，其特征在于，通过一个IGBT与常闭交流继电器连接在光伏组件与逆变器之间，其中，IO为常闭交流继电器驱动信号，G1为IGBT驱动信号，一个时序控制电路分别给出IGBT驱动信号G1，或给常闭交流继电器驱动信号IO；当有电网输入时，时序控制电路保证常闭交流继电器先于IGBT导通；当关断电网时，常闭交流继电器后于IGBT关断，以保证常闭交流继电器在无直流电流情况下开关。
2.根据权利要求1所述的低成本高可靠性的光伏组件快速关断保护装置，其特征在于：所述的IGBT的额定电压为16V，常闭交流继电器的维持电压不大于9V，在所述的时序控制电路与电网之间有一辅助电源。
3.根据权利要求1或2所述的低成本高可靠性的光伏组件快速关断保护装置，其特征在于：时序控制电路包括比较器一U1构成的电压比较电路、比较器二U2和达灵顿管U3构成的继电器开关电路，以及在比较器一、二之间由R5与C1组成延时电路。
4.根据权利要求3所述的低成本高可靠性的光伏组件快速关断保护装置，其特征在于，所述的达灵顿管U3型号为ULN2003，
电压V1经电阻R1连接比较器一U1的脚5，+5V电压经电阻R3连接脚6，脚7连接二极管D1的负极，D1的正极连接比较器二U2的脚6，一电阻R5与电容C1组成的延时电路并联在二极管D1上；
+16V电压经电阻R6连接所述的比较器二U2的脚7，+5V电压经电阻R8连接脚1和达灵顿管U3的脚10和11，比较器二U2的脚1连接达灵顿管U3的脚6和7；
+5V电压经电阻R8分别给比较器二U2的脚1和IGBT信号输入端供电；
+5V电压分压给达灵顿管U3的脚1至5，脚12至16给继电器驱动信号IO，脚10、11给IGBT驱动信号G1；
电容C1、电阻R2、电阻R7和达灵顿管U3的脚8为接地端；
所述的时序控制电路中电压+5V、+12V、V1为同一电源产生，电源电压V1上升顺序为5V、12V直至额定16V。
5.一种根据权利要求4所述装置的快速关断保护方法，其特征在于：时序保护电路中，IO为继电器驱动信号，G1为IGBT驱动信号，
当电源电压V1达到+5V时，首先IO信号为低电平，常闭交流继电器导通；
当V1继续上升至≥14.5V时，比较器一U1输出高电平，经R5\C1组成的延时电路，经比较器二U2整形输出低电平，经达灵顿管U3使IGBT的驱动信号G1上拉高电平，输出信号导通IGBT，这样保证了继电器先开通，IGBT后开通；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190308 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |