CN109510450B - 一种反接保护方法和光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种反接保护方法和光伏发电系统，该反接保护方法应用于光伏发电系统，在该光伏发电系统中多条PV支路并联接入逆变器，而且各PV支路上均串联有熔丝或断路器，该反接保护方法包括：判断是否发生PV支路极性接反，若是，控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接，从而避免了熔丝或断路器断开时产生拉弧现象。

Description

一种反接保护方法和光伏发电系统

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种反接保护方法和光伏发电系统。

背景技术

在光伏发电系统中，多条PV支路并联接入逆变器，各PV支路上通常串联有熔丝(或断路器)，当个别PV支路极性接反时，该支路上的熔丝(或断路器)会因为流过较大的反向电流而断开该PV支路与逆变器的连接，但断开前该熔丝(或断路器)两端电压已达到2倍的PV支路电压，而高压会导致该熔丝(或断路器)断开时产生拉弧现象，可能引起逆变器整机起火。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种反接保护方法和光伏发电系统，以避免熔丝或断路器断开时产生拉弧现象。

一种反接保护方法，应用于光伏发电系统，在所述光伏发电系统中，多条PV支路并联接入逆变器，而且各PV支路上均串联有熔丝或断路器，所述反接保护方法包括：

判断是否发生PV支路极性接反；

若是，控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接。

可选的，当逆变器为单级式逆变器时，所述控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接，包括：

控制逆变器的A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂中的任意一个或多个桥臂直通。

可选的，当逆变器为带Boost电路的两级式逆变器时，所述控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接，包括：

控制所述Boost电路中的开关管开通。

可选的，当各PV支路上均串联断路器时，所述控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接之后，还包括：

控制极性接反的PV支路上串联的断路器断开。

可选的，所述判断是否发生PV支路极性接反，包括：

判断各PV支路上是否流过超过第一预设值的反向电流，若至少一个PV支路上流过超过第一预设值的反向电流，判定发生PV支路极性接反。

或者，所述判断是否发生PV支路极性接反，包括：

判断各熔丝或断路器两端电压是否超过第二预设值，若至少一个熔丝或断路器两端电压超过第二预设值，判定发生PV支路极性接反。

或者，所述判断是否发生PV支路极性接反，包括：

判断母线电压是否低于第三预设值，若是，判定发生PV支路极性接反。

一种光伏发电系统，包括主电路和控制电路；

在所述主电路中，多条PV支路并联接入逆变器，而且各PV支路上均串联有熔丝或断路器；

所述控制电路用于判断是否发生PV支路极性接反，若是，控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接。

可选的，当逆变器为单级式逆变器时，所述控制电路具体用于控制逆变器的A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂中的任意一个或多个桥臂直通。

可选的，当逆变器为带Boost电路的两级式逆变器时，所述控制电路具体用于控制所述Boost电路中的开关管开通。

可选的，当各PV支路上均串联断路器时，所述控制电路在通过控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接之后，还用于控制极性接反的PV支路上串联的断路器断开。

可选的，所述控制电路具体用于判断各PV支路上是否流过超过第一预设值的反向电流，若至少一个PV支路上流过超过第一预设值的反向电流，判定发生PV支路极性接反；

或者，所述控制电路具体用于判断各熔丝或断路器两端电压是否超过第二预设值，若至少一个熔丝或断路器两端电压超过第二预设值，判定发生PV支路极性接反；

或者，所述控制电路具体用于判断母线电压是否低于第三预设值，若是，判定发生PV支路极性接反。

从上述的技术方案可以看出，当发生PV支路极性接反时，本发明控制逆变器中各开关管的开通和关断状态来将各PV支路的正、负极短接，这样其他PV支路的电流就会被导入到逆变器内，同时各PV支路电压会被钳位到一个很低的电压值，那么就不存在极性接反的PV支路所对应的熔丝(或断路器)在高电流、高电压下断开的问题，不会在该熔丝(或断路器)断开时产生拉弧现象。之后工作人员在确认现场安全的情况下纠正PV支路的正负接线，再恢复逆变器正常工作即可。

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为一种光伏发电系统结构示意图；

图2为又一种光伏发电系统结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种反接保护方法流程图；

图4为一种带Boost电路的两级式逆变器结构示意图；

图5为一种“1”字型三电平逆变器结构示意图；

图6为一种“T”字型三电平逆变器结构示意图；

图7为本发明实施例公开的又一种反接保护方法流程图；

图8为本发明实施例公开的又一种反接保护方法流程图；

图9为本发明实施例公开的又一种反接保护方法流程图。

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。

本发明实施例公开了一种适用于光伏发电系统的反接保护方法。在所述光伏发电系统中，多条PV支路并联接入逆变器，逆变器输出的能量经过滤波电路等后级电路处理后送入电网，其中所述PV支路的构成根据系统结构确定，例如：在n个光伏组串PV1～PVn并联接入逆变器的系统结构下，如图1所示，每个光伏组串输出各为一条PV支路；或者，在光伏组串通过m个汇流箱(每个汇流箱各将n个光伏组串PV1～PVn汇集成一路正负输出)接入逆变器的系统结构下，如图2所示，每个汇流箱输出各为一条PV支路。为避免个别PV支路极性接反而造成逆变器整机烧毁，所述光伏发电系统还在各PV支路上串联熔丝或断路器以实现反接保护，图1中以串联熔丝作为示例，光伏组串PVi对应熔丝Fi，i＝1、2、…、n，n≥2；图2中以串联断路器作为示例，汇流箱j对应断路器Bj，j＝1、2、…、m，m≥2。

如图3所示，所述反接保护方法包括：

步骤S01：判断是否发生PV支路极性接反，若至少一条PV支路极性接反，进入步骤S02；若否，返回步骤S01。

具体的，如图1所示，假设光伏组串PV1极性接反，则光伏组串PV2～PVn的电流都将流入熔丝F1，当流过熔丝F1的总电流超过熔丝F1的熔断电流时，熔丝F1就会熔断而断开光伏组串PV1与逆变器的连接，从而排除反接故障。但同时光伏组串PV1极性接反会使熔丝F1两端电压达到2*Upv，Upv为单个光伏组串电压，Upv越高，熔丝F1两端电压就越高，而高压会导致熔丝F1熔断时产生拉弧现象，易引起逆变器整机起火。

同样的，如图2所示，假设汇流箱1输出接反，则汇流箱2～汇流箱m的电流都将流入断路器B1，当流过断路器B1的总电流超过断路器B1的跳脱电流时，断路器B1就会跳脱而断开汇流箱1与逆变器的连接，从而排除反接故障。但同时汇流箱1输出接反会使断路器B1两端电压达到2*Upv，Upv为单个光伏组串电压，当Upv＝1000V时，断路器B1两端电压达到2000V，当Upv＝1500V时，断路器B1两端电压就高达3000V，高压会导致断路器B1跳脱时产生拉弧现象，易引起逆变器整机起火。

通过对图1和图2的分析可知，当个别PV支路极性接反时，该支路对应的熔丝(或断路器)上会流过较大的反向电流，并且该支路对应的熔丝(或断路器)两端电压会剧增。因此，本发明实施例可通过判断各PV支路上是否流过超过第一预设值的反向电流，若至少一个PV支路上流过超过第一预设值的反向电流，判定为发生了PV支路极性接反。或者，本发明实施例也可以通过判断各熔丝(或断路器)两端电压是否超过第二预设值，若至少一个熔丝(或断路器)两端电压超过第二预设值，判定为发生了PV支路极性接反。

除此之外，由于个别PV支路极性接反时必然会使得其他光伏组串输出功率剧烈下降，进而引起母线电压Vbus剧烈下降，因此也可以通过判断母线电压Vbus是否低于第三预设值，来判断是否发生PV支路极性接反。

步骤S02：控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接。

具体的，光伏发电系统中的逆变器可以是单级式逆变器，也可以是带Boost电路的两级式逆变器(参见图4)，其中所述单级式逆变器又分为两电平逆变器(参见图1或图2)和三电平逆变器，所述三电平逆变器又有“1”字型三电平拓扑(参见图5)、“T”字型三电平拓扑(参见图6)等不同拓扑。各逆变器中采用的开关管可以是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)或IGCT(Integrated GateCommutated Thyristors，集成门极换流晶闸管)。

当光伏发电系统采用的是单级式逆变器时，所述步骤S02具体可以是控制单级式逆变器的A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂中的任意一个或多个桥臂直通。当光伏发电系统采用的是带Boost电路的两级式逆变器时，所述步骤S02具体是指控制Boost电路中的开关管直通。不同拓扑结构下的工作原理相同，以下仅以图1为例进行说明。

参见图1，在检测到光伏组串PV1极性接反时，将A相桥臂上的开关管全部开通也即使A相桥臂直通，由于开关管导通阻抗远远小于光伏组串PV1内部阻抗，所以光伏组串PV2～PVn的电流都将流入A相桥臂、而熔丝F1上几乎没有电流流过，同时光伏组串PV1～PVn的电压会被钳位到等于A相桥臂电压，A相桥臂电压为2倍的开关管导通压降、近似为零，所以熔丝F1不存在高电流、高电压下熔断的问题，不会在熔丝F1熔断时产生拉弧现象。之后工作人员等到夜晚等光照强度较弱的时候再去现场纠正光伏组件PV1的正负接线即可，以避免发生人员触电危险，在纠正完成后，恢复逆变器正常工作。

如果将图1中采用的熔丝替换为断路器，则在通过将A相桥臂上的开关管全部开通来将光伏组串PV1对应的断路器两端电压限制为零、流经电流也限制为零后，还可以控制光伏组串PV1对应的断路器断开，此时工作人员可直接去现场纠正光伏组件PV1的正负接线，由于这时已经断开了光伏组串PV1与外部电路的连接，所以不需要等到夜晚等光照强度较弱的时候才去现场纠正光伏组件PV1的正负接线，也不会发生人员触电危险。该方案对应的流程图如图7所示，包括：

步骤S71：判断是否发生PV支路极性接反，若至少一条PV支路极性接反，进入步骤S72；若否，返回步骤S71；

步骤S72：控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接，之后进入步骤S73；

步骤S73：控制极性接反的PV支路上串联的断路器断开。

综上所述，当发生PV支路极性接反时，本发明控制逆变器中各开关管的开通和关断状态来将各PV支路的正、负极短接，这样其他PV支路的电流就会被导入到逆变器内，同时各PV支路电压会被钳位到一个很低的电压值，那么就不存在极性接反的PV支路所对应的熔丝(或断路器)在高电流、高电压下断开的问题，不会在该熔丝(或断路器)断开时产生拉弧现象。之后工作人员在确认现场安全的情况下纠正PV支路的正负接线，再恢复逆变器正常工作即可。

可选的，为便于工作人员能够准时、及时地去现场纠正PV支路的正负接线，系统还可以给出相应的提醒信息，具体技术方案参见图8或图9。

当各PV支路上串联的是断路器时，采用图8的反接保护方法，具体包括：

步骤S81：判断是否发生PV支路极性接反，若至少一条PV支路极性接反，进入步骤S82；若否，返回步骤S81；

步骤S82：控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接，之后进入步骤S83；

步骤S83：控制极性接反的PV支路上串联的断路器断开，之后进入步骤S84；

步骤S84：发出相应的PV支路极性接反的第一告警信息，提醒工作人员直接去现场纠正PV支路的正负接线。

当各PV支路上串联的是熔丝时，采用图9的反接保护方法，具体包括：

步骤S91：判断是否发生PV支路极性接反，若至少一条PV支路极性接反，进入步骤S92；若否，返回步骤S91；

步骤S92：控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接，之后进入步骤S93；

步骤S93：发出相应的PV支路极性接反的第二告警信息，提醒工作人员等到光照强度低于第四预设值时再去现场纠正PV支路的正负接线。

与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种光伏发电系统，其特征在于，包括主电路和控制电路；

在所述主电路中，多条PV支路并联接入逆变器，各PV支路上均串联有熔丝或断路器；

所述控制电路用于判断是否发生PV支路极性接反，若是，控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接。

可选的，当逆变器为单级式逆变器时，所述控制电路具体用于控制逆变器的A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂中的任意一个或多个桥臂直通。

可选的，当逆变器为带Boost电路的两级式逆变器时，所述控制电路具体用于控制所述Boost电路中的开关管开通。

可选的，在上述公开的任一种光伏发电系统中，当各PV支路上均串联断路器时，所述控制电路在通过控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接之后，还用于控制极性接反的PV支路上串联的断路器断开

可选的，在上述公开的任一种光伏发电系统中，所述控制电路具体是通过判断各PV支路上是否流过超过第一预设值的反向电流，来判断是否发生PV支路极性接反，当至少一个PV支路上流过超过第一预设值的反向电流，判定发生PV支路极性接反。

或者，在上述公开的任一种光伏发电系统中，所述控制电路具体是通过判断各熔丝或断路器两端电压是否超过第二预设值，来判断是否发生PV支路极性接反，当至少一个熔丝或断路器两端电压超过第二预设值，判定发生PV支路极性接反。

或者，在上述公开的任一种光伏发电系统中，所述控制电路具体是通过判断母线电压是否低于第三预设值，来判断是否发生PV支路极性接反，当母线电压低于第三预设值时，判定发生PV支路极性接反。

可选的，在上述公开的任一种光伏发电系统中，当各PV支路上串联的是断路器时，所述控制电路在控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接之后，还用于发出相应的PV支路极性接反的第一告警信息，提醒工作人员直接去现场纠正PV支路的正负接线。

可选的，在上述公开的任一种光伏发电系统中，当各PV支路上串联的是熔丝时，所述控制电路在控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接后，还用于发出相应的PV支路极性接反的第二告警信息，提醒工作人员等到光照强度低于第四预设值时再去现场纠正PV支路的正负接线。

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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

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 (8)

1.一种反接保护方法，其特征在于，应用于光伏发电系统，在所述光伏发电系统中，多条PV支路并联接入逆变器，而且各PV支路上均串联有熔丝或断路器，所述反接保护方法包括：

判断是否发生PV支路极性接反；

若是，控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接；

其中，当各PV支路上均串联断路器时，所述控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接之后，还包括：控制极性接反的PV支路上串联的断路器断开。

2.根据权利要求1所述的反接保护方法，其特征在于，当逆变器为单级式逆变器时，所述控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接，包括：

控制逆变器的A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂中的任意一个或多个桥臂直通。

3.根据权利要求1所述的反接保护方法，其特征在于，当逆变器为带Boost电路的两级式逆变器时，所述控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接，包括：

控制所述Boost电路中的开关管开通。

4.根据权利要求1所述的反接保护方法，其特征在于：

所述判断是否发生PV支路极性接反，包括：判断各PV支路上是否流过超过第一预设值的反向电流，若至少一个PV支路上流过超过第一预设值的反向电流，判定发生PV支路极性接反；

或者，所述判断是否发生PV支路极性接反，包括：判断各熔丝或断路器两端电压是否超过第二预设值，若至少一个熔丝或断路器两端电压超过第二预设值，判定发生PV支路极性接反；

或者，所述判断是否发生PV支路极性接反，包括：判断母线电压是否低于第三预设值，若是，判定发生PV支路极性接反。

5.一种光伏发电系统，其特征在于，包括主电路和控制电路；

在所述主电路中，多条PV支路并联接入逆变器，而且各PV支路上均串联有熔丝或断路器；

所述控制电路用于判断是否发生PV支路极性接反，若是，控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接；

其中，当各PV支路上均串联断路器时，所述控制电路在通过控制逆变器中各开关管的开关状态，使得各PV支路的正、负极短接之后，还用于控制极性接反的PV支路上串联的断路器断开。

6.根据权利要求5所述的光伏发电系统，其特征在于，当逆变器为单级式逆变器时，所述控制电路具体用于控制逆变器的A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂中的任意一个或多个桥臂直通。

7.根据权利要求5所述的光伏发电系统，其特征在于，当逆变器为带Boost电路的两级式逆变器时，所述控制电路具体用于控制所述Boost电路中的开关管开通。

8.根据权利要求5所述的光伏发电系统，其特征在于：

所述控制电路具体用于判断各PV支路上是否流过超过第一预设值的反向电流，若至少一个PV支路上流过超过第一预设值的反向电流，判定发生PV支路极性接反；

或者，所述控制电路具体用于判断各熔丝或断路器两端电压是否超过第二预设值，若至少一个熔丝或断路器两端电压超过第二预设值，判定发生PV支路极性接反；

或者，所述控制电路具体用于判断母线电压是否低于第三预设值，若是，判定发生PV支路极性接反。

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