CN109995017A - 一种光伏组件复合开关的控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件复合开关的控制装置及方法，采用LORA无线通讯，对光伏组件进行数据采集和监控，实现光伏接线盒对光伏组件电压输出的主动和被动关断，LORA无线通讯模块将光伏组件的电流、电压、温度和开关状态定时上送到云平台，同时云平台可以发出关断指令，手动关断组件，发指令关断的光伏组件只能通过云平台发指令开启。当故障解除或者云平台发开启指令后，复合开关中的继电器开关首先闭合，然后闭合复合开关中的MOSFET开关。本发明有效遏制了光伏组件火灾的蔓延，降低了火灾发生的风险，同时隔离了故障光伏组件，大大降低消防检测触电风险，不影响光伏系统其他部分生产发电。
Description
技术领域
本发明公开了一种光伏组件复合开关的控制装置及方法，涉及太阳能发电技术领域。
背景技术
太阳能作为一种清洁可再生能源，利用太阳能发电，是一种零污染的可再生发电方式，其技术在国内外得到了广泛应用。光伏发电系统主要包括光伏组件、接线盒、逆变器等。光伏组件将接收到的太阳光能转变成直流电能，逆变器将直流电能转变成交流电能，并入电网或者直接供给客户使用。但是，由于光伏组件本身具有很高的电压和能量，在突发性事件(地震、火灾等)发生时，需要将这些带有高压和高能量的光伏组件与光伏发电系统其他部分隔离，防止光伏组件对系统造成更大的灾害，对负责救护的人员也起到保护的作用。
目前的光伏发电系统中，光伏阵列与逆变器之间可存在一个快速关断装置，以防因突发性事件造成光伏阵列的输入导线破损裸漏，给救护人员增加难度，甚至会威胁到救护人员的生命安全。但是增加系统的安装的难度与复杂度，再者上述快速关断装置中均包含载有弱电压的引线和光伏阵列输出的DC高压导线，需要处理好两者之间的绝缘问题，这样势必会增加安装的难度，且会增加线路的安全隐患。
针对UL 1741CRD中关于PV Rapid shutdown Systems的规定，要求快速关断装置需具有自检功能(Self-test functionality)，且至少每24小时要实现一次自检，当自检不通过时，需要有明显可见的指示或者发出报警声来起到警示功能。而为满足快速关断装置离光伏阵列的PV面板尽量靠近的原则，这样的警示功能一般要体现在逆变器本体或者接线盒内。采用直接铺设一根引线连接逆变器和快速关断装置的方式，只能实现当电网侧有故障时单方面关断快速关断装置，无法实现自检功能，为此通常还需要从快速关断装置中铺设另一根引线连接逆变器，来实现快速关断装置自检报警功能。采用这种方式，又引进了一根引线用以传递包含另一弱电压的故障信号，快速关断装置内部需要做信号的加强绝缘处理，进一步增加了设计和安装的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于LORA无线通讯模块的光伏组件复合开关的控制装置及方法，降低了设计和安装的难度，保证光伏组件断开后安全可靠隔离。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种光伏组件复合开关的控制装置，其特征在于，光伏组件和光伏接线盒，所述光伏组件的输出端连接光伏接线盒的输入端，所述光伏接线盒的输出端级联其他光伏组件，所述的输入端包括输入端一和输入端二，所述的输出端包括输出端一和输出端二，所述的输入端一和输出端一之间串接一个复合开关，所述的输入端二和输出端二之间串接复合开关；所述的输入端一和输入端二之间串接二极管，所述的输出端一和输出端二之间串接二极管，还包括检测模块，所述检测模块的检测信号均输入至MCU控制单元，所述的MCU控制单元根据接收的检测信号控制两个复合开关的关断和开启。
进一步的，还包LORA无线通讯模块，所述LORA无线通讯模块与MCU控制单元连接；所述的MCU控制单元通过LORA无线通讯模块将光伏组件的实时信息传递到云平台；所述云平台通过LORA无线通讯模块发送指令至MCU控制单元直接控制复合开关的关断和开启。
进一步的，所述的复合开关包括一个继电器和一个MOSFET开关，所述MOSFET开关的门极和MCU控制单元连接，漏极和输入端侧连接，源极和继电器连接。
进一步的，所述检测模块包括电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块，所述电压检测模块检测光伏组件的输出电压，所述电流检测模块检测光伏组件的输出电流，所述温度检测模块检测光伏组件的温度。
进一步的，还包括电源模块，所述电源模块直接从光伏组件取电，所述电源模块用于检测模块和MCU控制单元的供电。
一种光伏组件复合开关的关断控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开始自检，电压检测模块检测光伏组件电压或者温度检测模块检测光伏组件温度，并将检测信息输送给MCU控制单元；
步骤二：MCU控制单元判断光伏组件电压或者温度是否符合正常，若电压小于设置的阈值Vlow或者温度高于设置的阈值Th，则转入步骤三；
若电压大于Vlow且温度低于Th，MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台，云平台发送控制指令，若接收关断控制指令，则转入步骤三，若没有接收关断控制指令，则返回步骤一；
步骤三：MCU控制单元控制关断MOSFET开关，电流检测模块检测光伏组件电流；
步骤四：判断光伏组件电流是否符合正常，若电流小于设置的阈值I0，转入步骤五，若电流大于I0，转入步骤七；
步骤五：MCU控制单元控制关断继电器关，同时电压检测模块检测复合开关电压；
步骤六：判断复合开关电压是否符合正常，若复合开关电压大于U0（U0为复合开关检测电压），则转入步骤七，若复合开关电压小于U0，则转入步骤八；
步骤七：上送云平台光伏组件关断失败事件；
步骤八：上送云平台光伏组件关断成功事件。
进一步的，所述电压，电流和温度均为MCU控制单元计算的100ms平均值。
一种光伏组件复合开关的开启控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开始自检，电压检测模块检测光伏组件电压或者温度检测模块检测光伏组件温度，并将检测信息输送给MCU控制单元；
步骤二：MCU控制单元判断光伏组件电压或者温度是否符合正常，若电压小于Vlow或者温度高于Th，则转入步骤一；若电压大于Vlow且温度低于Th，MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台，云平台发送控制指令，若控制指令为“是”，则转入步骤三，若控制指令为“否”，则转入步骤一；
步骤三：云平台发送开启MOSFET开关以及开启继电器开关的控制指令至MCU控制单元，同时电压检测模块检测复合开关电压；
步骤四：判断复合开关电压是否等于光伏组件电压；若复合开关电压不等于光伏组件电压，则转入步骤五，若复合开关电压等于光伏组件电压，则转入步骤六；
步骤五：上送云平台光伏组件开启失败事件；
步骤六：上送云平台光伏组件开启成功事件。
进一步的，所述的电压，电流和温度均为MCU控制单元计算的100ms平均值。
通过云平台下发的关断或者开启控制指令，实现对光伏组件的被动关断或者开启；但是通过云平台下发的关断指令，只能通过云平台开启，优先级最高。
当关断光伏组件后，通过电压检测模块测量复合开关电压，两个电压值都小于光伏组件设置的开路电压阈值Voc后，向云平台报告关断事件成功。
当关断光伏组件后，光伏组串的电流流过组件旁路二极管，不影响其他组件的正常生产运行。
当故障解除或者云平台发开启指令后，复合开关中的继电器开关首先闭合，然后闭合复合开关中的MOSFET开关，通过电压检测模块测量复合开关电压，通过电压检测模块光伏组件输出电压，三者电压最大误差小于1V，则向云平台报告开启事件成功。
光伏组件有电压输出后每天自动进行一次开启关断自检，若自检不通过则向云平台报告自检失败事件。
有益效果：本发明的方法利用LORA传输距离远，节点容量大，成本低优势快速组件物联网，无需额外控制通讯电缆大大降低了设计和安装的难度，保证光伏组件断开后安全可靠隔离，保证隔离组件和系统没有电气连接。防止光伏组件对系统造成更大的灾害，对负责救护的人员也起到保护的作用。
附图说明
图1是本发明的系统框图；
图2是本发明的开关结构框图；
图3是本发明的复合开关控制关断流程图；
图4是本发明的复合开关控制开启流程图。
具体实施方式
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种光伏组件复合开关的控制装置，其特征在于，光伏组件11和光伏接线盒，所述光伏组件11的输出端10连接光伏接线盒的输入端9，所述光伏接线盒的输出端10级联其他光伏组件11，最终接入汇流箱和逆变器；所述的输入端9包括输入端9一和输入端9二，所述的输出端10包括输出端10一和输出端10二，所述的输入端9一和输出端10一之间串接一个复合开关6，所述的输入端9二和输出端10二之间串接复合开关6；所述的输入端9一和输入端9二之间串接二极管，所述的输出端10一和输出端10二之间串接二极管，还包括检测模块，所述检测模块的检测信号均输入至MCU控制单元5，所述的MCU控制单元5根据接收的检测信号控制两个复合开关6的关断和开启。
所述输入端9一是组件旁路二极管串2的正极，输入端9二是组件旁路二极管串2的负极，输出端10一是接线盒旁路二极管的正极，输出端10二是接线盒旁路二极管21的负极；
还包LORA无线通讯模块8，所述LORA无线通讯模块8内置于光伏接线盒内，所述LORA无线通讯模块8与MCU控制单元5连接；所述的MCU控制单元5通过LORA无线通讯模块8将光伏组件11的实时信息传递到云平台；所述云平台通过LORA无线通讯模块8发送指令至MCU控制单元5直接控制复合开关6的关断和开启，LORA无线通讯模块8的无线信号频率是433MHz，并将故障信息、状态信息和复归事件上送到云平台。
所述的复合开关6包括一个继电器和一个MOSFET开关，所述MOSFET开关的门极和MCU控制单元5连接，漏极和输入端9侧连接，源极和继电器连接，继电器为常闭节点。
所述检测模块包括电压检测模块2、电流检测模块3和温度检测模块4，所述电压检测模块2检测光伏组件11的输出电压，所述电流检测模块3检测光伏组件11的输出电流，所述温度检测模块4检测光伏组件11的温度。
还包括电源模块7，所述电源模块7直接从光伏组件11取电，所述电源模块7用于检测模块和MCU控制单元5的供电。
如图2所示，当关断光伏组件11后，可通过电压检测单元UB和UC测量复合开关6电压，两个电压值都小于光伏组件开路电压阈值Voc（Voc为光伏组件开路电压阈值）后，向云平台报告关断事件成功。
当关断光伏组件11后，光伏组串的电流流过组件旁路二极管21，不影响其他组件的正常生产运行。
当故障解除或者云平台发开启指令后，复合开关6中的继电器开关首先闭合，然后闭合复合开关6中的MOSFET开关，通过电压检测单元UB和UC测量复合开关6电压，通过电压检测单元UA检测光伏组件11输出电压，三者电压最大误差小于1V，则向云平台报告开启事件成功。
实施例一：自检
如图3所示，一种光伏组件复合开关的自检控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开始自检，电压检测模块检测光伏组件电压或者温度检测模块检测光伏组件温度，并将检测信息输送给MCU控制单元；
步骤二：MCU控制单元判断光伏组件电压或者温度是否符合正常，若电压小于Vlow或温度高于Th，MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台，返回步骤一，重新自检；若电压大于Vlow且温度低于Th，且具备正常运行条件，则转入步骤三；
步骤三： MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台，MCU控制单元主动开启复合开关。
实施例二：
一种光伏组件复合开关的云平台成功关断组件控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开始自检，电压检测模块检测光伏组件电压或者温度检测模块检测光伏组件温度，并将检测信息输送给MCU控制单元；
步骤二：MCU控制单元判断光伏组件电压或者温度是否符合正常，若电压大于Vlow且温度低于Th，MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台；云平台发送关断指令，MCU控制单元接收到关断指令，控制MOSFET关断，电流检测模块检测光伏组件电流；
步骤三：判断光伏组件电流是否符合正常，若电流小于I0，MCU控制单元控制继电器关断，同时电压检测模块检测复合开关电压；
步骤四：判断复合开关电压是否符合正常，若复合开关电压大于U0，则上送云平台光伏组件关断失败事件；若复合开关电压小于U0，则上送云平台光伏组件关断成功事件。
实施例三：
一种光伏组件复合开关的云平台失败关断组件控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开始自检，电压检测模块检测光伏组件电压或者温度检测模块检测光伏组件温度，并将检测信息输送给MCU控制单元；
步骤二：MCU控制单元判断光伏组件电压或者温度是否符合正常，若电压大于Vlow且温度低于Th，MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台；云平台发送关断指令，MCU控制单元接收到关断指令，控制MOSFET关断，电流检测模块检测光伏组件电流；
步骤三：判断光伏组件电流是否符合正常，若电流大于I0；则上送云平台光伏组件关断失败事件。
实施例四：
如图4所示，一种光伏组件复合开关的云平台成功开启组件控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开始自检，电压检测模块检测光伏组件电压或者温度检测模块检测光伏组件温度，并将检测信息输送给MCU控制单元；
步骤二：MCU控制单元判断光伏组件电压或者温度是否符合正常，若电压大于Vlow且温度低于Th，MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台；云平台发送开启指令，MCU控制单元接收到开启指令，控制MOSFET开关和继电器开关闭合，电流检测模块检测光伏组件电流；
步骤三：判断复合开关电压是否等于光伏组件电压；若复合开关电压等于光伏组件电压，则上送云平台光伏组件开启成功事件。
实施例五：
一种光伏组件复合开关的云平台失败开启组件控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开始自检，电压检测模块检测光伏组件电压或者温度检测模块检测光伏组件温度，并将检测信息输送给MCU控制单元；
步骤二：MCU控制单元判断光伏组件电压或者温度是否符合正常，若电压大于Vlow且温度低于Th，MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台；云平台发送开启指令，MCU控制单元接收到开启指令，控制MOSFET开关和继电器开关闭合，电流检测模块检测光伏组件电流；
步骤三：判断复合开关电压是否等于光伏组件电压；若复合开关电压小于光伏组件电压，则上送云平台光伏组件开启失败事件。
实施例六：
一种光伏组件复合开关的云平台开启组件等待控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开始自检，电压检测模块检测光伏组件电压或者温度检测模块检测光伏组件温度，并将检测信息输送给MCU控制单元；
步骤二：MCU控制单元判断光伏组件电压或者温度是否符合正常，若电压大于Vlow且温度低于Th，MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台；若检查云平台关断标志为“是”，则返回自检，等待云平台发送开启指令。
有益效果：本发明的方法利用LORA传输距离远，节点容量大，成本低优势快速组件物联网，无需额外控制通讯电缆大大降低了设计和安装的难度，保证光伏组件断开后安全可靠隔离，保证隔离组件和系统没有电气连接。防止光伏组件对系统造成更大的灾害，对负责救护的人员也起到保护的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种光伏组件复合开关的控制装置，其特征在于，光伏组件和光伏接线盒，所述光伏组件的输出端连接光伏接线盒的输入端，所述光伏接线盒的输出端级联其他光伏组件，所述的输入端包括输入端一和输入端二，所述的输出端包括输出端一和输出端二，所述的输入端一和输出端一之间串接一个复合开关，所述的输入端二和输出端二之间串接复合开关；所述的输入端一和输入端二之间串接二极管，所述的输出端一和输出端二之间串接二极管，还包括检测模块，所述检测模块的检测信号均输入至MCU控制单元，所述的MCU控制单元根据接收的检测信号控制两个复合开关的关断和开启。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件复合开关的控制装置，其特征在于，还包LORA无线通讯模块，所述LORA无线通讯模块与MCU控制单元连接；所述的MCU控制单元通过LORA无线通讯模块将光伏组件的实时信息传递到云平台；所述云平台通过LORA无线通讯模块发送指令至MCU控制单元直接控制复合开关的关断和开启。
3.根据权利要求1所述的一种光伏组件复合开关的控制装置，其特征在于，所述的复合开关包括一个继电器和一个MOSFET开关，所述MOSFET开关的门极和MCU控制单元连接，漏极和输入端侧连接，源极和继电器连接。
4.根据权利要求1所述的一种光伏组件复合开关的控制装置，其特征在于，所述检测模块包括电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块，所述电压检测模块检测光伏组件的输出电压，所述电流检测模块检测光伏组件的输出电流，所述温度检测模块检测光伏组件的温度。
5.根据权利要求1所述的一种光伏组件复合开关的控制装置，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块直接从光伏组件取电，所述电源模块用于检测模块和MCU控制单元的供电。
6.一种光伏组件复合开关的关断控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：开始自检，电压检测模块检测光伏组件电压或者温度检测模块检测光伏组件温度，并将检测信息输送给MCU控制单元；
步骤二：MCU控制单元判断光伏组件电压或者温度是否符合正常，若电压小于Vlow或者温度高于Th，则转入步骤三；
若电压大于Vlow且温度低于Th，MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台，云平台发送控制指令，若控制指令为“是”，则转入步骤三，若控制指令为“否”，则返回步骤一；
步骤三：云平台发送关断控制指令至MCU控制单元，MCU控制单元关断MOSFET开关，电流检测模块检测光伏组件电流；
步骤四：判断光伏组件电流是否符合正常，若电流小于I0，转入步骤五，若电流大于I0，转入步骤七；
步骤五：MCU控制单元关断继电器开关，同时电压检测模块检测复合开关电压；
步骤六：判断复合开关电压是否符合正常，若复合开关电压大于U0，则转入步骤七，若复合开关电压小于U0，则转入步骤八；
步骤七：上送云平台光伏组件关断失败事件；
步骤八：上送云平台光伏组件关断成功事件。
7.根据权利要求6所述的一种光伏组件复合开关的关断控制方法，其特征在于，所述电压，电流和温度均为MCU控制单元计算的100ms平均值。
8.一种光伏组件复合开关的开启控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：开始自检，电压检测模块检测光伏组件电压或者温度检测模块检测光伏组件温度，并将检测信息输送给MCU控制单元；
步骤二：MCU控制单元判断光伏组件电压或者温度是否符合正常，若电压小于Vlow或者温度高于Th，则转入步骤一；若电压大于Vlow且温度低于Th，MCU控制单元通过LORA无线通讯模块上传实时状态信息至云平台，云平台发送控制指令，若控制指令为“是”，则转入步骤三，若控制指令为“否”，则转入步骤一；
步骤三：云平台发送开启MOSFET开关以及开启继电器开关的控制指令至MCU控制单元，同时电压检测模块检测复合开关电压；
步骤四：判断复合开关电压是否等于光伏组件电压；若复合开关电压不等于光伏组件电压，则转入步骤五，若复合开关电压等于光伏组件电压，则转入步骤六，
步骤五：上送云平台光伏组件关断失败事件；
步骤六：上送云平台光伏组件关断成功事件。
9.根据权利要求8所述的一种光伏组件复合开关的控制方法，其特征在于，所述电压，电流和温度均为MCU控制单元计算的100ms平均值。
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