CN110649645B - 快速关断装置及其所适用的光伏发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于光伏发电系统的快速关断装置，其中光伏发电系统包含逆变器以及串联连接的多个光伏组件，快速关断装置包含：开关电路，开关电路包含第一开关以及第二开关，第一开关的第一端电性连接至多个光伏组件中的第一光伏组件的正极端，第一开关的第二端电性连接至多个光伏组件中的第二光伏组件的负极端，第二开关的第一端电性连接至第一光伏组件的负极端；通信电路，电性连接至控制电路并与逆变器相通信，用于接收来自逆变器所发出的指令信号，并将指令信号发送给控制电路；控制电路，电性连接至第一开关和第二开关，用于根据指令信号控制第一开关以及第二开关断开或闭合；以及辅助电源电路，用于向快速关断装置提供电能。

Description

快速关断装置及其所适用的光伏发电系统
技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种快速关断装置及其所适用的光伏发电系统。
背景技术
在光伏发电系统中，主要包含多个串联连接的光伏组件及逆变器等，其中光伏组件将接收到的太阳光能转变成直流电能，而逆变器则将从光伏组件所接收到的直流电能转变成交流电能，并输送入电网或者直接供给设备使用。
由于串联连接的多个光伏组件具有很高的电压，因此在发生火灾、地震等自然灾害的情形下，将可能因为误触而威胁相关人员的生命安全，因此为了提高光伏发电系统的安全，NEC2017(美国电工法案2017)中的690.12章节对光伏发电系统提出快速关断(RS，Rapid Shutdown)的要求。目前部分光伏发电系统在串联连接的多个光伏组件与逆变器之间设置关断装置，借此在光伏发电系统发生故障时，利用关断装置将串联连接的多个光伏组件与逆变器之间进行隔离，满足NEC2017(美国电工法案2014)要求。但是光伏组件内部依然存在高压，对消防人员等依然存在安全隐患。
因此，如何发展一种克服上述缺失的快速关断装置及其所适用的光伏发电系统，实为目前迫切的需求。
发明内容
本申请提供一种快速关断装置及其所适用的光伏发电系统，其中快速关断装置可经由内部开关的关断而将多个串联连接的光伏组件电气断开，分割成多个模块，模块内部和模块之间满足安全需求，降低触电风险。
为达上述目的，本申请的一较佳实施方案为提供一种应用于光伏发电系统的快速关断装置，其特征在于，光伏发电系统包含逆变器以及串联连接的多个光伏组件，每一光伏组件包含正极端与负极端，快速关断装置包含开关电路、通信电路、控制电路以及辅助电源电路；其中开关电路包含第一开关以及第二开关，第一开关的第一端电性连接至多个光伏组件中的第一光伏组件的正极端，第一开关的第二端电性连接至多个光伏组件中的第二光伏组件的负极端，第二开关的第一端电性连接至第一光伏组件的负极端；通信电路电性连接至控制电路，并与逆变器相通信，用于接收来自逆变器所发出的指令信号，并将指令信号发送给控制电路；控制电路电性连接至第一开关和第二开关，用于根据指令信号控制第一开关以及第二开关断开或闭合；以及辅助电源电路用于向快速关断装置提供电能。
为达上述目的，本申请的另一较佳实施方案为提供一种光伏发电系统，其特征在于，包含：多个光伏组件，多个光伏组件串联连接，并分别将太阳能转变成直流电能；逆变器，将所有直流电能转换为交流电能；以及至少一个快速关断装置，其中快速关断装置控制对应的光伏组件电性接入光伏发电系统中，或从光伏发电系统中电气断开，且快速关断装置包含开关电路、通信电路、控制电路以及辅助电源电路；其中开关电路包含一第一开关以及一第二开关，第一开关的第一端电性连接至多个光伏组件中的第一光伏组件的正极端，第一开关的第二端电性连接至多个光伏组件中的第二光伏组件的负极端，第二开关的第一端电性连接至第一光伏组件的负极端；通信电路电性连接至控制电路，并与逆变器相通信，用于接收来自逆变器所发出的指令信号，并将指令信号发送给控制电路；控制电路电性连接至第一开关和第二开关，用于根据指令信号控制第一开关以及第二开关断开或闭合；以及辅助电源电路用于向快速关断装置提供电能。
附图说明
图1为本申请第一较佳实施例的光伏发电系统的架构示意图。
图2为本申请第二较佳实施例的光伏发电系统的架构示意图。
图3为本申请第三较佳实施例的光伏发电系统的架构示意图。
图4为本申请第四较佳实施例的光伏发电系统的架构示意图。
附图标记说明：
1、6、7：光伏发电系统
2：逆变器
3：光伏组件
30：正极端
31：负极端
4：快速关断装置
40：开关电路
400：第一开关
401：第二开关
400a、401a：第一端
400b、401b：第二端
41：通信电路
42：辅助电源电路
43：控制电路
44：电容
5：第三开关
具体实施方式
体现本申请特征与优点的一些典型实施例将在后面的说明中详细叙述。应理解的是本申请能够在不同的方案上具有各种的变化，其均不脱离本申请的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用于限制本申请。
请参阅图1，其为本申请第一较佳实施例的光伏发电系统的架构示意图。如图1所示，本申请的光伏发电系统1包含一逆变器2、多个串联连接的光伏组件3以及一快速关断装置4。每一光伏组件3可包含至少一光伏面板，此外，每一光伏组件3还包含一正极端30与一负极端31，每一光伏组件3用于将太阳能转变成一直流电能。于一些实施例中，光伏组件3最少为两个，而图1则以超过三个的光伏组件3来例示。
逆变器2包含第一输入端、第二输入端以及输出端，逆变器2的第一输入端及第二输入端分别与多个光伏组件3中对应的光伏组件3电性连接，进而使逆变器2与多个光伏组件3构成串联回路，逆变器2的输出端则可与例如电网或交流设备等电性连接，逆变器2可经由第一输入端及第二输入端而接收由多个串联连接的光伏组件3所传来的由多个直流电能迭加的总直流电能，并将总直流电能转换为交流电能，以输出至电网或交流设备等，另外，逆变器2还可发出一指令信号，其中指令信号可依据逆变器2是否正常运行或是使用者主动控制等情况而改变，更进一步说明，逆变器2所发出的指令信号可为一闭合指令或一断开指令，其中闭合指令可例如为逆变器2正常运行时发出，断开指令可例如为逆变器2非正常运行时发出。
快速关断装置4包含开关电路40、通信电路41、辅助电源电路42及控制电路43。开关电路40包含一第一开关400以及一第二开关401，其中第一开关400的一第一端400a电性连接至任意一个光伏组件的正极端30，以下暂定与第一开关400的第一端400a电性连接的光伏组件3为第一光伏组件3，第一开关400的一第二端400b则电性连接至除了第一光伏组件3以外的其它任意一个光伏组件3的负极端31，例如图1所示，第一开关400的第二端400b电性连接至与第一光伏组件3的正极端30电性连接距离最短的光伏组件3的负极端31，而以下暂定与第一开关400的第二端400b电性连接的光伏组件3为第二光伏组件3，第二开关401的第一端401a电性连接至第一光伏组件3的负极端31，第二开关401的第二端401b电性连接至除了第一光伏组件3及第二光伏组件3以外的其它任意一个光伏组件3的正极端30，例如图1所示，第二开关401的第二端401b电性连接至与第一光伏组件3的负极端31电性连接距离最短的光伏组件3的正极端30，而于此暂定与第二开关401的第二端401b电性连接的光伏组件3为第三光伏组件3，另外，第一开关400以及第二开关401可分别进行导通或截止的切换动作。当然，于一些实施例中，如图2所示，第二开关401的第二端401b也可改为电性连接至逆变器2的第二输入端。
通信电路41电性连接至控制电路43，且可与逆变器2相互通信而接收来自逆变器2所输出的指令信号，并将指令信号发送控制电路43。控制电路则43电性连接至开关电路40的第一开关400和第二开关401的控制端，用于根据经由通信电路41所接收到的逆变器2的指令信号而对应控制第一开关400以及第二开关401进行导通或断开的切换运行，更进一步说明，当逆变器2的指令信号为闭合指令时，控制电路43控制第一开关400以及第二开关401闭合而导通，此时，第一光伏组件3会因第一开关400以及第二开关401导通而与其它光伏组件形成串联连接关系，因此第一光伏组件3实际上便电性接入光伏发电系统1中，使光伏发电系统1正常运行，反之，当逆变器2的指令信号为断开指令时，控制电路43控制第一开关400以及第二开关401断开，此时，第一光伏组件3会因第一开关400以及第二开关401断开而与其它光伏组件无法形成串联连接关系，所以第一光伏组件3便从光伏发电系统1中电气断开。
于一些实施例中，控制电路43还可检测开关电路4是否正常运行，当检测到开关电路4发生故障，例如检测到第一开关400或第二开关401发生故障时，控制电路43便经由通信电路41发送一故障信息至逆变器2。辅助电源电路42则用于向快速关断装置4提供运行所需的电能，例如向快速关断装置4的控制电路43等提供运行所需的电能。
由上可知，本实施例的光伏发电系统1设置快速关断装置4于多个串联连接的光伏组件3之间，当快速关断装置4接收到逆变器2所传来的闭合指令时，快速断开装置4可控制第一开关400以及第二开关401导通，使多个光伏组件3彼此串联连接而将各自输出的直流电能提供给逆变器2，然而，当逆变器2因例如异常等原因而发出断开指令时，快速关断装置4便控制第一开关400以及第二开关401断开，使第一光伏组件3从光伏发电系统1中电气断开，换言之，即将多个串联连接的光伏组件3进行分割，以形成具较安全电压的多个模块，借此降低触电风险。另外，由于本申请的快速关断装置4包含两个开关，即包含第一开关400以及第二开关401，因此当两个开关中的任一开关发生异常而失效时，另一开关仍可正常运行，所以在逆变器2发出断开指令时，可确保多个串联连接的光伏组件3确实分割成具较安全电压的多个模块。
于一些实施例中，通信电路41可为PLC(Power Line Communication)通信电路，此时，通信电路41电性连接至第一开关400的第二端400b以及第二开关401的第二端401b。而逆变器2所输出的指令信号则对应为PLC指令信号。另外，逆变器2与每一光伏组件3之间也可进行PLC通信。更甚者，如图1所示，快速关断装置4还可包含一电容44，电容44电性连接至第一开关400的第二端400b以第二开关401的第二端401b之间，当第一开关400和第二开关401断开时，电容44可保持逆变器2与除了第一光伏组件3以外的其它光伏组件3之间的PLC通信。
再请参阅图1，于其它实施例中，辅助电源电路42可电性连接至第一光伏组件3的正极端30与负极端31，用于从第一光伏组件3取电并进行转换。另外，光伏发电系统1还可包含一第三开关5，设置于逆变器2的第一输入端及与逆变器2的第一输入端电性连接距离最短的光伏组件3的正极端30之间，该第三开关5可被控制(例如被光伏发电系统1内的一控制器(未图示)或是用户手动控制等)而进行导通或断开的切换动作，使得多个光伏组件3与逆变器2之间形成电性连接状态或是不连通状态，换言之，即使多个光伏组件3电性接入光伏发电系统1中或从光伏发电系统1中电气断开。
于一些实施例中，第一开关400与第二开关401采用机械式开关或电子式开关，通过控制电路43控制第一开关400以及第二开关401同步的断开或导通。但本公开并不以此为限。
以下将再以图3及图4说明光伏发电系统使用多个快速关断装置4时的可能实施例，然而为了减少附图的复杂性，图3及图4所示的每一快速关断装置4仅显示第一开关400和第二开关401，而省略部分结构，然而图3及图4所示的每一快速关断装置4的内部结构与图1所示的快速关断装置4的内部结构相同，在此先说明。
请参阅图3，其为本申请第三较佳实施例的光伏发电系统的架构示意图。如图3所示，本实施例的光伏发电系统6的架构及运行原理均相似于图1所示的光伏发电系统1，所以于此仅以相同符号标示代表组件结构及运行原理相同而不再赘述，但相较于图1所示的光伏发电系统1仅具有单一的快速关断装置4，本实施例的光伏发电系统6包含多个快速关断装置4，多个光伏组件3中至少有两个光伏组件3均对应设置有一个快速关断装置4(图3中示出了三个快速关断装置4)，而每一快速关断装置4的第一开关400的第一端电性连接至对应的第一光伏组件3的正极端30，每一快速关断装置4的第一开关400的第二端则电性连接对应的第二光伏组件3的负极端31，每一快速关断装置4的第二开关401的第一端则电性连接至与对应的第一开关400的第一端电性连接的第一光伏组件3的负极端31，另外，每一快速关断装置4的第二开关401的第二端则可分别电性连接至对应的第三光伏组件3的正极端30，更甚者，每个快速关断装置4控制内部的第一开关400及第二开关401闭合而使对应的第一光伏组件3电性接入光伏发电系统6中，或控制内部的第一开关400及第二开关401断开而使对应的第一光伏组件3从光伏发电系统6中电气断开。由于本实施例的光伏发电系统6设置了多个快速关断装置4，以使多个串联连接的光伏组件3可确实分割成更多个具较安全电压的模块而提升安全性。而于一些实施例中，如图3所示，多个快速关断装置4中可有一个快速关断装置4的第二开关401的第二端改为电性连接至逆变器2的第二输入端。
请参阅图4，其为本申请第四较佳实施例的光伏发电系统的架构示意图。如图4所示，本实施例的光伏发电系统7的架构及运行原理均相似于图3所示的光伏发电系统6，所以于此仅以相同符号标示代表组件结构及运行原理相同而不再赘述，唯相较于图3所示的光伏发电系统6中仅多个快速关断装置4对应的第一光伏组件3电气断开光伏发电系统6，仍存在多个光伏组件3彼此串联连接的模块。本实施例的光伏发电系统7包含多个快速关断装置4，且当每一快速关断装置4均控制对应的第一光伏组件3从光伏发电系统7中电气断开后，每一光伏组件3均从光伏发电系统7中电气断开。也即本实施例的光伏发电系统7经由设置多个快速关断装置4便可将串联连接的多个光伏组件3分别分割成彼此未电性连接的独立的光伏组件3，借此达到安全的最大优化。在其它实施方式中，也可针对每一光伏组件3均对应设置一个快速关断装置4，经由每一快速关断装置4控制对应的光伏组件3电性接入光伏发电系统，或从光伏发电系统中电气断开。
综上所述，本申请提供一种光伏发电系统，光伏发电系统设置至少一快速关断装置于多个串联连接的光伏组件之间，当快速关断装置接收到逆变器所传来的闭合指令时，快速断开装置可控制第一开关以及第二开关导通，使多个光伏组件彼此串联连接而将各自输出的直流电能提供给逆变器，然而，当逆变器因例如异常等原因而发出断开指令时，快速关断装置便控制第一开关以及第二开关断开，使第一光伏组件从光伏发电系统中电气断开，换言之，即将多个串联连接的光伏组件进行分割，以形成具较安全电压的多个模块，借此便可保护维修人员在进行维修时的生命安全。另外，由于本申请的快速关断装置包含两个开关，即包含第一开关以及第二开关，因此当两个开关中的任一开关发生异常而失效时，另一开关仍可正常运行，所以在逆变器发出断开指令时，可确保多个串联连接的光伏组件可确实分割成具较安全电压的多个模块。
本申请可由本领域技术人员进行各种修改，然而均不脱离随附权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种应用于一光伏发电系统的快速关断装置，其特征在于，所述光伏发电系统包含一逆变器以及串联连接的多个光伏组件，每一所述光伏组件包含一正极端与一负极端，所述快速关断装置包含一开关电路、一通信电路、一控制电路以及一辅助电源电路；其中
所述开关电路包含一第一开关以及一第二开关，所述第一开关的一第一端电性连接至多个所述光伏组件中的一第一光伏组件的所述正极端，所述第一开关的一第二端电性连接至多个所述光伏组件中的一第二光伏组件的所述负极端，所述第二开关的一第一端电性连接至所述第一光伏组件的所述负极端；
所述通信电路电性连接至所述控制电路，并与所述逆变器相通信，用于接收来自所述逆变器所发出的一指令信号，并将所述指令信号发送给所述控制电路；
所述控制电路电性连接至所述第一开关和所述第二开关，用于根据所述指令信号控制所述第一开关以及所述第二开关断开或闭合；以及
所述辅助电源电路用于向所述快速关断装置提供电能；
其中所述通信电路为PLC通信电路，且所述指令信号为PLC指令信号；
其中所述快速关断装置还包含一电容，电性连接至所述第一开关的所述第二端以及所述第二开关的一第二端，用于于所述第一开关和所述第二开关断开时，保持所述逆变器与除了所述第一光伏组件以外的其它所述光伏组件之间的PLC通信。
2.根据权利要求1所述的快速关断装置，其特征在于，所述第二开关的一第二端电性连接至多个所述光伏组件中的一第三光伏组件的所述正极端。
3.根据权利要求1所述的快速关断装置，其特征在于，所述第二开关的一第二端电性连接至所述逆变器的一第二输入端。
4.根据权利要求1所述的快速关断装置，其特征在于，
于所述逆变器发出的所述指令信号为一闭合指令时，所述通信电路将所述闭合指令传送至所述控制电路，所述控制电路对应地控制所述第一开关以及所述第二开关闭合，使所述第一光伏组件电性接入所述光伏发电系统，俾使所述光伏发电系统正常运行；
于所述逆变器发出的所述指令信号为一断开指令时，所述通信电路将所述断开指令传送至所述控制电路，所述控制电路对应地控制所述第一开关以及所述第二开关断开，使所述第一光伏组件从所述光伏发电系统中电气断开。
5.根据权利要求1所述的快速关断装置，其特征在于，所述控制电路还检测所述开关电路是否正常运行，于检测到所述开关电路发生故障时，所述控制电路经由所述通信电路发送一故障信息至所述逆变器。
6.根据权利要求1所述的快速关断装置，其特征在于，所述辅助电源电路电性连接至所述第一光伏组件的所述正极端及所述负极端，以从所述第一光伏组件取电并进行转换，进而向所述快速关断装置提供电能。
7.根据权利要求1所述的快速关断装置，其特征在于，所述光伏发电系统还包含一第三开关，设置于所述逆变器的一第一输入端及与所述逆变器的所述第一输入端电性连接距离最短的所述光伏组件的所述正极端之间。
8.根据权利要求1所述的快速关断装置，其特征在于，每一所述光伏组件包含至少一个光伏面板。
9.根据权利要求1所述的快速关断装置，其特征在于，所述第一开关与所述第二开关为机械式开关或电子式开关。
10.一种光伏发电系统，其特征在于，包含：
多个光伏组件，多个所述光伏组件串联连接，并分别将太阳能转变成一直流电能；
逆变器，将所有所述直流电能转换为交流电能；以及
至少一个根据权利要求1-8中任一项所述的快速关断装置，其中所述快速关断装置控制对应的所述光伏组件电性接入所述光伏发电系统中，或从所述光伏发电系统中电气断开。
11.根据权利要求10所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统包含多个所述快速关断装置，多个所述光伏组件中至少有两个所述光伏组件均对应设置有一个所述快速关断装置，经由每一所述快速关断装置控制对应的所述光伏组件电性接入所述光伏发电系统，或从所述光伏发电系统中电气断开。
12.根据权利要求11所述的光伏发电系统，其特征在于，每一所述快速关断装置均控制对应的所述光伏组件从所述光伏发电系统中电气断开后，每一所述光伏组件均从所述光伏发电系统中电气断开。
13.根据权利要求10所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括多个所述快速关断装置，每一所述光伏组件均对应设置有一个所述快速关断装置，经由每一所述快速关断装置控制对应的所述光伏组件电性接入所述光伏发电系统，或从所述光伏发电系统中电气断开。
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