CN112596000A - 一种光伏逆变器pv输入端反接的检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器PV输入端反接的检测方法及装置。该检测方法包括如下步骤：A、在光伏逆变器并网前，对光伏逆变器的各路PV输入端的电流进行采样；B、分别将采样的电流值转换为电压值，并叠加偏置电压作为检测输出值；C、判断：当某一路的所述检测输出值小于设定的判定门限，且该路的输入电压为零，则判定该路PV输入端反接；D、报警并停止将光伏逆变器并网。本发明主动监测PV输入端是否反接并提前报警。

Description

一种光伏逆变器PV输入端反接的检测方法及装置
技术领域
本发明属于光伏逆变器绝缘自检领域，涉及一种光伏逆变器PV输入端反接的检测方法及装置。
背景技术
在光伏发电系统中多路PV组串并联连接到光伏逆变器的输入端。施工安装过程中存在将某一路或某几路的PV组串至光伏逆变器的输入端的正负接反的可能。出现这种情形后，光伏发电系统仍然能够发电运行，因此难以获知是否存在PV输入端反接的情况。往往需要在对光伏逆变器进行维护时才会发现，而这时光伏发电系统已经运行了一段时间，可能造成光伏电池板等设备损坏，产生安全隐患。目前行业内普遍采取在各组串串入保险丝的方式来解决反接问题，但这显著增加了硬件成本。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种光伏逆变器PV输入端反接的检测方法及装置，其主动监测PV输入端是否反接并提前报警。
本发明采用如下技术方案：
一种光伏逆变器PV输入端反接的检测方法，包括如下步骤：
A、在光伏逆变器并网前，对光伏逆变器的各路PV输入端的电流进行采样；
B、分别将采样的电流值转换为电压值，并叠加偏置电压作为检测输出值；
C、判断：当某一路的所述检测输出值小于设定的判定门限，且该路的输入电压为零，则判定该路PV输入端反接；
D、报警并停止将光伏逆变器并网。
优选地，所述步骤B中，根据下述关系式将所述电流值转换为电压值：
I_AD＝k*I+Vref
其中，I_AD为所述检测输出值；k为采样电流转换成电压的系数，k为正值；I为采样电流至；Vref为所述的偏置电压。
优选地，所述步骤A中，通过电流传感器对PV输入端的电流进行采样。
优选地，所述步骤B中，通过运放电路将所述电流值转换为电压值。
在一优选且具体的实施例中，通过HCT电流传感器对PV输入端的电流进行采样，所述HCT电流传感器的信号输出端经一第一电阻连接至运算放大器连接至一运算放大器的正输入端，一钳位电压输入端子经一第二电阻连接至所述第一电阻和所述运算放大器的中间点；所述运算放大器的输出端经一第三电阻连接至控制模块，向所述控制模块输入检测输出值；所述HCT电流传感器的接地端经一第四电阻连接至所述运算放大器的反输入端，所述运算放大器的反输入端和所述输出端之间连接有第五电阻。
进一步地，所述第二电阻的两端并联有一第一电容，一第二电容的一端连接于所述第三电阻和所述控制模块的中间点，所述第二电容的另一端接地；和/或，所述第五电阻的两端并联有一第三电容。
进一步地，所述检测输出值经所述控制模块输入口端的限幅二极管限制后送入所述控制模块。
本发明还采用如下技术方案：
一种光伏逆变器PV输入端反接的检测装置，包括对应多路PV输入的多个检测模块及分别与各所述检测模块连接的控制模块；各所述检测模块分别包括：
多个电流传感器，用于分别对相应的一路PV输入端的电流进行采样；
运算放大器，其用于将采样的电流值转换为电压值；
第一电阻，其连接于所述电流传感器的信号输出端和所述运算放大器的正输入端之间；
第二电阻，其一端连接一钳位电压输入端子，另一端连接至所述第一电阻和所述运算放放大器的正输入端的中间点；
第三电阻，其连接于所述运算放大器的输出端和所述控制模块之间；
第四电阻，其连接于所述电流传感器的接地端和所述运算放大器的反输入端之间；及
第五电阻，其连接于所述运算放大器的反输入端和输出端之间；
其中，所述控制模块用于分别将各所述检测模块输出的电压值与设定的判定门限比较，并在某一路的所述检测输出值小于设定门限且该路的输入电压为零时报警。
优选地，各所述检测模块还分别包括第一电容和第二电容，所述第一电容并联于所述第二电阻的两端，所述第二电容的一端连接于所述第三电阻和所述控制模块的中间点而另一端接地；和/或，各所述检测模块还分别包括第三电容，所述第三电容并联于所述第五电阻的两端。
优选地，各所述检测模块还分别包括连接于所述第三电阻和所述控制模块的中间点的第一限幅二极管和第二限幅二极管。
本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
本发明的检测方法及装置，在逆变器输出功率之前，即并网之前，通过检测PV面板反接时的PV反向电流，并结合偏置电压生成检测输出值，判断该检测输出值是否小于一设定值及PV端输入电压是否为零来主动判定PV是否反接，并在存在反接时报警，直至警报解除后才将光伏逆变器进行并网，输出功率，能够主动监测PV输入端是否反接并提前报警。且该检测方法及装置不额外增加检测成本，实现较为简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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为根据本发明实施例的一种检测装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。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。
本实施例提供一种光伏逆变器PV输入端反接的检测装置。如图1所示，该检测装置2包括对应多路PV输入的多个检测模块21及分别与各所述检测模块21连接的控制模块22。每路光伏面板1产生的电流通过一路PV输入送至光伏逆变器，若存在n路光伏组串1，则有光伏逆变器具有n路PV输入，检测装置2具有n个检测模块21。图1示例性地示出了其中的一个检测模块。参照图1所示，PV面板1的电流通过PV+和PV-输入端连接光伏逆变器，其送入的直流电经光伏逆变器的BOOST升压电路3升压，再经过逆变拓扑4转换为直流电，最终送至电网5。BOOST升压电路3包括电感L1、开关管Q1和续流二极管D1，开关管Q1为IGBT或MOSFET。上述的检测模块21设置于PV输入端和BOOST升压电路3之间。
具体如图1所示，每个检测模块21分别包括电流传感器211、运算放大器AMP、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一限幅二极管D2和第二限幅二极管D3。电流传感器211设置于PV+输入端和电感L1之间，用于采集在PV面板1反接时流过的反向电流。具体而言，电流传感器211为HCT传感器，具有信号输出端和接地端。运算放大器AMP用于计算检测输出值。第一电阻R1连接于电流传感器211的信号输出端和运算放大器AMP的正输入端之间。第二电阻R2的一端连接一钳位电压输入端子Vref，另一端连接至第一电阻R1和运算放大器AMP的正输入端的中间点。第三电阻R3连接于运算放大器AMP的输出端和控制模块22之间。第四电阻R4连接于电流传感器211的接地端和运算放大器AMP的反输入端之间。第五电阻R5连接于运算放大器AMP的反输入端和输出端之间。第一电容C1并联于第二电阻R2的两端。第二电容C2的一端连接于第三电阻R3和控制模块22的中间点而另一端接地。第三电容C3并联于第五电阻R5的两端。第一限幅二极管D2的正极连接于第三电阻R3和控制模块22的中间点，负极和一限制电压输入端子连接，用以输入3V或3.3V的电压，用以限制送到MCU信号端口的电压，以保护MCU端口。第二限幅二极管D3的正极接地，负极连接于第三电阻R3和控制模块22的中间点。
其中，第一电阻R1和第四电阻R4的阻值相等，第二电阻R2和第三电阻R3的阻值相等，第一电容C1和第二电容C2的容值相等，以构成差分采样。第一电容C1/第二电容C2与运算放大器AMP构成有源低通滤波器，第五电阻R5与第三电容C3构成RC无源低通滤波器，用来抑制送到控制模块22的信号里的高频杂讯，截止频率相对于被检测信号较高。
控制模块22具体为MCU芯片。
本实施例还采用一种光伏逆变器PV输入端反接的检测方法，包括如下步骤：
A、在光伏逆变器并网前，对光伏逆变器的各路PV输入端的电流进行采样；
B、分别将采样的电流值转换为电压值，并叠加偏置电压作为检测输出值；
C、判断：当某一路的检测输出值小于设定的判定门限，且该路的输入电压为零，则判该路PV输入端反接；
D、报警并停止将光伏逆变器并网。
步骤B中，根据下述关系式将电流值转换为电压值：
I_AD＝k*I+Vref
其中，I_AD为检测输出值；k为采样电流转换成电压的系数，k为正值；I为采样电流至；Vref即为上述的偏置电压，也是运放线路的钳位电压。
步骤A中，通过电流传感器211对PV输入端的电流进行采样。
具体而言，通过HCT电流传感器211对PV输入端的电流进行采样，HCT电流传感器211的信号输出端经第一电阻R1连接至运算放大器AMP连接至运算放大器AMP的正输入端，HCT电流传感器211的接地端经一第四电阻R4连接至运算放大器AMP的反输入端，一钳位电压输入端子经第二电阻R2连接至第一电阻R1和运算放大器AMP的中间点，从而将采样电流和偏置电压送入运算放大器AMP，并转换得到检测输出值；运算放大器AMP的输出端经第三电阻R3连接至控制模块22，向控制模块22输入检测输出值。进一步地，检测输出值经控制模块22输入口端的限幅二极管限制后送入控制模块22。
本实施例的检测原理如下：利用PV面板1反接时，PV反向电流流过BOOST升压电路3的开关管Q1的晶体二极管D1构成回路，且该反向电流流过电流传感器211，且机器PV接线端的电压很低的特性点。通过对采样线路加偏置电压，通过检测在逆变器输出功率前PV电流采样输出的AD值是否低于一定限制值，以及PV端输入电压是否为0来主动判定PV是否有反接并告警，在警报解除之前机器不输出功率。
近似忽略对被采样信号的幅频影响下，实际流过电流传感器的电流I与送到MCU的AD口信号I_AD的关系式为I_AD＝k*I+Vref(k为电流传感器电流转换成电压的系数，k为正值。I为实际流过传感器的电流。Vref为运放线路的钳位电压，Vref为正值，一般可以取0.3V左右)。
在PV panel接入与不接入光伏逆变器，存在以下几种可能性：
A、当PV面板未接入时，I_AD＝Vref。
B、当PV面板正接但没有输出电流时，I_AD＝Vref。
C、当PV面板正接且有输出电流时，I_AD>Vref。
D、当PV面板反接时，PV panel通过boost开关管Q1的体二极管与电感L1短路，短路电流反向流过电流传感器HCT，但此种情况下电流为负值，所以此时I_AD<Vref。由于PVpanel的特性，当PV反接短路时的短路电流一般都会比较大。当采样运放AMP为单电源供电时，受限于AMP的最低输出为0，此时会使得I_AD近似为0。当采样运放AMP为正负双电源供电时，受MCU的AD口端的限幅二极管限制，此时会使得I_AD近似为-0.3V左右。
假设Vref理论对应的ADC值为ADC_Vref_default，在软件里设定一个判定门限ADC_Vref，ADC_Vref比ADC_Vref_default小。
当检测到I_AD<ADC_Vref，通过MCU检测该路PV输入电压为0，则判定该路PV反接，通过指示灯、蜂鸣器、app等方式提示报警，且并网逆变器不会并网发电直到故障解除。
本实施例的检测方法及装置几乎不增加额外成本，易于实现，安全可靠，能主动检测PV是否反接并告警，避免因PV反接导致的风险。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器PV输入端反接的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、在光伏逆变器并网前，对光伏逆变器的各路PV输入端的电流进行采样；
B、分别将采样的电流值转换为电压值，并叠加偏置电压作为检测输出值；
C、判断：当某一路的所述检测输出值小于设定的判定门限，且该路的输入电压为零，则判定该路PV输入端反接；
D、报警并停止将光伏逆变器并网。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤B中，根据下述关系式获得所述检测输出值：
I_AD＝k*I+Vref
其中，I_AD为所述检测输出值；k为采样电流转换成电压的系数，k为正值；I为采样电流值；Vref为所述偏置电压。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤A中，通过电流传感器对PV输入端的电流进行采样。
4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤B中，通过运放电路获得所述检测输出值。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于：通过HCT电流传感器对PV输入端的电流进行采样，所述HCT电流传感器的信号输出端经一第一电阻连接至运算放大器连接至一运算放大器的正输入端，一钳位电压输入端子经一第二电阻连接至所述第一电阻和所述运算放大器的中间点；所述运算放大器的输出端经一第三电阻连接至控制模块，向所述控制模块输入检测输出值；所述HCT电流传感器的接地端经一第四电阻连接至所述运算放大器的反输入端，所述运算放大器的反输入端和所述输出端之间连接有第五电阻。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：所述第二电阻的两端并联有一第一电容，一第二电容的一端连接于所述第三电阻和所述控制模块的中间点，所述第二电容的另一端接地；和/或，所述第五电阻的两端并联有一第三电容。
7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：所述检测输出值经所述控制模块输入口端的限幅二极管限制后送入所述控制模块。
8.一种光伏逆变器PV输入端反接的检测装置，其特征在于，包括对应多路PV输入的多个检测模块及分别与各所述检测模块连接的控制模块；各所述检测模块分别包括：
多个电流传感器，用于分别对相应的一路PV输入端的电流进行采样；
运算放大器，其用于将采样的电流值转换为电压值；
第一电阻，其连接于所述电流传感器的信号输出端和所述运算放大器的正输入端之间；
第二电阻，其一端连接一钳位电压输入端子，另一端连接至所述第一电阻和所述运算放放大器的正输入端的中间点；
第三电阻，其连接于所述运算放大器的输出端和所述控制模块之间；
第四电阻，其连接于所述电流传感器的接地端和所述运算放大器的反输入端之间；及
第五电阻，其连接于所述运算放大器的反输入端和输出端之间；
其中，所述控制模块用于分别将各所述检测模块输出的检测输出值与设定的判定门限比较，并在某一路的所述检测输出值小于设定门限且该路的输入电压为零时报警。
9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于：各所述检测模块还分别包括第一电容和第二电容，所述第一电容并联于所述第二电阻的两端，所述第二电容的一端连接于所述第三电阻和所述控制模块的中间点而另一端接地；和/或，各所述检测模块还分别包括第三电容，所述第三电容并联于所述第五电阻的两端。
10.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于：各所述检测模块还分别包括连接于所述第三电阻和所述控制模块的中间点的第一限幅二极管和第二限幅二极管。
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