CN115021324B - 一种汇流设备、光伏系统及故障检测方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种汇流设备、光伏系统及故障检测方法，汇流设备包括：至少两个并联在一起的光伏组串；还包括：电流检测电路、电压检测电路、绝缘阻抗检测电路和控制器；电流检测电路，用于检测每个光伏组串的电流；电压检测电路，用于检测并联在一起的光伏组串的电压；绝缘阻抗检测电路，用于检测并联在一起的光伏组串的绝缘阻抗；控制器根据电流、电压和绝缘阻抗判断光伏组串是否发生反接故障。在对光伏组串进行判断时，综合判断电流、电压和绝缘阻抗三个参数，可以准确判断光伏组串是否真正出现反接故障，减少误判带来的发电量影响，仅通过电流无法准确判断是否发生反接故障，其他故障也会导致电流反向。
Description
技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种汇流设备、光伏系统及故障检测方法。
背景技术
随着新能源的不断发展，目前光伏发电的应用越来越广泛，光伏系统一般包括汇流箱，汇流箱可以将多个光伏组串进行并联汇流，汇流后再送入DCAC电路。其中，每个光伏组串包括多个串联在一起的光伏组件，每个光伏组件内部又包括多个串联在一起的电池片，光伏组件的输出正负极和相应的电池片连接点之间反并联多个二极管，例如反并联二极管的数量可以为3个，反并联二极管是为了在电池片异常情况下提供旁路支路，避免电池片损坏。
但是，实际应用中，由于施工接线难免出现接线错误，例如某路光伏组串出现反接，其它并联的光伏组串的电流都将流入该路反接的光伏组串，导致该路反接的光伏组串出现过流而损坏。为了解决反接造成的光伏组件损坏，目前常采用两个光伏组件并联汇流，每个光伏组串配置一个电流检测装置，通过检测电流是否反向来判断是否出现反接。
但是，现有方案实际应用中常出现误判问题。如当光伏组串的开路电压不一致时，其在并联汇流时也会存在电流反向的问题，另外，当光伏组串的线缆出现损坏对地短路时，也会出现反向电流，因此，通过检测光伏组串的电流并不能准确判断是否出现反接故障。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种汇流设备、光伏系统及故障检测方法，能够准确检测光伏组串是否发生反接故障。
为解决上述技术问题，本申请提供的技术方案如下：
本申请提供一种汇流设备，包括：至少两个并联在一起的光伏组串；还包括：电流检测电路、电压检测电路、绝缘阻抗检测电路和控制器；
电流检测电路，用于检测每个光伏组串的电流；
电压检测电路，用于检测并联在一起的光伏组串的电压；
绝缘阻抗检测电路，用于检测并联在一起的光伏组串的绝缘阻抗；
控制器，用于根据电流、电压和绝缘阻抗判断光伏组串是否发生反接故障。
优选地，控制器，具体用于电压的绝对值小于预设电压，绝缘阻抗大于预设阻抗值，第一光伏组串的电流小于零，判断第一光伏组串发生反接故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
优选地，控制器，还用于电压大于预设电压，第一光伏组串的电流小于零，判断光伏组串发生电压失配故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
优选地，控制器，还用于绝缘阻抗小于预设阻抗值，第一光伏组串的电流小于零，判断第一光伏组串发生短路故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
优选地，光伏组串中每个光伏组件包括反并联二极管；预设电压大于光伏组串中反并联二极管导通压降之和，且小于所有光伏组串的开路电压。
本申请还提供一种光伏系统，包括DCAC电路和至少一个以上介绍的汇流设备；
汇流设备的输出端连接DCAC电路的输入端。
本申请还提供一种故障检测方法，应用于光伏系统，光伏系统包括DCAC电路和至少两个并联在一起的光伏组串；
该方法包括：
获得每个光伏组串的电流；
获得并联在一起的光伏组串的电压；
获得并联在一起的光伏组串的绝缘阻抗；
根据电流、电压和绝缘阻抗判断光伏组串是否发生反接故障。
优选地，根据电流、电压和绝缘阻抗判断光伏组串是否发生反接故障，具体包括：
电压的绝对值小于预设电压，绝缘阻抗大于预设阻抗值，第一光伏组串的电流小于零，判断第一光伏组串发生反接故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
优选地，还包括：电压大于预设电压，第一光伏组串的电流小于零，判断光伏组串发生电压失配故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
优选地，还包括：绝缘阻抗小于预设阻抗值，第一光伏组串的电流小于零，判断第一光伏组串发生短路故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
优选地，光伏组串中每个光伏组件包括反并联二极管；预设电压大于光伏组串中反并联二极管导通压降之和，且小于所有光伏组串的开路电压。
由此可见，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的汇流设备，在对光伏组串进行判断时，综合判断电流、电压和绝缘阻抗三个参数，可以准确判断光伏组串是否真正出现反接故障，减少误判带来的发电量影响，仅通过电流无法准确判断是否发生反接故障，其他故障也会导致电流反向。例如，当光伏组串的电流反向，但是绝缘阻抗小于预设阻抗值时，则说明出现短路故障，不是反接故障。当电压大于预设电压，电流反向时，则说明出现电压失配。只有当电压的绝对值小于预设电压，绝缘阻抗大于预设阻抗值且电流反向时，才判断出现反接故障。只有反接故障时，维修人员才拆卸反接的光伏组串重新接入，其余故障时需要采取对应的措施。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种m个光伏组串并联在一起的示意图；
图2为本申请提供的光伏组件反并联二极管的示意图；
图3为一种两个光伏组串并联的示意图；
图4为两个光伏组串并联其中一个出现反接的示意图；
图5为并联的光伏组串出现电压失配的示意图；
图6为光伏组串正负极线缆对地短路示意图；
图7为PV2正极和PV1负极线缆对地短路示意图；
图8为本申请实施例提供的一种汇流设备的示意图；
图9为本申请实施例提供的另一种并联光伏组串的示意图；
图10为本申请实施例提供的电压失配原理图；
图11为本申请实施例提供的并联光伏组串的IV曲线示意图；
图12为本申请实施例提供的一种光伏系统的示意图；
图13为本申请实施例提供的一种故障检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
以下说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“耦接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。“耦接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接电性连接。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。
本申请实施例提供的汇流设备，应用于光伏系统，即光伏发电领域，汇流设备可以独立存在，也可以集成在逆变器的内部，本申请实施例不做具体限定。另外，本申请实施例也不具体限定汇流设备内部包括的光伏组串的数量，可以包括至少两个并联在一起的光伏组串。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种m个光伏组串并联在一起的示意图。
图1中以m个光伏组串为例进行介绍，即第一光伏组串PV1至第m光伏组串PVm，PV1至PVm并联在一起。m为大于等于2的整数。
每个光伏组串包括n个光伏组件，即第一光伏组件B1至第n光伏组件Bn，B1、B2直至Bn串联在一起。n为大于等于2的整数。
由于多个光伏组串的电流汇流在一起进入DCAC 电路，因此，可以称为汇流设备。
另外，在光伏组件输出的正负极和相应的电池片连接点之间反并联多个二极管，以在电池片异常情况下提供旁路支路，避免电池片损坏。如图2所示，该图为本申请提供的光伏组件反并联二极管的示意图。
为了解决光伏组串反接造成光伏组件损坏，传统中是采用二汇一的方案，即两个光伏组串并联在一起，参见图3，该图为一种两个光伏组串并联的示意图。
两个光伏组串PV1和PV2并联在一起，每个光伏组串包括B1、B2直至Bn串联在一起。在每个光伏组串配置一个电流检测装置100（例如可以为电流传感器或分流Shunt电阻），用来检测光伏组串的支路是否出现反向反流，
下面结合图4介绍光伏组串出现反接时的电流检测过程。
参见图4，该图为两个光伏组串并联其中一个出现反接的示意图。
对比图3和图4可以看出，图4中PV1接线正常，但是PV2出现了正负极反接，因此，PV1和PV2之间的电流形成环路，即PV2的电流出现反向。
还有一种情况PV2中的电流也可能出现反向，即光伏组串的电压出现失配的情况，即并联在一起的光伏组串，有的光伏组串的电压高，有的光伏组串的电压低。
参见图5，该图为并联的光伏组串出现电压失配的示意图。
图5中可以看出PV1和PV2均接线正常，不存在接反的情况，但是PV2的电流出现反向，说明PV1的电压比PV2的电压高。
另外，还有一种情形会出现光伏组串的电流反向，例如光伏组串的线缆安装磨损破皮或绝缘失效时，光伏组串的线缆对地可能出现短路，此时电流检测装置也会检测到反向电流，从而报出光伏组串出现反接故障，但实际光伏组串并未反接。
参见图6，该图为光伏组串正负极线缆对地短路示意图。
光伏组串PV2正负极线缆对地短路，此时，电流检测装置100也可以检测出光伏组串PV2出现反向电流。
参见图7，该图为PV2正极和PV1负极线缆对地短路示意图。
此时，电流检测装置100也可以检测出光伏组串PV2出现反向电流。
综上所述，当光伏组串出现反接、电压失配或线缆对地短路时，均可能出现反向电流，因此，无法仅通过检测电流来准确判断光伏组串是否出现反接。下面介绍本申请实施例提供的汇流设备，可以准确检测出光伏组串是否出现反接。
参见图8，该图为本申请实施例提供的一种汇流设备的示意图。
本实施例提供的汇流设备，包括：至少两个并联在一起的光伏组串；还包括：电流检测电路801、电压检测电路803、绝缘阻抗检测电路802和控制器（图中未示出）；
电流检测电路801，用于检测每个光伏组串的电流；
图8中继续以两个光伏组串并联为例进行介绍，即第一光伏组串PV1和第二光伏组串PV2，可以包括更多数量的光伏组串并联。电流检测电路801可以检测出PV1和PV2的电流，应该理解，不仅可以检测出电流大小，还能检测出电流方向，例如以光伏组串流向并联点A为正向。
电压检测电路803，用于检测并联在一起的光伏组串的电压；由于多个光伏组串并联在一起，等稳态时，所有光伏组串的电压将趋于平衡，即相等。
绝缘阻抗检测电路802，用于检测并联在一起的光伏组串对地的绝缘阻抗，绝缘阻抗为并联在一起的整体绝缘阻抗；
控制器，用于根据电流、电压和绝缘阻抗判断光伏组串是否发生反接故障。
本申请实施例提供的汇流设备，在对光伏组串进行判断时，综合判断电流、电压和绝缘阻抗三个参数，便可以准确判断光伏组串是否真正出现反接故障。仅通过电流无法准确判断是否发生反接故障，其他故障也会导致电流反向。例如，当光伏组串的电流反向，但是绝缘阻抗小于预设阻抗值时，则说明出现短路故障，不是反接故障。当电压大于预设电压，电流反向时，则说明出现电压失配。只有当电压的绝对值小于预设电压，绝缘阻抗大于预设阻抗值且电流反向时，才判断出现反接故障。只有反接故障时，维修人员才拆卸反接的光伏组串重新接入，其余故障时需要采取对应的措施。
具体地，本申请实施例提供的汇流设备不仅可以判断光伏组串出现反接故障，还可以判断光伏组串是否出现电压失配，或者线缆对地短路故障，下面进行详细介绍。
控制器，具体用于电压的绝对值小于预设电压，绝缘阻抗大于预设阻抗值，第一光伏组串的电流小于零，判断第一光伏组串发生反接故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
光伏组串中每个光伏组件包括反并联二极管；预设电压大于光伏组串中反并联二极管导通压降之和，且小于所有光伏组串的开路电压，即小于各光伏组串的最小开路电压。
参见图9，该图为本申请实施例提供的另一种并联光伏组串的示意图。
从图9可以看出，每个光伏组串中的光伏组串包括反并联的二极管，图9中以每个光伏组件反并联3个二极管为例进行介绍。另外，图9中以PV2反接为例进行介绍。PV2中流过反向电流。
由于存在反并联二极管，因此，PV2中的反向电流流过光伏组件内部的电池片或流过反并联二极管。因此，并联点（又称汇流点）的电压Ubus将被限制于光伏组串中每个串联的光伏组件反并联二极管的最大导通压降之和以内，以每个组件反并联3个二极管为例，一个光伏组串包括n个串联在一起的光伏组件，即反并联二极管的最大导通压降为n*3Ud，其中，Ud为二极管的导通压降，一般Ud<0.7V。由于并联点正负极之间的电压Ubus可能为正，也可能为负，因此，需要判断Ubus的绝对值，即|Ubus|≤n*3Ud。
下面结合图10和图11介绍电压失配的情况。参见图10，该图为本申请实施例提供的电压失配原理图。参见图11，该图为本申请实施例提供的并联光伏组串的IV曲线示意图。
图11中，PV1代表光伏组串PV1的IV曲线，PV2代表光伏组串PV2的IV曲线。IV曲线的横坐标为电压U，纵坐标为电流I。PV11代表光伏组串PV1的IV曲线对于横坐标轴的镜像曲线。
PV1的电压大于PV2的电压。当光伏组串的电压失配时，开路电压Uoc_PV1较高的光伏组串PV1向开路电压Uoc_PV2较低的光伏组串PV2反向灌入电流，即Uoc_PV2< Uoc_PV1，例如此时PV1工作于I-V曲线的第一象限（Ubus，I1）。PV2工作于I-V曲线的第四象限（Ubus，-I1）。汇流点电压Ubus会被限制于两个组串的开路电压点之间，即Uoc_PV2<Ubus< Uoc_PV1。
因此，本申请实施例提供的预设电压小于所有光伏组串的开路电压，即小于最小的开路电压。由于光伏组串的开路电压大于光伏组件反并联二极管最大导通压降之和，因此，可以将汇流点的电压Ubus作为区分光伏组串反接与光伏组串的电压失配的判据。
控制器，还用于电压大于预设电压，第一光伏组串的电流小于零，判断光伏组串发生电压失配故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
控制器，还用于绝缘阻抗小于预设阻抗值，第一光伏组串的电流小于零，判断第一光伏组串发生短路故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
本申请实施例提供的汇流设备，不仅可以准确检测光伏组串是否出现反接，还可以准确检测光伏组串是否出现电压失配，即失衡，或出现光伏组串对地短路，由于可以精确判断出各种故障，因此，便于后续精准的维修。
基于以上实施例提供的一种汇流设备，本申请实施例还提供一种光伏系统，下面结合附图进行详细介绍。
参见图12，该图为本申请实施例提供的一种光伏系统的示意图。
本实施例提供的光伏系统，包括DCAC 电路1201和以上实施例介绍的汇流设备1202；
汇流设备1202的输出端连接DCAC电路1201的输入端。
本申请实施例不具体限定光伏系统中包括的汇流设备1202的数量，也不具体限定汇流设备1202中包括的光伏组串的数量。另外，汇流设备1202可以集成在逆变器内部，即逆变器内部包括汇流设备和DCAC电路1201，其中控制器可以为逆变器的控制器。
本申请实施例提供的光伏系统，可以准确识别光伏组串是否出现反接故障，当判断出现反接故障时，可以及时将反接的光伏组串拆下，正确接入即可，因此，可以精准指导运维人员快速进行故障的定位和维修，可以有效减少误判故障带来的不便，从而可以提高光伏发电量，提高光伏发电效率。
基于以上实施例提供的一种汇流设备及光伏系统，本申请实施例还提供一种故障检测方法，下面结合附图进行详细介绍。以上汇流设备实施例中介绍的具体原理在方法实施例中不再赘述，可以参考汇流设备实施例中的描述。
参见图13，该图为本申请实施例提供的一种故障检测方法的流程图。
本实施例提供的故障检测方法，应用于光伏系统，光伏系统包括DCAC电路和至少两个并联在一起的光伏组串；
该方法包括：
S1301：获得每个光伏组串的电流；
S1302：获得并联在一起的光伏组串的电压；
S1303：获得并联在一起的光伏组串对地的绝缘阻抗；
应该理解，S1301-S1303没有先后顺序。
S1304：根据电流、电压和绝缘阻抗判断光伏组串是否发生反接故障。
根据电流、电压和绝缘阻抗判断光伏组串是否发生反接故障，具体包括：
电压的绝对值小于预设电压，绝缘阻抗大于预设阻抗值，第一光伏组串的电流小于零，判断第一光伏组串发生反接故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
光伏组串中每个光伏组件包括反并联二极管；预设电压大于光伏组串中反并联二极管导通压降之和，且小于所有光伏组串的开路电压。
另外，本申请实施例提供的故障检测方法，还包括：电压大于预设电压，第一光伏组串的电流小于零，判断光伏组串发生电压失配故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
应该理解，本申请实施例中的光伏组串的电流小于零，是指电流出现反向，电流的方向可以定义正向时电流为正。
另外，本申请实施例提供的故障检测方法，还包括：绝缘阻抗小于预设阻抗值，第一光伏组串的电流小于零，判断第一光伏组串发生短路故障，第一光伏组串为至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
本申请实施例提供的汇流设备，在对光伏组串进行判断时，综合判断电流、电压和绝缘阻抗三个参数，便可以准确判断光伏组串是否真正出现反接故障。仅通过电流无法准确判断是否发生反接故障，其他故障也会导致电流反向。例如，当光伏组串的电流反向，但是绝缘阻抗小于预设阻抗值时，则说明出现短路故障，不是反接故障。当电压大于预设电压，电流反向时，则说明出现电压失配。只有当电压的绝对值小于预设电压，绝缘阻抗大于预设阻抗值且电流反向时，才判断出现反接故障。只有反接故障时，维修人员才拆卸反接的光伏组串重新接入，其余故障时需要采取对应的措施。
需要说明的是，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。对于实施例公开的系统或装置而言，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。
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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (9)
1.一种汇流设备，其特征在于，包括：至少两个并联在一起的光伏组串；还包括：电流检测电路、电压检测电路、绝缘阻抗检测电路和控制器；
所述电流检测电路，用于检测每个所述光伏组串的电流；
所述电压检测电路，用于检测并联在一起的所述光伏组串的电压；
所述绝缘阻抗检测电路，用于检测并联在一起的所述光伏组串的绝缘阻抗；
所述控制器，用于根据所述电流、所述电压和所述绝缘阻抗判断所述光伏组串是否发生反接故障；
所述控制器，具体用于所述电压的绝对值小于预设电压，所述绝缘阻抗大于预设阻抗值，第一光伏组串的电流小于零，判断所述第一光伏组串发生反接故障，所述第一光伏组串为所述至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
2.根据权利要求1所述的汇流设备，其特征在于，所述控制器，还用于所述电压大于预设电压，所述第一光伏组串的电流小于零，判断所述光伏组串发生电压失配故障。
3.根据权利要求1所述的汇流设备，其特征在于，所述控制器，还用于所述绝缘阻抗小于预设阻抗值，所述第一光伏组串的电流小于零，判断所述第一光伏组串发生短路故障。
4.根据权利要求1或2所述的汇流设备，其特征在于，所述光伏组串中每个光伏组件包括反并联二极管；所述预设电压大于所述光伏组串中反并联二极管导通压降之和，且小于所有光伏组串的开路电压。
5.一种光伏系统，其特征在于，包括DCAC电路和至少一个权利要求1-4任一项所述的汇流设备；
所述汇流设备的输出端连接所述DCAC电路的输入端。
6.一种故障检测方法，其特征在于，应用于光伏系统，所述光伏系统包括DCAC电路和至少两个并联在一起的光伏组串；
该方法包括：
获得每个所述光伏组串的电流；
获得并联在一起的所述光伏组串的电压；
获得并联在一起的所述光伏组串的绝缘阻抗；
根据所述电流、所述电压和所述绝缘阻抗判断所述光伏组串是否发生反接故障；
所述根据所述电流、所述电压和所述绝缘阻抗判断所述光伏组串是否发生反接故障，具体包括：
所述电压的绝对值小于预设电压，所述绝缘阻抗大于预设阻抗值，第一光伏组串的电流小于零，判断所述第一光伏组串发生反接故障，所述第一光伏组串为所述至少两个并联在一起的光伏组串中的任意一串。
7.根据权利要求6所述的故障检测方法，其特征在于，还包括：所述电压大于预设电压，所述第一光伏组串的电流小于零，判断所述光伏组串发生电压失配故障。
8.根据权利要求6所述的故障检测方法，其特征在于，还包括：所述绝缘阻抗小于预设阻抗值，所述第一光伏组串的电流小于零，判断所述第一光伏组串发生短路故障。
9.根据权利要求6-8任一项所述的故障检测方法，其特征在于，所述光伏组串中每个光伏组件包括反并联二极管；所述预设电压大于所述光伏组串中反并联二极管导通压降之和，且小于所有光伏组串的开路电压。
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