CN115473492A - 光伏系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏系统及其运行方法，所述光伏系统包括光伏组件、本地管理器、主控制器及逆变器，逆变器与光伏组件通过主线路电性连接，本地管理器的一端与光伏组件连接、另一端连接至主线路，以控制光伏组件与逆变器之间的导通或关断，光伏系统还包括传感装置，本地管理器分别与主控制器和传感装置通讯连接，以便本地管理器在接收到主控制器发出的关断指令或者传感装置监测到异常时，控制光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压。相较于现有技术，本发明的光伏系统能够在施工人员处理紧急异常事件时，随时切断系统内的电路，使得光伏系统的最大输出电压降低至人体安全电压，确保施工人员不被高压电击。

Description

光伏系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种光伏系统及其运行方法，属于光伏技术领域。

背景技术

随着分布式光伏逐渐普及，对于分布式安规的要求也会愈加完善，如：屋顶在安装组件时、组件异常检测时、起火等突发事件发生且需要应急人员现场处理时，该如何保障不被组件阵列的高压电击是迫切需要解决的一个问题。

目前，大部分电站只能实现总逆变器端的关断功能，但这只能切断电站中的电流，电站中仍存在高压，而一般分布式阵列电压大于400V，因此会造成应急人员被高压电击的危险。美国NEC 2017-Article 690.12要求建筑物上或者建筑物内的光伏电路需要具备快速关断功能来减少应急人员的电击危险。目前欧美等发达国家主流是配置微型逆变器来控制每件组件的电性能输出，但这种方案成本较高，有悖于平价化上网的大背景。

有鉴于此，确有必要对现有的光伏系统提出改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏系统，该光伏系统能够随时切断系统内的电路，使得光伏系统的最大输出电压降低至人体安全电压，确保施工人员不被高压电击。

为实现上述目的，本发明提供了一种光伏系统，包括光伏组件、本地管理器、主控制器及逆变器，所述逆变器与光伏组件通过主线路电性连接，所述本地管理器的一端与光伏组件连接、另一端连接至所述主线路，以控制光伏组件与逆变器之间的导通或关断，所述光伏系统还包括传感装置，所述本地管理器分别与所述主控制器和所述传感装置通讯连接，以便所述本地管理器在接收到所述主控制器发出的关断指令或者所述传感装置监测到异常时，控制所述光伏组件从主线路上断开或者降低所述光伏组件的输出电压。

作为本发明的进一步改进，所述传感装置为预警传感器。

作为本发明的进一步改进，所述传感装置为温度传感器或烟雾传感器或火警传感器或电压传感器或电流传感器。

作为本发明的进一步改进，所述传感装置用于在监测到异常时将异常信号发送至所述本地管理器，由所述本地管理器控制所述光伏组件从主线路上断开或者降低所述光伏组件的输出电压。

作为本发明的进一步改进，所述本地管理器还用于查询所述传感装置的监测结果并根据该监测结果判断所述传感装置是否监测到异常。

作为本发明的进一步改进，所述本地管理器与所述主控制器通过无线网络或者PLC进行通讯连接。

作为本发明的进一步改进，所述本地管理器包括与主控制器连接的信号接收端及与信号接收端连接的开关，所述信号接收端用于接收所述主控制器发出的关断指令并根据该关断指令控制所述开关闭合或打开，使所述光伏组件从主线路上断开或者降低所述光伏组件的输出电压。

作为本发明的进一步改进，所述开关与所述光伏组件串联，当所述信号接收端控制所述开关打开时，所述光伏组件与所述主线路断开。

作为本发明的进一步改进，所述开关与所述光伏组件并联，当所述信号接收端控制所述开关闭合时，所述光伏组件输出低电压至所述逆变器。

作为本发明的进一步改进，所述本地管理器包括与主控制器连接的信号接收端及与信号接收端连接的电压调节器件，所述信号接收端用于接收所述主控制器发出的关断指令并根据该关断指令控制电压调节器件运行，使所述光伏组件从主线路上断开或者降低所述光伏组件的输出电压。

作为本发明的进一步改进，所述电压调节器件为DC/DC功率转换器。

本发明的目的还在于提供一种光伏系统的运行方法，该运行方法简单，易实现且可靠性更高。

为实现上述目的，本发明提供了一种光伏系统的运行方法，应用于前述的光伏系统，所述光伏系统的运行方法主要包括以下步骤：

步骤一，将光伏组件连接到主线路上；

步骤二，当主控制器发出关断指令时，本地管理器判断是否接收到该关断指令，若是，则进入步骤三，若否，则进入步骤四；

步骤三，本地管理器控制光伏组件从主线路上断开，或者降低光伏组件的输出电压；

步骤四，本地管理器判断传感装置是否监测到异常，若是，则本地管理器控制光伏组件从主线路上断开，或者降低光伏组件的输出电压。

作为本发明的进一步改进，步骤二包括：手动关断主控制器，使主控制器发出关断指令至本地管理器。

本发明的有益效果是：本发明的光伏系统利用传感装置与本地管理器之间的通讯连接，使得本地管理器在接收到主控制器发出的关断指令或者在传感装置监测到异常时，能够控制光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压，使得光伏系统的最大输出电压降低至人体安全电压，确保施工人员不被高压电击。

附图说明

图1是本发明光伏系统的第一种结构原理图。

图2为本发明中允许运行信号与光伏组件通断状态的关系图。

图3是图1中主控制器发出允许运行信号后光伏组件的第一种通断状态波形图。

图4是图1中主控制器发出允许运行信号后光伏组件的第二种通断状态波形图。

图5是图1所示光伏系统的运行方法流程图。

图6是本发明光伏系统的第二种结构原理图。

图7是图6所示光伏系统的运行方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明揭示了一种光伏系统，包括光伏组件、本地管理器、主控制器及逆变器，其中，逆变器与光伏组件通过主线路电性连接，本地管理器的一端与光伏组件连接、另一端连接至主线路，以方便控制光伏组件与逆变器之间的导通或关断。所述本地管理器与所述主控制器通讯连接，以便本地管理器能够接收到主控制器发出的允许运行信号；具体来讲，当本地管理器接收到主控制器发出的允许运行信号后，在设定时间段内本地管理器启动，光伏组件能够输出正常电压至所述逆变器；而在非设定时间段内(即除了“设定时间段”以外的所有时间段)，本地管理器将光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压。

本实施例中，光伏组件设置有若干个，本地管理器也对应设置有若干个，从而每个光伏组件均可通过对应的本地管理器来实现与主线路的连接和断开；主控制器设置有一个并设置在逆变器内，以作为逆变器的一个部件或一个功能，每个本地管理器均与主控制器通过无线网络或者PLC进行通讯连接，以便接收主控制器发出的信号。当然，在其他实施例中，本地管理器的数量也可以设置成少于光伏组件的数量，此时可利用一个本地管理器来控制多个光伏组件的通断；主控制器也可以单独设置在光伏系统的任意位置，此处不作限制。

所述光伏组件包括光伏层压件及位于光伏层压件四周的边框，所述本地管理器设置在所述光伏组件上，并具体位于所述边框或者所述光伏层压件上；较佳地，本地管理器可以机械地附着在光伏组件的边框上，也可以粘接在光伏层压件的背板上，此处不作具体限制。

如图2所示，为一个允许运行信号与光伏组件通断状态的关系图。从该图2可以看出：本地管理器在接收到主控制器发出的一个允许运行信号后的T1到T2时间点之间启动，使光伏组件输出正常电压至逆变器，其中，T2晚于T1。也就是说，前文所说的“设定时间段”为本地管理器接收到主控制器发出的一个允许运行信号后的T1到T2时间点之间，在该一个允许运行信号的T1到T2时间点之间，光伏组件处于开通状态；不在T1到T2时间点之间时，光伏组件处于关断状态。

当然，允许运行信号不限定于一个，也可以有多个。当允许运行信号为多个时，本地管理器在接收到主控制器发出的每个允许运行信号后的T1到T2时间点之间启动，使光伏组件输出正常电压至所述逆变器；而不在任意一个允许运行信号的T1到T2时间点之间时，本地管理器将光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压。以下将以两个具体的实施例为例进行详细说明。

如图3所示，为光伏组件的第一种通断状态波形图。从这幅图可以看出：允许运行信号呈持续周期性传送，允许运行信号的传送周期为△T≤(T2-T1)，其中，T1为本地管理器接收到允许运行信号后0～30S，T2为本地管理器接收到允许运行信号后0.1～60S，T2晚于T1。

以图3为例，T0₁表示本地管理器接收到第一个允许运行信号的时间点，T1₁表示本地管理器接收到该第一个允许运行信号后光伏组件开始导通时的时间点，T2₁表示本地管理器接收到该第一个允许运行信号后光伏组件开始关断时的时间点，也就是说，T0₁～T1₁这段时间为光伏组件的反应时间，T1₁～T2₁这段时间为光伏组件的导通时间；以此类推，T0₂表示本地管理器接收到第二个允许运行信号的时间点，T1₂表示本地管理器接收到该第二个允许运行信号后光伏组件开始导通时的时间点，T2₂表示本地管理器接收到该第二个允许运行信号后光伏组件开始关断时的时间点；由此可见，在第一个允许运行信号的作用下，光伏组件还没来得及关断就会在第二个允许运行信号的作用下继续导通，此时即实现了光伏组件的持续导通。

也就是说，图3中光伏组件的开通条件为：在任意一个允许运行信号的T1到T2时间点之间，光伏组件处于导通状态，且当允许运行信号的传送周期△T≤(T2-T1)时，光伏组件能够保持持续导通；光伏组件的关断条件为：不在任意一个允许运行信号的T1到T2时间点之间时，光伏组件处于关断状态。

如图4所示，为光伏组件的第二种通断状态波形图。从这幅图可以看出：允许运行信号呈持续周期性传送，但光伏组件无法保持持续导通状态，这是因为：当允许运行信号在一个传送周期内中断时，本地管理器即刻响应、光伏组件立即关断(即输出电压降低为零)，此时允许运行信号的传送周期为△T＞(T2-T1)，其中，T1为本地管理器接收到允许运行信号后0～30S，T2为本地管理器接收到允许运行信号后0.1～60S，T2晚于T1。

也就是说，图4中光伏组件的开通条件为：在任意一个允许运行信号的T1到T2时间点之间，光伏组件处于导通状态，而当允许运行信号的传送周期△T＞(T2-T1)时，一个传送周期内超过T2时间后，光伏组件进入关断状态；即光伏组件的关断条件为：不在任意一个允许运行信号的T1到T2时间点之间时，光伏组件处于关断状态。

需要说明的是：图3和图4中均以“下降沿”作为允许运行信号的起始时间点，但是，在其他实施例或者实际应用过程中，也可以以“上升沿”或上升过程中的某一部分作为允许运行信号的起始时间点，此处不作限制。

由以上图3与图4，可以看出：本发明的光伏系统不需要判断允许运行信号是否跳过了一些脉冲，而是直接根据允许运行信号的有无和预先设定好的规则(如设定时间段)来导通或关断光伏组件，减少了判断过程，使得可靠性和安全性增强。这是因为：一旦产生了判断过程，那么涉及到的硬软件就会越多，判断动作越多，复杂性就越高，可靠性就越差；反之，判断动作越小，那么复杂性就越低，安全性就越高。

如图5所示，本发明光伏系统的运行方法主要包括以下步骤：

将光伏组件连接到主线路上；

当本地管理器接收到主控制器发出的允许运行信号后，在设定时间段内，本地管理器启动，光伏组件接入主线路并输出正常电压至逆变器；而在非设定时间段内，本地管理器将光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压。

上述“设定时间段”具体为：本地管理器接收到主控制器发出的任意一个允许运行信号后的T1到T2时间点之间；“非设定时间段”具体为：不在任意一个允许运行信号的T1到T2时间点之间，其中，T2晚于T1。

由此也可以进一步论证出：本发明的光伏系统在运行时，不需要判断允许运行信号是否跳过了一些脉冲，而是直接根据允许运行信号的有无和预先设定好的规则来导通或关断光伏组件，减少了判断过程，增强了可靠性和安全性。

作为本发明的其中一种较佳实施例，所述本地管理器包括与主控制器连接的信号接收端及与信号接收端连接的开关，所述信号接收端用于接收主控制器发出的允许运行信号，并在接收到允许运行信号后的T1到T2时间点之间控制开关闭合或打开，使光伏组件连接到主线路上并输出正常电压至逆变器，而在其它时间段(即非设定时间段)则控制开关打开或闭合，使光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压。

具体来讲，开关与光伏组件可以串联连接，也可以并联连接。当开关与光伏组件串联时，若信号接收端控制开关闭合，则此时光伏组件能够连接到主线路上并输出正常电压至逆变器，若信号接收端控制开关打开，则此时光伏组件与主线路断开。当开关与光伏组件并联时，若信号接收端控制开关打开，则此时光伏组件能够输出正常电压至逆变器，若信号接收端控制开关闭合，则此时光伏组件输出低电压至逆变器，当然，此处的“低电压”是指人体安全电压，具体数值不限，只要能够确保应急响应人员在处理紧急异常事件时，不被高压电击即可。

作为本发明的另一种较佳实施例，也可将上述实施例中的开关替换成电压调节器件，此时信号接收端用于接收主控制器发出的允许运行信号，并在接收到允许运行信号后的T1到T2时间点之间控制电压调节器件运行，使光伏组件连接到主线路上并输出正常电压至逆变器，而在其它时间段(即非设定时间段)则控制电压调节器件运行，以降低光伏组件的输出电压。优选的，所述电压调节器件为DC/DC功率转换器。

具体来讲，设定时间段内，光伏组件连接到主线路上，光伏组件能够将正常电压输出至逆变器，整个光伏系统正常工作；非设定时间段内，电压调节器件可以将光伏组件从主线路上断开，也可以保持光伏组件与主线路连接，但此时电压调节器件就需要对光伏组件的输出电压进行调整，使光伏组件的输出电压降低，以保证应急响应人员在处理紧急异常事件时，不被高压电击。

当然，本申请的光伏系统也能够在发生异常时自动关断或降低输出电压，以保证应急响应人员不被高压电击。此处所说的“异常”通常包括：温度异常、电压异常、电流异常等等情形。以“温度异常”为例，当光伏系统的某一位置处的温度在一段时间内连续或者多次超过一定值时，则可判定为温度异常，此时，本地管理器就会发出控制指令至光伏组件，使光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压。

具体来讲，如图6所示，为本发明光伏系统的第二种结构，在该结构中光伏系统还包括传感装置，该传感装置与本地管理器通讯连接，用于在监测到异常时，自动将光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压。所述传感装置可以是温度传感器、烟雾传感器、火警传感器、电压传感器、电流传感器或其他预警传感器，此处不作限制。以下将以温度传感器为例，进行举例说明。

当温度传感器检测到其周围的温度在某一段时间内连续或者多次超过一定值(如200℃)时，可判断测试到温度异常。此处所说的“某一段时间”和“一定值”均不作具体的数值限制，可根据具体的实际情况设定。

当温度传感器测试到温度异常时，可发出温度异常信号至本地管理器，由本地管理器控制相应的光伏组件断开或输出电压降低。当然，本地管理器也可自行查询温度传感器的监测结果，并根据该监测结果来判断温度传感器是否监测到异常，继而判断是否需要自动断开光伏组件或降低光伏组件的输出电压。本实施例中，温度传感器的安装位置和安装个数不作限定，可以安装在本地管理器内，可以安装在主控制器内，也可以安装在光伏系统的任一位置处。

当然，本发明的光伏系统也可直接通过手动的方式将光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压，如：手动关断主控制器，使主控制器发出关断指令至本地管理器，将光伏组件从主线路上断开或者限制光伏组件的输出电压低于某个值，此时，信号接收端还用于接收主控制器发出的关断指令并根据该关断指令控制开关闭合或打开(或者控制电压调节器件运行)，以将光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压。此处所说的“关断指令”也可以替换成“停止发送允许运行信号指令”，只要能够控制光伏组件从主线路上断开或者限制光伏组件的输出电压低于某个值即可，能够保证应急响应人员不被高压电击。

也就是说，在图6所示的实施例中，当施工人员在处理紧急异常事件时，可以随时手动切断光伏系统内的电路，或者光伏系统根据异常情况自动切断电路，使得光伏系统的最大输出电压降低至人体安全电压，确保施工人员不被高压电击。

如图7所示，当图6所示的光伏系统运行时，首先，将光伏组件连接到主线路上；当主控制器发出关断指令时，本地管理器先判断是否接收到该关断指令，若接收到了，则本地管理器控制相应的光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压；若没有接收到，则本地管理器再判断传感装置是否监测到异常，若传感装置监测到异常，则本地管理器控制相应的光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压，直至异常解除，光伏组件才会恢复至正常传输状态。

具体的运行方法可以概括为：

步骤一，将光伏组件连接到主线路上；

步骤二，当主控制器发出关断指令时，本地管理器判断是否接收到该关断指令，若是，则进入步骤三，若否，则进入步骤四；

步骤三，本地管理器控制光伏组件从主线路上断开，或者降低光伏组件的输出电压；

步骤四，本地管理器判断传感装置是否监测到异常，若是，则本地管理器控制光伏组件从主线路上断开，或者降低光伏组件的输出电压。

其中，步骤二包括：手动关断主控制器，使主控制器发出关断指令至本地管理器。

综上所述，本发明的光伏系统一方面根据主控制器是否发出了允许运行信号来控制本地管理器导通或关断，以此来控制光伏组件的输出电压的大小，也就是说，本发明的光伏系统能够在施工人员处理紧急异常事件时，随时切断系统内的电路，使得光伏系统的最大输出电压降低至人体安全电压，确保施工人员不被高压电击；另一方面，利用传感装置与本地管理器之间的通讯连接，使得本地管理器在接收到主控制器发出的关断指令或者在传感装置监测到异常时，能够降低光伏组件的输出电压，使得光伏系统的最大输出电压降低至人体安全电压，确保施工人员不被高压电击。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种光伏系统，其特征在于：包括光伏组件、本地管理器、主控制器及逆变器，所述逆变器与光伏组件通过主线路电性连接，所述本地管理器的一端与光伏组件连接、另一端连接至所述主线路，以控制光伏组件与逆变器之间的导通或关断，所述光伏系统还包括传感装置，所述本地管理器分别与所述主控制器和所述传感装置通讯连接，以便所述本地管理器在接收到所述主控制器发出的关断指令或者所述传感装置监测到异常时，控制所述光伏组件从主线路上断开或者降低所述光伏组件的输出电压。

2.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于：所述传感装置为预警传感器。

3.根据权利要求2所述的光伏系统，其特征在于：所述传感装置为温度传感器或烟雾传感器或火警传感器或电压传感器或电流传感器。

4.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于：所述传感装置用于在监测到异常时将异常信号发送至所述本地管理器，由所述本地管理器控制所述光伏组件从主线路上断开或者降低所述光伏组件的输出电压。

5.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于：所述本地管理器还用于查询所述传感装置的监测结果并根据该监测结果判断所述传感装置是否监测到异常。

6.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于：所述本地管理器与所述主控制器通过无线网络或者PLC进行通讯连接。

7.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于：所述本地管理器包括与主控制器连接的信号接收端及与信号接收端连接的开关，所述信号接收端用于接收所述主控制器发出的关断指令并根据该关断指令控制所述开关闭合或打开，使所述光伏组件从主线路上断开或者降低所述光伏组件的输出电压。

8.根据权利要求7所述的光伏系统，其特征在于：所述开关与所述光伏组件串联，当所述信号接收端控制所述开关打开时，所述光伏组件与所述主线路断开。

9.根据权利要求7所述的光伏系统，其特征在于：所述开关与所述光伏组件并联，当所述信号接收端控制所述开关闭合时，所述光伏组件输出低电压至所述逆变器。

10.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于：所述本地管理器包括与主控制器连接的信号接收端及与信号接收端连接的电压调节器件，所述信号接收端用于接收所述主控制器发出的关断指令并根据该关断指令控制电压调节器件运行，使所述光伏组件从主线路上断开或者降低所述光伏组件的输出电压。

11.根据权利要求10所述的光伏系统，其特征在于：所述电压调节器件为DC/DC功率转换器。

12.一种光伏系统的运行方法，应用于权利要求1至11中任一项所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏系统的运行方法主要包括以下步骤：

步骤一，将光伏组件连接到主线路上；

步骤二，当主控制器发出关断指令时，本地管理器判断是否接收到该关断指令，若是，则进入步骤三，若否，则进入步骤四；

步骤三，本地管理器控制光伏组件从主线路上断开，或者降低光伏组件的输出电压；

步骤四，本地管理器判断传感装置是否监测到异常，若是，则本地管理器控制光伏组件从主线路上断开，或者降低光伏组件的输出电压。

13.根据权利要求12所述的光伏系统的运行方法，其特征在于，步骤二包括：手动关断主控制器，使主控制器发出关断指令至本地管理器。

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