CN116435966A - 光伏保护装置、逆变装置及光伏发电系统 - Google Patents

光伏保护装置、逆变装置及光伏发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电力电子技术领域，具体提供一种光伏保护装置及光伏发电系统，装置包括汇流箱，与至少一个光伏组串以及逆变器连接，用于对至少一个光伏组串进行汇流后输出至逆变器，汇流箱内置有第一断路器；传感单元，设置于逆变器内，用于检测逆变器的工作参数；监控后台，与第一断路器以及传感单元通信连接，用于在逆变器的工作参数异常时，控制第一断路器断开。本申请通过在汇流箱内置第一断路器，并在逆变器内设置传感单元以检测逆变器的工作参数并发送至监控后台，当逆变器外部故障时，监控后台控制第一断路器断开，断开汇流箱与逆变器的电气连接，从而切断汇流箱到逆变器的能量传输，避免出现着火故障，能有效提高光伏发电系统的安全性。

Description

光伏保护装置、逆变装置及光伏发电系统
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种光伏保护装置及光伏发电系统。
背景技术
光伏发电系统是指利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。光伏发电系统通常包括光伏板、汇流箱、光伏逆变器、交流配电柜等组成，其中，光伏逆变器自身配置有保护功能，当光伏逆变器直流侧外部发生故障时，可以断开光伏逆变器直流断路器与汇流箱的电气连接。
但是，对于集中式大容量光伏逆变器而言，直流断路器是光伏逆变器的一部分，汇流箱的出线端永久固定安装在光伏逆变器的输入端子上。当光伏逆变器检测到故障并断开光伏逆变器的直流断路器后，光伏逆变器内部线路断开，但是光伏逆变器的输入端子和相关连接铜排依然与汇流箱保持着电气连接，不能彻底阻断从光伏板到光伏逆变器的能量传输，能量依然会从光伏板到汇流箱连接到光伏逆变器的直流输入端子，引发支路电缆着火故障甚至烧毁逆变器。
发明内容
本发明提供一种光伏保护装置，解决现有对光伏逆变器的保护依赖于光伏逆变器自身的保护功能，导致发生故障断开光伏逆变器的直流断路器后，能量依然会从光伏板到汇流箱连接到光伏逆变器的直流输入端子，引发支路电缆着火故障甚至烧毁逆变器的问题。
本发明是这样实现的，一种光伏保护装置，包括：
汇流箱，与至少一个光伏组串以及逆变器连接，用于对至少一个光伏组串进行汇流后输出至逆变器，汇流箱内置有第一断路器；
传感单元，设置于逆变器内，用于检测逆变器的工作参数；
监控后台，与第一断路器以及传感单元通信连接，用于在逆变器的工作参数异常时，控制第一断路器断开。
进一步地，光伏保护装置还包括连接逆变器和电网的变压器，变压器内置有与监控后台通信连接的第二断路器，监控后台用于在逆变器的工作参数异常时，控制第一断路器和第二断路器断开。
进一步地，传感单元包括温度传感器、烟雾传感器、电压传感器和电流传感器中的至少一种。
进一步地，传感单元在检测到逆变器的工作参数异常时，将异常信号发送至监控后台。
进一步地，光伏保护装置还包括与传感单元和监控后台通信连接的通信单元，传感单元在检测到逆变器的工作参数异常时，将异常信号通过通信单元发送至监控后台。
进一步地，传感单元在检测到逆变器的工作参数异常时，输出外部故障的干接点信号至监控后台，由监控后台根据干接点信号的状态控制第一断路器和第二断路器断开。
进一步地，传感单元为温度继电器，温度继电器用于给逆变器提供预设温度阈值的闭合/开通触点。
进一步地，监控后台在根据温度继电器的闭合/开通触点状态判断逆变器的工作参数异常时，控制第一断路器和第二断路器断开。
进一步地，监控后台具有人机交互界面。
进一步地，光伏组串包括至少一个光伏组件组成。
第二方面，本申请还提供一种光伏发电系统，包括如上述的光伏保护装置。
本发明的有益效果在于，本申请通过在汇流箱内置第一断路器，并在逆变器内设置传感单元，传感单元可以检测逆变器的工作参数并发送至监控后台，当逆变器外部故障时，监控后台检测到逆变器的工作参数异常，从而控制第一断路器断开，不仅断开逆变器的直流输入，而且断开汇流箱与逆变器的电气连接，从而切断汇流箱到逆变器的能量传输，避免出现着火故障，能有效提高光伏发电系统的安全性。
附图说明
图1是本申请提供的光伏保护装置一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例通过在汇流箱内置第一断路器，并在逆变器内设置传感单元，传感单元可以检测逆变器的工作参数并发送至监控后台，当逆变器外部故障时，监控后台检测到逆变器的工作参数异常，从而控制第一断路器断开，不仅断开逆变器的直流输入，而且断开汇流箱与逆变器的电气连接，从而切断汇流箱到逆变器的能量传输，避免出现着火故障，能有效提高光伏发电系统的安全性。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种光伏保护装置，包括：
汇流箱100，与至少一个光伏组串200以及逆变器300连接，用于对至少一个光伏组串200进行汇流后输出至逆变器300，汇流箱200内置有第一断路器；
传感单元，设置于逆变器300内，用于检测逆变器300的工作参数；
监控后台400，与第一断路器以及传感单元通信连接，用于在逆变器300的工作参数异常时，控制第一断路器断开。
在实施时，本申请提供的光伏保护装置应用于光伏发电系统中，光伏发电系统包括依次连接的光伏组串200、汇流箱100和逆变器300。其中，光伏组串200由至少一个光伏组件组成，光伏组件是指将太阳能转换为电能的太阳能电池组装。通常情况下，单体太阳能电池不能直接做电源使用，必须将若干单体电池串、并联连接和严密封装成组件才能做电源使用。
汇流箱100与至少一个光伏组串200连接，同时汇流箱100与逆变器300连接，用于对至少一个光伏组串200进行汇流并输出至逆变器300。
可选地，光伏发电系统中逆变器300的输入侧可以与至少一个汇流箱100连接。示例性地，如图1所示，逆变器300的输入侧与X个汇流箱100连接，其中，X大于等于1，X个汇流箱100分别为汇流箱1、……、汇流箱X。每一汇流箱100对应连接至少一个光伏组串200，如图1所示，每一汇流箱100对应连接M个光伏组串200，其中，M大于等于1。示例性地，与汇流箱1对应连接的M个光伏组串200分别为光伏组串1-1、……、光伏组串1-M，同理，与汇流箱X对应连接的M个光伏组串200分别为光伏组串X-1、……、光伏组串X-M。每一光伏组串200由N个光伏组件组成，其中，N大于等于1，示例性地，每一光伏组串200可以由2、3、4或者5个光伏组件组成，在此不做限定。
汇流箱100内置有第一断路器，可选地，第一断路器与监控后台400通信连接，示例性地，第一断路器可以采用分励脱扣器，分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的部件，从而可以在监控后台400远程控制下，连接或者隔断汇流箱100和逆变器300之间的电气连接。
可选地，第一断路器不局限于上述的分励脱扣器，在其他实施例中，第一断路器还可以采用其他可控物理开关等，能实现分励脱扣器的功能即可，在此不做限定。
可选地，汇流箱100内还可以设置有与对应光伏组串200连接的保险丝Fuse,保险丝Fuse的一端与汇流箱100内部电路连接，另一端与对应光伏组串200的连接端子连接，起到保护汇流箱100的作用。
可选地，汇流箱100内部电路还可以设置有其他元器件，例如如图1所示的QF，在实施时，QF表示空气开关，又名空气断路器,是断路器的一种，是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。在此不做限定。
逆变器300内设置由传感单元以检测逆变器300的工作参数，在一些实施例中，逆变器300的工作参数包括但不限于电压、电流、温度以及烟雾量等，在此不做限定。
可选地，传感单元包括温度传感器、烟雾传感器、电压传感器和电流传感器中的至少一种，在此不做限定。
可选地，以逆变器300的工作参数的为逆变器300的输入侧和/或输出侧的端子温度为例，逆变器300的输入侧的端子通过铜排与汇流箱100的输出侧端子连接，逆变器300的输出侧的端子与负载或者其他功能部件连接，例如与配电柜连接进行升压后连接至电网。
可选地，逆变器300内置有保护功能，当外部故障时，例如汇流箱100内部线路短路时，会导致逆变器300的工作参数异常，例如逆变器300的输入侧的端子温度升高超过预设阈值。此时，传统方案中逆变器300可以通过自身的保护功能断开逆变器300内部电路，但是由于汇流箱100和逆变器300之间的线路是永久固定安装连接的，导致汇流箱100和逆变器300之间仍保持电气连接，能量仍会经过逆变器300的输入端子传输，存在线路发热着火甚至烧坏逆变器300的风险。本申请通过在逆变器300中内置传感单元以获取逆变器300的工作参数，当逆变器300的工作参数异常时，例如上述的逆变器300的输入侧的端子温度升高超过预设阈值时，监控后台400控制第一断路器断开，以断开汇流箱100和逆变器300之间的电气连接。
可选地，监控后台400可以看成是光伏发电系统中的主控MCU，监控后台400与第一断路器和传感单元通信连接可以是有线或者无线通信连接，示例性地，以监控后台400和第一断路器远程无线连接为例，监控后台400收到逆变器300的工作参数异常时，可以远程控制第一断路器断开，从而切断逆变器300的能量输入，避免故障扩大。
可选地，监控后台400还可以看成是云服务器或者用户终端，监控后台400具有人机交互界面。监控后台400在收到逆变器300的工作参数异常时，可以通过人机交互界面将异常展示给用户查看或者提醒用户，以便于用户针对异常进行相应的处理，例如通过人机交互界面控制第一断路器断开，或者有用户手动控制第一断路器断开，从而切断逆变器300的能量输入，避免故障扩大。
本申请实施例通过在汇流箱100内置第一断路器，并在逆变器300内设置传感单元，传感单元可以检测逆变器300的工作参数并发送至监控后台400，当逆变器300外部故障时，监控后台400检测到逆变器300的工作参数异常，从而控制第一断路器断开，不仅断开逆变器300的直流输入，而且断开汇流箱100与逆变器300的电气连接，从而切断汇流箱100到逆变器300的能量传输，避免出现着火故障，能有效提高光伏发电系统的安全性。
实施例二
在一些可选实施例中，本申请提供的光伏保护装置还包括连接逆变器300和电网600的变压器500，变压器500内置有与监控后台400通信连接的第二断路器，监控后台400用于在逆变器300的工作参数异常时，控制第一断路器和第二断路器断开。
可选地，第二断路器的结构和实现原理参考上述的第一断路器，在此不做赘述。
可选地，逆变器300输出侧与变压器500连接，变压器500用于将逆变器300输出的电压升压后输出至电网600。在实施时，变压器500可以看成是变压器室或者配电柜等，在此不做赘述。
可选地，电网600是指电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的整体。
示例性地，以传感单元为温度采样装置为例，在逆变器300的输入、输出功率端安装温度采样装置，当温度采样装置检测到温度异常时通过通信告知监控后台400，监控后台400发送控制信号至汇流箱100和变压器500，以控制第一断路器和第二断路器断开，从而切断逆变器300输入侧和输出侧的能量输入，避免故障扩大。
实施例三
在一些可选实施例中，传感单元在检测到逆变器300的工作参数异常时，将异常信号发送至监控后台400。
在一些实施例中，传感单元也可以设置有数据处理功能，示例性地，以工作参数为温度为例，传感单元内存储有预设的温度阈值，传感单元可以实时检测逆变器300的输入、输出侧端子的温度，或者间隔预设时间检测逆变器300的输入、输出侧端子的温度，当传感单元检测到逆变器300的输入、输出侧端子的温度超过预设的温度阈值时，确定逆变器300的工作参数异常，将异常信号发送至监控后台400，由监控后台400控制第一断路器和第二断路器断开，切断逆变器300和汇流箱100、逆变器300和变压器500的连接，保护逆变器300不受损坏。
实施例四
在一些可选实施例中，光伏保护装置还包括与传感单元和监控后台400通信连接的通信单元，传感单元在检测到逆变器300的工作参数异常时，将异常信号通过通信单元发送至监控后台400。
在实施时，以传感单元为温度检测单元为例，温度检测单元安装于逆变器300内，用于检测逆变器300直流输入和交流输出功率端温度。温度采样信号经过处理后送到逆变器300内部的温度检测单元，当温度检测单元检测到温度异常时通过通信单元告知监控后台400，监控后台400收到温度异常信号后告知汇流箱100和变压器500，汇流箱100和变压器500收到温度异常信号后远程控制汇流箱100和变压器500断开与逆变器300的连接，从而切断能量输出，避免逆变器故障扩大。
实施例五
在一些可选实施例中，传感单元在检测到逆变器300的工作参数异常时，输出外部故障的干接点信号至监控后台400，由监控后台400根据干接点信号的状态控制第一断路器和第二断路器断开。
在实施时，外部故障是指逆变器300之外的部分出现故障，例如汇流箱100短路。
可选地，干接点信号是电气开关上的两个状态，包括闭合和断开。
在实施时，以传感单元为温度检测单元为例，温度检测单元安装于逆变器300内，用于检测逆变器300直流输入和交流输出功率端温度。逆变器300输入、输出功率端安装温度采样装置，温度采样信号经过处理后送到逆变器300内部的温度检测单元，当温度检测单元检测到温度异常时输出外部故障干接点信号，监控后台400根据外部故障干接点信号的状态远程控制汇流箱100和变压器500断开与逆变器300的连接，从而切断能量输出，避免逆变器故障扩大。
实施例六
在一些可选实施例中，传感单元为温度继电器，温度继电器用于给逆变器300提供预设温度阈值的闭合/开通触点。
可选地，监控后台400在根据温度继电器的闭合/开通触点状态判断逆变器300的工作参数异常时，控制第一断路器和第二断路器断开。
可选地，传感单元为温度检测单元，温度检测单元安装于逆变器300内，用于检测逆变器300直流输入和交流输出功率端温度。逆变器300输入、输出功率端安装的温度检测单元为温度继电器，温度继电器给逆变器300提供代表某温度阈值的闭合/开通触点，根据温度继电器的闭合/开通触点状态判断外部短路故障，监控后台400收到温度异常信号后告知汇流箱100和变压器500，汇流箱100和变压器500收到温度异常信号后远程控制汇流箱100和变压器500断开与逆变器300的连接，从而切断能量输出，避免逆变器300故障扩大。
在一些实施例中，温度检测单元安装于逆变器300内，用于检测逆变器300直流输入和交流输出功率端温度。逆变器300输入、输出功率端安装的温度检测单元为温度继电器，温度继电器提供代表某温度阈值的闭合/开通外接端子触点，监控后台400根据温度继电器的闭合/开通外接端子的状态远程控制汇流箱100和变压器500断开与逆变器300的连接，从而切断能量输出，避免逆变器300故障扩大。
实施例七
在一些实施例中，本申请还提供一种光伏发电系统，包括如上述的光伏保护装置。
在实施时，光伏保护装置包括汇流箱100、传感单元和监控后台400，其中，汇流箱100与至少一个光伏组串200以及逆变器300连接，用于对至少一个光伏组串200进行汇流后输出至逆变器300，汇流箱200内置有第一断路器；传感单元设置于逆变器300内，用于检测逆变器300的工作参数；监控后台400与第一断路器以及传感单元通信连接，用于在逆变器300的工作参数异常时，控制第一断路器断开。
在实施时，本申请提供的光伏保护装置应用于光伏发电系统中，光伏发电系统包括依次连接的光伏组串200、汇流箱100和逆变器300。其中，光伏组串200由至少一个光伏组件组成，光伏组件是指将太阳能转换为电能的太阳能电池组装。通常情况下，单体太阳能电池不能直接做电源使用，作电源必须将若干单体电池串、并联连接和严密封装成组件。
汇流箱100与至少一个光伏组串200连接，同时汇流箱100与逆变器300连接，用于对至少一个光伏组串200进行汇流并输出至逆变器300。
可选地，光伏发电系统中逆变器300的输入侧可以与至少一个汇流箱100连接。示例性地，如图1所示，逆变器300的输入侧与X个汇流箱100连接，其中，X大于等于1，X个汇流箱100分别为汇流箱1、……、汇流箱X。每一汇流箱100对应连接至少一个光伏组串200，如图1所示，每一汇流箱对应连接M个光伏组串200，其中，M大于等于1。示例性地，与汇流箱1对应连接的M个光伏组串200分别为光伏组串1-1、……、光伏组串1-M，同理，与汇流箱X对应连接的M个光伏组串200分别为光伏组串X-1、……、光伏组串X-M。每一光伏组串200由N个光伏组件组成，其中，N大于等于1，示例性地，每一光伏组串200可以由2、3、4或者5个光伏组件组成，在此不做限定。
汇流箱100内置有第一断路器，可选地，第一断路器用于连接或者隔断汇流箱100和逆变器300之间的电气连接。示例性地，第一断路器可以采用可控物理开关等，能实现汇流箱100内配置分励脱扣器的功能即可，在此不做限定。
逆变器300内设置由传感单元以检测逆变器300的工作参数，在一些实施例中，逆变器300的工作参数包括但不限于电压、电流、温度以及烟雾量等，在此不做限定。
可选地，传感单元包括温度传感器、烟雾传感器、电压传感器和电流传感器中的至少一种，在此不做限定。
可选地，以逆变器300的工作参数的为逆变器300的输入侧和/或输出侧的端子温度为例，逆变器300的输入侧的端子通过铜排与汇流箱100的输出侧端子连接，逆变器300的输出侧的端子与负载或者其他功能部件连接，例如与配电柜连接进行升压后连接至电网。
可选地，逆变器300内置有保护功能，当外部故障时，例如汇流箱100内部线路短路时，会导致逆变器300的工作参数异常，例如逆变器300的输入侧的端子温度升高超过预设阈值。此时，传统方案中逆变器300可以通过自身的保护功能断开逆变器300内部电路，但是由于汇流箱100和逆变器300之间的线路是永久固定安装连接的，导致汇流箱100和逆变器300之间仍保持电气连接，能量仍会经过逆变器300的输入端子传输，存在线路发热着火甚至烧坏逆变器300的风险。本申请通过在逆变器300中内置传感单元以获取逆变器300的工作参数，当逆变器300的工作参数异常时，例如上述的逆变器300的输入侧的端子温度升高超过预设阈值时，监控后台400控制第一断路器断开，以断开汇流箱100和逆变器300之间的电气连接。
可选地，监控后台400可以看成是光伏发电系统中的主控MCU，监控后台400与第一断路器和传感单元通信连接可以是有线或者无线通信连接，示例性地，以监控后台400和第一断路器远程无线连接为例，监控后台400收到逆变器300的工作参数异常时，可以远程控制第一断路器断开，从而切断逆变器300的能量输入，避免故障扩大。
可选地，监控后台400还可以看成是云服务器或者用户终端，监控后台400具有人机交互界面。监控后台400在收到逆变器300的工作参数异常时，可以通过人机交互界面将异常展示给用户查看或者提醒用户，以便于用户针对异常进行相应的处理，例如通过人机交互界面控制第一断路器断开，或者有用户手动控制第一断路器断开，从而切断逆变器300的能量输入，避免故障扩大。
本申请实施例通过在汇流箱100内置第一断路器，并在逆变器300内设置传感单元，传感单元可以检测逆变器300的工作参数并发送至监控后台400，当逆变器300外部故障时，监控后台400检测到逆变器300的工作参数异常，从而控制第一断路器断开，不仅断开逆变器300的直流输入，而且断开汇流箱100与逆变器300的电气连接，从而切断汇流箱100到逆变器300的能量传输，避免出现着火故障，能有效提高光伏发电系统的安全性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和间接，上述描述的光伏发电系统的结构和实现原理，可以参考前述实施例一至六中的对应结构和实现原理，在此不再赘述。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏保护装置，其特征在于，包括：
汇流箱，与至少一个光伏组串以及逆变器连接，用于对所述至少一个光伏组串进行汇流后输出至所述逆变器，所述汇流箱内置有第一断路器；
传感单元，设置于所述逆变器内，用于检测所述逆变器的工作参数；
监控后台，与所述第一断路器以及所述传感单元通信连接，用于在所述逆变器的工作参数异常时，控制所述第一断路器断开。
2.如权利要求1所述的光伏保护装置，其特征在于，所述光伏保护装置还包括连接所述逆变器和电网的变压器，所述变压器内置有与所述监控后台通信连接的第二断路器，所述监控后台用于在所述逆变器的工作参数异常时，控制所述第一断路器和所述第二断路器断开。
3.如权利要求1所述的光伏保护装置，其特征在于，所述传感单元包括温度传感器、烟雾传感器、电压传感器和电流传感器中的至少一种。
4.如权利要求1所述的光伏保护装置，其特征在于，所述传感单元在检测到所述逆变器的工作参数异常时，将异常信号发送至所述监控后台。
5.如权利要求1或4所述的光伏保护装置，其特征在于，所述光伏保护装置还包括与所述传感单元和所述监控后台通信连接的通信单元，所述传感单元在检测到所述逆变器的工作参数异常时，将异常信号通过所述通信单元发送至所述监控后台。
6.如权利要求2所述的光伏保护装置，其特征在于，所述传感单元在检测到所述逆变器的工作参数异常时，输出外部故障的干接点信号至所述监控后台，由所述监控后台根据所述干接点信号的状态控制所述第一断路器和所述第二断路器断开。
7.如权利要求2所述的光伏保护装置，其特征在于，所述传感单元为温度继电器，所述温度继电器用于给所述逆变器提供预设温度阈值的闭合/开通触点，所述监控后台在根据所述温度继电器的闭合/开通触点状态判断所述逆变器的工作参数异常时，控制所述第一断路器和所述第二断路器断开。
8.如权利要求1所述的光伏保护装置，其特征在于，所述监控后台具有人机交互界面。
9.如权利要求1所述的光伏保护装置，其特征在于，所述光伏组串包括至少一个光伏组件组成。
10.一种光伏发电系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的光伏保护装置。
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