CN117977930A - 防反接电路、电力变换设备及电力系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种防反接电路、电力变换设备及电力系统，属于电力技术领域。防反接电路包括：多条正极接入线，各正极接入线用于连接储能电源的正极；负极接入线，用于连接多个储能电源的负极，负极接入线与多条正极接入线用于配置成电回路；第一开关，设置于负极接入线；第二开关，设置于负极接入线，且与第一开关并联；其中，第一开关的通流能力小于第二开关的通流能力，在防反状态下，第一开关配置为闭合状态，第二开关配置为断开状态。由于导通的负极接入线的阻抗小于其他储能电源所在回路的阻抗，使得该反接的储能电源的电流流入负极接入线，避免与其他正常接入的储能电源的电流合流，降低了后续电路所承受的电压，起到保护作用。

Description

防反接电路、电力变换设备及电力系统

技术领域

本申请属于电力技术领域，尤其涉及一种防反接电路、电力变换设备及电力系统。

背景技术

光伏(photovoltaic，PV)组件功率规模不断加大，厂家采用组串式逆变器增大功率等级，这对光伏并网逆变器的安全保护提出了更高的要求。光伏组件接入并网逆变器时，其正、负极性必须正确连接。在多路PV组串接入时，若存在单路或多路PV源正负反接，会增大系统应力导致器件(如逆变器)发生损坏。目前，为防止PV源反接，通常采用以下两种方式：

其一，逆变器直流输入侧串联防反二极管。该方法结构简单，但是工作时防反二极管存在导通压降，在功率较大时发热严重且降低效率。该方案的更进一步措施往往是在防反二极管处并联继电器或接触器，在电路正常工作时使其吸合，但是该方案在设计时仍然要考虑继电器或接触器损坏的可能，因此二极管选型和热设计仍会造成成本的上升

其二，各组串串入保险丝。但由于每路组串均需保险丝，增加整机成本。并且在有PV源反接时，保险丝流过较大电流而熔断，而组串输入电压此时为额定电压的两倍，保险丝在熔断时可能产生拉弧甚至导致系统起火。

由此可见，目前的PV防反接方案存在安全性不足，损耗大的问题。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种防反接电路、电力变换设备及电力系统，避免反接的储能电源与其他正常接入的储能电源的电流合流，降低了后续电路所承受的电压，起到保护作用。

第一方面，本申请提供了一种防反接电路，包括：

多条正极接入线，各正极接入线用于连接储能电源的正极；

负极接入线，用于连接多个储能电源的负极，负极接入线与多条正极接入线用于配置成电回路；

第一开关，设置于负极接入线；

第二开关，设置于负极接入线，且与第一开关并联；

其中，第一开关的通流能力小于第二开关的通流能力，在防反状态下，第一开关配置为闭合状态，第二开关配置为断开状态。

根据本申请的防反接电路，多个储能电源并联地接入防反接电路，各储能电源共用一条负极接入线，防反接电路在防反状态下通过第一开关导通负极接入线，若有储能电源反接，由于导通的负极接入线的阻抗小于其他储能电源所在回路的阻抗，使得该反接的储能电源的电流流入负极接入线，避免与其他正常接入的储能电源的电流合流，降低了后续电路所承受的电压，起到保护作用。

根据本申请的一个实施例，第一开关为磁保持继电器。

根据本申请的一个实施例，第二开关为接触器或继电器。

根据本申请的一个实施例，在功率输出状态下，第一开关配置为断开状态，第二开关配置为闭合状态。

第二方面，本申请提供了一种电力变换设备，包括多个电源转换电路和根据前述的防反接电路，各电源转换电路的正极输入节点与一条正极接入线电连接，各电源转换电路的负极输入节点均与负极接入线电连接。

根据本申请的电力变换设备，通过设置防反接电路，避免反接的储能电源与其他正常接入的储能电源的电流合流，电力变换设备在储能电源反接时不会承受过大的电压，保护了电力变换设备的安全。

根据本申请的一个实施例，电力变换设备还包括：

电流检测电路，与电源转换电路电连接，且配置为在检测到电源转换电路中存在反接电流时，提供反接信号。

根据本申请的一个实施例，电力变换设备还包括：

控制电路，分别与电流检测电路和防反接电路电连接，且配置为在电力变换设备开机前控制防反接电路处于防反状态，或者在电力变换设备开机且未接收到反接信号时控制防反接电路处于功率输出状态。

根据本申请的一个实施例，各电源转换电路的正极输出节点相互电连接形成正极直流母线，各电源转换电路的负极输出节点相互电连接形成负极直流母线；电力变换设备还包括：

逆变电路，逆变电路的正极输入节点与正极直流母线电连接，逆变电路的负极输入节点与负极直流母线电连接。

根据本申请的一个实施例，电源转换电路包括升压斩波电路。

第三方面，本申请提供了一种电力系统，电力系统包括根据前述的电力变换设备。

根据本申请的电力系统，在电力变换设备中设置防反接电路，储能电源反接不会造成电力变换设备损坏，提高了电力系统的可靠性。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的防反接电路的电路原理图；

图2是本申请实施例提供的防反原理的示意图之一；

图3是本申请实施例提供的电力变换设备的电路结构示意图；

图4是本申请实施例提供的逆变器的电路原理图；

图5是本申请实施例提供的防反原理的示意图之二。

附图标记：

防反接电路100，正极接入线110，负极接入线120，储能电源200，功能电路300，电源转换电路400，逆变电路500，控制电路600，第一至第二开关K1～K2，第一至第M电容C1～CM，第一至第M电感L1～LM，第一至第M二极管D1～DM，第一至第M开关管Q1～QM，母线电容Cr。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“耦接到”或“连接到”另一元件或称元件/电路“耦接在”或“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

在描述中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数字描述符在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

另外，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1，图1示出了一种防反接电路的电路原理图。本申请的一个实施例提供了一种防反接电路。

在本实施方式中，防反接电路100包括多条正极接入线110、负极接入线120、第一开关K1和第二开关K2，各正极接入线110用于连接储能电源200的正极；负极接入线120用于连接多个储能电源200的负极，负极接入线120与多条正极接入线110用于配置成电回路；第一开关K1设置于负极接入线120；第二开关K2设置于负极接入线120，且与第一开关K1并联；其中，第一开关K1的通流能力小于第二开关K2的通流能力，在防反状态下，第一开关K1配置为闭合状态，第二开关K2配置为断开状态。

作为一种示例，储能电源200可以为PV源。PV源是指包括光伏电池板组成的光伏组件，其能够将太阳能转化为直流电能。能电源200也可以其他能够提供电能的储能设备。以下以PV源作为储能电源200为例进行说明。

储能电源200在接入防反接电路100时，正常连接的情况下，各储能电源200的正极与正极接入线110电连接，各储能电源200的负极与负极接入线120电连接。通常情况下，每条正极接入线110与一个储能电源200电连接，但各储能电源200共用一条负极接入线120，各正极接入线110后端与对应的功能电路300的输入端电连接，各功能电路300的输出端与负极接入线120电连接，由此各储能电源200以并联的形式接入防反接电路100。

作为一种示例，参照图2，图2示出了一种防反原理的示意图。在图2中，PV1和PV2表示两个PV源，其中PV1以正常的极性接入，PV2为反接。在第一功能电路处理PV1输出的电能，第二功能电路处理PV2输出PV1输出的电能，第一功能电路和第二功能电路的输出断合并连接至负极接入线120。

在该示例中，防反接电路100处于防反状态，第一开关K1处于闭合状态，第二开关K2处于断开状态。在不考虑第一开关K1的情况下，反接的PV2的电流从其正极流出之后，将依次经过PV1、第一功能电路和第二功能电路，再流回其负极，PV2的电流与PV1的电流合流，使得第一功能电路的输出电压抬升。而在考虑第一开关K1的情况下，由于PV1和第一功能电路所形成的回路的阻抗大于第一开关K1所在回路的阻抗，因此反接的PV2的电流从其正极流出之后，经过第一开关K1再从第二功能电路流回其负极，PV2的电流不会与PV1的电流合流。

在本实施方式中，第一开关K1的通流能力小，第二开关K2的通流能力大，因此在防反接电路100处于防反状态时，各储能电源200无法正常输出，防反接电路100后端所连接的电路处于非工作状态。因此，即使第一开关K1闭合，也不会导致防反接电路100及后端电路提前工作，保护了电路的安全。

作为一种示例，第一开关K1可以为磁保持继电器。磁保持继电器的常闭或常开状态完全是依赖永久磁钢的作用，其开关状态的转换是靠一定宽度的脉冲电信号触发而完成的。由此，防反接电路100还包括驱动电路，该驱动电路用于控制磁保持继电器闭合或断开，其已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。当然，第一开关K1也可以为继电器、接触器、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)管或者IGBT(Insulate-Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)等。

防反接电路100还具有功率输出状态。在功率输出状态下，第一开关K1断开，第二开关K2闭合由于第二开关K2的通流能力大，各储能电源200输出能够正常输出。由此，本实施方式提出的防反接电路100能够在电路工作之前避免反接损坏电路。其中，防反接电路100可以在储能电源200全部接入，并检查无故障之后，从防反状态下切换至功率输出状态。

作为一种示例，第二开关K2可以为接触器或继电器。进一步的，其可以为为电磁式接触器、气动式接触器和液动式接触器。接触器是一种用途广泛的开关电器，利用电磁、气动或液动原理，通过控制电路600来实现主电路的通断。同样，驱动电路也可以用于控制接触器的闭合或断开。当然，第二开关K2也可以为MOS管或IGBT管等。

与串入防反二极管，或者进一步的在防反二极管并联继电器的方式相比，本实施方式能减少逆变器的冗余设计。且相比串入保险丝，本实施方式在PV源反接的情况下有更高的安全性。相比传统方案，本实施方式提出的防反接电路100具有成本低，电路简单可靠，方法易于控制与实现的特点。

根据本申请的防反接电路100，多个储能电源200并联地接入防反接电路100，各储能电源200共用一条负极接入线120，防反接电路100在防反状态下通过第一开关导通负极接入线120，若有储能电源200反接，由于导通的负极接入线120的阻抗小于其他储能电源200所在回路的阻抗，使得该反接的储能电源200的电流流入负极接入线120，避免与其他正常接入的储能电源200的电流合流，降低了后续电路所承受的电压，起到保护作用。

参照图3，图3示出了一种电力变换设备的电路结构示意图，本申请的一个实施例还提供了一种电力变换设备。

在本实施方式中，电力变换设备包括多个电源转换电路400和根据前述的防反接电路100，各电源转换电路400的正极输入节点与一条正极接入线110电连接，各电源转换电路400的负极输入节点均与负极接入线120电连接。

作为一种示例，电源转换电路400可以包括多个正极输入节点和多个子变换电路，各正极输入节点与一个的对应的子变换电路的输入节点电连接，各子变换电路的输出节点与电源转换电路400的负极输入节点电连接。每个电源转换电路400可以接入一组PV源，各组PV源共用一条负极接入线120。图3中，PVM_N+表示第M组的第N个PV源的正极，PVM_N-表示第M组的第N个PV源的负极，各电源转换电路400用于接入一组PV源。

在一些实施例中，子变换电路可以为升压斩波电路、降压电路或者升降压电路等，此类电路的具体结构和原理已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

根据本申请的电力变换设备，通过设置防反接电路100，避免反接的储能电源200与其他正常接入的储能电源200的电流合流，电力变换设备在储能电源200反接时不会承受过大的电压，保护了电力变换设备的安全。

参照图4，图4示出了一种逆变器的电路原理图。作为一种示例，电力变换设备可以为逆变器。当然，电力变换设备还可以为其他具有电能转换功能的设备。

在该示例中，逆变器还包括逆变电路500。各电源转换电路400的正极输出节点相互电连接形成正极直流母线，各升压斩波电路的负极输出节点相互电连接形成负极直流母线，逆变电路500的正极输入节点与正极直流母线电连接，逆变电路500的负极输入节点与负极直流母线电连接。逆变电路500的交流侧可以与电网或者用电设备电连接。

电源转换电路400可以为升压斩波电路组，逆变器包括M个升压斩波电路组，各升压斩波电路组包括N个升压斩波电路。逆变器可以接入M个PV组串，各PV组串内包括N个PV源。第一个升压斩波电路包括第一电容C1、第一电感L1、第一二极管D1和第一开关管Q1；第一个升压斩波电路包括第二电容C2、第二电感L2、第二二极管D2和第二开关管Q2；第M个升压斩波电路包括第M电容CM、第M电感LM、第M二极管DM和第M开关管QM。其中，开关管可以为MOS管或者IGBT管等。

PV1_1到PVM_N为光伏组串输入，各PV源并联地接入逆变器。负极直流母线与负极接入线120电连接，各PV源共用一条负极接入线120。负极接入线120上设有并联的第一开关K1和第二开关K2，其中，第一开关K1为常开常闭可控器件包括但不限于磁保持继电器，第二开关K2为可控开关器件包括但不限于接触器或继电器等。

以PV1_1为例，PV1_1+接入升压斩波电路输入电容C1，经过电感L1、开关管Q1和输出二极管D1后接入母线电容Cr，为逆变电路500提供输入能量。电流的回路经过K1或K2后馈入PV1_1-中。逆变器在开机前，第一开关K1处于闭合状态，第二开关K2处于断开状态，以实现防反接功能。

作为一种示例，参照图5，图5示出了一种逆变器的防反原理的示意图。在该示例中，PV1和PV2表示两个PV源，其中PV1以正常的极性接入，PV2为反接。在没有第一开关K1和第二开关K2的情况下，PV2的正极输出的电流的路径为：PV2→PV1→第一电感L1→第一二极管D1→母线电容Cr→第二开关管Q2的体二极管→第二电感L2→PV2。由此可见，PV1和PV2形成串联为母线电容Cr充电，这一回路会使得母线电容Cr承受两倍PV电压，导致器件承受过大的电压应力而损坏。

在考虑闭合的第一开关K1的情况下，反接的PV2的正极输出的电流的路径为PV2→第一开关K1→第二开关管Q2的体二极管→第二电感L2→PV2。由此可以避免PV2与PV1形成串联。

在一些实施例中，电力变换设备还包括电流检测电路(图中未示出)，电流检测电路与电源转换电路400电连接，且配置为在检测到电源转换电路400中存在反接电流时，提供反接信号。

在本实施方式中，电流检测电路用于检测电源转换电路400中的电流，由于反接电流与正接情况下的电流方向不同，因此电流检测电路可以根据电流方向确定是否存在反接电流。在检测到反接电流的情况下，通过反馈反接信号可以提供操作人员出现PV源反接的情况，以及时处理。

作为一种示例，电流检测电路可以正对升压斩波电路中的电感进行检测，从而实现电流检测。其中，实现电流检测功能的电流检测电路已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

在一些实施例中，电力变换设备还包括控制电路600，控制电路600分别与电流检测电路和防反接电路100电连接，且配置为在电力变换设备开机前控制防反接电路100处于防反状态，或者在电力变换设备开机且未接收到反接信号时控制防反接电路100处于功率输出状态。

在本实施方式中，控制电路600用于控制第一开关K1、第二开关K2、电源转换电路400和逆变电路500。其中，在电力变换设备开机前，控制第一开关K1闭合，控制第二开关K2断开；在电力变换设备开机(此时各PV源完成接入，且不存在反接等异常工况)时，控制第一开关K1断开，控制第二开关K2闭合。另外，电源转换电路400和逆变电路500的控制已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

以电力变换设备为逆变器为例，逆变器出厂时，设置第一开关K1为常闭，接入PV源上电时，第一开关K1通流。同时逆变器的控制电路600启动，检测boost回路(电源转换电路400)电流是否有较大异常值。若有，则存在PV反接故障，逆变电路500被保护，同时通知人员去现场整改。若未检测出异常电流，则PV未反接，执行正常开机流程，逆变器并网开机时，先闭合第二开关K2为PV能量提供通路，再关断第一开关K1，最终使得PV输出的电流通过过流能力更强的第二开关K2，在关机下电时，使第一开关K1常闭，并断开第二开关K2，逆变器进入初始状态。

本申请的一个实施例还提供了一种电力系统，电力系统包括根据前述的电力变换设备。电力变换设备的结构和原理可以参照前述各实施例，本实施方式在此不在赘述。

作为一种示例，电力系统可以为光伏并网系统。该光伏并网系统可以包括光伏组件、逆变器和监控系统等。光伏组件的输出端与逆变器的直流侧电连接，逆变器的交流侧与电网电连接。监控系统分别与光伏组件和逆变器连接，并用于实现检测光伏组件和逆变器的运行状态。

根据本申请的电力系统，在电力变换设备中设置防反接电路100，储能电源200反接不会造成电力变换设备损坏，提高了电力系统的可靠性。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种防反接电路，其特征在于，包括：

多条正极接入线，各所述正极接入线用于连接储能电源的正极；

负极接入线，用于连接多个所述储能电源的负极，所述负极接入线与所述多条正极接入线用于配置成电回路；

第一开关，设置于所述负极接入线；

第二开关，设置于所述负极接入线，且与所述第一开关并联；

其中，所述第一开关的通流能力小于所述第二开关的通流能力，在防反状态下，所述第一开关配置为闭合状态，所述第二开关配置为断开状态。

2.根据权利要求1所述的防反接电路，其特征在于，所述第一开关为磁保持继电器。

3.根据权利要求1所述的防反接电路，其特征在于，所述第二开关为接触器或继电器。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的防反接电路，其特征在于，在功率输出状态下，所述第一开关配置为断开状态，所述第二开关配置为闭合状态。

5.一种电力变换设备，其特征在于，包括多个电源转换电路和权利要求1-4中任一项所述的防反接电路，各所述电源转换电路的正极输入节点与一条正极接入线电连接，各所述电源转换电路的负极输入节点均与负极接入线电连接。

6.根据权利要求5所述的电力变换设备，其特征在于，所述电力变换设备还包括：

电流检测电路，与所述电源转换电路电连接，且配置为在检测到所述电源转换电路中存在反接电流时，提供反接信号。

7.根据权利要求6所述的电力变换设备，其特征在于，所述电力变换设备还包括：

控制电路，分别与所述电流检测电路和所述防反接电路电连接，且配置为在所述电力变换设备开机前控制所述防反接电路处于防反状态，或者在所述电力变换设备开机且未接收到所述反接信号时控制所述防反接电路处于功率输出状态。

8.根据权利要求5所述的电力变换设备，其特征在于，各所述电源转换电路的正极输出节点相互电连接形成正极直流母线，各所述电源转换电路的负极输出节点相互电连接形成负极直流母线；所述电力变换设备还包括：

逆变电路，所述逆变电路的正极输入节点与所述正极直流母线电连接，所述逆变电路的负极输入节点与所述负极直流母线电连接。

9.根据权利要求5所述的电力变换设备，其特征在于，所述电源转换电路包括升压斩波电路。

10.一种电力系统，其特征在于，所述电力系统包括根据权利要求5-9中任一项所述的电力变换设备。