CN202512197U - 一种汇流箱的熔断器状态检测系统 - Google Patents

一种汇流箱的熔断器状态检测系统 Download PDF

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韩军良
郑照红
徐海波
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Abstract

本实用新型涉及一种汇流箱系统，具体公开了一种汇流箱的熔断器状态检测系统，包括防反二极管、熔断器、光伏电池输入电流采样电路、光伏电池输入电压采样电路、汇流母线电压采样电路、第一检测电路、第二检测电路、第三检测电路和处理单元，系统通过光伏电池的输入电压、直流母线电压、第一检测电路、第二检测电路和第三检测电路的输出信号，可以实时监控汇流箱每个熔断器是处于正常状态还是处于被烧毁的故障状态。本实用新型提供了一种模块化、易于扩展、具有在线实时监控功能的汇流箱熔断器状态检测系统，为光伏发电系统提供了一种汇流箱熔断器的实时故障诊断功能。

Description

一种汇流箱的熔断器状态检测系统
技术领域
本实用新型涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种汇流箱的熔断器状态检测系统。
背景技术
在大型光伏电站中，由于单组光伏电池组件容量较小，难以满足兆瓦级光伏电站要求。汇流箱是光伏电池收集太阳能后集散扩充能量的关键转换环节，将一定数量、规格相同的光伏电池联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入光伏汇流箱，在汇流箱内汇流后，通过防雷器和直流断路器后输出，与光伏逆变器配套使用从而构成完整的光伏发电系统，光伏汇流箱起到汇集多路光伏电流的关键作用。
汇流箱每路输入的光伏电池的正极和负极都设置有熔断器，用作过流保护。目前市场上的汇流箱产品普遍都没有熔断器状态检测功能，如果某些熔断器被烧毁，光伏发电系统不能准确判断具体是哪个熔断器烧毁，给光伏发电系统的维护与维修工作带来了极大的不便，因此开发出一种能够在线自动检测每个熔断器状态的检测电路甚为必要。
发明内容
本实用新型针对现有的汇流箱产品存在的不足，提供一种汇流箱的熔断器状态检测系统，实现了对汇流箱中每个熔断器状态的实时故障诊断检测。
在多路光伏电池输入共负极的情况下，本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
一种汇流箱熔断器状态检测系统，包括防反二极管Dn、熔断器、输入电流采样电路CTn、光伏电池输入电压采样电路100、汇流母线电压采样电路200、第一检测电路300、第二检测电路400、第三检测电路500和处理单元；其中，
防反二极管Dn、第一熔断器Fn1和输入电流采样电路CTn串接于每路输入的光伏电池的正极PVn+和汇流母线的正极BUS+之间，每路输入的光伏电池的负极PVn-和汇流母线的负极BUS-之间串接有第二熔断器Fn2；
每路输入的光伏电池的正极PVn+和汇流母线的负极BUS-之间连接用于检测电流信号的第一检测电路300，第一检测电路300的输出信号送往处理单元；
每路输入的光伏电池的正极PVn+和防反二极管Dn的阳极连接，防反二极管Dn的阴极和汇流母线的负极BUS-之间连接用于检测电流信号的第二检测电路400，第二检测电路400的输出信号送往处理单元；
汇流母线的正极BUS+和每路输入的光伏电池的负极PVn-之间连接用于检测电流信号的第三检测电路500，第三检测电路500的输出信号送往处理单元；
每路输入的光伏电池的正极PVn+和负极PVn-之间设有用于采样电压信号的光伏电池输入电压采样电路100，光伏电池输入电压采样电路100的输出信号送往处理单元；
汇流母线的正极BUS+和负极BUS-之间设有用于采样电压信号的汇流母线电压采样电路200，汇流母线电压采样电路200的输出信号送往处理单元；
用于采样流经第一熔断器Fn1的电流信号的输入电流采样电路CTn的输出信号送往处理单元。
在多路光伏电池输入共正极的情况下，本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
一种汇流箱熔断器状态检测系统，包括防反二极管Dn、熔断器、输入电流采样电路CTn、光伏电池输入电压采样电路100、汇流母线电压采样电路200、第一检测电路300、第二检测电路400、第三检测电路500和处理单元；其中，
每路输入的光伏电池的正极PVn+和汇流母线的正极BUS+之间串接有第二熔断器Fn2，防反二极管Dn、第一熔断器Fn1和输入电流采样电路CTn串接于每路输入的光伏电池的负极PVn-和汇流母线的负极BUS-之间；
每路输入的光伏电池的正极PVn+和汇流母线的负极BUS-之间连接用于检测电流信号的第三检测电路500，第三检测电路500的输出信号送往处理单元；
每路输入的光伏电池的负极PVn-和防反二极管Dn的阴极连接，防反二极管Dn的阳极和汇流母线的正极BUS+之间连接用于检测电流信号的第二检测电路400，第二检测电路400的输出信号送往处理单元；
汇流母线的正极BUS+和每路输入的光伏电池的负极PVn-之间连接用于检测电流信号的第一检测电路300，第一检测电路300的输出信号送往处理单元；
每路输入的光伏电池的正极PVn+和负极PVn-之间设有用于采样电压信号的光伏电池输入电压采样电路100，光伏电池输入电压采样电路100的输出信号送往处理单元；
汇流母线的正极BUS+和负极BUS-之间设有用于采样电压信号的汇流母线电压采样电路200，汇流母线电压采样电路200的输出信号送往处理单元；
用于采样流经第一熔断器Fn1的电流信号的输入电流采样电路CTn的输出信号送往处理单元。
优选地，所述第一检测电路、第二检测电路和第三检测电路包括电阻和光耦，所述光耦的输出信号送往处理单元。
本实用新型采用上述技术方案，与现有的技术和产品相比，具有明显的优点和有益效果：
本实用新型提供的一种汇流箱的熔断器状态检测系统，可以实现对汇流箱中的每路第一熔断器和第二熔断器的状态同时进行监控，实现在线故障诊断检测功能，熔断器状态检测准确，系统的自动化和智能化程度高，可以精确定位出现故障的熔断器的位置，为光伏发电系统提供了一种汇流箱熔断器的实时故障诊断功能，便于光伏电站及时更换出现故障的熔断器。
附图说明
图1是汇流箱熔断器状态检测系统的第一种实现原理框图。
图2是汇流箱熔断器状态检测系统的第二种实现原理框图。
图3是汇流箱熔断器状态检测系统的第三种实现原理框图。
图4是汇流箱熔断器状态检测系统的第四种实现原理框图。
图5是第一检测电路的一种电路实现原理图。
图6是第二检测电路的一种电路实现原理图。
图7是第三检测电路的一种电路实现原理图。
图8是第一检测电路的另一种电路实现原理图。
图9是第二检测电路的另一种电路实现原理图。
图10是第三检测电路的另一种电路实现原理图。
图11是熔断器状态检测的方法流程图。
附图标记说明：
Dn：防反二极管；             Fn1：第一熔断器；
CTn：输入电流采样电路；      Fn2：第二熔断器；
100：光伏电池输入电压采样电路；  
200：汇流母线电压采样电路；
300：第一检测电路；          
400：第二检测电路；
500：第三检测电路。
具体实施方式
结合附图对本实用新型进行详细说明。
图1是汇流箱熔断器状态检测系统的一种实现原理框图，多路光伏电池输入采用共负极形式。以第n路为例，图1中表示的是第n路光伏电池PV输入熔断器的状态检测原理框图，n=1, 2, 3,…, N, 其中N表示汇流箱光伏电池的最大输入路数。
该路输入的光伏电池的正极PVn+和防反二极管Dn的阳极Dn+连接，防反二极管Dn的阴极Dn-和该路的第一熔断器Fn1的一端连接，第一熔断器Fn1的另一端和输入电流采样电路CTn的一端连接，输入电流采样电路CTn的另一端和汇流母线的正极BUS+连接。
该路输入的光伏电池的负极PVn-和该路的第二熔断器Fn2的一端连接，第二熔断器Fn2的另一端和汇流母线的负极BUS-连接。
该路输入的光伏电池的正极PVn+和负极PVn-之间设有光伏电池输入电压采样电路100，光伏电池输入电压采样电路100对该路光伏电池正负极之间的电压信号进行采样，得出其电压大小，然后将其输出送往处理单元；其中，该处理单元可以采用微处理器来实现。
汇流母线的正极BUS+和负极BUS-之间设有汇流母线电压采样电路200，汇流母线电压采样电路200对母线正负极之间的电压信号进行采样，得出其电压大小，然后将其输出送往处理单元。
该路输入的光伏电池的输入电流采样电路CTn对流经第一熔断器Fn1的电流信号进行采样，得出其电流大小，然后将其输出送往处理单元。
该路输入的光伏电池的正极PVn+和汇流母线的负极BUS-之间设有第一检测电路300，第一检测电路300对光伏电池的正极PVn+和汇流母线的负极BUS-之间的电流信号进行检测，并将输出信号送往处理单元。
该路输入的防反二极管的阴极Dn-和汇流母线的负极BUS-之间设有第二检测电路400，第二检测电路400对防反二极管的阴极Dn-和汇流母线的负极BUS-之间的电流信号进行检测，并将输出信号送往处理单元。
汇流母线的正极BUS+和该路输入的光伏电池负极PVn-之间设有第三检测电路500，第三检测电路500对汇流母线的正极BUS+和光伏电池的负极PVn-之间的电流信号进行检测，并将输出信号送往处理单元。
图2是汇流箱熔断器状态检测系统的第二种实现原理框图，多路光伏电池输入同样采用共负极形式，与图1不同的是，每路光伏电池的输入正极PVn+和汇流母线BUS+之间的第一熔断器Fn1和输入电流采样电路CTn的连接位置互换。
图3是汇流箱熔断器状态检测系统的第三种实现原理框图，多路光伏电池输入采用共正极形式。以第n路为例，图3中表示的是第n路光伏电池PV输入熔断器的状态检测原理框图，n=1, 2, 3,…, N, 其中N表示汇流箱光伏电池的最大输入路数。
该路输入的光伏电池的负极PVn-和防反二极管Dn的阴极Dn-连接，防反二极管Dn的阳极Dn+和该路的第一熔断器Fn1的一端连接，第一熔断器Fn1的另一端和输入电流采样电路CTn的一端连接，输入电流采样电路CTn的另一端和汇流母线的负极BUS-连接。
该路输入的光伏电池的正极PVn+和该路的第二熔断器Fn2的一端连接，第二熔断器Fn2的另一端和汇流母线的正极BUS+连接。
该路输入的光伏电池的正极PVn+和负极PVn-之间设有光伏电池输入电压采样电路100，光伏电池输入电压采样电路100对该路光伏电池正负极之间的电压信号进行采样，得出其电压大小，然后将其输出送往处理单元；其中，该处理单元可以采用微处理器来实现。
汇流母线的正极BUS+和负极BUS-之间设有汇流母线电压采样电路200，汇流母线电压采样电路200对母线正负极之间的电压信号进行采样，得出其电压大小，然后将其输出送往处理单元。
该路输入的光伏电池的输入电流采样电路CTn对流经第一熔断器Fn1的电流信号进行采样，得出其电流大小，然后将其输出送往处理单元。
该路输入的光伏电池的正极PVn+和汇流母线的负极BUS-之间设有第三检测电路500，第三检测电路500对光伏电池的正极PVn+和汇流母线的负极BUS-之间的电流信号进行检测，并将输出信号送往处理单元。
该路输入的防反二极管的阳极Dn+和汇流母线的正极BUS+之间设有第二检测电路400，第二检测电路400对防反二极管的阳极Dn+和汇流母线的正极BUS+之间的电流信号进行检测，并将输出信号送往处理单元。
汇流母线的正极BUS+和该路输入的光伏电池负极PVn-之间设有第一检测电路300，第一检测电路300对汇流母线的正极BUS+和光伏电池的负极PVn-之间的电流信号进行检测，并将输出信号送往处理单元。
图4是汇流箱熔断器状态检测系统的第四种实现原理框图，多路光伏电池输入同样采用共正极形式。与图3不同的是，每路光伏电池的输入负极PVn-和汇流母线BUS-之间的第一熔断器Fn1和输入电流采样电路CTn的连接位置互换。
图5是第一检测电路300的一种电路实现原理图。以第n路为例，该路输入的光伏电池的正极PVn+依次经过电阻R1、R2、R3、R4与R5串联后和光耦U1内部光电二极管的阳极引脚连接，光耦U1内部光电二极管的阴极引脚和汇流母线的负极BUS-连接，光耦U1内部的接收光电三极管的集电极和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端和电源VCC连接。同时，光耦U1内部的接收光电三极管的集电极的输出信号FSn1送往处理单元，光耦U1内部的接收光电三极管的发射极引脚和处理单元的地GND连接。光耦的型号是TLP521。
图8是第一检测电路300的另一种电路实现原理图。与图5不同的是，光耦U1内部的接收光电三极管的集电极和电源VCC连接，光耦U1内部的接收光电三极管的发射极和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端和地GND连接，同时，光耦U1内部的接收光电三极管的发射极的输出信号FSn1送往处理单元。
图6是第二检测电路400的一种电路实现原理图。以第n路为例，该路输入的光伏电池正极连接的防反二极管Dn的阴极Dn-依次经过电阻R7、R8、R9、R10与R11串联后和光耦U2内部光电二极管的阳极引脚连接，光耦U2内部光电二极管的阴极引脚和汇流母线的负极BUS-连接，光耦U2内部的接收光电三极管的集电极和电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端和电源VCC连接，同时，光耦U2内部的接收光电三极管的集电极输出信号FSn2送往处理单元，光耦U2内部的接收光电三极管的发射极引脚和处理单元的地GND连接。光耦的型号是TLP521。
图9是第二检测电路400的另一种电路实现原理图。与图6不同的是，光耦U2内部的接收光电三极管的集电极和电源VCC连接，光耦U2内部的接收光电三极管的发射极和电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端和地GND连接，同时，光耦U2内部的接收光电三极管的发射极的输出信号FSn2送往处理单元。
图7是第三检测电路500的一种电路实现原理图。以第n路为例，汇流母线的正极BUS+依次经过电阻R13、R14、R15、R16与R17串联后和光耦U3内部光电二极管的阳极引脚连接，光耦U3内部光电二极管的阴极引脚和第n路光伏电池的负极PVn-输入端连接，光耦U3内部的接收光电三极管的集电极和电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端和电源VCC连接，同时，光耦U3内部的接收光电三极管的集电极输出信号FSn3送往处理单元，光耦U3内部的接收光电三极管的发射极引脚和处理单元的地GND连接。光耦的型号是TLP521。
图10是第三检测电路500的另一种电路实现原理图。与图7不同的是，光耦U3内部的接收光电三极管的集电极和电源VCC连接，光耦U3内部的接收光电三极管的发射极和电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端和地GND连接，同时，光耦U3内部的接收光电三极管的发射极的输出信号FSn3送往处理单元。
另外，需要注意的是，第一、二、三检测电路的实施方式有多种，上面所描述的电路实现原理图只是其中两种实施例，本领域技术人员可以根据实际需求对上述连接关系作出调整，例如，可以调整光耦内光电二极管的阳极和阴极的电阻搭配数量等等。
汇流箱的熔断器状态检测方法的流程图如图11所示，包括如下步骤：
A：检测第n路光伏电池的输入电压信号；如果第n路光伏电池没有输入电压，则执行步骤B、C，该路光伏电池输入的熔断器状态检测结束；如果第n路光伏电池有输入电压，则执行步骤D；
B：检测第n路光伏电池输入的第三检测电路的输出信号，据此判断该路光伏电池输入的第二熔断器Fn2的状态：如果第三检测电路有电流流过，即光耦U3的输出信号FSn3为低电平，则判定该路光伏电池输入的第二熔断器Fn2正常，如果第三检测电路没有电流流过，即光耦U3的输出信号FSn3为高电平，则判定该路光伏电池输入的第二熔断器Fn2处于烧毁故障状态；
C：检测第n路光伏电池输入的第二检测电路的输出信号，据此判断该路光伏电池输入的第一熔断器Fn1的状态：如果第二检测电路有电流流过，光耦U2的输出信号FSn2为低电平，则判定该路光伏电池输入的第一熔断器Fn1正常，如果第二检测电路没有电流流过，光耦U2的输出信号FSn2为高电平，则判定该路光伏电池输入的第一熔断器Fn1处于烧毁故障状态； 
D：检测第n路光伏电池输入的第一检测电路的输出信号，据此判断该路光伏电池输入的第二熔断器Fn2的状态：如果第一检测电路有电流流过，即光耦U1的输出信号FSn1为低电平，则判定该路光伏电池输入的第二熔断器Fn2正常，则执行步骤E；如果第一检测电路没有电流流过，即光耦U1的输出信号FSn1为高电平，则判定该路光伏电池输入的第二熔断器Fn2处于烧毁故障状态，则执行步骤C，之后，该路光伏电池输入的熔断器状态检测结束；
E：采样该路的光伏电池输入电压信号VPVn和汇流后直流母线的电压信号VBUS，并判断该路的光伏电池输入电压信号VPVn、该路防反二极管Dn的压降VDn和汇流后直流母线的电压信号VBUS之间的关系；如果该路输入的光伏电池电压VPVn大于等于该路防反二极管Dn的压降VDn与汇流后直流母线的电压VBUS之和，即VPVn≥VDn+VBUS，则执行步骤F；如果该路输入的光伏电池电压VPVn小于防反二极管的压降VDn与汇流后直流母线的电压VBUS之和，即VPVn<VDn+VBUS，则执行步骤C，之后，该路光伏电池输入的熔断器状态检测结束；
F：检测该路光伏电池的输入电流采样电路CTn的电流信号In，并进行判断，如果该路光伏电池的输入电流采样电路CTn的电流信号In为0，则判定该路光伏电池输入的第一熔断器Fn1处于烧毁故障状态；如果该路的光伏电池的输入电流采样电路CTn的电流信号In不为0，则判定该路光伏电池输入的第一熔断器Fn1处于正常工作状态；该路光伏电池输入的熔断器状态检测结束。
另外，上述步骤B、C的执行顺序可交换，也即，在检测到光伏电池存在输入电压时，可先检测第二检测电路的输出信号，以检测第一熔断器Fn1的工作状态，再检测第三检测电路的输出信号，以检测第二熔断器Fn2的工作状态。
另外，在该路光伏电池输入的熔断器状态检测结束后，每间隔一定的时间，重新对该路光伏电池输入的熔断器状态进行检测；或者，也可以在对各路光伏电池输入的熔断器状态检测完毕之后的一定时间内，重新进行新一轮检测，对各路光伏电池输入的熔断器状态进行检测；以便及时更新、监测熔断器的状态信息。
另外，处理单元将检测到的熔断器的状态信息传送至监控系统，如果发现存在熔断器的故障信息，监控系统将会采取相应的报警措施。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种汇流箱熔断器状态检测系统，其特征在于，包括防反二极管Dn、熔断器、输入电流采样电路CTn、光伏电池输入电压采样电路（100）、汇流母线电压采样电路（200）、第一检测电路（300）、第二检测电路（400）、第三检测电路（500）和处理单元；其中，
防反二极管Dn、第一熔断器Fn1和输入电流采样电路CTn串接于每路输入的光伏电池的正极PVn+和汇流母线的正极BUS+之间，每路输入的光伏电池的负极PVn-和汇流母线的负极BUS-之间串接有第二熔断器Fn2；
每路输入的光伏电池的正极PVn+和汇流母线的负极BUS-之间连接用于检测电流信号的第一检测电路（300），第一检测电路（300）的输出信号送往处理单元；
每路输入的光伏电池的正极PVn+和防反二极管Dn的阳极连接，防反二极管Dn的阴极和汇流母线的负极BUS-之间连接用于检测电流信号的第二检测电路（400），第二检测电路（400）的输出信号送往处理单元；
汇流母线的正极BUS+和每路输入的光伏电池的负极PVn-之间连接用于检测电流信号的第三检测电路（500），第三检测电路（500）的输出信号送往处理单元；
每路输入的光伏电池的正极PVn+和负极PVn-之间设有用于采样电压信号的光伏电池输入电压采样电路（100），光伏电池输入电压采样电路（100）的输出信号送往处理单元；
汇流母线的正极BUS+和负极BUS-之间设有用于采样电压信号的汇流母线电压采样电路（200），汇流母线电压采样电路（200）的输出信号送往处理单元；
用于采样流经第一熔断器Fn1的电流信号的输入电流采样电路CTn的输出信号送往处理单元。
2. 一种汇流箱熔断器状态检测系统，其特征在于，包括防反二极管Dn、熔断器、输入电流采样电路CTn、光伏电池输入电压采样电路（100）、汇流母线电压采样电路（200）、第一检测电路（300）、第二检测电路（400）、第三检测电路（500）和处理单元；其中，
每路输入的光伏电池的正极PVn+和汇流母线的正极BUS+之间串接有第二熔断器Fn2，防反二极管Dn、第一熔断器Fn1和输入电流采样电路CTn串接于每路输入的光伏电池的负极PVn-和汇流母线的负极BUS-之间；
每路输入的光伏电池的正极PVn+和汇流母线的负极BUS-之间连接用于检测电流信号的第三检测电路（500），第三检测电路（500）的输出信号送往处理单元；
每路输入的光伏电池的负极PVn-和防反二极管Dn的阴极连接，防反二极管Dn的阳极和汇流母线的正极BUS+之间连接用于检测电流信号的第二检测电路（400），第二检测电路（400）的输出信号送往处理单元；
汇流母线的正极BUS+和每路输入的光伏电池的负极PVn-之间连接用于检测电流信号的第一检测电路（300），第一检测电路（300）的输出信号送往处理单元；
每路输入的光伏电池的正极PVn+和负极PVn-之间设有用于采样电压信号的光伏电池输入电压采样电路（100），光伏电池输入电压采样电路（100）的输出信号送往处理单元；
汇流母线的正极BUS+和负极BUS-之间设有用于采样电压信号的汇流母线电压采样电路（200），汇流母线电压采样电路（200）的输出信号送往处理单元；
用于采样流经第一熔断器Fn1的电流信号的输入电流采样电路CTn的输出信号送往处理单元。
3. 根据权利要求1或2所述的汇流箱熔断器状态检测系统，其特征在于，所述第一检测电路、第二检测电路和第三检测电路包括电阻和光耦，所述光耦的输出信号送往处理单元。
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