CN202797008U - 一种光伏阵列汇流箱 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种光伏阵列汇流箱，包括多路直流输入支路，所述多路直流输入支路并联后汇流成一路直流输出，所述光伏阵列汇流箱还包括多个电流检测单元、电压检测单元以及处理单元，所述电流检测单元包括采样电阻与第一运放模块，用于放大采样电阻两端的电压信号，并将所述电压信号传输至处理单元；所述电压检测单元包括第二运放模块，用于放大汇流输出的电压信号，并将所述电压信号传输至处理单元；所述处理单元用于分别对第一运放模块传输的电压信号以及第二运放模块传输的电压信号进行处理，并分别得出每路直流输入支路的电流值以及汇流输出的电压值。该光伏阵列汇流箱结构简单，在保证系统可靠性的同时降低了产品成本。

Description

一种光伏阵列汇流箱
技术领域
本实用新型属于光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏阵列汇流箱。
背景技术
随着光伏并网发电技术的大规模兴起，对于较大规模的光伏并网发电系统，为了减少光伏组件与并网逆变器之间的连接线，方便维护，需在光伏组件与并网逆变器之间增加光伏阵列直流汇流装置(即光伏阵列汇流箱)，其作用是将一定数量的光伏(PV，photovoltaic)阵列汇流成一路直流输出，然后由并网逆变器将所述汇流输出的直流电逆变为交流电后传输至输电网络。
目前，光伏阵列汇流箱一般分为两种，其中一种只具有简单的汇流功能，另一种除了具有汇流功能之外还具有实时监测各直流输入支路的电流以及汇流输出电压的功能，因此称为智能型光伏阵列汇流箱，其一般通过在各直流输入支路连接电流传感器以及在汇流输出干路连接电压传感器的方式实时监测各直流输入支路的电流以及汇流输出电压，但这种光伏阵列汇流箱存在成本较高的缺点。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种结构简单、且在保证光伏并网系统可靠性的同时能有效降低成本的光伏阵列汇流箱。
解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：
所述光伏阵列汇流箱包括多路直流输入支路，所述多路直流输入支路并联后汇流成一路直流输出，其中，所述光伏阵列汇流箱还包括多个电流检测单元、电压检测单元以及处理单元，所述电流检测单元的数量与所述直流输入支路的数量相同，其包括采样电阻与第一运放模块，所述采样电阻的两端分别与一路直流输入支路的正极输入端以及汇流后的正极输出端连接，所述第一运放模块的输入端分别与采样电阻的两端连接，第一运放模块的输出端与处理单元连接，用于放大采样电阻两端的电压信号，并将所述电压信号传输至处理单元；
所述电压检测单元包括第二运放模块，所述第二运放模块的输入端分别与汇流后的正、负极输出端连接，用于放大汇流输出的电压信号，并将所述电压信号传输至处理单元；
所述处理单元用于分别对第一运放模块传输的电压信号以及第二运放模块传输的电压信号进行处理，并分别得出每路直流输入支路的电流值以及汇流输出的电压值。
优选的是，所述电流检测单元还包括第一分压滤波模块，所述第一分压滤波模块的输入端与第一运放模块的输出端相连，第一分压滤波模块的输出端与处理单元相连，用于将第一运放模块输出的电压信号进行分压及滤波。
进一步优选的是，所述第一分压滤波模块包括电阻R4、电阻R5与电容C2；所述电阻R5与电容C2并联后的一端分别与电阻R4的一端及处理单元连接，另一端与模拟地连接，电阻R4的另一端与第一运放模块的输出端连接；所述电阻R4、电阻R5用于对第一运放模块输出的电压信号进行分压，所述电容C2用于对第一运放模块输出的电压信号进行滤波。
优选的是，所述采样电阻采用低温漂的康铜丝；所述第一运放模块包括差分运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电容C1以及电容C3；所述电阻R1的一端与采样电阻的一端连接，电阻R1的另一端与差分运算放大器的负极输入端连接；电阻R2的一端与采样电阻的另一端连接，电阻R2的另一端与差分运算放大器的正极输入端连接；电阻R3与电容C1并联后的一端与差分运算放大器的负极输入端连接，另一端与差分运算放大器的输出端连接；电阻R6与电容C3并联后的一端与电源Vcc连接，另一端与差分运算放大器的正极输入端连接。
进一步优选的是，所述第一运放模块还包括稳压二极管D1与稳压二极管D2，所述稳压二极管D1的阴极分别与稳压二极管D2的阳极及差分运算放大器的负极输入端连接，稳压二极管D1的阳极分别与稳压二极管D2的阴极及差分运算放大器的正极输入端连接；所述电阻R1采用多个且所述多个电阻串联连接、电阻R2采用多个且所述多个电阻串联连接。
优选的是，所述电压检测单元还包括第二分压滤波模块，所述第二分压滤波模块的输入端与第二运放模块的输出端相连，第二分压滤波模块的输出端与处理单元相连，用于将第二运放模块输出的电压信号进行分压及滤波。
进一步优选的是，所述第二分压滤波模块包括电阻R9、电阻R10与电容C5；所述电阻R10与电容C5并联后的一端分别与电阻R9的一端及处理单元连接，另一端与模拟地连接，电阻R9的另一端与第二运放模块的输出端连接；所述电阻R9、电阻R10用于对第二运放模块输出的电压信号进行分压，所述电容C5用于对第二运放模块输出的电压信号进行滤波。
优选的是，所述第二运放模块包括运算放大器、电阻R7、电阻R8以及电容C4；所述电阻R7的一端与汇流后的负极输出端连接，电阻R7的另一端与运算放大器的负极输入端连接；运算放大器的正极输入端与汇流后的正极输出端连接；电阻R8与电容C4并联后的一端与运算放大器的负极输入端连接，另一端与运算放大器的输出端连接。
进一步优选的是，所述第二运放模块还包括稳压二极管D3与稳压二极管D4，所述稳压二极管D3的阴极分别与稳压二极管D4的阳极及运算放大器的负极输入端连接，稳压二极管D3的阳极分别与稳压二极管D4的阴极及运算放大器的正极输入端连接；所述电阻R7采用多个且所述多个电阻串联连接。
优选的是，所述光伏阵列汇流箱还包括通讯单元，其与处理单元连接，用于将处理单元实时得出的每路直流输入支路的电流值以及汇流输出的电压值实时传输至监控中心或上位机。
有益效果：
本实用新型所述光伏阵列汇流箱通过采用简单的采样及运放电路即可实现对各直流输入支路的电流以及汇流输出电压进行实时监测的功能，与现有技术中采用电压传感器和电流传感器相比极大地降低了产品成本，具有良好的经济效应。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中光伏阵列汇流箱的结构示意图；
图2为图1中电流检测单元的电路原理示意图；
图3为图1中电压检测单元的电路原理示意图。
其中：1-采样电阻；2-第一运放模块；3-第一分压滤波模块；4-第二运放模块；5-第二分压滤波模块。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型光伏阵列汇流箱作进一步详细描述。
所述光伏阵列汇流箱包括多路直流输入支路，所述多路直流输入支路并联后汇流成一路直流输出，其中，
所述光伏阵列汇流箱还包括多个电流检测单元、电压检测单元以及处理单元，
所述电流检测单元的数量与所述直流输入支路的数量相同，其包括采样电阻与第一运放模块，所述采样电阻的两端分别与一路直流输入支路的正极输入端以及汇流后的正极输出端连接，所述第一运放模块的输入端分别与采样电阻的两端连接，第一运放模块的输出端与处理单元连接，用于放大采样电阻两端的电压信号，并将所述电压信号传输至处理单元；
所述电压检测单元包括第二运放模块，所述第二运放模块的输入端分别与汇流后的正、负极输出端连接，用于放大汇流输出的电压信号，并将所述电压信号传输至处理单元；
所述处理单元用于分别对第一运放模块传输的电压信号以及第二运放模块传输的电压信号进行处理，并分别得出每路直流输入支路的电流值以及汇流输出的电压值。
实施例1：
如图1所示，所述光伏阵列汇流箱包括多路直流输入支路、多个电流检测单元、电压检测单元、处理单元以及通讯单元。
所述多路直流输入支路并联后汇流成一路直流输出，可采用汇流排(或称为汇流母排)将所述多路直流输入支路并联后汇流成一路干路，优选所述汇流排采用汇流铜排。其中每路直流输入支路的正负极输入端分别与一光伏阵列的正负极输出端连接，每路直流输入支路的正负极输出端分别与汇流排的正负极连接，该汇流箱的输出端与后级的逆变器的输入端连接。
所述电流检测单元的数量与所述直流输入支路的数量相同。如图2所示，所述电流检测单元包括采样电阻1、第一运放模块2以及第一分压滤波模块3。优选所述采样电阻1采用低温漂的康铜丝。
所述采样电阻1的两端分别与一路直流输入支路的正极输入端PV INPUT+以及汇流后的正极输出端PV OUTPUT+连接，所述第一运放模块2的输入端分别与采样电阻1的两端连接，第一运放模块2的输出端与第一分压滤波模块3的输入端连接，第一分压滤波模块3的输出端与处理单元连接。所述第一运放模块2用于放大采样电阻1两端的电压信号(即电压值)，并将所述电压信号经第一分压滤波模块3传输至处理单元；所述第一分压滤波模块3用于对第一运放模块2输出的电压信号进行分压，并对第一运放模块2输出的电压信号进行滤波。
优选的，所述第一运放模块2采用RC积分运算放大方式，其包括差分运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电容C1以及电容C3；所述电阻R1的一端与采样电阻1的一端连接，电阻R1的另一端与差分运算放大器的负极输入端连接；电阻R2的一端与采样电阻1的另一端连接，电阻R2的另一端与差分运算放大器的正极输入端连接；电阻R3与电容C1并联后的一端与差分运算放大器的负极输入端连接，另一端与差分运算放大器的输出端连接；电阻R6与电容C3并联后的一端与电源Vcc连接，另一端与差分运算放大器的正极输入端连接，用于为差分运算放大器的正极输入端提供一个固定的电压值，以提高差分运算放大器输出电压的基点，确保电路中没有电流流过时，差分运算放大器能够输出正值，利于处理单元检测并接收到差分运算放大器输出的电压信号。
所述第一运放模块采用差分运算放大器的优点在于，为尽量减小采样电阻对各直流输入支路的影响，采样电阻的阻值较小，但会导致各种干扰信号更容易传导至第一运放模块上，而第一运放模块采用差分运算放大器可以减小共模干扰；而且，汇流后的干路上可能会出现浪涌冲击，采用差分运算放大器可以有效保护电路中的器件。
本实施例中，优选所述电阻R1采用多个且所述多个电阻串联连接、电阻R2采用多个且所述多个电阻串联连接，如图2中所示，电阻R1、电阻R2分别采用三个串联连接的电阻。这里，电阻R1与电阻R2分别采用多个且串联连接的目的是分压，因为采用多个电阻可以减小所述多个电阻中单个电阻上承受的电压量。
所述第一运放模块2还包括稳压二极管D1与稳压二极管D2，所述稳压二极管D1的阴极分别与稳压二极管D2的阳极及差分运算放大器的负极输入端连接，稳压二极管D1的阳极分别与稳压二极管D2的阴极及差分运算放大器的正极输入端连接。所述稳压二极管D1与稳压二极管D2的作用是为了限定差分运算放大器正负极输入端的压差，防止因所述压差过高而损坏差分运算放大器。
所述第一分压滤波模块3包括电阻R4、电阻R5与电容C2；所述电阻R5与电容C2并联后的一端分别与电阻R4的一端及处理单元连接，另一端与模拟地AGND连接，电阻R4的另一端与第一运放模块2的输出端(即差分运算放大器的输出端)连接；所述电阻R4、电阻R5用于对第一运放模块2输出的电压信号进行分压，所述电容C2用于对第一运放模块2输出的电压信号进行滤波。
如图3所示，所述电压检测单元包括第二运放模块4与第二分压滤波模块5。
所述第二运放模块4的输入端分别与汇流后的正极输出端PVOUTPUT+、负极输出端PV OUTPUT-连接，第二运放模块4的输出端与第二分压滤波模块5连接，第二分压滤波模块5的输出端与处理单元连接；所述第二运放模块4用于放大汇流输出的电压值，并将所述电压值经第二分压滤波模块5传输至处理单元，所述第二分压滤波模块5用于对第二运放模块4输出的电压信号进行分压，并对第二运放模块4输出的电压信号进行滤波。
优选的，所述第二运放模块4采用RC积分运算放大方式，其包括运算放大器、电阻R7、电阻R8以及电容C4；所述电阻R7的一端与汇流后的负极输出端连接，电阻R7的另一端与运算放大器的负极输入端连接；运算放大器的正极输入端与汇流后的正极输出端连接；电阻R8与电容C4并联后的一端与运算放大器的负极输入端连接，另一端与运算放大器的输出端连接。
本实施例中，优选所述电阻R7采用多个且所述多个电阻串联连接，如图3中所示，电阻R7采用三个串联连接的电阻。这里，电阻R7采用多个且串联连接的目的是分压，因为采用多个电阻可以减小所述多个电阻中单个电阻上承受的电压量。
所述第二运放模块4还包括稳压二极管D3与稳压二极管D4，所述稳压二极管D3的阴极分别与稳压二极管D4的阳极及运算放大器的负极输入端连接，稳压二极管D3的阳极分别与稳压二极管D4的阴极及运算放大器的正极输入端连接。所述稳压二极管D3与稳压二极管D4的作用是为了限定运算放大器正负极输入端的压差，防止因所述压差过高而损坏运算放大器。
所述第二分压滤波模块5包括电阻R9、电阻R10与电容C5；所述电阻R10与电容C5并联后的一端分别与电阻R9的一端及处理单元连接，另一端与模拟地AGND连接，电阻R9的另一端与第二运放模块4的输出端(即运算放大器的输出端)连接；所述电阻R9、电阻R10用于对第二运放模块4输出的电压值进行分压，所述电容C5用于对第二运放模块4的输出信号进行滤波。
本实施例只提供了一种第一运放模块的具体电路结构以及一种第二运放模块的具体电路结构，需要说明的是，本实用新型所述第一运放模块及第二运放模块并不限于采用上述具体电路结构，其他可实现运算放大功能的电路结构也包含在本实用新型的保护范围内。
所述处理单元用于分别对第一运放模块传输的电压信号以及第二运放模块传输的电压信号进行处理，并分别得出每路直流输入支路的电流值以及汇流输出的电压值。所述处理单元可采用CPU处理器。
所述通讯单元与处理单元连接，用于将处理单元实时得出的每路直流输入支路的电流值以及汇流输出的电压值实时传输至监控中心或上位机，以实现对各直流输入支路的电流及汇流输出的电压的实时监控。
本实施例中的电阻R1～R10、电容C1-C5以及稳压二极管D1～D4的具体数值或参数分别与运算放大器或差分运算放大器的具体参数有关，本领域技术人员可以根据实际需求选取相应型号的运算放大器、差分运算放大器，并根据所选取的运算放大器、差分运算放大器的型号选定电阻R1～R10、电容C1-C5以及稳压二极管D1～D4的具体数值或参数，这里不再赘述。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：
本实施例中，所述第一运放模块中不包括稳压二极管D1与稳压二极管D2，和/或，所述第二运放模块中不包括稳压二极管D3与稳压二极管D4。
本实施例中的其他结构以及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3：
本实施例与实施例1的区别在于：
本实施例中，所述电流检测单元中不包括第一分压滤波模块3，所述第一运放模块2的输出端直接与处理单元连接，和/或，所述电压检测单元中不包括第二分压滤波模块5，所述第二运放模块4的输出端直接与处理单元连接。
本实施例中的其他结构以及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏阵列汇流箱，包括多路直流输入支路，所述多路直流输入支路并联后汇流成一路直流输出，其特征在于，
所述光伏阵列汇流箱还包括多个电流检测单元、电压检测单元以及处理单元，
所述电流检测单元的数量与所述直流输入支路的数量相同，其包括采样电阻与第一运放模块，所述采样电阻的两端分别与一路直流输入支路的正极输入端以及汇流后的正极输出端连接，所述第一运放模块的输入端分别与采样电阻的两端连接，第一运放模块的输出端与处理单元连接，用于放大采样电阻两端的电压信号，并将所述电压信号传输至处理单元；
所述电压检测单元包括第二运放模块，所述第二运放模块的输入端分别与汇流后的正、负极输出端连接，用于放大汇流输出的电压信号，并将所述电压信号传输至处理单元；
所述处理单元用于分别对第一运放模块传输的电压信号以及第二运放模块传输的电压信号进行处理，并分别得出每路直流输入支路的电流值以及汇流输出的电压值。
2.根据权利要求1所述的光伏阵列汇流箱，其特征在于，所述电流检测单元还包括第一分压滤波模块，所述第一分压滤波模块的输入端与第一运放模块的输出端相连，第一分压滤波模块的输出端与处理单元相连，用于将第一运放模块输出的电压信号进行分压及滤波。
3.根据权利要求2所述的光伏阵列汇流箱，其特征在于，所述第一分压滤波模块包括电阻(R4)、电阻(R5)与电容(C2)；
所述电阻(R5)与电容(C2)并联后的一端分别与电阻(R4)的一端及处理单元连接，另一端与模拟地连接，电阻(R4)的另一端与第一运放模块的输出端连接；
所述电阻(R4)、电阻(R5)用于对第一运放模块输出的电压信号进行分压，所述电容(C2)用于对第一运放模块输出的电压信号进行滤波。
4.根据权利要求1-3中任一所述的光伏阵列汇流箱，其特征在于，
所述采样电阻采用低温漂的康铜丝；
所述第一运放模块包括差分运算放大器、电阻(R1)、电阻(R2)、电阻(R3)、电阻(R6)、电容(C1)以及电容(C3)；
所述电阻(R1)的一端与采样电阻的一端连接，电阻(R1)的另一端与差分运算放大器的负极输入端连接；电阻(R2)的一端与采样电阻的另一端连接，电阻(R2)的另一端与差分运算放大器的正极输入端连接；电阻(R3)与电容(C1)并联后的一端与差分运算放大器的负极输入端连接，另一端与差分运算放大器的输出端连接；电阻(R6)与电容(C3)并联后的一端与电源(Vcc)连接，另一端与差分运算放大器的正极输入端连接。
5.根据权利要求4所述的光伏阵列汇流箱，其特征在于，
所述第一运放模块还包括稳压二极管(D1)与稳压二极管(D2)，所述稳压二极管(D1)的阴极分别与稳压二极管(D2)的阳极及差分运算放大器的负极输入端连接，稳压二极管(D1)的阳极分别与稳压二极管(D2)的阴极及差分运算放大器的正极输入端连接；
所述电阻(R1)采用多个且所述多个电阻串联连接，电阻(R2)采用多个且所述多个电阻串联连接。
6.根据权利要求1所述的光伏阵列汇流箱，其特征在于，所述电压检测单元还包括第二分压滤波模块，所述第二分压滤波模块的输入端与第二运放模块的输出端相连，第二分压滤波模块的输出端与处理单元相连，用于将第二运放模块输出的电压信号进行分压及滤波。
7.根据权利要求6所述的光伏阵列汇流箱，其特征在于，所述第二分压滤波模块包括电阻(R9)、电阻(R10)与电容(C5)；
所述电阻(R10)与电容(C5)并联后的一端分别与电阻(R9)的一端及处理单元连接，另一端与模拟地连接，电阻(R9)的另一端与第二运放模块的输出端连接；
所述电阻(R9)、电阻(R10)用于对第二运放模块输出的电压信号进行分压，所述电容(C5)用于对第二运放模块输出的电压信号进行滤波。
8.根据权利要求1或6或7所述的光伏阵列汇流箱，其特征在于，所述第二运放模块包括运算放大器、电阻(R7)、电阻(R8)以及电容(C4)；
所述电阻(R7)的一端与汇流后的负极输出端连接，电阻(R7)的另一端与运算放大器的负极输入端连接；运算放大器的正极输入端与汇流后的正极输出端连接；电阻(R8)与电容(C4)并联后的一端与运算放大器的负极输入端连接，另一端与运算放大器的输出端连接。
9.根据权利要求8所述的光伏阵列汇流箱，其特征在于，
所述第二运放模块还包括稳压二极管(D3)与稳压二极管(D4)，所述稳压二极管(D3)的阴极分别与稳压二极管(D4)的阳极及运算放大器的负极输入端连接，稳压二极管(D3)的阳极分别与稳压二极管(D4)的阴极及运算放大器的正极输入端连接；
所述电阻(R7)采用多个且所述多个电阻串联连接。
10.根据权利要求1-3中任一或6或7所述的光伏阵列汇流箱，其特征在于，所述光伏阵列汇流箱还包括通讯单元，其与处理单元连接，用于将处理单元实时得出的每路直流输入支路的电流值以及汇流输出的电压值实时传输至监控中心或上位机。
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