CN204168220U - 一种光伏组件的接地装置和保护系统 - Google Patents

一种光伏组件的接地装置和保护系统 Download PDF

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范纯浆
张玉
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Abstract

本实用新型提供一种光伏组件的接地装置和保护系统，装置包括：负极接地电路、正极接地电路和电压采样电路；负极接地电路连接光伏组件的负极和地之间；负极接地电路包括串联的保险丝和漏电流传感器；正极接地电路连接光伏组件的正极和地之间，与电压采样电路形成检测回路；电压采样电路检测光伏组件的负极与地之间的电压，将光伏组件的负极与地之间的电压发送给CPU。通过TA1的检测值以及电压采样电路的检测值来准确判断PV+是否绝缘良好，对地是否产生漏电流。TA1的检测值为0时，通过电压采样电路采样的电压值判断是否是保险丝的故障熔断。根据电压采样电路的不同采样值来决定是否对逆变器停机。在起到保护作用的同时不影响发电量。

Description

一种光伏组件的接地装置和保护系统
技术领域
本实用新型涉及接地保护技术领域，特别涉及一种光伏组件的接地装置和保护系统。
背景技术
为了预防电势诱导衰减(PID，Potential Induced Degradation)现象的发生，光伏逆变器通常会采用直流负极接地方式。可以理解的是，有些电池板的极性是相反的，这时是正极接地方式。
需要说明的是，光伏组件包括电池板，可以为多个电池板的串联、并联、或串并联组合。
参见图1，该图为现有技术中的光伏组件负极接地装置示意图。
PV+和PV-表示光伏组件的正输出端和负输出端；
其中，PV-通过漏电流传感器TA1接地，TA1实时检测PV+的漏电流，并将检测的漏电流发送给CPU。CPU判断漏电流超过设定电流值时，发出逆变器停机指令，逆变器停止运行。
但是，这种方案的缺点是，当出现很大的漏电流时，只会控制逆变器停机，但是漏电流依然存在，并不能被切断，这样可能危害工作人员的安全。
为了解决图1存在的问题，现有技术中还提供了一种光伏组件负极接地装置，如图2所示。
PV-通过串联保险丝FU后接地，保险丝FU配微动开关，将保险丝FU的工作状态传输至CPU。当PV+出现短路或较大漏电流时，保险丝FU熔断，微动开关动作，CPU检测到微动开关动作，将发出逆变器停机指令，逆变器停止运行。这种方式可以切断故障回路，可以起到很好的保护效果。但是，如果保险丝FU不是因为电流大熔断，而是质量出现问题或者其他原因断开，那么逆变器也会停机保护，这样就会减少发电量。
因此，现有技术提供的以上两种光伏组件负极接地装置均存在问题，起到保护作用的同时可能影响发电量。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种光伏组件的接地装置，能够在出现较大漏电流时起到保护作用，出现其他故障时不影响发电量。
本实用新型提供一种光伏组件的接地装置，包括：负极接地电路、正极接地电路和电压采样电路；
所述负极接地电路连接于光伏组件的负极和地之间；所述负极接地电路包括串联的保险丝和漏电流传感器；
所述正极接地电路连接于所述光伏组件的正极和地之间，用于与所述电压采样电路形成检测回路；
所述电压采样电路，用于检测光伏组件的负极与地之间的电压，将所述光伏组件的负极与地之间的电压发送给CPU。
优选地，所述正极接地电路包括：第一电阻；
所述第一电阻的一端连接所述光伏组件的正输出端，所述第一电阻的另一端接地。
优选地，所述正极接地电路包括：多个电阻；
所述多个电阻组成第一电阻网络，所述第一电阻网络的一端连接所述光伏组件的正输出端，所述第一电阻网络的另一端接地；
所述多个电阻串联构成所述第一电阻网络；或，所述多个电阻并联构成所述第一电阻网络，或所述多个电阻串联和并联混合构成所述第一电阻网络。
优选地，所述电压采样电路包括：第二电阻；
所述第二电阻的一端连接所述光伏组件的负输出端，所述第二电阻的另一端接地；
所述第二电阻上的电压为所述光伏组件的负输出端与地之间的电压。
优选地，所述电压采样电路包括：多个电阻；
所述多个电阻组成第二电阻网络，所述第二电阻网络的一端连接所述光伏组件的负输出端，所述第二电阻网络的另一端接地；
所述多个电阻串联构成所述第二电阻网络；或，所述多个电阻并联构成所述第二电阻网络，或所述多个电阻串联和并联混合构成所述第二电阻网络。
优选地，所述电压采样电路为电压传感器。
优选地，所述电压采样电路为差分电路。
本实用新型实施例提供一种光伏组件的保护系统，包括：权利要求1-5任一项所述的接地装置，还包括：逆变器和CPU；
所述CPU，用于判断负极与地之间的电压超过预定电压时，控制所述逆变器停机；还用于判断漏电流传感器检测的漏电流值超过预设漏电流值时，控制所述逆变器停机；
所述逆变器，用于将所述光伏组件输出的直流电转换为交流电给负载供电或并网。
优选地，还包括AD转换器；
所述接地装置中的电压采样电路的输出端连接所述AD转换器，所述AD转换器的输出端连接所述CPU；
所述漏电流传感器的输出端连接所述AD转换器；
所述AD转换器，用于将所述电压采样电路检测的所述负极与地之间的电压转换为数字信号发送给所述CPU，还用于将所述漏电流传感器检测电流转换为数字信号发送给所述CPU。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型实施例提供的光伏组件的接地装置，可以通过TA1的检测值以及电压采样电路的检测值来准确判断目前PV+是否绝缘良好，对地是否产生漏电流。并且，在TA1的检测值为0时，可以进一步通过电压采样电路采样的电压值来判断是否是保险丝自己的故障熔断了。并且，可以根据电压采样电路的不同采样值来决定是否对逆变器进行停机。当电压采样电路采集的电压值为0时，说明保险丝FU没有熔断。此时根据TA1检测的电流值来决定是否进行停机保护，如果TA1的值达到保护值，则进行逆变器停机保护。当电压采样电路采集的电压值不为0时，说明FU已经熔断，此时需要根据电压采样电路采集的电压值来决定是否停机保护。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中提供的一种光伏组件负极接地装置示意图；
图2是现有技术中提供的另一种光伏组件负极接地装置示意图；
图3是本实用新型提供的光伏组件的接地装置实施例一示意图；
图4是本实用新型提供的光伏组件的接地装置实施例二示意图；
图4a是图4对应的第一种故障时的等效电路图；
图4b是图4对应的第二种故障时的等效电路图；
图4c是图4对应的第三种故障时的等效电路图；
图5是本实用新型提供的光伏组件的保护系统实施例一示意图；
图6是本实用新型提供的光伏组件的保护系统实施例二示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
装置实施例一：
参见图3，该图为本实用新型提供的光伏组件的接地装置实施例一示意图。
本实施例提供一种光伏组件的接地装置，包括：正极接地电路100、负极接地电路和电压采样电路200；
所述负极接地电路连接于光伏组件的负极PV-和地PE之间；所述负极接地电路包括串联的保险丝FU和漏电流传感器TA1；
所述正极接地电路100连接于所述光伏组件的正极PV+和地PE之间，用于与所述电压采样电路200形成检测回路；
所述电压采样电路200，用于检测光伏组件的负极PV-与地PE之间的电压，将所述光伏组件的负极PV-与地PE之间的电压发送给CPU。
需要说明的是，本实施例提供的装置中，CPU可以获得两个参数的对应值，一个是TA1检测漏电流值，另一个是电压采样电路200检测的电压值。当电压值为0时，说明FU没有熔断；当TA1为0时，对应两种情况，一种是说明FU已经熔断，此时电压值不为0；另一种是没有漏电流，FU没有熔断，此时电压值为0。
需要说明的是，当PV+的绝缘良好时，即没有漏电流产生时，负极接地电路中的保险丝FU没有熔断，此时PV-与地之间没有电势差，电压采样电路200检测的电压为0。CPU通过TA1的检测值判断PV+没有漏电流产生，正常工作。
当PV+的绝缘出现异常，但是漏电流比较小，不足以使保险丝FU熔断，与上述没有漏电流的情况类似，此时PV-与地之间没有电势差，电压采样电路200检测的电压为0。CPU通过TA1的检测值判断PV+的漏电流大小，当漏电流超过预设漏电流值时，控制逆变器停机。
当PV+的绝缘出现异常，并且漏电流比较大时，但PV+并没有对地短路，此时保险丝FU熔断，漏电流传感器检测到的电流为0，电压采样电路200检测PV-对地的电压。
当PV+与地发生短路，保险丝FU熔断，TA1检测到的电流为0，电压检测电路200检测到的是直流母线电压。
当PV+的绝缘没有异常，但是保险丝FU因为其他原因熔断时，TA1检测到的电流为0，电压采样电路200检测的电压是电压采样电路200和正极接地电路100分压后的电压。
当PV+绝缘出现异常，有较大漏电流产生，但是并没有与地发生短路，此时保险丝FU已经熔断，TA1检测到的电流为0，这样电压采样电路200检测的电压是电压采样电路200和正极接地电路100分压后的电压。需要说明的是，这种情况时，正极接地电路100还并联有一个PV+对地产生的漏电流的等效电阻。
当PV+与地发生短路时，FU熔断，TA1检测的电流为0，电压采样电路200检测到的电压为直流母线电压。
从以上分析可以获知，本实用新型实施例提供的光伏组件的接地装置，可以通过TA1的检测值以及电压采样电路的检测值来准确判断目前PV+是否绝缘良好，对地是否产生漏电流。并且，在TA1的检测值为0时，可以进一步通过电压采样电路采样的电压值来判断是否是保险丝自己的故障熔断了。并且，可以根据电压采样电路的不同采样值来决定是否对逆变器进行停机。
例如，当电压采样电路采集的电压值为0时，说明保险丝FU没有熔断。此时根据TA1检测的电流值来决定是否进行停机保护，如果TA1的值达到保护值，则进行逆变器停机保护。当电压采样电路采集的电压值不为0时，说明FU已经熔断，此时需要根据电压采样电路采集的电压值来决定是否停机保护。
装置实施例二：
参见图4，该图为本实用新型提供的光伏组件的接地装置实施例二示意图。
需要说明的是，所述正极接地电路可以由一个电阻来实现，即包括：第一电阻R1；
所述第一电阻R1的一端连接所述光伏组件的正输出端PV+，所述第一电阻R1的另一端接地PE。
可以理解的是，所述正极接地电路也可以由多个电阻串联和/或并联来实现，即包括：多个电阻；
所述多个电阻组成第一电阻网络，所述第一电阻网络的一端连接所述光伏组件的正输出端，所述第一电阻网络的另一端接地；
所述多个电阻串联构成所述第一电阻网络；或，所述多个电阻并联构成所述第一电阻网络，或所述多个电阻串联和并联混合构成所述第一电阻网络。
需要说明的是，所述电压采样电路也可以由一个电阻来实现，即包括：第二电阻R2；
所述第二电阻R2的一端连接所述光伏组件的负输出端PV-，所述第二电阻R2的另一端接地PE；
所述第二电阻R2上的电压为光伏组件的负输出端PV-与地PE之间的电压。
可以理解的是，所述电压采样电路也可以由多个电阻串联和/或并联来实现，包括：多个电阻；
所述多个电阻组成第二电阻网络，所述第二电阻网络的一端连接所述光伏组件的负输出端，所述第二电阻网络的另一端接地；
所述多个电阻串联构成所述第二电阻网络；或，所述多个电阻并联构成所述第二电阻网络，或所述多个电阻串联和并联混合构成所述第二电阻网络。
另外，所述电压采样电路可以为电压传感器；也可以由差分电路来实现。
本实施例中为了方面描述，以正极接地电路由R1来实现，电压采样电路由R2来实现为例来介绍，具体可以参见图4所示。
电压采样电路(即R2)采样的电压值用U1来表示。
当PV+的绝缘没有异常，但是保险丝FU因为其他原因熔断时，TA1检测到的电流为0，电压采样电路检测的电压U1是R2和R1分压后的电压，如图4a所示。
当PV+绝缘出现异常，有较大漏电流产生，但是并没有与地发生短路，此时保险丝FU已经熔断，TA1检测到的电流为0，等效图如图4b所示。Rx与R1先并联再与R2串联，电压采样电路检测的电压是R2分得的电压。其中，Rx是PV+对地产生的漏电流的等效电阻。
当PV+与地发生短路时，FU熔断，TA1检测的电流为0，电压采样电路200检测到的电压为直流母线电压。等效电路图如图4c所示。
从以上分析可以获知，不同情况下，TA1检测的电流值和电压采样电路检测的电压值是不一样的，可以根据TA1检测的电流值和电压采样电路检测电压值全面地判断直流侧的绝缘情况，进而来决定是否进行停机保护，这样可以避免误保护，从而不影响发电量。
基于以上实施例提供的一种光伏组件的接地装置，本实用新型实施例还提供了一种光伏组件的保护系统，下面结合附图进行详细说明。
参见图5，该图为本实用新型提供的光伏组件的接地装置实施例一示意图。
本实施例提供的光伏组件的保护系统，包括：以上实施例所述的接地装置1000，还包括：逆变器300和CPU3000；
所述CPU3000，用于判断负极与地之间的电压超过预定电压时，控制所述逆变器300停机；还用于判断漏电流传感器检测的漏电流值超过预设漏电流值时，控制所述逆变器300停机；
所述逆变器300，用于将所述光伏组件输出的直流电转换为交流电给负载供电或并网。
由于本实施例提供的接地装置，可以准确全面地判断直流侧的绝缘情况，因此，可以避免误保护，从而不影响发电量。
本实用新型提供的另一种光伏组件的保护系统，参见图6，该保护系统还可以包括：AD转换器400；
接地装置中的电压采样电路的输出端连接所述AD转换器400，所述AD转换器400的输出端连接所述CPU3000；
所述AD转换器400将所述电压采样电路检测的所述负极与地之间的电压转换为数字信号发送给所述CPU3000。
所述漏电流传感器的输出端连接所述AD转换器；
由于CPU3000只可以识别数字信号，因此，TA1和电压采样电路采集的信号需要由AD转换器400转换为数字信号之后发送给CPU3000，还用于将所述漏电流传感器检测电流转换为数字信号发送给所述CPU3000。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种光伏组件的接地装置，其特征在于，包括：负极接地电路、正极接地电路和电压采样电路；
所述负极接地电路连接于光伏组件的负极和地之间；所述负极接地电路包括串联的保险丝和漏电流传感器；
所述正极接地电路连接于所述光伏组件的正极和地之间，用于与所述电压采样电路形成检测回路；
所述电压采样电路，用于检测光伏组件的负极与地之间的电压，将所述光伏组件的负极与地之间的电压发送给CPU。
2.根据权利要求1所述的光伏组件的接地装置，其特征在于，所述正极接地电路包括：第一电阻；
所述第一电阻的一端连接所述光伏组件的正输出端，所述第一电阻的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的光伏组件的接地装置，其特征在于，所述正极接地电路包括：多个电阻；
所述多个电阻组成第一电阻网络，所述第一电阻网络的一端连接所述光伏组件的正输出端，所述第一电阻网络的另一端接地；
所述多个电阻串联构成所述第一电阻网络；或，所述多个电阻并联构成所述第一电阻网络，或所述多个电阻串联和并联混合构成所述第一电阻网络。
4.根据权利要求1所述的光伏组件的接地装置，其特征在于，所述电压采样电路包括：第二电阻；
所述第二电阻的一端连接所述光伏组件的负输出端，所述第二电阻的另一端接地；
所述第二电阻上的电压为所述光伏组件的负输出端与地之间的电压。
5.根据权利要求1所述的光伏组件的接地装置，其特征在于，所述电压采样电路包括：多个电阻；
所述多个电阻组成第二电阻网络，所述第二电阻网络的一端连接所述光伏组件的负输出端，所述第二电阻网络的另一端接地；
所述多个电阻串联构成所述第二电阻网络；或，所述多个电阻并联构成所述第二电阻网络，或所述多个电阻串联和并联混合构成所述第二电阻网络。
6.根据权利要求1所述的光伏组件接地装置，其特征在于，所述电压采样电路为电压传感器。
7.根据权利要求1所述的光伏组件接地装置，其特征在于，所述电压采样电路为差分电路。
8.一种光伏组件的保护系统，其特征在于，包括：权利要求1-5任一项所述的接地装置，还包括：逆变器和CPU；
所述CPU，用于判断负极与地之间的电压超过预定电压时，控制所述逆变器停机；还用于判断漏电流传感器检测的漏电流值超过预设漏电流值时，控制所述逆变器停机；
所述逆变器，用于将所述光伏组件输出的直流电转换为交流电给负载供电或并网。
9.根据权利要求8所述的光伏组件的保护系统，其特征在于，还包括AD转换器；
所述接地装置中的电压采样电路的输出端连接所述AD转换器，所述AD转换器的输出端连接所述CPU；
所述漏电流传感器的输出端连接所述AD转换器；
所述AD转换器，用于将所述电压采样电路检测的所述负极与地之间的电压转换为数字信号发送给所述CPU，还用于将所述漏电流传感器检测电流转换为数字信号发送给所述CPU。
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