CN204835488U - 用于光伏组件或电源系统的保护检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置。保护检测装置包括电流传感器、电子开关、旁路开关、信号检测处理单元和驱动电源。电子开关与旁路开关先并联连接，并联连接的电子开关和旁路开关再与电流传感器、光伏组件或电源系统串联连接。电流传感器与信号检测处理单元连接；信号检测处理单元的输出端分别与电子开关、旁路开关的控制端相连；驱动电源为信号检测处理单元供电。本实用新型不仅能够在光伏组件或电源系统发生故障时，对光伏组件和电源系统进行保护，具有无导通损耗、无开关电弧等特点，还能检测光伏组件或电源系统的电流、电压、功率及温度，且能与外部装置进行通信。

Description

用于光伏组件或电源系统的保护检测装置

技术领域

本实用新型涉及光伏组件及电源系统技术领域，具体涉及一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置。

背景技术

交流电源系统或直流电源系统发生电弧或过流等异常故障时，最有效的方式是及时切断电源回路。低插入损耗与高可靠性的保护开关显得尤为重要。机械式开关的开关电弧问题始终无法解决，在没有电压过零点的直流电源系统中更为严重。电子开关因导通损耗大与反向耐压问题，难以替代机械式开关。

随着光伏发电和直流储能装置的普及，特别是建筑光伏与电动汽车的发展，高压直流电弧的检测与保护问题，日益突出。如何有效的检测出直流系统的串联电弧与并联电弧及过流和过压，并自动切断保护如何方便消防救援与维修维护需要而切断与闭合高压直流电源如何检测每个直流单元的电压与电流和温度信息及异常自动保护目前，针对直流线路的灭弧与过流保护，市面上只有手动的直流断路产品，无法满足故障自动保护与智能控制的需求。急需一款用电子开关器件，替代体积大、寿命短、成本高、开关电弧严重的机械开关，又具有故障自动保护及智能控制的产品。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，该装置不仅能够在光伏组件或电源系统发生电弧、过流、过压或漏电等故障时，对光伏组件和电源系统进行保护，具有无导通损耗、无开关电弧等特点，还能够对光伏组件或电源系统的电流、电压、功率及温度进行检测，且能够与外部装置进行通信。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，包括电流传感器、电子开关、旁路开关、信号检测处理单元和驱动电源；所述电子开关与旁路开关先并联连接，并联连接的电子开关和旁路开关再与电流传感器、光伏组件或电源系统串联连接。该装置还包括电压传感器，电压传感器并联在光伏组件或电源系统的两端，电压传感器的输出端与信号检测处理单元的输入端相连。电流传感器与信号检测处理单元连接。信号检测处理单元的输出端分别与电子开关、旁路开关的控制端相连；驱动电源为信号检测处理单元供电。还包括通信信号耦合器，所述通信信号耦合器并联在电子开关及旁路开关的两端。

具体地说，所述的光伏组件或电源系统、电流传感器、电子开关依次串联，旁路开关并联在电子开关的两端，且电流传感器接光伏组件或电源系统的负极。

所述的电流传感器、光伏组件或电源系统、电子开关依次串联，旁路开关并联在电子开关的两端，且电流传感器接光伏组件或电源系统的正极，电子开关接光伏组件或电源系统的负极。

所述的光伏组件或电源系统、电子开关、电流传感器依次串联，旁路开关并联在电子开关的两端，且电子开关接光伏组件或电源系统的负极。

所述的电子开关、光伏组件或电源系统、电流传感器依次串联，旁路开关并联在电子开关的两端，且光伏组件或电源系统的正极接电子开关，负极接电流传感器。

所述的电子开关、电流传感器、光伏组件或电源系统依次串联，旁路开关并联在电子开关的两端，且电流传感器接光伏组件或电源系统的正极。

所述的电流传感器、电子开关、光伏组件或电源系统依次串联，旁路开关并联在电子开关的两端，且电子开关接光伏组件或电源系统的正极。

所述的光伏组件或电源系统与电流传感器串联连接后与电子开关以及旁路开关并联连接。

在交流电源中，该装置还包括第一整流器和第二整流器。所述的电子开关包括第一电子开关和第二电子开关；第一电子开关与第一整流器串联连接，旁路开关并联在相串联的第一电子开关与第一整流器的两端；第二整流器与第二电子开关串联连接，该两组串联的电子开关和整流器反向并联，再与旁路开关并联。除上述方式外，在交流电源中，还可采用双向电子开关来实现上述两组电子开关与整流器的功能，该双向电子开关为晶闸管。

所述的电子开关采用金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、电力晶体管（GTR）、静电感应晶体管（SIT）、静电感应晶闸管（SITH）、智能功率模块（IPM）、功率集成电路（PIC）、晶闸管中的任意一种；

所述的旁路开关采用继电器、接触器等机械式开关。由于电子开关导通时，其两端会产生伏特级的压降，具有较大的导通损耗。采用继电器或接触器等机械式旁路开关，能够进一步降低电子开关的导通损耗。电子开关优先导通和滞后断开，旁路开关滞后闭合和优先断开。机械式旁路开关的导通损耗极低，而触点因没有高电压也不会产生电弧。优选的，旁路开关的常闭触点与电子开关并联连接，这样，在有故障时，信号检测处理单元驱动旁路开关的常闭触点断开，能够降低损耗。

所述的电子开关、旁路开关、信号检测处理单元和驱动电源封装成独立的装置；或者封装成专用芯片。

所述的电子开关、旁路开关、信号检测处理单元、驱动电源与光伏组件接线盒一体化封装；发热器件的散热面与光伏组件边框或散热部件接触安装，所述散热部件采用导热性能良好的材料。

所述信号检测处理单元的温度传感器与光伏组件背板接触安装。

由以上技术方案可知，本实用新型采用电流传感器和电压传感器，能够对光伏组件或电源系统的异常故障波形信号进行检测；信号检测处理单元根据电流传感器和电压传感器采集的信号，通过控制电子开关及旁路开关来实现故障保护。本实用新型适合与光伏组件、逆变器、汇流箱、电动汽车及蓄电池组、以及各类交流和直流电源系统及设备组合使用。

附图说明

图1是本实用新型的系统原理图；

图2是实施例1中的主电路拓扑图；

图3是实施例2中的主电路拓扑图；

图4是实施例3中的主电路拓扑图；

图5是实施例4中的主电路拓扑图；

图6是实施例5中的主电路拓扑图；

图7是实施例6中的主电路拓扑图；

图8是实施例7中的主电路拓扑图；

图9是实施例8中的主电路拓扑图；

图10是实施例9中的主电路拓扑图；

图11是保护检测装置的结构示意图一；

图12是保护检测装置的结构示意图二。

其中：

1、电子开关，2、旁路开关，3、电流传感器，4、信号检测处理单元，5、驱动电源，6、通信信号耦合器，7、整流器，8、光伏组件或电源系统，9、边框，10、接线盒，11、发热器件，12、背板，13、温度传感器，14、光伏组件或光伏组件串。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

实施例1

如图1所示的一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，包括电流传感器3、电子开关1、旁路开关2、信号检测处理单元4和驱动电源5。所述电子开关1与旁路开关2先并联连接，再与电流传感器3串联连接。该装置还包括电压传感器，电压传感器并联在光伏组件或电源系统8的两端，电压传感器的输出端与信号检测处理单元4的输入端相连。所述电流传感器3与信号检测处理单元连接。所述信号检测处理单元4的输出端分别与电子开关1、旁路开关2的控制端相连。所述的驱动电源5为信号检测处理单元4供电。所述电子开关1、旁路开关2、信号检测处理单元4和驱动电源5封装成独立的装置，也可部分或全部封装成专用芯片。如图11所示，电子开关1、旁路开关2、信号检测处理单元4、驱动电源5和光伏组件接线盒10一体化封装，发热器件11的散热面与光伏组件边框9或者其他导热性能良好的材料接触安装。如图12所示，该装置还包括背板12和安装在背板12上的温度传感器13。信号检测处理单元4，用于检测光伏组件或电源系统的电流及电压的异常波动信号，并控制旁路开关、电子开关的导通或断开。

如图2所示，本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置的主电路拓扑包括电子开关1、旁路开关2、电流传感器3。电流传感器3串联在电子开关1及光伏组件或电源系统8负极之间，旁路开关2与电子开关1并联连接。

当本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置应用在光伏汇流箱或逆变器上时，是串联或并联在电源回路中，通过断开电源回路或短路电源来实现故障保护。当本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置应用在蓄电池组中时，当故障发生时，可自动或手动切断电源回路。

实施例2

如图3所示，本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置的主电路拓扑包括电子开关1、旁路开关2、电流传感器3。电流传感器3与光伏组件正极或电源系统正极连接，电子开关1与光伏组件负极或电源系统负极连接，旁路开关2与电子开关1并联连接。

实施例3

如图4所示，本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置的主电路拓扑包括电子开关1、旁路开关2、电流传感器3。电子开关1串联在电流传感器3及光伏组件负极或电源系统负极之间，旁路开关2与电子开关1并联连接。

实施例4

如图5所示，本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置的主电路拓扑包括电子开关1、旁路开关2、电流传感器3。电流传感器3与光伏组件负极或电源系统负极连接，电子开关1与光伏组件正极或电源系统正极连接，旁路开关2与电子开关1并联连接。

实施例5

如图6所示，本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置的主电路拓扑包括电子开关1、旁路开关2、电流传感器3。电流传感器3串联在电子开关1及光伏组件正极或电源系统正极之间，旁路开关2与电子开关1并联连接。

实施例6

如图7所示，本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置的主电路拓扑包括电子开关1、旁路开关2、电流传感器3。电子开关1串联在电流传感器3及光伏组件正极或电源系统正极之间，旁路开关2与电子开关1并联连接。

实施例7

如图8所示，本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置的主电路拓扑包括电子开关1、旁路开关2。电子开关1与光伏组件或光伏组串14的输出端并联连接；旁路开关2与电子开关1并联连接。此时，驱动电源5从第三方外部电源取电。

实施例8

如图9所示，本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置的主电路拓扑包括电子开关1、旁路开关2、整流器7。两组串联的电子开关1与整流器7反向并联后并联旁路开关2。当本实用新型所述的用于光伏组件或电源系统的保护检测装置应用在交流电源中时，用两组串联的电子开关1与整流器反向并联，再与旁路开关并联，或可用晶闸管与机械式开关并联，来替代断路器、接触器、漏电保护器等电气开关装置。

实施例9

如图10所示，本实用新型所述的光伏组件或电源系统的保护与检测及控制的装置的包括电子开关1、旁路开关2、电流传感器3、信号检测处理单元4、驱动电源5、通信信号耦合器6。电流传感器3串联在电子开关1及光伏组件负极，电子开关1另一端与下一个光伏组件正极连接，旁路开关2与电子开关1并联连接。电流传感器3将电路参数发送给信号检测处理单元4，信号检测处理单元4控制电子开关1与旁路开关2的通或断；驱动电源5与所串联的光伏组件或电源系统连接，为信号检测处理单元4、电子开关1及旁路开关2供电。在电子开关1及旁路开关2的两端，并联通信信号耦合器6。

当与外部装置通信时，断开旁路开关2与电子开关1，利用并联在电子开关1及旁路开关2两端的通信信号耦合器6，控制耦合器的通与断，向外部装置发送通信信号。闭合旁路开关2及电子开关1，利用与电子开关1串联的电流传感器3，接收外部装置的通信信号。

本实用新型通过信号检测处理单元控制旁路开关的通断，并控制电子开关的通与断，发送编码信号与串联回路中的其他装置通信，并且通过电流传感器的变化来接收串联回路中其他装置的通信信号。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，其特征在于：包括电流传感器、电子开关、旁路开关、信号检测处理单元和驱动电源；所述电子开关与旁路开关并联连接，并联连接的电子开关与旁路开关再与电流传感器、光伏组件或电源系统串联连接；所述电流传感器与信号检测处理单元连接；所述信号检测处理单元的输出端分别与电子开关、旁路开关的控制端相连；所述的驱动电源分别为信号检测处理单元供电。

2.根据权利要求1所述的一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，其特征在于：该装置还包括通信信号耦合器，所述通信信号耦合器并联在电子开关及旁路开关的两端。

3.根据权利要求1所述的一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，其特征在于：该装置还包括第一整流器和第二整流器；所述的电子开关包括第一电子开关和第二电子开关，第一电子开关与第一整流器串联连接，第二整流器与第二电子开关串联连接；该两组串联的电子开关和整流器反向并联，再与旁路开关并联。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，其特征在于：所述的电子开关采用MOSFET、IGBT、GTR、SIT、SITH、IPM、PIC、晶闸管中的任意一种；所述的旁路开关采用机械式开关，该机械式开关为继电器或接触器。

5.根据权利要求1所述的一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，其特征在于：所述的电子开关、旁路开关、信号检测处理单元和驱动电源封装成独立的装置；或者封装成专用芯片。

6.根据权利要求1所述的一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，其特征在于：该装置还包括电压传感器，电压传感器并联在光伏组件或电源系统的两端，电压传感器的输出端与信号检测处理单元的输入端相连。

7.根据权利要求1所述的一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，其特征在于：所述的电子开关、旁路开关、信号检测处理单元、驱动电源与光伏组件接线盒一体化封装；发热器件的散热面与光伏组件边框或散热部件接触安装，所述散热部件采用导热性能良好的材料。

8.根据权利要求1所述的一种用于光伏组件或电源系统的保护检测装置，其特征在于：所述信号检测处理单元的温度传感器与光伏组件背板接触安装。