CN208257762U - 一种低成本光伏关断控制器及控制系统 - Google Patents

一种低成本光伏关断控制器及控制系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种低成本光伏关断控制器，包括：至少四条汇流条，每条汇流条的一端均与光伏组件相连，相邻的两条汇流条远离光伏组件的端部之间以二极管相连；还包括续流二极管、控制单元MCU、与控制单元MCU连接的驱动电路、向控制单元MCU供电的低电压电源管理芯片、由驱动电路控制的开关组件，低电压电源管理芯片与汇流条端部的其中一个二极管并联，开关组件连接于光伏组件正极与续流二极管的阴极之间，续流二极管的阳极与光伏组件负极相连；或者开关组件连接于光伏组件负极与续流二极管的阳极之间，续流二极管的阴极与光伏组件正极相连。利用本实用新型，降低成本的同时保证了安全性与可靠性。

Description

一种低成本光伏关断控制器及控制系统
技术领域
本实用新型属于光伏发电领域，尤其是涉及一种低成本光伏关断控制器及控制系统。
背景技术
随着石化能源的日益消耗及环境问题的逐渐凸显，清洁能源的利用已越来越普遍，特别是光伏发电，已成为电力供应不可或缺的一部分。
光伏发电系统首先将组件串联形成组串，组串再并联形成阵列，然后接入后级逆变器并网发电。经常看到报道光伏电站在运行过程中出现火灾危险事故，一当发生火灾，由于光伏电站现场存在1000V(或1500V)高压，不能保证救火消防人员的安全。
美国国家电工规范(NEC 2017 690.12)标准：紧急情况下，层顶光伏发电系统具有组件级的关断能力，这个光伏发电系统电压需要在30秒钟内下降到80V以下。
公开号为CN 206790098U的中国专利文献公开了一种光伏组件快速关断装置及光伏发电系统，通过驱动电路控制并联连接于光伏组件输出回路的至少两个开关管，当需要关断光伏组件的输出时，各个开关管均可响应，进而关断相应光伏组件的输出；当光伏组件需要正常输出时，即便其中一个开关管由于门极过压而导致损坏，还可以通过并联连接的其他开关管实现光伏组件电能的正常输出；各个开关管互为冗余，保证了光伏组件电能的正常输出，避免了系统发电量的损失。
然而，该光伏关断装置中大多元件均取光伏组件的全部电压，造成元件的成本都比较高。因此需要设计一种可以利用低电压元件的关断装置，降低成本。
实用新型内容
针对现有产品成本过高的不足，本实用新型提供了一种低成本光伏关断控制器及控制系统，降低了成本的同时具有安全、可靠、响应速度快的优点。
一种低成本光伏关断控制器，包括：至少四条汇流条，每条汇流条的一端均与光伏组件相连，相邻的两条汇流条远离光伏组件的端部之间以二极管相连；
还包括续流二极管、控制单元MCU、与控制单元MCU连接的驱动电路、向控制单元MCU供电的低电压电源管理芯片、由驱动电路控制的开关组件，所述低电压电源管理芯片与汇流条端部的其中一个二极管并联，所述开关组件连接于光伏组件正极与所述续流二极管的阴极之间，所述续流二极管的阳极与光伏组件负极相连；
或者所述开关组件连接于光伏组件负极与所述续流二极管的阳极之间，所述续流二极管的阴极与光伏组件正极相连。
作为优选，所述汇流条的数量为四条。此时，四条汇流条的端部设有三个串联的二极管，低电压电源管理芯片只取光伏组件的三分之一电压给MCU供电。相比于整个光伏组件的电压，使用低电压电源管理芯片可以降低成本。而驱动电路的供电也可直接取三分之一的光伏组件电压供电，不需要单独做辅助源，也可降低成本。
作为优选，还包括接受快速关断指令的检测与通讯模块，所述检测与通讯模块与控制单元MCU连接。所述检测与通讯模块内设有电压检测器、电流检测器、功率检测器、发电量检测器及温度检测器，可以通过有线(RS232、RS485等)或无线(3G、4G、5G)方式与别的设备进行通信传输。
作为优选，所述开关组件包括并联连接的至少两个开关器，每个开关器单独受驱动电路控制。
当需要关断光伏组件的输出时，各个开关器均可响应，进而关断相应光伏组件的输出；当光伏组件需要正常输出时，即便其中一个开关器由于门极过压而导致损坏，还可以通过并联连接的其他开关器实现光伏组件电能的正常输出；各个开关器互为冗余，保证了光伏组件电能的正常输出，避免了系统发电量的损失。
作为优选，所述开关器可以为MOS管或继电器。
作为优选，光伏关断控制器可集成于接线盒中，使得在应用过程中不需要新增外壳。
本实用新型还提供了一种低成本光伏关断控制系统，包括若干个并联的光伏组串，所述光伏组串均由数量相同的光伏组件串联而成，每个光伏组件的输出端均连接有光伏关断控制器，所述若干个并联的光伏组串与中央控制单元、逆变器并联连接后接入电网。
当某一光伏组件发生故障时，通过主动或被动切断故障光伏组件的开关组件，此时，其他正常的光伏组件的电流可以经过由续流二极管形成的通路，从而保障整个光伏系统仍可正常工作。
作为优选，所述中央控制单元可以集成于逆变器中。
本实用新型的低成本的光伏关断控制系统可以形成一个功率回路和一个通讯回路。光伏组件的输出端与光伏关断控制器的输入端并联；光伏关断控制器的输出端依次串联，形成光伏组串；若干光伏组串并联形成光伏阵列，光伏阵列与中央控制单元并联，同时也与逆变器的输入端并联，逆变器输出并入电网，形成功率回路。
关断控制器中集成有通讯模块，可以通过有线或无线的方式接受或发送指令给中央控制单元，中央控制单元也可以通过有线或无线的方式上传给云平台，这样可以通过云平台接收或发送关断指令(还兼具收发数据的监控功能)，实现远程管理，形成通讯回路。同时中央控制单元上有一个一键关断按钮，可以实现现场一键关断。
本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型光伏关断控制器具有成本低的优点，首先光伏关断控制器集成于接线盒中，使得系统不需要新增外壳；关于辅助源供电，可以取其三分之一的电压，这样可以使用低电压的电源管理芯片，使得成本降低；同时也不需要再单独做一级辅助电源给驱动电路供电，直接使用三分之一的组件供电，更进一步降低成本。
2、本实用新型的光伏关断控制系统，有主动关断和被动关断，同时具有近程关断和远程关断的功能，具有架构简单，可靠，响应速度快等特点。
附图说明
图1为本实用新型低成本光伏关断控制器的结构示意图；
图2为本实用新型低成本光伏关断控制系统的结构示意图。
图中：1为汇流条；2为二极管；3为低电压电源管理芯片；4为控制单元MCU；5为检测与通讯模块；6为驱动电路；7为开关组件；8为续流二极管；10111、10112…101nm为光伏组件；10211、10212…102nm为光伏关断控制器；103为中央控制单元；104为逆变器；105为电网。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，一种低成本光伏关断控制器，包括四条三条汇流条1，每条汇流条1的一端均与光伏组件的输出端相连，相邻的两条汇流条1远离光伏组件的端部之间以二极管2相连；低电压电源管理芯片3与汇流条1端部的其中一个二极管2并联，低电压电源管理芯片3向控制单元MCU4供电，驱动电路6与控制单元MCU4连接。驱动电路6控制开关组件7的断开与闭合。
本实施例中，开关组件7连接于光伏组件负极与续流二极管8的阳极之间，续流二极管8的阴极与光伏组件正极相连。光伏关断控制器集成于接线盒中，辅助源供电只取光伏组件下端的三分之一转化为3.3V给控制单元MCU供电。驱动电路6的供电也取组件下端的三分之一供电，不需要单独做辅助源。
如图2所示，一种低成本光伏关断控制系统，由n×m个光伏组件，n×m个光伏关断控制器，1或m个中央管理单元及逆变器和电网构成。光伏组件的输出端与光伏关断控制器的输入端并联；光伏关断控制器的输出端依次串联，形成组串；若干组串并联形成阵列，阵列与中央控制单元103并联，同时也与逆变器104的输入端并联中，逆变器104输出并入电网105，形成功率回路；另一通讯回路，关断控制器中集成有检测与通讯模块，可以通过有线或无线的方式接受或发送指令给中央管理单元，中央管理单元也可以通过有线或无线的方式上传给云平台，这样可以通过云平台接收或发送关断指令(还兼具收发数据的监控功能)，实现远程管理，同时中央管理单元上有一个一键关断按钮，可以实现现场一键关断。
本实用新型的具体控制方法如下：
(1)光伏关断控制器上的检测与通讯模块可以采集光伏组件的输出电压、电流、功率、发电量及接线盒内某一点的温度，将这些数据以无线(射频通讯)或有线(电力线载波通讯)的方式上传给中央管理单元。中央管理单元再把这些数据以无线(3G，4G，5G)或有线(RS232，RS485等)方式上传给服务器，最后通过云平台控制。下行数据反过来，可以发送各种操作命令。
(2)主动关断与被动关断：
(2.1)系统运行过程中，电压、电流、功率、温度等数据超过阀值，则服务器或中央管理单元主动下发关断命令去关断问题组件或组串。
(2.2)组串脱离逆变器或逆变器停机，则服务器或中央管理单元主动下发关断命令去关断相关组串。
(2.3)火灾等危险状况，则服务器或中央管理单元主动下发关断命令去关断相关组串。
(2.4)光伏电站维护等，可以人为下发关断命令去关断相关组串。
(3)远程关断与近程关断，关断命令的下发可以通过远程云平台实现主动关断与被动关断，也可以通过现场中央管理单元实现主动关断。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (8)

1.一种低成本光伏关断控制器，其特征在于，包括：至少四条汇流条，每条汇流条的一端均与光伏组件相连，相邻的两条汇流条远离光伏组件的端部之间以二极管相连；
还包括续流二极管、控制单元MCU、与控制单元MCU连接的驱动电路、向控制单元MCU供电的低电压电源管理芯片、由驱动电路控制的开关组件，所述低电压电源管理芯片与汇流条端部的其中一个二极管并联，所述开关组件连接于光伏组件正极与所述续流二极管的阴极之间，所述续流二极管的阳极与光伏组件负极相连；
或者所述开关组件连接于光伏组件负极与所述续流二极管的阳极之间，所述续流二极管的阴极与光伏组件正极相连。
2.根据权利要求1所述的低成本光伏关断控制器，其特征在于，还包括接受快速关断指令的检测与通讯模块，所述检测与通讯模块与控制单元MCU连接。
3.根据权利要求2所述的低成本光伏关断控制器，其特征在于，所述检测与通讯模块内设有电压检测器、电流检测器、功率检测器、发电量检测器及温度检测器。
4.根据权利要求1所述的低成本光伏关断控制器，其特征在于，所述开关组件包括并联连接的至少两个开关器，每个开关器单独受驱动电路控制。
5.根据权利要求4所述的低成本光伏关断控制器，其特征在于，所述开关器为MOS管或继电器。
6.根据权利要求1所述的低成本光伏关断控制器，其特征在于，所述汇流条的数量为四条。
7.一种低成本光伏关断控制系统，包括若干个并联的光伏组串，所述光伏组串均由数量相同的光伏组件串联而成，其特征在于，每个光伏组件的输出端均连接有权利要求1-6任一所述的光伏关断控制器，所述若干个并联的光伏组串与中央控制单元、逆变器并联连接后接入电网。
8.根据权利要求7所述的低成本光伏关断控制系统，其特征在于，所述中央控制单元集成于逆变器中。
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CN109995017A (zh) * 2019-04-09 2019-07-09 江苏辉伦太阳能科技有限公司 一种光伏组件复合开关的控制装置及方法
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