CN214204923U - 一种光伏逆变器的输入保护装置及光伏逆变器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏逆变器的输入保护装置及光伏逆变器系统。光伏逆变器的输入保护装置包括负载电阻、第一开关、第二开关；负载电阻和第一开关构成串联支路；第二开关，其设置于输入端正极和输出端正极之间；串联支路的一端连接于输入端正极和第二开关的连接点，另一端连接于输入端负极；输入保护装置具有第一工作模式和第二工作模式，当输入保护装置在第一工作模式时，第一开关断开，第二开关闭合；当输入保护装置在第二工作模式时，第一开关闭合，第二开关断开。本实用新型可以在光伏开路电压较高时将光伏逆变器与光伏面板分离，起到保护逆变器的作用。

Description

一种光伏逆变器的输入保护装置及光伏逆变器系统

技术领域

本实用新型属于光伏发电领域，具体涉及一种光伏逆变器的输入保护装置及光伏逆变器系统。

背景技术

光伏逆变器作为将太阳能组件(Solar module)提供的直流电转化为民用或工业用的交流电的核心装置，在新能源领域的地位越来越重要。目前光伏逆变器的MPPT输入电压范围已经设计好。但对于有些特殊情况下的用户接的光伏面板的最大输出开路电压较高，而MPPT工作电压较低这一工况，如果使用当前的光伏逆变器，在开路电压较高时，且逆变器还未工作的情形，此时电压较大，超出逆变器输入电压范围，可能永久性的损坏逆变器，因此逆变器无法适用于这种工况。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种光伏逆变器的输入保护装置，其可以在光伏开路电压较高时将光伏逆变器与光伏面板分离，起到保护逆变器的作用。本实用新型还提供了一种光伏逆变器系统，其中的光伏逆变器能够在光伏开路电压较高时与光伏面板分离，有效保护逆变器。

本实用新型的第一个方面提供一种光伏逆变器的输入保护装置，所述输入保护装置具有用于连接光伏面板的输入端正极和输入端负极及用于连接光伏逆变器的输出端正极和输出端负极；所述输入保护装置包括负载电阻、第一开关、第二开关；

所述负载电阻和所述第一开关构成串联支路；

第二开关，其设置于所述输入端正极和所述输出端正极之间；

所述串联支路的一端连接于所述输入端正极和所述第二开关的连接点，另一端连接于所述输入端负极；

所述输入保护装置具有第一工作模式和第二工作模式，当所述输入保护装置在第一工作模式时，所述第一开关断开，所述第二开关闭合；当所述输入保护装置在第二工作模式时，所述第一开关闭合，所述第二开关断开。

在一优选且具体的实施例中，所述输入保护装置还包括：

第一运放比较器，其正输入端连接于所述输入端正极，反输入端连接于所述输入端负极；

温度检测装置，其用于检测所述负载电阻的温度；

与门，其具有连接于所述第一运放比较器的输出端的第一输入端、连接于所述温度检测装置的第二输入端及用于控制所述第一开关通断的输出端；

第一定时器，其连接于所述第一运放比较器的输出端和所述与门的第一输入端之间；及

第二定时器，其连接于所述温度检测装置和所述与门的第二输入端之间。

更优选地，所述第一开关为继电器，所述输入保护装置还包括用于为所述第一开关的线圈供电的开关电源；所述第一开关的线圈和所述开关电源之间连接有控制开关，所述与门的输出端连接于所述控制开关。

进一步地，所述开关电源包括输入端连接于所述输入端正极和所述输入端负极之间的DC/DC电路。

在另一优选且具体的实施例中，所述第一开关为继电器，所述输入保护装置还包括：

第一运放比较器，其正输入端连接于所述输入端正极，反输入端连接于所述输入端负极；

第一定时器，其连接于所述第一运放比较器的输出端和所述第一开关的线圈之间。

在又一优选且具体的实施例中，所述第一开关为继电器，所述输入保护装置还包括：

温度检测装置，其用于检测所述负载电阻的温度；

第二定时器，其连接于所述温度检测装置和所述第一开关的线圈之间。

在一实施例中，所述输入保护装置还包括用于在所述第一开关闭合时开始计时的第一定时器。

更优选地，所述第一定时器和所述第一开关的触点电连接。

在一实施例中，所述输入保护装置还包括用于控制所述第二开关的通断的第二运放比较器，所述第二运放比较器的正输入端连接于所述输入端正极，反输入端连接于所述输入端负极。

更优选地，所述控制装置还包括用于为所述第一开关供电的开关电源。

进一步地，所述开关电源包括连接于所述输入端正极和所述输入端负极之间的DC/DC电路。

优选地，所述第一开关和/或所述第二开关为继电器。

本实用新型的第二个发明提供了一种光伏逆变器系统，包括光伏逆变器，所述光伏逆变器通过如上所述的输入保护装置连接光伏面板。

优选地，所述输入保护装置设置于所述光伏逆变器的外壳之外。

本实用新型设计了一种可以将较高的光伏开路输出电压进行转换后供逆变器使用的输入保护装置，此装置连接于光伏面板和光伏逆变器之间，作为连接光伏面板和光伏逆变器的中间桥梁，不用改变当前光伏电站的系统架构。当光伏面板开路电压高于光伏逆变器MPPT输入电压范围时，此装置将高压降低后输出供光伏逆变器使用，使光伏逆变器可以正常工作，光伏逆变器工作起来后，面板输出电压会下降，当面板输出电压下降到光伏逆变器MPPT输入电压范围内时，此装置切换为另一种工作模式，不会将面板输出的低压继续降低，而是使用面板输出电压供逆变器工作；当光伏面板开路输出电压在光伏逆变器MPPT输入电压范围时，此装置相当于短路状态，不改变光伏面板输出给光伏逆变器的电压，不改变逆变器的正常工作电压，对其无影响。

当逆变器故障后，PV面板输出电压会升高到开路电压，如开路电压较高会对逆变器造成损坏，本实用新型的装置及方法可以及时在电压升高到毁坏逆变器前将逆变器与PV面板分离，从而起到保护逆变器的作用。

本实用新型采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本实用新型能够在由光伏面板输入的开路电压过大时对其进行转换，供后级的光伏逆变器正常工作；还能够在光伏逆变器故障时，即使将其与光伏面板分离，对后级的光伏逆变器起到保护作用；此装置连接于光伏面板和光伏逆变器之间，作为连接光伏面板和光伏逆变器的中间桥梁，不用改变当前光伏电站的系统架构；该输入保护装置器件少、成本低、损耗小、效率高，适用于光伏面板开路电压较高而光伏逆变器适用电压范围偏低的光伏逆变器系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例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为根据本实用新型实施例的一种光伏逆变器系统的示意图；

图2为根据本实用新型实施例的一种输入保护装置的电路图；

图3为低压时经过本发明实施例的输入保护装置后的测试波形图；

图4为高压时经过本发明实施例的输入保护装置后的测试波形图。

其中：

1、光伏面板；2、输入保护装置；3、光伏逆变器；4、电网；

201、输入端正极；202、输入端负极；203、输出端正极；204、输出端负极；21、负载电阻；22、第一开关；23、第二开关；24、第一运放比较器；25、第一定时器；26、温度检测装置；27、第二定时器；28、与门；29、第二运放比较器；30、开关电源；31、控制开关。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。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。

本实施例提供一种光伏逆变器的输入保护装置，及具有该输入保护装置的光伏逆变器系统。参照图1所示，输入保护装置2连接在光伏面板1的输出和光伏逆变器3的输入之间。光伏面板11用于将太阳光的能量转换为电能并输出直流电，光伏面板11输出的直流电经过输入保护装置2后供给光伏逆变器3转换为交流电，然后馈给电网4。在该过程中，当光伏面板11输出的开路电压小于设定值时，输入保护装置2不对其进行处理，光伏面板11输出的直流电直接经过输入保护装置2供给光伏逆变器3；当光伏面板11输出的开路电压大于设定值时，输入保护装置2待降压后供给光伏逆变器3。本文述及的“设定值”可以为光伏逆变器3允许的MPPT输入电压的最大值。例如目前单相机光伏逆变器MPPT输入电压最大为600V(即为上述的设定值)，而某些情况光伏面板1输出最大开路电压达800V。如果使用600V最大输入电压的光伏逆变器3直接连接最大开路电压为800V的光伏面板1，光伏逆变器3很可能出现永久性损坏故障。本发明装置连接于光伏面板1和光伏逆变器3之间就可以很好的解决这个问题，使当前市场的600V光伏逆变器3可以适用于最大开路电压为800V的光伏面板1系统。

参照图2所示，本实施例的输入保护装置2具有用于连接光伏面板1的输入端正极201和输入端负极202及用于连接光伏逆变器3的输出端正极203和输出端负极204。该输入保护装置2具体包括负载电阻21、第一开关22、第二开关23。其中，负载电阻21和第一开关22相互串联构成串联支路；第二开关23设置于输入端正极201和输出端正极203之间；上述串联支路的一端连接于输入端正极201和第二开关23的连接点，另一端连接于输入端负极202。负载电阻21能够将光伏面板1较高的开路电压进行拉低后提供给光伏逆变器3使用。该输入保护装置2具有第一工作模式和第二工作模式。当输入保护装置2在第一工作模式时，第一开关22断开，第二开关23闭合，光伏面板1输入的电压直接供给后端的光伏逆变器3。当输入保护装置在第二工作模式时，第一开关22闭合，第二开关23断开，光伏面板1输入的电压过高，输入保护装置2将光伏面板1和光伏逆变器3断开，待电压降至设置电压值后，再切换至第一工作模式。

输入保护装置2还包括：

第一运放比较器24，其正输入端连接于输入端正极201，反输入端连接于输入端负极202；

温度检测装置26，其用于检测负载电阻21的温度；

与门28，其具有连接于第一运放比较器24的输出端的第一输入端、连接于温度检测装置26的第二输入端及用于控制第一开关22通断的输出端；通过与门28，根据输入的PV电压和负载电阻21的温度同时控制第一开关22的闭合和断开；

第一定时器25，其连接于第一运放比较器24的输出端和与门28的第一输入端之间；及

第二定时器27，其连接于温度检测装置26和与门28的第二输入端之间。

具体到本实施例中，第一开关22为继电器，通过对其线圈供电或断电而控制触点吸合或是断开。输入保护装置2还包括用于为第一开关22的线圈供电的开关电源30。该开关电源30具体为输入端连接于输入端正极201和输入端负极202之间的DC/DC电路，将光伏面板1输入的电压转换后用作控制第一开关22的电力。第一开关22的线圈和开关电源30之间连接有控制开关31，与门28的输出端连接于控制开关31。该控制开关31具体为三极管。第一运放比较器24和定时器协同配合，对第一开关22闭合、定时断开，从而控制负载电阻21接入系统和从系统断开。温度检测装置26具体为热敏电阻，第一定时器25和第二定时器27分别为555定时器。

输入保护装置2还包括用于控制第二开关23的通断的第二运放比较器29，第二运放比较器29的正输入端连接于输入端正极201，反输入端连接于输入端负极202。第二运放比较器29的输出端用于控制第二开关23的触点动作。具体而言，第二开关23为继电器，第二运放比较器29的输出端连接于第二开关23的线圈，用于控制向线圈供电或断电。使用第二运放比较器29对第二开关23进行开关控制，从而控制对后级光伏逆变器3进行保护和能源供给。

当光伏面板1的电压较低时，定时器控制第一开关22断开，第二运放比较器29控制第二开关23闭合，此时本输入保护装置2相当于闭合的继电器将PV电压直接转送给后级逆变器，逆变器正常工作，本输入保护装置2不会增加过多的系统损耗。当光伏面板1的电压较高时，第二运放比较器29控制第二开关23断开，避免高压直接输送到逆变器，从而起到保护逆变器的作用；两个555定时器控制第一开关22闭合，将负载电阻21接入系统，使光伏面板1的电压降低，电压降低后，第二运放比较器29控制第二开关23闭合，本输入保护装置2将低压转送给逆变器，逆变器正常工作，进行MPPT曲线追踪，第一定时器25定时时间到后，控制第一开关22断开，使负载电阻21从系统断开，逆变器正常工作。

输入保护装置2设置于光伏逆变器3的外壳之外，直接连接于光伏面板1和光伏逆变器3之间，无需将已建好的电站重新改变系统架构，可以很方便的应用于某些光伏面板1最大输出开路电压大于当前光伏逆变器3输入MPPT电压的场景。

上述的输入保护装置2的输入保护方法包括如下步骤：

A、检测由光伏面板1输入的电压；

B、当电压大于设定电压值时，将第一开关22闭合，将第二开关23断开；

C、当电压小于设定电压值时，将第一开关22断开，将第二开关23闭合。

输入保护方法还包括如下步骤D：检测负载电阻21的温度，当温度大于设定温度值时，将第一开关22断开。步骤D中，当第一开关22断开后，通过第二定时器27计时，当达到第二设定时间后，允许将第一开关22闭合。第二设定时间大于逆变器自检启机时间。

步骤B中，仅当电压大于设定电压值且温度小于设定温度值时，将第一开关22闭合。

步骤C中，当第一开关22闭合且第二开关23断开后，通过第一定时器25计时，当达到第一设定时间后即判断电压小于设定电压值，将第一开关22断开，将第二开关23闭合。

以下举例说明本实施例在不同场景下的工作原理：

当光伏面板1的开路电压在0～600V之间时，第一定时器25不工作，第一开关22无电源驱动，从而第一开关22处于断开状态；第二运放比较器29控制第二开关23闭合，光伏面板1的输出电压经过第二开关23直接连接到光伏逆变器3的输入端，供光伏逆变器3的正常工作。在该场景下，输入保护装置2相当于闭合的继电器，不影响光伏面板1的开路电压较低时的工作状态。

当光伏面板1开路电压在600V～800V之间时，第二运放比较器29动作，控制继电器第二开关23断开，从而将光伏面板1的与光伏逆变器3断开，使光伏面板1的高压不会直接输送到逆变器，从而对逆变器起到高压保护的作用，避免光伏面板1的高压对逆变器的造成损坏。同时第一定时器25开始工作，计时开始，使第一开关22线圈得到电源，从而控制第一开关22闭合，将负载电阻21接入系统，由于负载电阻21的负载作用，使光伏面板1的输出电压下降到600V以下，此时第二运放比较器29控制第二开关23闭合，光伏面板1的输出电压经过第二开关23直接连接到光伏逆变器3的输入端，此时光伏面板1的较高的开路电压降压后输出给光伏逆变器3的电压将低于600V，符合光伏逆变器3的的输入电压范围。逆变器工作起来后，MPPT电压会继续下降，当第一定时器25定时时间到后，输出低电平，第一开关22驱动电源断开，使得第一开关22断开，将负载电阻21从系统中分离，光伏面板1的输出电压经过第二开关23直接连接到光伏逆变器3的输入端，供光伏逆变器3正常工作。光伏逆变器3正常工作时，输入保护装置2不影响光伏面板1的到光伏逆变器3的能量供给及工作状态。

同时，在第一开关22闭合将负载电阻21接入系统的器件，通过温度检测传感器检测负载电阻21的温度，当温度大于设定温度值时，将第一开关22断开，以保护负载电阻21，避免负载电阻21过热。同时，第二定时器27开始计时，当达到设定时间后，即负载电阻21的温度较大设定温度值以下，再驱动第一开关22闭合将负载电阻21接入系统。

当光伏逆变器3的故障时，光伏面板1的输出电压会回到开路电压，在电压上升过程中，输入保护装置2及时工作，断开第二开关23，使光伏逆变器3及时与光伏面板1分离，从而起到保护光伏逆变器3的作用。

本实施例提供了一种可以将较高的光伏开路输出电压进行转换后供逆变器使用的输入保护装置2，此装置连接于光伏面板1和光伏逆变器3之间，作为连接光伏面板1和光伏逆变器3的中间桥梁，不用改变当前光伏电站的系统架构。当光伏面板1开路电压高于光伏逆变器3MPPT输入电压范围时，此装置将高压降低后输出供光伏逆变器3使用，使光伏逆变器3可以正常工作，光伏逆变器3工作起来后，面板输出电压会下降，当面板输出电压下降到光伏逆变器3MPPT输入电压范围内时，此装置切换为另一种工作模式，不会将面板输出的低压继续降低，而是使用面板输出电压供逆变器工作；当光伏面板1开路输出电压在光伏逆变器3MPPT输入电压范围时，此装置相当于短路状态，不改变光伏面板1输出给光伏逆变器3的电压，不改变逆变器的正常工作电压，对其无影响。当逆变器故障后，PV面板输出电压会升高到开路电压，如开路电压较高会对逆变器造成损坏，本实用新型装置可以及时在电压升高到毁坏逆变器前将逆变器与PV面板分离，从而起到保护逆变器的作用。

本实施例的输入保护装置一种可以将较高的光伏开路输出电压进行转换后供光伏逆变器3使用的装置，此装置连接于光伏面板1和光伏逆变器3之间，作为连接光伏面板1和光伏逆变器3的中间桥梁，不用改变当前光伏电站的系统架构。当光伏面板1开路电压高于光伏逆变器3的MPPT输入电压范围时，此装置将高压降低后输出供光伏逆变器3使用，使光伏逆变器3可以正常工作，光伏逆变器3工作起来后，面板输出电压会下降，当面板输出电压下降到光伏逆变器3的MPPT输入电压范围内时，此装置切换为另一种工作模式，不会将面板输出的低压继续降低，而是使用面板输出电压供逆变器工作；当光伏面板1开路输出电压在光伏逆变器3MPPT输入电压范围时，此装置相当于短路状态，不改变光伏面板1输出给光伏逆变器3的电压，不改变逆变器的正常工作电压，对其无影响。

图3和图4分别示出了光伏面板输入的电压为低压和高压时的测试波形图。图3所示的低压时的测试波形图中，第一开关RLY1不动作，PV电压直接给逆变器，不增加额外损耗。图4所示的高压时的测试波形中，第一开关RLY1先闭合将高压770V拉低，拉低后第二开关RLY2闭合，将高压转成低压提供逆变器供电，防止高压损坏逆变器。

上述输入保护装置器件少、成本低、损耗小、效率高，放置于光伏逆变器外部，不需要改变光伏电站的系统架构，直接连接在光伏面板和光伏逆变器之间，特别适用于光伏面板开路电压较高而逆变器适用电压范围偏低的光伏逆变器系统。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限定本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器的输入保护装置，具有用于连接光伏面板的输入端正极和输入端负极及用于连接光伏逆变器的输出端正极和输出端负极；其特征在于，所述输入保护装置包括负载电阻、第一开关及第二开关；

所述负载电阻和所述第一开关构成串联支路；

第二开关，其设置于所述输入端正极和所述输出端正极之间；

所述串联支路的一端连接于所述输入端正极和所述第二开关的连接点，另一端连接于所述输入端负极；

所述输入保护装置具有第一工作模式和第二工作模式，当所述输入保护装置在第一工作模式时，所述第一开关断开，所述第二开关闭合；当所述输入保护装置在第二工作模式时，所述第一开关闭合，所述第二开关断开。

2.根据权利要求1所述的输入保护装置，其特征在于：所述输入保护装置还包括：

第一运放比较器，其正输入端连接于所述输入端正极，反输入端连接于所述输入端负极；

温度检测装置，其用于检测所述负载电阻的温度；

与门，其具有连接于所述第一运放比较器的输出端的第一输入端、连接于所述温度检测装置的第二输入端及用于控制所述第一开关通断的输出端；

第一定时器，其连接于所述第一运放比较器的输出端和所述与门的第一输入端之间；及

第二定时器，其连接于所述温度检测装置和所述与门的第二输入端之间。

3.根据权利要求2所述的输入保护装置，其特征在于：所述第一开关为继电器，所述输入保护装置还包括用于为所述第一开关的线圈供电的开关电源；所述第一开关的线圈和所述开关电源之间连接有控制开关，所述与门的输出端连接于所述控制开关。

4.根据权利要求3所述的输入保护装置，其特征在于：所述开关电源包括输入端连接于所述输入端正极和所述输入端负极之间的DC/DC电路。

5.根据权利要求1所述的输入保护装置，其特征在于：所述第一开关为继电器，所述输入保护装置还包括：

第一运放比较器，其正输入端连接于所述输入端正极，反输入端连接于所述输入端负极；

第一定时器，其连接于所述第一运放比较器的输出端和所述第一开关的线圈之间。

6.根据权利要求1所述的输入保护装置，其特征在于：所述第一开关为继电器，所述输入保护装置还包括：

温度检测装置，其用于检测所述负载电阻的温度；

第二定时器，其连接于所述温度检测装置和所述第一开关的线圈之间。

7.根据权利要求1所述的输入保护装置，其特征在于：所述输入保护装置还包括用于控制所述第二开关的通断的第二运放比较器，所述第二运放比较器的正输入端连接于所述输入端正极，反输入端连接于所述输入端负极。

8.根据权利要求1所述的输入保护装置，其特征在于：所述第一开关和/或所述第二开关为继电器。

9.一种光伏逆变器系统，包括光伏逆变器，其特征在于：所述光伏逆变器通过如权利要求1至8任一项所述的输入保护装置连接光伏面板。

10.根据权利要求9所述的光伏逆变器系统，其特征在于：所述输入保护装置设置于所述光伏逆变器的外壳之外。

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