CN215120722U - 一种关断器以及光伏快速关断系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种关断器以及光伏快速关断系统。该关断器,包括:关断模块和浮压消除装置。在该关断器中,浮压消除装置设置于关断模块的输出端两极之间,并且,当该关断器处于关断状态且该关断器的输出端电压大于预设阈值时,该浮压消除装置在预设时间内处于导通状态,以对与关断器输出端相连的逆变器直流侧的相应端口处的直流电容进行放电,从而使得该关断器的输出可以在规定时间内下降至安全状态,同时也能够加快相应的逆变器的直流侧的相应端口的电压下降速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动控制技术领域,特别是涉及一种关断器以及光伏快速关断系统。
背景技术
目前,逆变器的参考地存在两种设计思路,一种为共地设计,另一种为浮地设计。其中,共地设计即为:参考地AGND与逆变器的直流母线负极BUS-相连,以形成统一参考电位平面;浮地设计即为:参考地AGND与逆变器的直流母线负极BUS-相互独立,单独形成一独立参考电位平面。
通常情况下,当逆变器为双级逆变器(如图1所示)时,会在逆变器中的各个直流变换电路04的输入端和逆变电路05的直流侧设置采样电路,如图2(图中省略了逆变电路05的具体结构)所示:PV1+、PV2+…PVN+分别为各个直流变换电路04的输入端正极,PV1-、PV2-…PVN-分别为各个直流变换电路04的输入端负极;在每个直流变换电路04的输入端两极之间均设置有PV采样电路01,分别采样各个直流变换电路04的输入端的电压Vpv、Vpv2...VpvN;在逆变电路05的直流侧两极BUS+和BUS-之间设置有串联连接的正半母线电容C+和负半母线电容C-;并且,在逆变电路05的直流侧两极BUS+和BUS-之间还设置有母线电压采样电路02,采样逆变电路05的直流侧电压VBus;在负半母线电容C-两端设置有负半母线电压采样电路03,采样负半母线电容C-两端的电压VC-。
对上述电路结构进行简化,如图3所示,当逆变器采用浮地设计且处于停机状态时,负半母线电容C-可以沿图3中的虚线向各个直流变换电路04的输入电容Cr充电,使得各个直流变换电路04的输入电压维持在一定的电压值;虽然通常情况下会额外设计对负半母线电容C-的放电电路,但是该放电电路的放电速度较慢,通常在5min左右,使得处于关断状态的关断器的输出端电压无法在规定时间(30s内)内降至安全电压(30V)以下。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型提供了一种关断器以及光伏快速关断系统,以解决处于关断状态的关断器的输出端电压不能在规定时间内下降至安全电压以下的问题。
为实现上述目的,本实用新型实施例提供如下技术方案:
本申请一方面提供一种关断器,包括:关断模块和浮压消除装置;其中:
所述关断模块的输入端作为所述关断器的输入端,所述关断模块的输出端作为所述关断器的输出端;
所述浮压消除装置设置于所述关断模块的输出端两极之间;
在所述关断器处于关断状态且所述关断器的输出端电压大于预设阈值时,所述浮压消除装置在预设时间内处于导通状态。
可选的,在所述关断器处于关断状态且所述关断器的输出端电压大于预设阈值时,所述浮压消除装置始终处于导通状态。
可选的,在所述关断器处于关断状态且所述关断器的输出端电压大于预设阈值时,所述浮压消除装置按照预设周期间歇性处于导通状态,或者,所述浮压消除装置在所述预设时间内连续处于导通状态。
可选的,在所述关断器处于开通状态时,以及,在所述关断器处于关断状态且所述关断器的输出端电压小于等于所述预设阈值时,所述浮压消除装置均处于关断状态。
可选的,所述浮压消除装置,包括:至少一个开关装置;其中:
当所述开关装置的个数大于1时,各个所述开关装置串联连接。
可选的,所述开关装置为MOS晶体管或者三极管。
可选的,所述浮压消除装置,还包括:电阻模块;其中:
所述开关装置和所述电阻模块串联连接。
可选的,所述浮压消除装置通过所述关断模块中的第一驱动电路受控于所述关断模块中的处理器。
可选的,还包括:控制器和第二驱动电路;其中:
所述浮压消除装置通过所述第二驱动电路受控于所述控制器。
可选的,所述控制器与所述关断模块中的处理器通信连接。
可选的,所述浮压消除装置受控于数字控制器或者由模拟电路组成的模拟控制器。
可选的,所述关断模块,包括:开关模块、输出电压采集单元、处理器、第一驱动电路和第二二极管;其中:
所述开关模块设置于所述关断模块输入端与输出端之间的任一极传输支路上,所述开关模块通过所述第一驱动电路受控于所述处理器;
所述输出电压采集单元分别与所述关断模块的输出端正极和输出端负极相连,并与所述处理器通信连接;
所述第二二极管的阳极与所述关断模块的输出端负极相连,所述第二二极管的阴极与所述关断模块的输出端正极相连。
可选的,所述关断模块,还包括:辅助电源、输入电压采集单元、低压电源、电容、第一二极管和电流采样支路;其中:
所述辅助电源取电于所述关断模块的输入端,为所述处理器供电;
所述输入电压采集单元分别与所述关断模块的输入端正极和输入端负极相连,并与所述处理器通信连接;
所述低压电源通过所述第一二极管与所述关断模块的输出端正极相连,所述低压电源还通过所述电容与所述关断模块的输出端负极相连;
所述电流采样支路与所述处理器通信连接,所述电流采样支路串联于所述关断模块输入端与输出端之间的负极传输支路上,并且,所述电流采样支路处于所述第二二极管与所述关断模块的输出端负极之间。
本申请另一方面提供一种光伏快速关断系统,包括:逆变器和至少一个光伏组串;至少一个所述光伏组串,包括:多个如本申请上一方面任一项所述的关断器及其输入端连接的光伏组件;
存在所述关断器的所述光伏组串中,各个所述关断器的输出端依次串联,串联后的两端作为所述光伏组串的输出端、连接于所述逆变器的直流侧相应端口。
可选的,所述逆变器为双级逆变器。
可选的,所述双级逆变器,包括:逆变电路及其前级的至少一个直流变换电路;其中:
各个所述直流变换电路的输出端均连接于所述逆变电路的直流侧;
各个所述直流变换电路的输入端连接于所述逆变器直流侧的相应端口;
所述逆变电路的直流侧设置有母线电压采样电路和负半母线电压采样电路;
所述直流变换电路的输入端设置有PV电压采样电路。
可选的,所述逆变电路为H全桥逆变电路或者H半桥逆变电路。
由上述技术方案可知,本实用新型提供了一种关断器,包括:关断模块和浮压消除装置。在该关断器中,浮压消除装置设置于关断模块的输出端两极之间,并且,当该关断器处于关断状态且该关断器的输出端电压大于预设阈值时,该浮压消除装置在预设时间内处于导通状态,以对与关断器输出端相连的逆变器直流侧的相应端口处的直流电容进行放电,从而使得该关断器的输出可以在规定时间内下降至安全状态,同时也能够加快相应的逆变器的直流侧的相应端口的电压下降速度。
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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为双级逆变器的一种结构示意图;
图2为双级逆变器直流侧的采样示意图;
图3为双级逆变器直流侧的采样示意图的等效示意图;
图4为本申请实施例提供的关断器的一种实施方式的结构示意图;
图5a和图5b为两种光伏快速关断系统的结构示意图;
图6为本申请实施例提供的关断器的另一种实施方式的结构示意图;
图7a和图7b为第二驱动电路的输出信号的示意图;
图8a、图8b和图9为本申请实施例提供的关断器的三种实施方式的结构示意图;
图10为本申请实施例提供的光伏快速关断系统的一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
在本申请中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为解决处于关断状态的关断器的输出端电压不能在规定时间内下降至安全电压以下的问题,本申请实施例提供一种关断器,其具体结构如图4所示,包括:关断模块100和浮压消除装置200。
在该关断器中,关断模块100的输入端作为关断器的输入端,关断模块100的输出端作为关断器的输出端;浮压消除装置200设置于关断模块100输出端的两极之间。
当关断器处于关断状态且关断器的输出端电压大于预设阈值时,浮压消除装置200在预设时间内处于导通状态;当关断器处于开通状态时,以及,在关断器处于关断状态且关断器的输出端电压小于等于预设阈值时,浮压消除装置200均处于关断状态。
需要说明的是,预设阈值可根据实际情况进行设定,此处不做具体限定,均在本申请的保护范围内。
通常情况下,关断器的输入端连接光伏组件,其输出端与其他关断器的输出端串联连接,且串联的两端连接于逆变器直流侧的相应端口;因此当浮压消除装置200在预设时间内处于导通状态时,浮压消除装置200可以对相应的逆变器的直流侧的相应端口的直流电容进行放电,从而使得该关断器的输出可以在规定时间内下降至安全状态,同时能够加快相应的逆变器的直流侧的相应端口的电压下降速度。
在实际应用中,若关断器关断后,其输出端电压大于预设阈值是由于浮地设计所引起的,即由于浮压引起的,则浮压消除装置200可以始终处于导通状态。
但是,如图5a所示,在串光伏组串20中,各个光伏组件21的输出端与一个相应的关断器22的输入端相连,各个关断器22的输出端串联连接,串联的两端连接于逆变器10的直流侧;若逆变器10为单级光伏逆变器,则当其交流侧开关Ks开通时,会在自身输入端产生直流电压,而该直流电压在关断器22的输出端产生的电压具有强输出能力,即可以使得关断器22在关断状态下的输出端电压大于预设阈值;如图5b所示,若逆变器10的输入由至少两串光伏组串并联形成,其中,在第二串光伏组串24中,各个光伏组件21的输出端与一个相应的关断器22的输入端相连,各个关断器22的输出端串联连接,串联的两端连接于逆变器10的直流侧;而第一串光伏组串23可以不包括关断器22,只是由各个光伏组件21串联连接,串联的两端连接于逆变器10的直流侧(如图5b所示);或者第一串光伏组串23也可以与第一串光伏组串23结构相同,但是,自身中的关断器22处于开通状态(未进行图示);此时,即便第二串光伏组串24中各个关断器22均处于关断状态,由于第一串光伏组串23中的光伏组件21的输出电压也会仍然施加在逆变器10的直流侧,所以第二串光伏组串24中各个关断器22的输出端的电压具有较强的输出能力,即第二串光伏组串24中的各个关断器22的输出端电压也会大于预设阈值。
因此,若关断器关断后,其输出端电压大于预设阈值不是由于浮地设计所引起的,即不是由于浮压引起的,而是由上述原因或者其他原因引起的,则浮压消除装置200可以按照预设周期间歇性处于导通状态,或者,也可以在预设时间内连续处于导通状态,即设置一个最长导通时长,以保证自身不会因长时间处于导通状态会而被烧坏。
上述仅为浮压消除装置200导通的三种实施方式,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
在实际应用中,浮压消除装置200需要受到控制,当关断器处于关断状态且关断器的输出端电压大于预设阈值时,才能在预设时间内自动切换且保持为导通状态,以使关断器的输出可以在规定时间内下降至安全状态;因此,下面提供浮压消除装置200的两种受控方式:
第一种方式具体如图6所示,关断器在图4的基础上,还包括控制器300和第二驱动电路400,使得浮压消除装置200可以通过第二驱动电路400受控于控制器300。
当浮压消除装置200可以始终处于导通状态时,第二驱动电路的输出信号如图7a所示,为一条直线;当浮压消除装置200仅在预设时间内连续处于导通状态,则第二驱动电路的输出信号仅为图7a所示直线中靠前面的一段线段;而当浮压消除装置200按照预设周期间歇性处于导通状态,则第二驱动电路的输出信号如图7b所示,为PWM信号,其中,PWM的周期和占空比可调。
此时,控制器300可以与关断模块100中的处理器150通信连接,但在实际应用中,包括但不限于此实施方式,此处不做具体限定,均在本申请的保护范围内。
第二种方式具体为:通过关断模块100中的第一驱动电路160受控于关断模块100中的处理器150。也即,第一驱动电路160的输出端包括有两种输出信号,一种用于控制关断模块100传输支路上的开关模块110,另一种用于控制该浮压消除装置200;其中,用于控制该浮压消除装置200的输出信号,其具体情况可以参见上一种方式,此处不再赘述。
上述仅为浮压消除装置200的两种受控方式,在实际应用中,包括但不限于上述两种受控方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
需要说明的是,浮压消除装置200可以受控于数字控制器,也可以受控于由模拟电路组成的模拟控制器,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
本申请另一实施例提供一种浮压消除装置200的实施方式,其具体结构可参见图8a(以在图6的基础上为例进行展示),具体包括:至少一个开关装置210。
当开关装置210的个数大于1时,各个开关装置210串联连接;当全部开关装置210导通时,浮压消除装置200处于导通状态;当至少一个开关装置210导通未导通时,浮压消除装置200均处于关断状态。
需要说明的是,开关装置210的个数可视具体情况而定,此处不做具体限定,均在本申请的保护范围内;优选开关装置210的个数等于1,以降低关断器的整体成本。
可选的,开关装置210可以为MOS晶体管,也可以为三极管,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
本申请还提供浮压消除装置200的另一种实施方式,其具体结构可参见图8b(以在图6的基础上为例进行展示)所示,在上述实施方式的基础上,还包括:电阻模块220。
其中,开关装置210与电阻串联连接,以加快浮压消除装置200对逆变器直流侧相应端口的直流电容进行放电的速度,进一步保证该关断器的输出可以在规定时间内下降至安全状态。
可选的,电阻模块220由至少一个电阻组成,当电阻的个数大于1时,任意两个电阻之间可以串联,也可以并联,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
上述仅为浮压消除装置200的两种实施方式,在实际应用中,包括但不限于上述两种实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
本申请另一实施例提供关断模块100的一种实施方式,其具体结构如图4、图6、图8a和图8b所示,包括:开关模块110、输出电压采集单元130、处理器150、第一驱动电路160和第二二极管D2。
开关模块110设置于关断模块100输入端与输出端之间的任一极传输支路上,开关模块110通过第一驱动电路160受控于处理器150;输出电压采集单元130分别与关断模块100的输出端正极和输出端负极相连,并与处理器150通信连接;第二二极管D2的阳极与关断模块100的输出端负极相连,第二二极管D2的阴极与关断模块100的输出端正极相连。
本实施例提供关断模块100的另一种实施方式,其具体结构如图9所示,在图4的基础上,还包括:辅助电源180、输入电压采集单元120、低压电源140、电容C、第一二极管D1和电流采样支路170。
辅助电源180取电于关断模块的输入端,为处理器150供电;输入电压采集单元120分别与关断模块100的输入端正极和输入端负极相连,并与处理器150通信连接;低压电源140通过第一二极管D1与关断模块100的输出端正极相连,低压电源140还通过电容C与关断模块100的输出端负极相连;第二二极管D2处于电容C和第一二极管D1的外侧;电流采样支路170与处理器150通信连接,电流采样支路170串联于关断模块100输入端与输出端之间的负极传输支路上,并且,电流采样支路170处于第二二极管D2与关断模块100的输出端负极之间。
可选的,开关模块110可以由多个开关管串联组成,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
实际应用中,为该处理器150供电的辅助电源180可以取电于关断模块的输入端,如图9所示,也即相应的光伏组件,此处不做限定,均在本申请的保护范围内。
上述仅为关断模块100的一种实施方式,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
本申请另一实施例提供一种光伏快速关断系统,其具体结构如图10所示,包括:逆变器10和至少一个光伏组串20;至少一个光伏组串20,包括:多个上述实施例提供的关断器22及其输入端连接的光伏组件21。
存在关断器的每个光伏组串20中,各个关断器22的输出端依次串联,串联后的两端作为光伏组串20的输出端、连接于逆变器10的直流侧的相应端口。
逆变器10通过执行常规的逆变算法,即可实现直流电向交流电的变换功能,此外,逆变器10可以与关断器22中的控制器300和/或处理器150通信连接,以使得该关断器22的输出可以在规定时间内下降至安全状态。
优选的,逆变器10为双级逆变器,在实际应用中,包括但不限于此实施方式,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
本申请另一实施例提供一种双级逆变器的实施方式,其具体结构可参见图1,包括:逆变电路05及其前级的至少一个直流变换电路04。
各个直流变换电路04的输出端均连接于逆变电路05的直流侧;各个直流变换电路04的输入端连接于双级逆变器直流侧的相应端口。
在实际应用中,如图2所示,在逆变电路05的直流侧,设置有母线电压采样电路02和负半母线电压采样电路03,具体而言,母线电压采样电路02设置于逆变电路05的直流侧两极Bus+和Bus-之间,负半母线电压采样电路03设置于负半母线电容C-的两端;在直流变换电路04的输入端的两极之间,设置有PV电压采样电路01。
可选的,逆变电路05可以为H全桥逆变电路,如还可以为H半桥逆变电路,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
上述仅为双级逆变器的一种实施方式,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明,本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合,使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。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 (17)
1.一种关断器,其特征在于,包括:关断模块和浮压消除装置;其中:
所述关断模块的输入端作为所述关断器的输入端,所述关断模块的输出端作为所述关断器的输出端;
所述浮压消除装置设置于所述关断模块的输出端两极之间;
在所述关断器处于关断状态且所述关断器的输出端电压大于预设阈值时,所述浮压消除装置在预设时间内处于导通状态。
2.根据权利要求1所述的关断器,其特征在于,在所述关断器处于关断状态且所述关断器的输出端电压大于预设阈值时,所述浮压消除装置始终处于导通状态。
3.根据权利要求1所述的关断器,其特征在于,在所述关断器处于关断状态且所述关断器的输出端电压大于预设阈值时,所述浮压消除装置按照预设周期间歇性处于导通状态,或者,所述浮压消除装置在所述预设时间内连续处于导通状态。
4.根据权利要求1所述的关断器,其特征在于,在所述关断器处于开通状态时,以及,在所述关断器处于关断状态且所述关断器的输出端电压小于等于所述预设阈值时,所述浮压消除装置均处于关断状态。
5.根据权利要求1所述的关断器,其特征在于,所述浮压消除装置,包括:至少一个开关装置;其中:
当所述开关装置的个数大于1时,各个所述开关装置串联连接。
6.根据权利要求5所述的关断器,其特征在于,所述开关装置为MOS晶体管或者三极管。
7.根据权利要求5所述的关断器,其特征在于,所述浮压消除装置,还包括:电阻模块;其中:
所述开关装置和所述电阻模块串联连接。
8.根据权利要求1所述的关断器,其特征在于,所述浮压消除装置通过所述关断模块中的第一驱动电路受控于所述关断模块中的处理器。
9.根据权利要求1所述的关断器,其特征在于,还包括:控制器和第二驱动电路;其中:
所述浮压消除装置通过所述第二驱动电路受控于所述控制器。
10.根据权利要求9所述的关断器,其特征在于,所述控制器与所述关断模块中的处理器通信连接。
11.根据权利要求1所述的关断器,其特征在于,所述浮压消除装置受控于数字控制器或者由模拟电路组成的模拟控制器。
12.根据权利要求1-11任一项所述的关断器,其特征在于,所述关断模块,包括:开关模块、输出电压采集单元、处理器、第一驱动电路和第二二极管;其中:
所述开关模块设置于所述关断模块输入端与输出端之间的任一极传输支路上,所述开关模块通过所述第一驱动电路受控于所述处理器;
所述输出电压采集单元分别与所述关断模块的输出端正极和输出端负极相连,并与所述处理器通信连接;
所述第二二极管的阳极与所述关断模块的输出端负极相连,所述第二二极管的阴极与所述关断模块的输出端正极相连。
13.根据权利要求12所述的关断器,其特征在于,所述关断模块,还包括:辅助电源、输入电压采集单元、低压电源、电容、第一二极管和电流采样支路;其中:
所述辅助电源取电于所述关断模块的输入端,为所述处理器供电;
所述输入电压采集单元分别与所述关断模块的输入端正极和输入端负极相连,并与所述处理器通信连接;
所述低压电源通过所述第一二极管与所述关断模块的输出端正极相连,所述低压电源还通过所述电容与所述关断模块的输出端负极相连;
所述电流采样支路与所述处理器通信连接,所述电流采样支路串联于所述关断模块输入端与输出端之间的负极传输支路上,并且,所述电流采样支路处于所述第二二极管与所述关断模块的输出端负极之间。
14.一种光伏快速关断系统,其特征在于,包括:逆变器和至少一个光伏组串;至少一个所述光伏组串,包括:多个如权利要求1-13任一项所述的关断器及其输入端连接的光伏组件;
存在所述关断器的所述光伏组串中,各个所述关断器的输出端依次串联,串联后的两端作为所述光伏组串的输出端、连接于所述逆变器的直流侧相应端口。
15.根据权利要求14所述的光伏快速关断系统,其特征在于,所述逆变器为双级逆变器。
16.根据权利要求15所述的光伏快速关断系统,其特征在于,所述双级逆变器,包括:逆变电路及其前级的至少一个直流变换电路;其中:
各个所述直流变换电路的输出端均连接于所述逆变电路的直流侧;
各个所述直流变换电路的输入端连接于所述逆变器直流侧的相应端口;
所述逆变电路的直流侧设置有母线电压采样电路和负半母线电压采样电路;
所述直流变换电路的输入端设置有PV电压采样电路。
17.根据权利要求16所述的光伏快速关断系统,其特征在于,所述逆变电路为H全桥逆变电路或者H半桥逆变电路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202120587394.0U CN215120722U (zh) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | 一种关断器以及光伏快速关断系统 |
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