CN216350976U - 一种故障检测电路、直流供电系统及直流设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种故障检测电路、直流供电系统及直流设备。其中，该电路包括：检测模块，设置在所述直流供电系统的直流接口处，连接信号处理器，用于采集所述接口处的物理参数并转换为电信号发送至所述信号处理器；所述信号处理器，用于根据所述电信号判断所述接口处的故障类型。通过本实用新型，能够准确检测出直流接口处的多种故障，提高整个直流供电系统的可靠性。

Description

一种故障检测电路、直流供电系统及直流设备

技术领域

本实用新型涉及电子电力技术领域，具体而言，涉及一种故障检测电路、直流供电系统及直流设备。

背景技术

现如今，随着电力电子技术以及电子信息技术的发展，大功率的逆变器、光伏空调应用越来越广泛，随之而来的是光伏发电侧的输入路数也越来越多。新的直流供电系统在第一次安装时，直流接口处可能会接触不良；陈旧的直流供电系统因长期运行，受到外界因素干扰，也可能导致上述接口处松动。以上两种情况均会导致接线处发生拉弧现象。以光伏供电系统为例，在多路光伏组串并联接入用电负载的时候，安装过程中存在将某一路或某几路的光伏组串与DC/DC变流器正负端子接反的可能，图1为光伏组串正接和反接时电流方向的对比图，其中实现为正接时的电流方向，虚线为反接时的电流方向，如图1所示，反接时DC/DC变流器中的晶体二极管的电流反向流动，会造成光伏组串正负短接的问题，其中一个或几个光伏组串出现这种故障后，其他未发生故障的光伏组串仍然能够正常运行，因此无法知道光伏发电侧是否存在某个或某几个光伏组串反接的情况，长期在这种故障下运行可能造成光伏供电系统的可靠性降低。此外，由于接口常年暴露在环境中，容易出现保护层破损，导致线路裸露等情况，造成严重的安全隐患。目前的直流供电系统中，不存在能够同时检测上述几种故障的检测方案。

针对现有技术中直流接口的故障类型较多，无法同时检测的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例中提供一种故障检测电路、直流供电系统及直流设备，以解决现有技术中直流接口的故障类型较多，无法同时检测的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种故障检测电路，其中，该电路包括：

检测模块，设置在所述直流供电系统的直流接口处，连接信号处理器，用于采集所述接口处的物理参数并转换为电信号发送至所述信号处理器；

所述信号处理器，用于根据所述电信号判断所述接口处的故障类型。

进一步地，所述物理参数包括温度和光照强度。

进一步地，所述检测模块包括：

第一检测单元，用于检测所述接口处的温度，并基于所述接口处的温度，生成第一电信号输出至所述信号处理器；

第二检测单元，用于检测所述接口处的光照强度，并基于所述接口处的光照强度，生成第二电信号输出至所述信号处理器；

所述信号处理器具体用于：根据所述第一电信号携带的电压值和所述第二电信号携带的电压值判断所述接口处的故障类型。

进一步地，所述第一检测单元包括：

热敏电阻，设置在所述接口处，其第一端连接电压源，其第二端连接所述信号处理器，用于在所述接口处的温度高于第一阈值时，使所述第一电信号携带的电压值大于第一参考电压。

进一步地，所述第一检测单元还包括：

第一跟随器，其第一输入端连接所述热敏电阻的第二端，其第二输入端连接自身的输出端，其输出端还连接所述信号处理器。

进一步地，所述第一检测单元还包括：

第一电阻，其第一端接地，其第二端连接至所述热敏电阻的第二端与所述第一跟随器的第一输入端之间，用于控制所述第一跟随器的第一输入端的输入电压的大小。

第一电容，其第一端接地，其第二端连接至所述热敏电阻的第二端与所述第一跟随器的第一输入端之间，用于对所述热敏电阻的第二端输出的电压进行滤波。

进一步地，所述第二检测单元包括：

光敏电阻，设置在所述接口处，其第一端连接电压源，其第二端连接所述信号处理器，用于在所述接口处的光照强度高于第二阈值时，使所述第二电信号携带的电压大于第二参考电压。

进一步地，所述第二检测单元还包括：

所述第二跟随器，其输入端连接所述光敏电阻的第一端，其第二输入端连接自身的输出端，其输出端还连接所述信号处理器。

进一步地，所述第二检测单元还包括：

第二电阻，其第一端接地，其第二端连接至所述光敏电阻的第二端与所述第二跟随器的第一输入端之间，用于与控制所述第二跟随器的第一输入端的输入电压的大小。

第二电容，其第一端接地，其第二端连接至所述光敏电阻的第二端与所述第二跟随器的第一输入端之间，用于对所述光敏电阻的第二端输出的电压进行滤波。

本实用新型还提供一种直流供电系统，包括至少一个直流接口，该直流供电系统还包括：至少一个上述故障检测电路，其中，所述故障检测电路一一对应设置在每个直流接口处。

进一步地，所述直流供电系统为光伏供电系统。

本实用新型还提供一种直流设备，包括负载，还包括上述直流供电系统。

进一步地，所述直流设备为光伏空调。

应用本实用新型的技术方案，通过设置在直流供电系统的直流接口处的检测模块，采集所述接口处的物理参数并转换为电信号发送至信号处理器，通过信号处理器根据上述物理参数判断是否发生故障，能够准确检测出直流接口处的多种故障，提高整个直流供电系统的可靠性。

附图说明

图1为光伏组串正接和反接时电流方向的对比图；

图2为根据本实用新型实施例的故障检测电路的结构图；

图3为根据本实用新型另一实施例的故障检测电路的结构图；

图4为根据本实用新型又一实施例的故障检测电路的结构图；

图5为根据本实用新型实施例的光伏供电系统的结构图；

图6为根据本实用新型实施例的光伏空调的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本实用新型实施例中可能采用术语第一、第二等来描述检测单元，但这些检测单元不应限于这些术语。这些术语仅用来将实现不同功能的检测单元区分开。例如，在不脱离本实用新型实施例范围的情况下，第一检测单元也可以被称为第二检测单元，类似地，第二检测单元也可以被称为第一检测单元。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测 (陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，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商品或者装置不仅包括那些要素，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商品或者装置所固有的要素。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商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本实用新型的可选实施例。

实施例1

本实施例提供一种故障检测电路，应用于直流供电系统，本实施例以光伏供电系统为例，详细说明本实用新型的技术方案，图2为根据本实用新型实施例的故障检测电路的结构图，如图2所示，该故障检测电路包括：

检测模块1，设置在光伏供电系统的光伏组串3和DC/DC变流器 4之间的接口(即直流接口)处，连接信号处理器，用于采集所述接口处的物理参数并转换为电信号发送至信号处理器；其中，上述物理参数包括温度和光照强度。

由于当光伏组串3和DC/DC变流器4之间的接口处的主要故障包括拉弧、端子反接和保护层破损，当发生上述故障时，光伏组串3和 DC/DC变流器4之间的接口处的物理参数，例如温度和光照强度会发生变化，并且，在发生不同的故障时，发生变化的物理参数不同，通过检测光伏组串3和DC/DC变流器4之间的接口处的物理参数，能够判断出是否发生故障，以及具体发生了什么故障。由于检测模块1采集到的物理信号是模拟信号，因此，需要将上述模拟信号转换为电信号才能进行判断，因此，检测模块1还用于将上述物理参数转换为电信号并发送至信号处理器。

上述信号处理器2，用于根据检测模块1输出的电信号判断光伏组串3和DC/DC变流器4之间的接口处的故障类型。在具体实施时，上述信号处理器2可以选择数字信号处理芯片DSP。

本实施例的故障检测电路，通过设置在光伏供电系统的光伏组串3 和DC/DC变流器4之间的接口处的检测模块1，采集所述接口处的物理参数并转换为电信号发送至信号处理器2，通过信号处理器2根据上述物理参数判断是否发生故障，能够准确检测出光伏组串和DC/DC变流器之间的接口处的多种故障，提高整个光伏供电系统的可靠性。

实施例2

本实施例提供另一种故障检测电路，根据上文所述，上述物理参数包括温度和光照强度，因此，需要相应的检测单元，检测上述物理参数，图3为根据本实用新型另一实施例的故障检测电路的结构图，如图3所示，上述检测模块包括：第一检测单元101，用于检测光伏组串3和DC/DC变流器4之间的接口处的温度，并基于接口处的温度，生成第一电信号输出至信号处理器2；第二检测单元102，用于检测光伏组串3和DC/DC变流器4之间的接口处的光照强度，并基于上述接口处的光照强度，生成第二电信号输出至信号处理器2；在本实施例中，信号处理器2具体用于：根据第一电信号携带的电压值V1和第二电信号携带的电压值V2判断接口处的故障类型。例如，在检测模块输出的第一电信号携带的电压值V1小于或等于第一参考电压Vref1，且检测模块输出的第二电信号携带的电压值V2小于或等于第二参考电压 Vref2时；判定接口处未发生故障；在检测模块输出的第一电信号携带的电压值V1小于或等于第一参考电压Vref1，且检测模块输出的第二电信号携带的电压值V2大于第二参考电压Vref2时，判定发生故障，且故障类型为保护层破损；在检测模块输出的第一电信号携带的电压值V1大于第一参考电压Vref1，且检测模块输出的第二电信号携带的电压值V2小于或等于第二参考电压Vref2时，判定发生故障，且故障类型为端子反接；在检测模块输出的第一电信号携带的电压值V1大于第一参考电压Vref1，且检测模块输出的第二电信号携带的电压值V2 大于第二参考电压Vref2时，判定发生故障，且故障类型为接口处拉弧。

图4为根据本实用新型又一实施例的故障检测电路的结构图，如图4所示，为了实现根据接口处的温度生成具有不同电压值的电信号，上述第一检测单元101包括：热敏电阻Ra，设置在接口处，其第一端连接电压源Vcc，其第二端连接信号处理器2，用于在接口处的温度高于第一阈值时，使第一电信号携带的电压值大于第一参考电压Vref1。在本实施例中，上述热敏电阻Ra可以选用负温度系数热敏电阻Ra，其特性是阻值随着所处环境的温度的升高，阻值降低，在上述接口处的温度高于第一阈值时，热敏电阻Ra的阻值降低至某一阈值以下，两端的电压降也降低，由于电压源Vcc输出的电压稳定不变，因此，第一电信号携带的电压值V1增大至大于第一参考电压Vref1。需要说明的是，本实施例仅以上述热敏电阻Ra为负温度系数热敏电阻Ra举例说明，在本实用新型的其他实施例中，上述热敏电阻Ra也可以为正温度系数热敏电阻Ra。

为了实现电压缓冲和隔离作用，如图4所示，第一检测单元101 还包括：第一跟随器U1，其第一输入端连接热敏电阻Ra的第二端，其第二输入端连接自身的输出端，其输出端还连接信号处理器2。第一跟随器U1在一定程度上可以避免由于输出阻抗较高，而下一级输入阻抗较小时产生的信号损耗，起到承上启下的作用。由于跟随器具有输入阻抗高,输出阻抗低的特点，使得它对上一级电路(热敏电阻Ra)呈现高阻状态，而对下一级电路(信号处理器2)呈现低阻状态，以隔离前后级电路，消除它们之间的相互影响。

由于跟随器和信号处理器2具有工作电压限制，其输入电压不能够过高，需要低于一定阈值，为了控制第一跟随器U1的第一输入端的电压，上述第一检测单元101还包括：第一电阻R1，其第一端接地，其第二端连接至热敏电阻Ra的第二端与第一跟随器U1的第一输入端之间，用于控制第一跟随器U1的第一输入端的输入电压的大小。

由于跟随器的精度较高，因此，电压的波动会影响跟随器的输出结果，为了保证热敏电阻Ra的第二端输出的电压的稳定，第一检测单元101还包括：第一电容C1，其第一端接地，其第二端连接至热敏电阻Ra的第二端与第一跟随器U1的第一输入端之间，用于对热敏电阻 Ra的第二端输出的电压进行滤波。

类似地，为了实现根据接口处的光照强度生成具有不同电压值的电信号，如图3所示，上述第二检测单元102包括：光敏电阻Rb，设置在上述接口处，其第一端连接电压源Vcc，第二端连接信号处理器2，上述光敏电阻Rb的特性是阻值随着所处环境的光照强度的增大，阻值降低，在上述接口处的光照强度大于第二阈值时，光敏电阻Rb的阻值降低至某一阈值以下，两端的电压降也降低，由于电压源Vcc输出的电压稳定不变，因此，第二电信号携带的电压值V2增大至大于第二参考电压Vref2。

同样为了实现电压缓冲和隔离作用，如图4所示，第二检测单元102还包括：第二跟随器U2，其第一输入端连接光敏电阻Rb的第二端，其第二输入端连接自身的输出端，其输出端还连接信号处理器2。

由于跟随器和信号信号处理器2具有工作电压限制，其输入电压不能够过高，需要低于一定阈值，为了控制第二跟随器U2的第一输入端的电压，上述第二检测单元102还包括：第二电阻R2，其第一端接地，其第二端连接至光敏电阻Rb的第二端第二跟随器U2的第一输入端之间，用于与控制第二跟随器U2的第一输入端的输入电压的大小。

由于跟随器的精度较高，因此，电压的波动会影响跟随器的输出结果，为了保证热敏电阻Ra的第二端输出的电压的稳定，第二检测单元102还包括：第二电容C2，其第一端接地，其第二端连接至光敏电阻Rb的第二端与第二跟随器U2的第一输入端之间，用于对光敏电阻 Rb的第二端输出的电压进行滤波。

在具体实施例时，热敏电阻Ra的阻值会随着温度的改变而改变；光敏电阻Rb的阻值会随着光照强度的改变而改变；热敏电阻Ra和光敏电阻Rb均安装在接口内部。

第一电阻R1和第二电阻R2为分压电阻，确保输入到第一跟随器 U1、第二跟随器U2和信号处理器2的电压值在正常的范围内；第一电容C1和第二电容C2起滤波作用；第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2为软件内部设置的保护阈值，这两个值的选取需要确保系统在运行正常时，在不同工况、不同功率的情况下多次测量选取的最优值。

第一电压V1为第一电信号携带的电压值、第二电压V2为第二电信号携带的电压值，第一电信号和第二电信号输出至信号处理器中，信号处理器分别将第一电压V1与软件中的第一参考电压Vref1，将第二电压V2与第二参考电压Vref2进行比较，然后进行故障判断。第一电压V1＝Vcc的电压值*R1的阻值/(R1的阻值+Ra的阻值)，第二电压V2＝Vcc的电压值*R2的阻值/(R2的阻值+Rb的阻值)。

实施例3

本实施例提供一种直流供电系统，所述直流供电设备可以是光伏供电系统，图5为根据本实用新型实施例的光伏供电系统的结构图，如图5所示，该光伏供电系统包括至少一个光伏组串3和至少一个DC/DC变流器4，光伏组串3和DC/DC变流器4一一对应连接，该光伏供电系统还包括：至少一个上述实施例中的故障检测电路，其中，故障检测电路一一对应设置在每个光伏组串3和与其对应的DC/DC变流器4之间的接口处。

实施例4

本实施例提供一种直流设备，该直流设备可以为光伏空调，图6 为根据本实用新型实施例的光伏空调的结构图，如图6所示，该光伏空调包括负载，还包括上述实施例中的光伏供电系统。

以上所描述的电路实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种故障检测电路，应用于直流供电系统，其特征在于，所述电路包括：

检测模块，设置在所述直流供电系统的直流接口处，连接信号处理器，用于采集所述接口处的物理参数并转换为电信号发送至所述信号处理器；

所述信号处理器，用于根据所述电信号判断所述接口处的故障类型。

2.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述物理参数包括温度和光照强度。

3.根据权利要求2所述的故障检测电路，其特征在于，所述检测模块包括：

第一检测单元，用于检测所述接口处的温度，并基于所述接口处的温度，生成第一电信号输出至所述信号处理器；

第二检测单元，用于检测所述接口处的光照强度，并基于所述接口处的光照强度，生成第二电信号输出至所述信号处理器；

所述信号处理器具体用于：根据所述第一电信号携带的电压值和所述第二电信号携带的电压值判断所述接口处的故障类型。

4.根据权利要求3所述的故障检测电路，其特征在于，所述第一检测单元包括：

热敏电阻，设置在所述接口处，其第一端连接电压源，其第二端连接所述信号处理器，用于在所述接口处的温度高于第一阈值时，使所述第一电信号携带的电压值大于第一参考电压。

5.根据权利要求4所述的故障检测电路，其特征在于，所述第一检测单元还包括：

第一跟随器，其第一输入端连接所述热敏电阻的第二端，其第二输入端连接自身的输出端，其输出端还连接所述信号处理器。

6.根据权利要求5所述的故障检测电路，其特征在于，所述第一检测单元还包括：

第一电阻，其第一端接地，其第二端连接至所述热敏电阻的第二端与所述第一跟随器的第一输入端之间，用于控制所述第一跟随器的第一输入端的输入电压的大小；

第一电容，其第一端接地，其第二端连接至所述热敏电阻的第二端与所述第一跟随器的第一输入端之间，用于对所述热敏电阻的第二端输出的电压进行滤波。

7.根据权利要求3所述的故障检测电路，其特征在于，所述第二检测单元包括：

光敏电阻，设置在所述接口处，其第一端连接电压源，其第二端连接所述信号处理器，用于在所述接口处的光照强度高于第二阈值时，使所述第二电信号携带的电压大于第二参考电压。

8.根据权利要求7所述的故障检测电路，其特征在于，所述第二检测单元还包括：

第二跟随器，其输入端连接所述光敏电阻的第一端，其第二输入端连接自身的输出端，其输出端还连接所述信号处理器。

9.根据权利要求8所述的故障检测电路，其特征在于，所述第二检测单元还包括：

第二电阻，其第一端接地，其第二端连接至所述光敏电阻的第二端与所述第二跟随器的第一输入端之间，用于与控制所述第二跟随器的第一输入端的输入电压的大小；

第二电容，其第一端接地，其第二端连接至所述光敏电阻的第二端与所述第二跟随器的第一输入端之间，用于对所述光敏电阻的第二端输出的电压进行滤波。

10.一种直流供电系统，包括至少一个直流接口，所述直流供电系统还包括：至少一个权利要求1至9中任一项所述的故障检测电路，其中，所述故障检测电路一一对应设置在每个直流接口处。

11.根据权利要求10所述的直流供电系统，其特征在于，所述直流供电系统为光伏供电系统。

12.一种直流设备，包括负载，还包括权利要求10所述的直流供电系统。

13.根据权利要求12所述的直流设备，其特征在于，所述直流设备为光伏空调。

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