CN217216075U - 一种光伏串列保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种光伏串列保护系统，包括光伏串列正极开关、光伏串列负极开关、负极接地开关、监控终端；光伏串列正极开关串接在光伏串列电池组正极端、光伏串列负极开关串接在光伏串列电池组负极端；监控终端测量光伏串列电池组电流、对地故障电流，从而进行故障判断，控制负极接地开关的合闸和分闸,控制光伏串列正极开关和光伏串列负极开关的分断，从而起到监测和保护作用。其优点在于：监控终端通过对光伏串列电池组的电流及对地故障电流进行测量、分析、判断，从而控制光伏串列正极开关、光伏串列负极开关的分断，可以进行短路、过载保护以及对漏电故障进行判断，使得光伏串列电池组能够得到更好的保护，且保护的一致性得到了提升。

Description

一种光伏串列保护系统

技术领域

本实用新型属于低压直流保护领域，特别涉及到光伏串列电池组的短路、过载、漏电保护技术。

背景技术

光伏电站或分布式光伏系统的光伏串列电池组存在连接件接触电阻增大发热、电缆连接件烧毁、直流电缆接地、电池组件漏电、直流电缆短路、防逆二极管故障、旁路二极管故障、光伏组件接线盒故障等情况，严重时会发生火灾，而光伏火灾由直流故障引起的比例超过80%。

目前光伏串列电池组主要依靠熔断器来进行保护，即在光伏串列电池组的正极串接直流熔断器或在光伏串列电池组的负极串接直流熔断器。由于光伏系统连接点多，组件短路电流小的特点，导致很多时候，明明存在故障，但直流熔断器就是无法在第一时间进行保护，如漏电流或短路电流较小时、组件初始故障时等。另一方面，直流熔断器本身也存在一定的问题，如保护灵敏度低、断开时间长、保险管接触不良、非故障熔断等，从而导致保护的可高性低，一致性差；且直流熔断器还存在熔断后不易发现的问题。

运维时，手动对熔断器的操作也存在安全隐患，特别当运检人员误操作时，如果先断正极熔断器，就可能产生高压电弧，存在安全隐患。

针对上述问题，现有的有关光伏组串智能关断技术，均没有明确描述有关关断开关与控制终端的具体连接和实施方式,有的将一个组串正负极用一个开关进行控制、有的仅在正极用一个开关进行控制、有的将互感器设置在开关外进行测量电流等等。

如：申请公布号为CN103715983A的太阳能发电系统故障检测装置和方法，该专利一个电池板组串采用一个控制开关，当存在组串接地故障时无法准确测量组串开路电压。

又如：授权公告号为CN108565891B的一种光伏组串关断装置、方法及光伏系统，该专利电流互感器与开关器件独立，互感器未设置在开关器件内，对存量改造方案需要单独连接互感器，影响可靠性，且对如何通过通断开关器件来判断漏电也没有解决方案。

再如：授权公告号为CN214626916U光伏组件串关断装置及光伏发电系统，该专利是通过接收火警信息及对组件电压监测，关断组件串的组件。

发明内容

本实用新型提供了一种光伏串列保护系统，用于解决上述问题或其中的部分问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供的一种光伏串列保护系统，包括光伏串列电池组、光伏串列正极开关、光伏串列负极开关和监控终端。光伏串列正极开关串接于光伏串列电池组的正极端，光伏串列负极开关串接于光伏串列电池组的负极端，正常情况下，光伏串列正极开关和光伏串列负极开关处于闭合状态，光伏串列电池组就能将所发电能输送到逆变器或通过汇流排后输送到逆变器，再由逆变器进行直流到交流的转换，完成光伏发电。

在此，光伏串列正极开关设置了电子脱扣机构一，光伏串列负极开关上设置了电子脱扣机构二、电流采样元件二，同时，将电子脱扣机构一、电子脱扣机构二和电流采样元件二与监控终端电连接，如此连接后，监控终端就可以对光伏串列电池组的电流进行测量，当测量电流出现异常后，对电子脱扣机构二发送脱扣驱动信号，使得光伏串列负极开关先自动分闸，然后，接着对电子脱扣机构一发送脱扣驱动信号，使得光伏串列正极开关自动分闸。

进一步，光伏串列正极开关设置了电压采样元件一、光伏串列负极开关设置了电压采样元件二；且电压采样元件一的一端连接于光伏串列正极开关的分断点与光伏串列电池组的正极端之间，另一端通过接线端子一与监控终端电连接；电压采样元件二的一端连接于光伏串列负极开关的分断点与光伏串列电池组的负极端之间，另一端通过接线端子二与监控终端电连接；

如此一来，当断开光伏串列正极开关和光伏串列负极开关后，监控终端所测量到的电压值就是光伏串列电池组的开路电压值。

进一步，该光伏串列保护系统，还包含负极接地开关，负极接地开关的一端连接于光伏串列电池组的负极端，另一端与大地连接；同时，负极接地开关还设置了电流采样元件三、电子脱扣机构三、电子合闸机构和接线端子三；同样的，电流采样元件三、电子脱扣机构三、电子合闸机构均通过接线端子三与监控终端电连接。

当监控终端通过电子脱扣机构一控制光伏串列正极开关断开、通过电子合闸机构控制负极接地开关导通后，如光伏串列电池组存在对地故障时，对地的故障电流都会通过大地，在经负极接地开关，流回光伏串列电池组的负极端，在此，监控终端对流过负极接地开关的电流进行测量，就可以判断出该光伏串列电池组是否存在漏电。

本实用新型的优点在于：监控终端通过对光伏串列电池组的电流测量、分析、判断，从而控制光伏串列正极开关、光伏串列负极开关的分断，可以很好地对光伏串列电池组进行短路、过载保护；通过对光伏串列电池组的对地故障电流的测量、分析，可以进行漏电故障判断，为漏电保护提供依据，从而使得光伏串列电池组能够得到更好的保护，且保护的一致性得到了提升。

附图说明

图1，光伏串列保护系统示意图。

图2，光伏串列漏电监测示意图。

图3，多路光伏串列保护系统示意图。

附图标记说明

1.光伏串列电池组，2.光伏串列正极开关，2-1.电子脱扣机构一，2-2.电压采样元件一，2-3.接线端子一，3.光伏串列负极开关，3-1.电子脱扣机构二，3-2.电流采样元件二，3-3.接线端子二，3-4.电压采样元件二，4.监控终端，5.负极接地开关，5-1.电子脱扣机构三，5-2.电流采样元件三，5-3.接线端子三，5-4.电子合闸机构。

具体实施方式

首先需要说明的是，本实用新型中涉及的“一”、“二”、“三”等的描述仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；本实用新型中涉及到的“连接”应做广义理解，除非另有明确的规定和限定，“连接”可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，本实用新型提供的一种光伏串列保护系统，包括光伏串列电池组1、光伏串列正极开关2、光伏串列负极开关3和监控终端4。光伏串列正极开关2串接于光伏串列电池组1的正极端，光伏串列负极开关3串接于光伏串列电池组1的负极端，正常情况下，光伏串列正极开关2和光伏串列负极开关3处于闭合状态，光伏串列电池组1就能将所发电能输送到逆变器或通过汇流排后输送到逆变器，再由逆变器进行直流到交流的转换，完成光伏发电。

在此，光伏串列负极开关3上设置一个电流采样元件，且同时在光伏串列负极开关3和光伏串列正极开关2上设置电子脱扣机构，即光伏串列正极开关2设置了电子脱扣机构一2-1，光伏串列负极开关3上设置了电子脱扣机构二3-1、电流采样元件二3-2，同时，将电子脱扣机构一2-1、电子脱扣机构二3-1和电流采样元件二3-2与监控终端4电连接，如此连接后，监控终端4就可以对光伏串列电池组1的电流进行测量，当测量电流出现异常后，对电子脱扣机构二3-1发送脱扣驱动信号，使得光伏串列负极开关3先自动分闸，然后，接着对电子脱扣机构一2-1发送脱扣驱动信号，使得光伏串列正极开关2自动分闸。

按照如此顺序断开的必要性在于可以避免高压电弧的产生，减少电弧对开关触头的损坏；将电流采样元件二3-2设置在光伏串列负极开关3的内部，是为了提高整套系统的集成度，便于该技术方案的实施；同时，使用监控终端4进行电流采集、故障分析，然后控制光伏串列正极开关2和光伏串列负极开关3的断开，提高了整个系统的自动化程度。

将电子脱扣机构一2-1、电子脱扣机构二3-1、电流采样元件二3-2采用接线端子与监控终端4进行电连接，是为了便于光伏串列正极开关2、光伏串列负极开关3与监控终端4的连接。

进一步，在光伏串列正极开关2、光伏串列负极开关3的内部设置了电压采样元件，即光伏串列正极开关2设置了电压采样元件一2-2、光伏串列负极开关3设置了电压采样元件二3-4；且电压采样元件一2-2的一端连接于光伏串列正极开关2的分断点与光伏串列电池组1的正极端之间，另一端通过接线端子一2-3与监控终端4电连接；电压采样元件二3-4的一端连接于光伏串列负极开关3的分断点与光伏串列电池组1的负极端之间，另一端通过接线端子二3-3与监控终端4电连接。

如此一来，当断开光伏串列正极开关2和光伏串列负极开关3后，监控终端4所测量到的电压值就是光伏串列电池组1的开路电压值，用以判断光伏串列电池组的开路电压是否正常。当然了，如果光伏串列正极开关2和光伏串列负极开关3再分别具有电子合闸机构，并将这合闸机构也与监控终端4电连接，用以对光伏串列正极开关2和光伏串列负极开关3进行合闸控制，替代人工合闸。这样一来，在实现开路电压测量的整个过程中，对光伏串列正极开关2和光伏串列负极开关3的断开、断开后的开路电压测量、测量后的闭合都可以实现自动控制。

进一步，该光伏串列保护系统，还包含负极接地开关5，负极接地开关5的一端连接于光伏串列电池组1的负极端，另一端与大地连接；同时，负极接地开关5还设置了电流采样元件三5-2、电子脱扣机构三5-1、电子合闸机构5-4和接线端子三5-3；同样的，电流采样元件三5-2、电子脱扣机构三5-1、电子合闸机构5-4均通过接线端子三5-3与监控终端4电连接。

参照图2，当监控终端4通过电子脱扣机构一2-1控制光伏串列正极开关2断开、通过电子合闸机构5-4控制负极接地开关5闭合后，如光伏串列电池组1在任意位置存在对地故障时，对地的故障电流IL都会通过大地，再经负极接地开关5，流回光伏串列电池组1的负极端，在此，监控终端4对流过负极接地开关5的电流进行测量，就可以判断出该光伏串列电池组1是否存在漏电。当漏电判断结束后，监控终端4通过电子脱扣机构三5-1对负极接地开关5进行断开处理。

进一步，对于光伏串列正极开关2、光伏串列负极开关3、负极接地开关5来说，除了上述必不可少的机构、元件之外，还可以包含壳体和一些其他机构作为辅助，如：手动分合闸机构、过流保护元件，

过流保护元件分为用于过电流瞬时脱扣的磁脱扣线圈和过电流延时脱扣的双金属片，当然了，在开关器件中，这两种过流保护元件可以分别单独使用其中的任意一种，也可以组合在一起使用，其目的都是为了实现在光伏串列电池组1出现过电流时起到保护跳闸的作用。在此，可以看出过流保护元件、电子脱扣机构都是可以对光伏串列电池组出线过电流时起到保护跳闸作用，构成了过电流的双重保护的目的，当电子脱扣机构失效的情况下，过流保护元件依然可以对光伏串列电池组1起到保护作用。

为了便于理解这些机构或元件是如何设置及如何实现相应功能的，我们可以参考申请号为：201610464871.8、名称为《一种小型断路器》及申请号为：201610558006.X、名称为《一种小型断路器操作机构》这两个专利。

进一步，电子脱扣机构一、电子脱扣机构二、电子脱扣机构三可以采用较为成熟的技术，如：利用电子脱扣线圈驱动分闸的机构、利用电机驱动分闸的机构或利用继电器分闸的机构中的任意一种；同样的，电流采样元件二、电流采样元件三也可以采用较为成熟的技术，如：利用锰铜片进行电流采样或利用霍尔传感器进行电流采样。

参照图3，利用上述的技术方案，也可以使用到多组光伏串列电池组组成的光伏发电系统中，利用同样的技术方案，同样能够实现每个光伏串列电池组的短路、过载保护及漏电故障判断。

最后，需要说明的是，以上公开的本实用新型实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。显然，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，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种光伏串列保护系统，包括光伏串列电池组、光伏串列正极开关、光伏串列负极开关和监控终端，其特征在于：

所述光伏串列正极开关串接于光伏串列电池组的正极端，用于导通或断开光伏串列电池组的输出电流；

所述光伏串列负极开关串接于光伏串列电池组的负极端，用于导通或断开流回光伏串列电池组的电流；

所述光伏串列正极开关设置了电子脱扣机构一和接线端子一；所述监控终端通过接线端子一与电子脱扣机构一进行电连接，用于实现监控终端对光伏串列正极开关进行断开控制；

所述光伏串列负极开关设置了电流采样元件二、电子脱扣机构二和接线端子二；所述监控终端通过接线端子二与电流采样元件二、电子脱扣机构二进行电连接，用于实现监控终端对光伏串列电池组的电流进行测量、对光伏串列负极开关进行断开控制；

所述光伏串列正极开关、光伏串列负极开关独立设置，监控终端对光伏串列正极开关、光伏串列负极开关按照顺序进行断开控制，即光伏串列负极开关先断开、光伏串列正极开关后断开。

2.根据权利要求1所述的一种光伏串列保护系统，其特征在于：

所述光伏串列正极开关设置了电压采样元件一，所述电压采样元件一的一端连接于光伏串列正极开关分断点与光伏串列电池组的正极端之间，另一端通过接线端子一与监控终端电连接；

所述光伏串列负极开关设置了电压采样元件二，所述电压采样元件二的一端连接于光伏串列负极开关分断点与光伏串列电池组的负极端之间，另一端通过接线端子二与监控终端电连接；

实现监控终端对光伏串列电池组的开路电压的测量。

3.根据权利要求2所述的一种光伏串列保护系统，其特征在于：所述光伏串列正极开关、光伏串列负极开关还包括壳体、手动分合闸机构、过流保护元件；所述过流保护元件为磁脱扣线圈或双金属片中任意一种或其组合，所述过流保护元件用于光伏串列正极开关、光伏串列负极开关的过电流保护跳闸。

4.根据权利要求1所述的一种光伏串列保护系统，其特征在于:

还包含负极接地开关，所述负极接地开关的一端连接于光伏串列电池组的负极端，另一端与大地连接；

所述负极接地开关设置了电流采样元件三、电子脱扣机构三、电子合闸机构和接线端子三；

所述电流采样元件三、电子脱扣机构三、电子合闸机构均通过接线端子三与监控终端电连接，用于实现监控终端对流过负极接地开关的电流进行测量、对负极接地开关进行断开及导通的控制。

5.根据权利要求4所述的一种光伏串列保护系统，其特征在于所述负极接地开关包括壳体、手动分合闸机构、过流保护元件，所述过流保护元件为磁脱扣线圈或双金属片中任意一种或其组合，所述过流保护元件用于负极接地开关的过电流保护跳闸。

6.根据权利要求4所述的一种光伏串列保护系统，其特征在于所述电子脱扣机构一、电子脱扣机构二、电子脱扣机构三为电子脱扣线圈驱动分闸机构、电机驱动分闸机构、继电器分闸机构中的任意一种。

7.根据权利要求4所述的一种光伏串列保护系统，其特征在于所述电流采样元件二、电流采样元件三为锰铜片或霍尔传感器。

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