CN217443482U - 光伏电站直流侧电缆故障检测系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光伏电站直流侧电缆故障检测系统，包括：电阻桥路、缓冲放大器和单片机，电阻桥路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻RV、电阻R8、开关S2，电阻R1、电阻R2、开关S2、电阻R3、电阻RV依次串联后接在光伏组串正极和负极之间；电阻R8的一端接地，另一端接在开关S2和电阻R3之间，电阻R4一端接在电阻R3和电阻RV之间，另一端与缓冲放大器连接；单片机用于基于基尔霍夫电流定律计算光伏组串正负极对地绝缘电阻Rx和Ry。本实用新型能在线监测光伏方阵支路绝缘情况，判断光伏直流电缆故障情况，并且能在发生故障后及时定位电缆损坏位置。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏电站故障检测技术领域，特别涉及一种光伏电站直流侧电缆故障检测系统及设备。
背景技术
2021年10月中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，到2030年，经济社会发展全面绿色转型取得显著成效，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平。到2060年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立，能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重达到80％以上。为实现3060目标，需要使用光伏、风电、核电、水电等清洁能源逐步替代火电等化石能源，其中光伏由于成本优势具有很大潜力。
未来几年，光伏发电会更加迅猛发展，但是随着规模的扩大，光伏发电的故障、事故也经常发生。光伏组件之间，光伏组串至逆变器或汇流箱之间存在数量巨大的直流电缆，一旦绝缘层老化，或者外因导致绝缘破坏，造成接地或短路故障，光伏发电系统停机，发电效益受损，同时上百伏或一千多伏的直流电压就可击穿空气，产生电弧，造成火灾、人员受伤、设备的损坏等。因此光伏发电避免直流侧故障的核心是直流电缆的管理，而直流电缆常见故障为绝缘阻抗低，一点或多点接地，正负极短路等。
光伏电站常见的直流侧电缆故障检测装置多基于平衡电桥法，检测直流电缆正、负极绝缘阻抗下降的情况，目前现场应用的集中式逆变器或者组串式逆变器都具备绝缘阻抗检测功能，能够定位到具体哪个组串或者哪个汇流箱绝缘阻抗低，然后运维人员排查更换损坏的组件间电缆。目前在故障支路修复之前常采用的方案是：(1)集中式逆变器所有组串或支路正常发电，这样虽不影响发电收入，但是“带病工作”的组串会造成事故的进一步扩大，如汇流箱烧毁，逆变器烧毁，其他电缆一起着火短路等；(2)组串式逆变器整个逆变器停机，一台逆变器检测到绝缘阻抗低，整台逆变器停机，虽然防止了事故的进一步扩大，但是影响面积扩大，影响电站的效益。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种可判断光伏直流电缆故障、准确性高、可靠性好的光伏电站直流侧电缆故障检测系统。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种光伏电站直流侧电缆故障检测系统，其包括：
电阻桥路、缓冲放大器和单片机，所述电阻桥路接在光伏组串正负极之间，与光伏组串正负极对地绝缘电阻组成一个电桥，用于采集光伏组串正负极之间的电压信号；
所述电阻桥路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻RV、电阻R8、开关S2，电阻R1、电阻R2、开关S2、电阻R3、电阻RV依次串联后接在光伏组串正极和负极之间；电阻R8的一端接地，另一端接在开关S2和电阻R3之间，电阻R4一端接在电阻R3和电阻RV之间，另一端与所述缓冲放大器连接；所述缓冲放大器用于将采集的电压数据暂时存放，所述单片机用于基于基尔霍夫电流定律计算光伏组串正负极对地绝缘电阻Rx和Ry。
作为本实用新型的进一步改进，所述光伏组串正极通过开关S3与单片机连接，所述光伏组串负极通过开关S4与单片机连接，开关S3和开关S4由单片机控制。
作为本实用新型的进一步改进，开关S3和开关S4为常闭状态，当检测到故障时，单片机控制开关S3和开关S4断开。
作为本实用新型的进一步改进，开关S3和开关S4为电子开关。
作为本实用新型的进一步改进，所述电阻桥路还包括开关S1，开关S1和电阻R8串联后一端接地，另一端接在开关S2和电阻R3之间，开关S1在系统不工作时断开。
作为本实用新型的进一步改进，开关S1为电子开关。
作为本实用新型的进一步改进，所述系统还包括光电耦合器，所述光电耦合器设置于缓冲放大器和单片机之间，所述光电耦合器用于消除外界输入信号杂质。
作为本实用新型的进一步改进，所述电阻RV为变阻器，用于对电桥进行微调校准。
作为本实用新型的进一步改进，开关S2为电子开关。
本实用新型还提供了一种光伏电站直流侧电缆故障检测设备，所述设备集成有上述任一所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统。
本实用新型的有益效果：
本实用新型光伏电站直流侧电缆故障检测系统能在线监测光伏方阵支路绝缘情况，判断光伏直流电缆故障情况，并且能在发生故障后及时定位电缆损坏位置，具有准确性高、可靠性好的优点。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本实用新型实施例中光伏电站直流侧电缆故障检测系统的流程图；
图2是本实用新型实施例中光伏电站直流侧电缆故障检测系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
如图1所示，为本实用新型优选实施例中的光伏电站直流侧电缆故障检测系统，包括：
电阻桥路、缓冲放大器和单片机，所述电阻桥路接在光伏组串正负极之间，与光伏组串正负极对地绝缘电阻组成一个电桥，用于采集光伏组串正负极之间的电压信号；其中，光伏组串正负极分别为PV+、PV-。
电阻桥路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻RV、电阻R8、开关S2，电阻R1、电阻R2、开关S2、电阻R3、电阻RV依次串联后接在光伏组串正极和负极之间；电阻R8的一端接地，另一端接在开关S2和电阻R3之间，电阻R4一端接在电阻R3和电阻RV之间，另一端与所述缓冲放大器连接；所述缓冲放大器用于将采集的电压数据暂时存放，所述单片机用于基于基尔霍夫电流定律计算光伏组串正负极对地绝缘电阻Rx和Ry。
在一些实施例中，电阻RV为变阻器，用于对电桥进行微调校准。通过开关S2的开通和关断，可以同时检测正负直流母线绝缘电阻同时下降的情况。优选地，开关S2为电子开关。
在一些实施例中，光伏组串正极PV+通过开关S3与单片机连接，所述光伏组串负极PV-通过开关S4与单片机连接，开关S3和开关S4由单片机控制。开关S3和开关S4为常闭状态，当检测到故障时，单片机控制开关S3和开关S4断开，使光伏组串断开。优选地，开关S3和开关S4为电子开关。
在一些实施例中，电阻桥路还包括开关S1，开关S1和电阻R8串联后一端接地，另一端接在开关S2和电阻R3之间，开关S1在系统工作时闭合，不工作时断开，该装置作为负载。优选地，开关S1为电子开关。
在其中一实施例中，系统还包括光电耦合器，所述光电耦合器设置于缓冲放大器和单片机之间，所述光电耦合器用于消除外界输入信号杂质。
如图2所示，本实用新型光伏电站直流侧电缆故障检测系统的工作流程如下：
步骤一、合上开关S1；
步骤二、将系统并联接入光伏组串的正负极之间，将开关S2闭合，测得变阻器RV电压值为U1；
步骤三、断开开关S2，测得变阻器RV的电压值为U2；
步骤四、将采样的电压值U1、U2经过缓冲器和光电耦合器，传送到单片机计算该光伏组串正负极对地绝缘阻抗值，判断对地绝缘阻抗值是否处于正常范围。
令R9＝R1+R2+R8+Rx，由基尔霍夫电流定律可得：
由式(1)(2)可以计算出光伏组串正负极对地绝缘电阻Rx,Ry。
步骤五、给出故障判断。
根据计算的数值，与设定值进行比较，给出故障判断，若Rx或者Ry小于设定值R设定时，告警“绝缘阻抗异常”，并断开对应的支路电子开关S3、S4，可选地，设定值R设定＝0.03Ω。待修复完成后，按键输入复位，恢复正常状态。
本实用新型优选实施例还公开了一种光伏电站直流侧电缆故障检测设备，集成有上述任一实施例所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统。
本实用新型光伏电站直流侧电缆故障检测系统能在线监测光伏方阵支路绝缘情况，判断光伏直流电缆故障情况，并且能在发生故障后及时定位电缆损坏位置，具有准确性高、可靠性好的优点。
本实用新型增加控制功能，对故障组串支路进行控制保护，避免事故的扩大的同时，精准控制到支路，而不是使整台逆变器停机，降低发电效益的影响。
以上实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.光伏电站直流侧电缆故障检测系统，其特征在于，包括：
电阻桥路、缓冲放大器和单片机，所述电阻桥路接在光伏组串正负极之间，与光伏组串正负极对地绝缘电阻组成一个电桥，用于采集光伏组串正负极之间的电压信号；
所述电阻桥路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻RV、电阻R8、开关S2，电阻R1、电阻R2、开关S2、电阻R3、电阻RV依次串联后接在光伏组串正极和负极之间；电阻R8的一端接地，另一端接在开关S2和电阻R3之间，电阻R4一端接在电阻R3和电阻RV之间，另一端与所述缓冲放大器连接；所述缓冲放大器用于将采集的电压数据暂时存放，所述单片机用于基于基尔霍夫电流定律计算光伏组串正负极对地绝缘电阻Rx和Ry。
2.如权利要求1所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统，其特征在于，所述光伏组串正极通过开关S3与单片机连接，所述光伏组串负极通过开关S4与单片机连接，开关S3和开关S4由单片机控制。
3.如权利要求2所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统，其特征在于，开关S3和开关S4为常闭状态，当检测到故障时，单片机控制开关S3和开关S4断开。
4.如权利要求3所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统，其特征在于，开关S3和开关S4为电子开关。
5.如权利要求1所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统，其特征在于，所述电阻桥路还包括开关S1，开关S1和电阻R8串联后一端接地，另一端接在开关S2和电阻R3之间，开关S1在系统不工作时断开。
6.如权利要求5所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统，其特征在于，开关S1为电子开关。
7.如权利要求1所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统，其特征在于，所述系统还包括光电耦合器，所述光电耦合器设置于缓冲放大器和单片机之间，所述光电耦合器用于消除外界输入信号杂质。
8.如权利要求1所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统，其特征在于，所述电阻RV为变阻器，用于对电桥进行微调校准。
9.如权利要求1所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统，其特征在于，开关S2为电子开关。
10.光伏电站直流侧电缆故障检测设备，其特征在于，集成有如权利要求1-9任一所述的光伏电站直流侧电缆故障检测系统。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116859289A (zh) * | 2023-09-04 | 2023-10-10 | 国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 | 一种变电站直流系统接地故障检测装置 |
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2022
- 2022-04-28 CN CN202221011013.5U patent/CN217443482U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN116859289B (zh) * | 2023-09-04 | 2023-11-14 | 国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 | 一种变电站直流系统接地故障检测装置 |
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