CN218217294U - 一种智能光伏汇流箱 - Google Patents

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王帅
翟志国
郭诗宏
李心怡
李瑞安
李贵良
燕云飞
贾金铎
孟维康
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Abstract

一种智能光伏汇流箱，属于汇流箱技术领域，所述智能光伏汇流箱用在光伏制氢并网系统中光伏组件之后、变流器和逆变器之前，所述汇流箱包括分别与光伏组件中光伏组串连接的带有防雷模块的汇流电路、借助采集控制单元的控制设置在汇流电路上的中间继电器组以及与中间继电器输出端连接的输出继电器组和风扇。通过对设备结构的改造，对采集控制单元的改进和判断逻辑的优化，实现根据用户需求或者主站指令在两种并网系统之间实现准确并且灵活地投切，使光伏制氢系统中的光伏组件利用率提高。

Description

一种智能光伏汇流箱
技术领域
本实用新型属于汇流箱技术领域，具体涉及一种用在光伏制氢系统中的智能光伏汇流箱。
背景技术
目前，汇流箱作为一种新能源发电系统附属装置，可以对输入输出量进行采集，对每一路光伏组件进行隔离并保护，对变流装置和逆变装置进行隔离保护，所以汇流箱这种装置非常适合复合型新能源发电系统。但是在制氢系统中还未有应用，也没有作为系统选择性装置出现过。因此，找到一种光伏组件利用率高，功能齐全，可以根据用户需求，根据接收指令在两种并网系统之间灵活投切的新型智能汇流箱显得格外重要。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供了一种智能光伏汇流箱，通过对设备结构的改造，尤其是对采集控制单元的改进，实现根据用户需求或者主站指令在两种并网系统之间实现准确并且灵活地投切，使光伏制氢系统中的光伏组件利用率提高。
本实用新型采用的技术方案是：一种智能光伏汇流箱，所述智能光伏汇流箱用在光伏制氢并网系统中光伏组件之后、变流器和逆变器之前，所述汇流箱包括分别与光伏组件中光伏组串连接的带有防雷模块的汇流电路、借助采集控制单元的控制设置在汇流电路上的中间继电器组以及与中间继电器输出端连接的输出继电器组和风扇。
进一步地，所述采集控制单元包括控制板，与控制板连接的遥测采集板、遥信采集板和RS485接口；遥测采集板连接在防雷模块输出端，遥信采集板连接在输出继电器组的输出端，控制板连接在遥测采集板的输出端、遥信采集板的输出端和中间继电器的输入端。
进一步地，所述中间继电器为交流继电器，分别是中间继电器1、中间继电器2和中间继电器3；所述中间继电器1连接控制风扇，中间继电器2和中间继电器3的输出端连接输出继电器组，所述中间继电器1、中间继电器2和中间继电器3受控端与控制板连接，其中中间继电器2和中间继电器3受控制板中的互锁电路控制。
所述互锁电路由两个相互对称的电路组成，所述的互锁电路左半幅包括MOS管Q5、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q1、连接在MOS管Q5的3脚和5V电源JDQ_5V之间的中间继电器JQ2和二极管D3、连接在MOS管Q5的1脚和MOS管Q2的3脚之间的电阻R14、连接在MOS管Q2的3脚和GND_1之间的电阻R96、连接在MOS管Q2的1脚和MOS管Q3的3脚之间的电阻R3、连接在MOS管Q3的3脚和电源VCC_3.3V之间的电阻R5。所述MOS管Q5的2脚和MOS管Q3的2脚都连接GND_1；MOS管Q1的3脚连接MOS管Q2的2脚，MOS管Q1的2脚连接电源VCC_3.3V，MOS管Q1的1引脚连接控制信号CTR_SWITCH2；MOS管Q3的1脚连接控制信号CTR_SWITCH1；
所述的互锁电路右半幅包括MOS管Q6、MOS管Q11、MOS管Q4、MOS管Q10、连接在MOS管Q6的3脚和5V电源JDQ_5V之间的中间继电器JQ3和二极管D4、连接在MOS管Q6的1脚和MOS管Q11的3脚之间的电阻R15、连接在MOS管Q11的3脚和GND_1之间的电阻R95、连接在MOS管Q11的1脚和MOS管Q4的3脚之间的电阻R13、连接在MOS管Q4的3脚和电源VCC_3.3V之间的电阻R12；所述MOS管Q6的2脚和MOS管Q4的2脚都连接GND_1；MOS管Q10的3脚连接MOS管Q11的2脚，MOS管Q10的2脚连接电源VCC_3.3V，MOS管Q10的1引脚连接控制信号CTR_SWITCH1；MOS管Q4的1脚连接控制信号CTR_SWITCH2。
进一步地，所述输出继电器组分为两组，一组输出继电器K1-K40连接在中间继电器2和变流器之间，另一组输出继电器K41-K80组连接在中间继电器3和逆变器的之间。
采用本实用新型产生的有益效果：通过对设备结构的改造，对采集控制单元的改进和判断逻辑的优化，实现根据用户需求或者主站指令在两种并网系统之间实现准确并且灵活地投切，使光伏制氢系统中的光伏组件利用率提高。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意框图；
图2是本实用新型的判断逻辑流程图；
图3是本实用新型的硬件互锁电路图。
具体实施方式
参看附图1，一种智能光伏汇流箱，所述智能光伏汇流箱用在光伏制氢并网系统中光伏组件之后、变流器和逆变器之前，所述汇流箱包括分别与光伏组件中光伏组串连接的带有防雷模块的汇流电路、借助采集控制单元的控制设置在汇流电路上的中间继电器组以及与中间继电器输出端连接的输出继电器组和风扇。所述光伏组件有至少2组光伏组串构成，每组光伏组串输出端借助汇流电路汇集。所述中间继电器为交流继电器，分别是中间继电器1、中间继电器2和中间继电器3；所述中间继电器1连接控制风扇，中间继电器2和中间继电器3的输出端连接输出继电器组，所述中间继电器1、中间继电器2和中间继电器3受控端与控制板连接，其中中间继电器2和中间继电器3受控制板中的互锁电路控制。所述输出继电器组分为两组，一组输出继电器K1-K40连接在中间继电器2和变流器之间，另一组输出继电器K41-K80组连接在中间继电器3和逆变器的之间。
所述采集控制单元包括控制板，与控制板连接的遥测采集板、遥信采集板和RS485接口；遥测采集板连接在防雷模块输出端，遥信采集板连接在输出继电器组的输出端，控制板连接在遥测采集板的输出端、遥信采集板的输出端和中间继电器的输入端。
本实用新型的原理：光伏制氢系统中的光伏组件发电产生的直流量进入带有防雷模块的汇流电路；每一路输入都带有一个防雷模块。控制板通过高速RS485接收指令，控制对应中间继电器的断开与闭合，进一步地控制输出继电器的断开与闭合，从而控制系统直流量的输出。
所述的采集控制单元，遥测采集板每一路都采用多级分压电路，采用模拟开关CD4052进行选择采集20个光伏组串的电压值，通过控制板的算法得到系统输入遥信值。遥信采集板采用多级分压电路，采用MCP6002-1运算放大器采集输出继电器的输入端获得系统输出遥信值。控制板采用STM32系列芯片，通讯接口为高速485，支持115200波特率。控制板的遥控逻辑采用软件判断和硬件互锁相结合的控制方式，确保投切控制的可靠性。
所述的控制逻辑软件判断如图2所示：具体步骤如下：
1）、收到切换指令，回复相同帧表示收到指令。
2）、清空“投切成功”“投切失败”两个遥信，切断继电器电源。
3）、读输出遥信，确保输出确实断开。若Ns之内未全断开，则再次切断继电器电源；继续读遥信，若Ns之后还未全断开，则“投切失败”遥信置1。结束。
4）、若输出确实断开，则根据指令闭合对应继电器。
5）、判断前端遥测值所产生遥信和输出遥信是否一致，确保确实闭合了。2Ns之内持续判断，若前端遥测值所产生遥信和输出遥信不一致，则2Ns以后遥信“投切失败”遥信置1。结束。
6）、若前端遥测值所产生遥信与输出遥信一致，“投切成功”遥信置1，结束。
所述的控制逻辑互锁电路如图3所示：单片机控制一个电源信号和两个切换信号。当电源信号为1时，不论切换信号是什么，中间继电器均断开；当电源信号为0时，两个切换信号相同时，中间继电器均断开，两个信号不同时才闭合相应切换信号为1的继电器，从而实现互锁。
参看附图3，所述互锁电路由两个相互对称的电路组成，所述的互锁电路左半幅包括MOS管Q5、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q1、连接在MOS管Q5的3脚和5V电源JDQ_5V之间的中间继电器JQ2和二极管D3、连接在MOS管Q5的1脚和MOS管Q2的3脚之间的电阻R14、连接在MOS管Q2的3脚和GND_1之间的电阻R96、连接在MOS管Q2的1脚和MOS管Q3的3脚之间的电阻R3、连接在MOS管Q3的3脚和电源VCC_3.3V之间的电阻R5。所述MOS管Q5的2脚和MOS管Q3的2脚都连接GND_1；MOS管Q1的3脚连接MOS管Q2的2脚，MOS管Q1的2脚连接电源VCC_3.3V，MOS管Q1的1引脚连接控制信号CTR_SWITCH2；MOS管Q3的1脚连接控制信号CTR_SWITCH1；所述的互锁电路右半幅包括MOS管Q6、MOS管Q11、MOS管Q4、MOS管Q10、连接在MOS管Q6的3脚和5V电源JDQ_5V之间的中间继电器JQ3和二极管D4、连接在MOS管Q6的1脚和MOS管Q11的3脚之间的电阻R15、连接在MOS管Q11的3脚和GND_1之间的电阻R95、连接在MOS管Q11的1脚和MOS管Q4的3脚之间的电阻R13、连接在MOS管Q4的3脚和电源VCC_3.3V之间的电阻R12；所述MOS管Q6的2脚和MOS管Q4的2脚都连接GND_1；MOS管Q10的3脚连接MOS管Q11的2脚，MOS管Q10的2脚连接电源VCC_3.3V，MOS管Q10的1引脚连接控制信号CTR_SWITCH1；MOS管Q4的1脚连接控制信号CTR_SWITCH2。
互锁电路由两个相互对称的电路组成。分别控制中间继电器2（JQ2）和中间继电器3（JQ3）的开启和闭合。继电器才动作的前提条件是：当另一个电路的电源控制信号（CTR_JDQ5V）为低电平时，图中电路的JDQ_5V才得电。否则无论控制信号为什么电平，继电器均不动作。当JDQ_5V得电，此时两个控制信号为不同电平，以左半边控制中间继电器2来举例说明：若CTR_SWITCH2为低电平，此时MOS管Q1导通，进而MOS管Q2的2处为高电平；CTR_SWITCH1为高电平，此时MOS管Q3导通，进而MOS管Q2的1处为低电平。进一步地，MOS管Q2会导通。进而MOS管Q5的1处会是高电平。此时MOS管Q5导通，中间继电器得电，闭合。而此时右半边电路上下两个控制信号正好均会导致MOS管不导通，进而中间继电器3就会是断开的状态。实现硬件互锁。当JDQ_5V得电，此时两个控制信号若为相同电平，以左半边控制中间继电器2来举例说明：Q1和Q3若同为高电平。此时MOS管Q1不导通，MOS管Q2的2处为低电平；MOS管Q3导通，MOS管Q2的1处为低电平，就会导致MOS管Q2无法导通，继而导致MOS管Q5无法导通，中间继电器Q2就会是断开的状态。而此时右半边电路的情况和左边是一样的，所以中间继电器Q3也是断开的状态。

Claims (5)

1.一种智能光伏汇流箱，所述智能光伏汇流箱用在光伏制氢并网系统中光伏组件之后、变流器和逆变器之前，其特征在于：所述汇流箱包括分别与光伏组件中光伏组串连接的带有防雷模块的汇流电路、借助采集控制单元的控制设置在汇流电路上的中间继电器组以及与中间继电器输出端连接的输出继电器组和风扇。
2.根据权利要求1所述的智能光伏汇流箱，其特征在于：所述采集控制单元包括控制板，与控制板连接的遥测采集板、遥信采集板和RS485接口；遥测采集板连接在防雷模块输出端，遥信采集板连接在输出继电器组的输出端，控制板连接在遥测采集板的输出端、遥信采集板的输出端和中间继电器的输入端。
3.根据权利要求2所述的智能光伏汇流箱，其特征在于：所述中间继电器为交流继电器，分别是中间继电器1、中间继电器2和中间继电器3；所述中间继电器1连接控制风扇，中间继电器2和中间继电器3的输出端连接输出继电器组，所述中间继电器1、中间继电器2和中间继电器3受控端与控制板连接，其中中间继电器2和中间继电器3受控制板中的互锁电路控制。
4.根据权利要求3所述的智能光伏汇流箱，其特征在于：所述互锁电路由两个相互对称的电路组成，所述的互锁电路左半福包括MOS管Q5、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q1、连接在MOS管Q5的3脚和5V电源JDQ_5V之间的中间继电器JQ2和二极管D3、连接在MOS管Q5的1脚和MOS管Q2的3脚之间的电阻R14、连接在MOS管Q2的3脚和GND_1之间的电阻R96、连接在MOS管Q2的1脚和MOS管Q3的3脚之间的电阻R3、连接在MOS管Q3的3脚和电源VCC_3.3V之间的电阻R5；
所述MOS管Q5的2脚和MOS管Q3的2脚都连接GND_1；MOS管Q1的3脚连接MOS管Q2的2脚，MOS管Q1的2脚连接电源VCC_3.3V，MOS管Q1的1引脚连接控制信号CTR_SWITCH2；MOS管Q3的1脚连接控制信号CTR_SWITCH1；
所述的互锁电路右半幅包括MOS管Q6、MOS管Q11、MOS管Q4、MOS管Q10、连接在MOS管Q6的3脚和5V电源JDQ_5V之间的中间继电器JQ3和二极管D4、连接在MOS管Q6的1脚和MOS管Q11的3脚之间的电阻R15、连接在MOS管Q11的3脚和GND_1之间的电阻R95、连接在MOS管Q11的1脚和MOS管Q4的3脚之间的电阻R13、连接在MOS管Q4的3脚和电源VCC_3.3V之间的电阻R12；
所述MOS管Q6的2脚和MOS管Q4的2脚都连接GND_1；MOS管Q10的3脚连接MOS管Q11的2脚，MOS管Q10的2脚连接电源VCC_3.3V，MOS管Q10的1引脚连接控制信号CTR_SWITCH1；MOS管Q4的1脚连接控制信号CTR_SWITCH2。
5.根据权利要求1所述的智能光伏汇流箱，其特征在于：所述输出继电器组分为两组，一组输出继电器K1-K40连接在中间继电器2和变流器之间，另一组输出继电器K41-K80组连接在中间继电器3和逆变器的之间。
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