一種組串檢測控制電路和控制方法與流程
2023-09-20 00:27:45 2
本發明屬於光伏設備自動控制領域，尤其涉及一種應用於光伏匯流箱的組串檢測控制電路和控制方法。
背景技術：
隨著光伏產業的迅猛發展，對光伏設備自動化程度的要求也越來越高，匯流箱作為光伏發電系統的中間環節尤為重要。
目前絕大多數的匯流箱僅能對組串電流進行監視，在太陽能電池板出現熱斑效應的時候不能夠及時有效的切除故障組串，電池組件在現場使用當中出現熱斑效應的情況有：雲層遮擋、落葉遮擋、飛鳥遮擋、塵土遮擋等。由於僅能實現對光伏組串的電壓和電流檢測，而不能夠實現智能控制，對於電池板部分被遮擋出現電池組件倒灌電流的情況不能自動控制，嚴重情況將燒斷熔斷器甚至燒壞電池組件。該問題制約著光伏系統的自動控制實現。
目前為解決太陽能電池的熱斑效應通常採用的方法是在電池組件輸出端並聯一個旁路二極體，單二極體本色所消耗的能力比較大且出現故障的概率也較高，在解決熱斑問題的同時也帶來其他的問題，不是一個比較理想的解決辦法。
技術實現要素：
發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種組串檢測控制電路和兩種控制方法，應用於智能光伏匯流箱，能夠實現組串自動投切，及時有效的切除故障組串，從而保護太陽能電池板和降低事故發生率。
技術方案：為了實現上述目的，本發明的組串檢測控制電路，應用於光伏匯流箱中，包括：控制單元、固態繼電器和霍爾傳感器，所述光伏匯流箱的匯流銅牌上連接有多個組串匯流電纜，這些組串匯流電纜分別與所述控制單元連接，每個組串匯流電纜均配置有一固態繼電器和一霍爾傳感器，所述固態繼電器串接在組串匯流電纜中，組串匯流電纜橫穿所述霍爾傳感器。
其中，所述霍爾傳感器用於採集其對應組串匯流電纜的電流信號，並將採集到的電流信號傳送給所述控制單元，所述控制單元根據電流信號控制相應固態繼電器的通斷來完成各組串匯流電纜中電流的投入與切除。
相應地，本發明中利用上述組串檢測控制電路進行組串檢測控制的方法，包括以下步驟：
控制單元循環檢測每一個組串匯流電纜的工作電流，即各組串匯流電纜所配置的霍爾傳感器依次向控制單元傳送所採集到的電流；
若某個組串匯流電纜的電流為負值或者大於10A，則控制單元控制固態繼電器切斷該組串匯流電纜的電流通路，並發出報警信號。
進一步地，本發明對上述控制方法進行了改進，改進後的控制方法包括以下步驟：
控制單元循環檢測每一個組串匯流電纜的工作電流，即各組串匯流電纜所配置的霍爾傳感器依次向控制單元傳送所採集到的電流；
若某個組串匯流電纜的電流為負值或者大於10A，則控制單元控制固態繼電器切斷該組串匯流電纜的電流通路；
在該組串匯流電纜切斷時長達到預設的時間段之後，則控制單元控制固態繼電器接通該組串匯流電纜的電流通路；
對於每個組串匯流電纜，累計其切斷次數，若某個組串匯流電纜在連續三次的循環檢測中其電流均為負值或者大於10A，則控制單元控制固態繼電器切斷該組串匯流電纜的電流通路，並發出報警信號；否則，其電流通路繼續處於接通狀態，將切斷次數置零，重新累計。
有益效果：本發明中的組串檢測控制電路和組串檢測控制方法，應用於智能光伏匯流箱，通過為每個組串匯流電纜均配置有一固態繼電器和一霍爾傳感器，並利用控制單元根據霍爾傳感器的採集信號控制相應固態繼電器的通斷來完成各組串匯流電纜中電流的投入與切除，能快速檢測出故障；能後臺監控，及時排除故障，降低事故發生率；固態繼電器工作可靠，壽命長，無噪聲，開關速度快，兼容性好；本發明進一步提出的控制方法能夠快速檢測出故障的基礎上還能判斷可否恢復，避免誤切組串。
附圖說明
圖1是本發明中組串檢測控制電路的電路結構示意圖；
圖2是霍爾傳感器的採樣電路圖；
圖3是本發明中組串檢測控制方法的流程圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作更進一步的說明。
實施例1：
圖1中的組串檢測控制電路，應用於智能光伏匯流箱中，包括：控制單元、固態繼電器和霍爾傳感器，智能光伏匯流箱的匯流銅牌上連接有多個組串匯流電纜，這些組串匯流電纜分別與控制單元連接，每個組串匯流電纜均配置有一固態繼電器和一霍爾傳感器，固態繼電器串接在組串匯流電纜中，組串匯流電纜橫穿霍爾傳感器；霍爾傳感器用於採集其對應組串匯流電纜的電流信號，並將採集信號傳送給控制單元，控制單元根據採集信號控制相應固態繼電器的通斷來完成各組串匯流電纜中電流的投入與切除。
組串電流的採樣由霍爾電流傳感器來完成，霍爾傳感器是基於磁平衡式霍爾原理，即閉環原理。其原理如圖2所示，為將載流體周圍的磁通集中穿過霍爾元件，同時霍爾元件電流端通過規定的直流電流，則霍爾元件電壓端上就會產生霍爾電勢，將此電勢放大後輸人磁芯的補償線圈，當補償線圈產生的磁通完全補償被測電流產生的磁通時，補償線圈的電流按比例反映了被測電流的數值，被測電流I為單線穿過霍爾元件，補償線圈設為N匝，補償電流為I0，則在磁通平衡時有I＝I0×N，I0通過採樣電阻R轉換成電壓後得到U0，則有U0＝I0×R＝I×R/N。因此，只要測得U0即可測得被測電流I0。
控制組串通斷的繼電器的選擇是關鍵，由於太陽能電池組串具有較高的輸出電壓(DC1000V),且電流也比較大，所以繼電器需要有較高的安全耐壓值，並能承受較大的功率，電磁式繼電器滿足不了要求，本發明中選擇用固態繼電器，不僅具有能承受電壓高驅動功率大的優點，而且無觸點開關機構，提高開關次數及開關響應速度。
實施例2：
本實施例中針對上述組串檢測控制電路介紹一種組串檢測控制方法，包括以下步驟：
當匯流箱開始工作後，控制單元循環檢測每一個組串匯流電纜的工作電流，即各組串匯流電纜所配置的霍爾傳感器依次向控制單元傳送所採集到的電流；
若某個組串匯流電纜的電流為負值或者大於10A，則控制單元控制固態繼電器切斷該組串匯流電纜的電流通路，並發出報警信號；所述報警信號包括匯流箱的編號和組串匯流電纜的編號信息。
正常工作情況下，各組串匯流電纜的電流應小於10A，且電流不能為負值，因此若霍爾傳感器採集到的電流信號為負值或者大於10A，則認為相應組串匯流電纜所在的電池組件發生故障，進行及時切斷。
實施例3：
實施例2中一旦組串匯流電纜所在的電池組發生故障，便進行切斷，若相應的電池組件僅僅是遇到短時可恢復故障，則會降低整個太陽能電池的工作效率。因此，本實施例針對上述組串檢測控制電路對實施例2中的控制方法做了進一步改進，當匯流箱開始工作後，如圖3所示，組串檢測控制方法包括以下步驟：
控制單元循環檢測每一個組串匯流電纜的工作電流，即各組串匯流電纜所配置的霍爾傳感器依次向控制單元傳送所採集到的電流；
若某個組串匯流電纜的電流為負值或者大於10A，則控制單元控制固態繼電器切斷該組串匯流電纜的電流通路；
在該組串匯流電纜切斷時長達到預設的時間段之後，則控制單元控制固態繼電器接通該組串匯流電纜的電流通路；
對於每個組串匯流電纜，累計其切斷次數，若某個組串匯流電纜在連續三次的循環檢測中其電流均為負值或者大於10A，則控制單元控制固態繼電器切斷該組串匯流電纜的電流通路，並發出報警信號，所述報警信號包括匯流箱的編號和組串匯流電纜的編號信息；否則，其電流通路繼續處於接通狀態，將切斷次數置零，重新累計。
上述控制單元可以採用單片機，通過RS485總線與總機連接，一旦單片機檢測到故障情況，隨即給出控制信號關斷故障組串所在的固態繼電器，然後進行延時處理，並再次判斷是否故障，在3次採樣內若故障消除，則判斷該故障是短時可恢復故障，太陽能組件工作正常，隨即清除故障信息，正常投入該組串運行；若故障仍然存在，則判斷該故障不是短期內能夠自行恢復的情況，此時徹底切除該組串，並向總機發送報警信號，便於人為更換相應的故障組件，從而達到保護太陽能電池板和降低事故發生率的目的。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬於本發明的保護範圍。