一種光伏組件接地裝置、監測裝置及監測方法
2023-06-18 12:14:46 2
一種光伏組件接地裝置、監測裝置及監測方法
【專利摘要】本發明公開一種光伏組件接地裝置，所述接地裝置的一端連接光伏發電系統直流母線負極，另一端接地，所述接地裝置採用導線、電阻、電感、電阻與電感的串聯結構或電阻與電感的並聯結構。此種接地裝置可實現對光伏組件的電位誘發衰減（PID）效應的抑制。本發明還公開一種光伏組件接地監測裝置，包括接地電阻和電流檢測器，所述電流檢測器包括依次連接的漏電流監測元件、控制單元及信號發送單元；所述接地裝置與漏電流監測元件串聯後，一端連接光伏發電系統直流母線負極，另一端接地。此種接地監測裝置可實現對光伏組件的接地故障監測。本發明還公開一種基於前述光伏組件接地監測裝置的監測方法。
【專利說明】一種光伏組件接地裝置、監測裝置及監測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種保護電路裝置，特別涉及一種光伏組件接地裝置、對該接地裝置的監測裝置及監測方法。
【背景技術】
[0002]在光伏發電系統中，由於光伏組件通常通過串聯之後接入逆變器，串聯後輸出電壓最高可達1000V。而光伏組件邊框、支架通常由於防雷、安全保護等因素考慮需要接地，這樣造成同一串聯的光伏組件中，串聯電位較低的部分光伏組件電極(負電位)與組件邊框(地電位)之間存在一個負電位差。這個通常高達數百伏的負電位將導致光伏組件中電極與邊框之間洩露電流的產生，洩露電流的存在將大大加速光伏組件的衰減速率，即為光伏組件的電位誘發衰減效應，簡稱光伏組件的PID (Potential Induced Degradation)效應。
[0003]近年來，隨著西部荒漠地區大型地面光伏電站的蓬勃發展，大型地面光伏電站規模和數量均大幅增加。由於荒漠光伏電站電纜通常採用直埋方式，受電纜絕緣破壞影響，光伏陣列正、負極接地故障時有發生。光伏電站一旦發生正極接地故障，將很難避免光伏組件PID效應的發生，進而導致光伏組件大量快速衰減，使光伏電站投資方遭受嚴重損失。
[0004]根據以上敘述，光伏組件的PID效應及接地故障均是阻礙光伏系統正常使用的因素，需要採用相應的解決方案來積極應對。
【發明內容】
[0005]本發明的目的，在於提供一種光伏組件接地裝置，其可實現對光伏組件的電位誘發衰減(PID)效應的抑制。
[0006]本發明的另一目的，在於提供一種光伏組件接地監測裝置及監測方法，其可實現對光伏組件的接地故障監測。
[0007]為了達成上述目的，本發明的解決方案是:
[0008]一種光伏組件接地裝置，所述接地裝置的一端連接光伏發電系統直流母線負極，另一端接地，所述接地裝置採用導線、電阻、電感、電阻與電感的串聯結構或電阻與電感的並聯結構。
[0009]上述電阻採用阻值不小於IkQ且功率不小於300W的電阻。
[0010]上述電阻採用6kQ/300W的電阻。
[0011]一種光伏組件接地監測裝置，包括接地電阻和電流檢測器，所述電流檢測器包括依次連接的漏電流監測元件、控制單元及信號發送單元；所述接地裝置與漏電流監測元件串聯後，一端連接光伏發電系統直流母線負極，另一端接地；所述漏電流監測元件將監測到的實際漏電流送入控制單元，由控制單元將該實際漏電流與預存的漏電流保護門檻值進行比較，並在實際漏電流超過門檻值時產生接地故障信號，控制信號發送單元將該接地故障信號上送至光伏電站監控系統。
[0012]上述漏電流保護門檻值設置為IOmA?50mA。[0013]上述信號發送單元通過遙信或通訊方式與光伏電站監控系統進行信號傳輸。
[0014]一種基於如前所述的一種光伏組件接地監測裝置的監測方法，包括如下步驟:
[0015](I)通過漏電流監測元件監測流過接地電阻的實際漏電流；
[0016](2)控制單元將所述實際漏電流與漏電流保護門檻值進行比較，當所述實際漏電流超過門檻值時，產生接地故障信號；
[0017](3)信號發送單元將前述接地故障信號上送至光伏電站監控系統。
[0018]上述信號發送單元通過遙信或通訊方式將所述接地故障信號上送至光伏電站監控系統。
[0019]上述漏電流保護門檻值設置為IOmA?50mA。
[0020]採用上述方案後，本發明通過採用接地裝置，通過上述技術方案，通過採用接地裝置，實現對接入光伏逆變器所有匯流箱前端的光伏組件PID效應抑制功能，原理簡單、實現方便。
[0021]本發明監測裝置及監測方法不影響光伏逆變器的正常運行，不會減少光伏發電量，保障光伏陣列安全，提高光伏發電系統效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明光伏組件接地裝置的電路結構圖；
[0023]圖2是本發明光伏組件接地監測裝置的電路結構圖。
【具體實施方式】
[0024]以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0025]本發明提供一種光伏組件接地裝置，用以抑制光伏發電系統中光伏組件的PID效應，所述接地裝置的一端連接光伏發電系統直流母線負極，另一端接地，所述接地裝置可採用導線、電阻、電感，或者是電阻與電感的串聯或並聯結構；圖1所示是採用電阻的結構示意圖，其中僅示出了直流母線分別連接數個光伏匯流箱及光伏逆變器(DC/AC)的結構，太陽能電池等組件並未示出；電阻的一端連接直流母線負極，另一端接地，在實際的光伏發電系統中，可以在匯流箱、直流配電櫃或光伏逆變器直流母線進行接地。此種接地結構可將接入光伏逆變器的所有光伏組件串聯結構中最低電位光伏組件的負極與大地之間的電位差鉗位在較低的電壓值以下，該電壓值是造成PID效應的根本原因。只要選取合適的電阻值，即可有效避免光伏組件電極與接地邊框之間形成較大的負偏電位差，從而抑制光伏組件PID效應。
[0026]電阻的選型一方面需要確保光伏逆變器正常運行時，將光伏逆變器直流負極電位與大地電位鉗位，消除接入光伏逆變器的所有光伏組件電極與接地邊框之間的負偏電位差；另一方面在出現光伏正極接地故障時，電阻可以限制故障電流，並且可以耐受故障電流而不出現過熱損壞問題，確保接地支路電流檢測及故障告警功能正常動作。
[0027]基於以上選型原則，電阻可選用阻值不小於IkQ且功率不小於300W的電阻，在本實施例中，以6kQ/300W的電阻進行設計計算:
[0028]正常運行時，由於太陽能電池的半導體特性，光伏逆變器負極接地支路漏電流小於0.12mA。以漏電流為0.12mA計算，電阻上的壓降為:[0029]AU=IR=0.12mAX 6000 Ω=0.72V
[0030]一旦發生光伏組件正極接地故障，假設單個光伏組串最大電壓為800V，根據接地系統設計規範取光伏逆變器接地迴路其他阻抗為10 Ω，在最嚴重的故障狀況下，故障電壓降落在光伏逆變器直流負極接地迴路上，則光伏逆變器直流負極接地支路故障電流為:
[0031]I=U/R=800V/ (6000+10) Ω=133.1mA
[0032]此時電阻的最大功耗為:
[0033]P=U2/R=8002/60 00=106.7W
[0034]因此，對於選型規格為6kQ/300W左右的電阻，具有如下優勢:
[0035](I)正常運行時，提供良好的抑制光伏組件PID效應的作用；
[0036](2)發生正極接地故障時，接地電阻可將最大故障電流限制在133mA左右，避免接地迴路過流造成其他設備損壞；
[0037](3)發生正極接地故障時，不會因電阻過熱損壞導致接地迴路斷線，影響接地故障的監測功能。
[0038]基於前述採用電阻接地的結構，本發明提供一種光伏組件接地監測裝置，該監測裝置包括接地電阻和電流檢測器，其中，接地電阻的一端連接光伏發的系統直流母線負極，另一端接地；電流檢測器包括依次連接的漏電流監測元件、控制單元及信號發送單元，漏電流監測元件與前述接地電阻串接，監測線路中的實際漏電流，並將監測到的漏電流數據送入控制單元；所述控制單元將前述接收到的實際漏電流數據與預存的漏電流保護門檻值進行比較，當實際漏電流超過該門檻值時，產生接地故障信號，並由信號發送單元通過遙信或通訊方式將該接地故障信號上送至光伏電站監控系統。
[0039]本實施例提供的這種接地監測裝置，將接地故障監測及告警功能與光伏組件PID效應抑制功能相結合，避免重複投資，降低光伏電站運行成本。
[0040]基於前述接地監測裝置，本發明還提供一種光伏組件接地監測方法，包括如下步驟:
[0041](I)通過漏電流監測元件監測流過接地電阻的實際漏電流；
[0042](2)控制單元比較前述實際漏電流與漏電流保護門檻值的大小，當實際漏電流超過漏電流門檻值時，產生接地故障信號；
[0043](3)信號發送單元將前述接地故障信號上送給光伏電站監控系統。
[0044]如圖2所示，光伏逆變器直流母線負極通過接地電阻接地，將接地故障保護漏電流保護門檻值設置為IOmA?50mA。正常運行時，光伏逆變器負極接地支路漏電流小於
0.12mA，在提供光伏組件PID抑制作用的同時，不會引起接地故障誤動。而一旦發生接地故障，光伏逆變器直流負極接地迴路漏電流將增大，越過接地故障保護漏電流保護門檻值，從而觸發接地故障告警。當監測到接地支路漏電流越限，可通過遙信或通訊方式將接地故障信號上送至光伏電站監控系統，實現接地故障監測及告警功能。
[0045]本實施例提供的這種接地監測方法，將接地故障監測及告警功能與光伏組件PID效應抑制功能相結合，避免重複投資，降低光伏電站運行成本。
[0046]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種光伏組件接地裝置，其特徵在於:所述接地裝置的一端連接光伏發電系統直流母線負極，另一端接地，所述接地裝置採用導線、電阻、電感、電阻與電感的串聯結構或電阻與電感的並聯結構。
2.如權利要求1所述的一種光伏組件接地裝置，其特徵在於:所述電阻採用阻值不小於IkQ且功率不小於300W的電阻。
3.如權利要求2所述的一種光伏組件接地裝置，其特徵在於，所述電阻採用6kQ/300W的電阻。
4.一種光伏組件接地監測裝置，其特徵在於:包括接地電阻和電流檢測器，所述電流檢測器包括依次連接的漏電流監測元件、控制單元及信號發送單元；所述接地裝置與漏電流監測元件串聯後，一端連接光伏發電系統直流母線負極，另一端接地；所述漏電流監測元件將監測到的實際漏電流送入控制單元，由控制單元將該實際漏電流與預存的漏電流保護門檻值進行比較，並在實際漏電流超過門檻值時產生接地故障信號，控制信號發送單元將該接地故障信號上送至光伏電站監控系統。
5.如權利要求4所述的一種光伏組件接地監測裝置，其特徵在於:所述漏電流保護門檻值設置為IOmA?50mA。
6.如權利要求4或5所述的一種光伏組件接地監測裝置，其特徵在於:所述信號發送單元通過遙信或通訊方式與光伏電站監控系統進行信號傳輸。
7.一種基於如權利要求4所述的一種光伏組件接地監測裝置的監測方法，其特徵在於包括如下步驟: (1)通過漏電流監測元件監測流過接地電阻的實際漏電流； (2)控制單元將所述實際漏電流與漏電流保護門檻值進行比較，當所述實際漏電流超過門檻值時，產生接地故障信號； (3)信號發送單元將前述接地故障信號上送至光伏電站監控系統。
8.如權利要求7所述的一種光伏組件接地監測方法，其特徵在於:所述信號發送單元通過遙信或通訊方式將所述接地故障信號上送至光伏電站監控系統。
9.如權利要求7或8所述的一種光伏組件接地監測方法，其特徵在於:所述漏電流保護門檻值設置為IOmA?50mA。
【文檔編號】H02H9/04GK103490402SQ201310398048
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】米高祥, 郭勇, 李旭, 方太勳, 劉為群 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術有限公司