一種用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置的製作方法
2023-12-04 15:35:56 1
本實用新型涉及新能源技術領域，尤其涉及一種用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置。
背景技術：
太陽能發電作為新能源的重要組成部分，獲得越來越大的發展。隨著光伏產業規模不斷擴大，使用環境的差異性與不確定性，特別是一些環境條件比較惡劣的地區，隨著時間的延長出現了一系列由於PID現象導致光伏組件功率下降、發電量降低的問題。
申請人在專利CN103475271A中提出一種採用熔斷器和開關串聯連接後把PV組件的負極接地的方案，如圖1所示，此方案正常情況下可以消除負偏壓，有效的解決PID問題。但是在開機運行的狀態中如果逆變器的正母線或者PV電池板正極因故障出現接地，會造成PV板正負極短路，引起熔絲頻繁損壞、維護工作量增加的情況。
技術實現要素：
本實用新型的主要目的在於提出一種用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置，旨在解決逆變器的正直流母線或者PV組件的正極因故障出現接地，造成PV組件的正負極短路，引起熔絲頻繁損壞、增加維護工作量的問題。
為實現上述目的，本實用新型實施例提供一種用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置，所述光伏發電系統包括PV組件，以及通過正直流母線、負直流母線與所述PV組件連接的逆變器；所述抗電勢誘導衰減裝置的一端與負直流母線連接，另一端接地；該裝置包括串聯連接的電子開關、熔斷器及限流電阻，該裝置還包括檢測模塊、比較模塊、電子開關控制模塊及監控模塊；
所述檢測模塊，用於檢測限流電阻兩端的電壓或者流經限流電阻的電流；
所述比較模塊，用於根據所述檢測模塊檢測到的電壓或者電流，與預設的電壓或者電流進行比較，並生成電子開關第一控制信號給所述電子開關控制模塊；
所述監控模塊，用於根據所述光伏發電系統的系統信息，生成電子開關第二控制信號給所述電子開關控制模塊；
所述電子開關控制模塊，用於根據所述比較模塊生成的電子開關第一控制信號和所述監控模塊生成的電子開關第二控制信號，控制所述電子開關的關斷或者閉合。
可選的，所述裝置包括與所述電子開關、熔斷器、限流電阻串聯連接的直流電壓源。
可選的，所述直流電壓源包括隔離變壓器和整流單元；
所述隔離變壓器的輸入端與所述逆變器的交流輸出端連接；所述隔離變壓器的輸出端與所述整流單元連接。
可選的，所述整流單元包括整流二極體和濾波電容。
可選的，所述直流電壓源包括DCDC轉換器；
所述DCDC轉換器的輸入端與所述逆變器的直流輸入端或者PV組件連接。
可選的，所述檢測模塊包括高阻差分檢測模塊；所述高阻差分檢測模塊，用於獲取限流電阻兩端的電壓。
可選的，所述檢測模塊包括霍爾檢測模塊；所述限流電阻的一端設置有霍爾元器件，通過所述霍爾元器件及所述霍爾檢測模塊獲取限流電阻的電流。
可選的，所述光伏發電系統的系統信息包括所述逆變器的開機條件和/或所述光伏發電系統的絕緣阻抗檢測信息。
可選的，所述電子開關包括晶閘管、電晶體、IGBT或場效應管中的一種。
可選的，所述PV組件包括串聯連接的多個PV電池、或者並聯連接的多個PV電池、或者串並聯連接的多個PV電池中的一種。
本實用新型實施例提供的用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置，通過設置的檢測模塊、比較模塊、電子開關控制模塊及監控模塊，能夠及時地檢測出光伏發電系統中PV組件正極對地短路的情況，並且可快速地切斷抗電勢誘導衰減裝置與負直流母線的連接，防止抗電勢誘導衰減裝置的熔絲和電阻的損壞，同時可及時上報絕緣阻抗故障的信息，降低了系統維護的工作量。
附圖說明
圖1為現有技術的抗電勢誘導衰減裝置結構示意圖；
圖2為本實用新型實施例提供的用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置結構示意圖；
圖3為本實用新型實施例提供的用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置的電子開關控制框圖；
圖4為本實用新型實施例提供的用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置另一結構示意圖；
圖5為本實用新型實施例提供的用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置的直流電壓源的結構示意圖；
圖6為本實用新型實施例提供的用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置的等效電路結構示意圖。
本實用新型目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施方式
應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
現在將參考附圖描述實現本實用新型各個實施例的。在後續的描述中，使用用於表示元件的諸如「模塊」、「部件」或「單元」的後綴僅為了有利於本實用新型的說明。
如圖2和圖3所示，本實用新型實施例提出一種用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置，光伏發電系統包括PV組件10，以及通過正直流母線21、負直流母線22與PV組件10連接的逆變器40；抗電勢誘導衰減裝置30的一端與負直流母線22連接，另一端接地；抗電勢誘導衰減裝置30包括串聯連接的電子開關31、熔斷器32及限流電阻33。需要說明的是，串聯連接的電子開關31、熔斷器32及限流電阻33，器件之間的連接順序關係不受附圖所限制。
在本實施例中，PV組件10可為串聯連接的多個PV電池11、或者並聯連接的多個PV電池11、或者串並聯連接的多個PV電池11。
請參考圖3所示，抗電勢誘導衰減裝置30還包括檢測模塊、比較模塊、電子開關控制模塊及監控模塊；
檢測模塊，用於檢測限流電阻兩端的電壓或者流經限流電阻的電流；
在本實施例中，檢測模塊可包括高阻差分檢測模塊，通過高阻差分檢測模塊可實時獲取限流電阻33兩端的電壓。
在本實施例中，檢測模塊可包括霍爾檢測模塊，限流電阻33的一端設置有霍爾元器件，通過霍爾元器件及霍爾檢測模塊可實時獲取限流電阻33兩端的電流。
需要說明的是，採用高阻差分檢測模塊或者霍爾檢測模塊，可由用戶根據實際情況進行選擇。
比較模塊，用於根據檢測模塊檢測到的電壓或者電流，與預設的電壓或者電流進行比較，並生成電子開關第一控制信號給電子開關控制模塊；
在本實施例中，比較模塊可為一比較器電路，檢測到的電壓或者電流經過濾波後送到比較器的同相端，預設的閥值電壓接入比較器的反向端，當檢測到的電壓高於閥值電壓後，比較器輸出高電平，作為電子開關的第一控制信號。
監控模塊，用於根據光伏發電系統的系統信息，生成電子開關第二控制信號給電子開關控制模塊；在本實施例中，光伏發電系統的系統信息包括逆變器40的開機條件和/或光伏發電系統的絕緣阻抗檢測信息。
在本實施例中，監控模塊可為逆變器的DSP控制系統，當系統沒有絕緣阻抗故障，逆變器啟動運行後，DSP發出高電平作為電子開關的第二控制信號，反之發出低電平作為電子開關的第二控制信號。
在本實施例中，監控模塊也可為光伏發電系統的監控系統或者為單獨一個模塊。
電子開關控制模塊，用於根據比較模塊生成的電子開關第一控制信號和監控模塊生成的電子開關第二控制信號，控制電子開關的關斷或者閉合。電子開關的第一控制信號可通過邏輯門取反後，與電子開關的第二控制信號進行邏輯門線與計算，如果線與後的輸出為高電平則控制電子開關31導通，否則控制電子開關31斷開。
在本實施例中，電子開關包括但不限於晶閘管、電晶體、IGBT或場效應管。
請參考圖4所示，進一步的，抗電勢誘導衰減裝置30包括串聯連接的電子開關31、熔斷器32、限流電阻33及直流電壓源34。直流電壓源34用於抬高PV組件的負直流母線對大地的電壓。
請參考圖5所示，直流電壓源可包括隔離變壓器T1和整流單元，整流單元包括整流二極體D1和濾波電容C1。隔離變壓器T1的輸入端與逆變器40的交流輸出端41連接；隔離變壓器T1的輸出端與整流單元連接。
在其他實施例中，直流電壓源可包括DCDC轉換器，DCDC轉換器的輸入端與逆變器40的直流輸入端(即正直流母線21、負直流母線22)或者PV組件連接10。
為了更好地理解本發明思想，下面結合圖6來詳細地闡述。PV電池的正負端對其邊框(即大地)都存在分布電容和直流阻抗，當多塊PV電池串並聯連接後，對大地的分布電容可以達到uf數量級，對大地的直流阻抗可降低到只有幾十K歐。抗電勢誘導衰減裝置30中的電子開關31導通閉合後，正直流母線21、負直流母線22、限流電阻33、直流電壓源34和PV組件10的直流電阻電容形成圖6所示的等效電路。圖中Upv為逆變器40的直流輸入電壓(即正直流母線與負直流母線之間的電壓)，C+、C-分別為正直流母線、負直流母線對地的等效分布電容，R+、R-分別為正直流母線、負直流母線對地的等效直流阻抗，R為抗電勢誘導衰減裝置30的限流電阻33的阻抗，U為抗電勢誘導衰減裝置30的直流電壓源34，且由於PV組件10的對稱性，C+和C-相等，R+和R-相等，因此可以計算得到負直流母線(Udc-)對大地(O)的電壓為
為了達到抗電勢誘導衰減的效果，Udc-需要滿足Udc-≥0，即需要設計抗電勢誘導衰減裝置30內直流電壓源34滿足電壓關係式：
在不存在PV組件10對地短路的正常情況下，通過抗電勢誘導衰減裝置30的電流為：I≤U/R
根據此電流值大小選擇抗電勢誘導衰減裝置30的電子開關31、熔斷器32及限流電阻33的額定電流耐受參數。
當出現PV組件10的正極對大地PE短路異常工況後，通過抗電勢誘導衰減裝置30的最大電流為：
根據此電流值大小選擇抗電勢誘導衰減裝置30的電子開關31、熔斷器32及限流電阻33的最大電流耐受參數。
當系統中PV組件10的正極對大地PE出現短路異常情況後，及時檢測故障，並通過電子開關31快速切斷抗電勢誘導衰減裝置30與負直流母線22的連接，防止抗電勢誘導衰減裝置30的熔斷器32及限流電阻33的損壞，同時上報絕緣阻抗故障的信息。
以圖4為例，電子開關31可選擇1200V耐壓/10A額定電流的場效應MOS管，熔斷器32的額定電流為1A，直流電壓源34的電壓為50Vdc。若光伏發電系統1000V的光伏發電系統，即Upv為1000V，假定R+為5k歐，限流電阻33的阻值R為100歐，根據圖6所示的等效電路，可以計算此時負直流母線對大地的電壓Udc-＝29V，滿足抗電勢誘導衰減設計的要求。在不存在PV組件對地短路的正常情況下，通過抗電勢誘導衰減裝置30的電流I＝(50-29)/100＝0.21A，限流電阻33兩端的電壓為21V，功耗4.4W，熔斷器32和電子開關31的選型也都滿足要求。
當監控模塊檢測到光伏發電系統滿足逆變器開機條件，並且接收到光伏發電系統的絕緣阻抗檢測信息正常後，發送閉合電子開關31的請求；否則發送斷開電子開關31的請求。電子開關控制模塊接收監控模塊和比較模塊的信號做綜合控制，如果監控模塊和比較模塊都請求閉合電子開關31，則執行閉合電子開關31的命令，否則斷開電子開關31的導通。
當PV組件10中出現對大地短路後，根據短路點的不同出現的短路電流大小不同，最大短路電流為逆變器正直流母線對大地短路時。實時採樣限流電阻33兩端的電壓送到高阻差分檢測模塊，再把檢測到的電壓與預設的電壓進行比較判斷。如果超過了閥值，比較模塊則向電子開關控制模塊發送斷開電子開關31的請求；如果沒有超過閥值，則發送閉合電子開關31的請求。同時電子開關控制模塊會把是否超過閥值的信息反饋到監控模塊，監控模塊在收到超過閥值的信息後，會報送光伏發電系統的絕緣阻抗故障的信息，並給電子開關控制模塊發送斷開電子開關31的請求，形成閉鎖控制。
本實用新型實施例提供的用於光伏發電系統的抗電勢誘導衰減裝置，通過設置的檢測模塊、比較模塊、電子開關控制模塊及監控模塊，能夠及時地檢測出光伏發電系統中PV組件正極對地短路的情況，並且可快速地切斷抗電勢誘導衰減裝置與負直流母線的連接，防止抗電勢誘導衰減裝置的熔絲和電阻的損壞，同時可及時上報絕緣阻抗故障的信息，降低了系統維護的工作量。
以上僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。