匯流箱保護(hù)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種匯流箱保護(hù)裝置,其中匯流箱包括光伏電纜和斷路器,以及匯流箱保護(hù)裝置包括采集單元、邏輯單元以及執(zhí)行單元。采集單元與光伏電纜電連接,并用來采集該光伏電纜的電壓信號(hào);邏輯單元與采集單元電連接從而接收從采集單元傳來的電壓信號(hào),然后將該電信號(hào)與比較電壓進(jìn)行比較,當(dāng)該電壓信號(hào)與比較電壓的差的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值時(shí)邏輯單元向執(zhí)行單元發(fā)送指令;以及執(zhí)行單元與邏輯單元電連接并根據(jù)從邏輯單元傳來的指令控制斷路器分閘。本實(shí)用新型的匯流箱保護(hù)裝置,在光伏電纜直接接地時(shí)可以有效控制斷路器分閘,從而解決因光伏電纜接地引起的一系列問題。
【專利說明】
匯流箱保護(hù)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域,具體涉及一種匯流箱保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 匯流箱是一種應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣設(shè)備,其負(fù)責(zé)將光伏組件產(chǎn)生的直流 電,經(jīng)過其一次匯流后,傳送到光伏逆變器。為了保證發(fā)電的可靠性、安全性,匯流箱配有防 雷、過電流和過負(fù)荷等保護(hù)。但是,與匯流箱連接的光伏電纜和光伏電纜出現(xiàn)故障率最高的 是單相接地故障(正極接地或負(fù)極接地),此類故障引發(fā)非故障相的電壓升高,匯流箱內(nèi)部 的器件在高壓的情況下被擊穿,從而引發(fā)火災(zāi)。此類故障發(fā)生時(shí),匯流箱內(nèi)現(xiàn)有的保護(hù)均不 能動(dòng)作,因此這是匯流箱設(shè)計(jì)中的一類缺陷。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的是提供一種匯流箱保護(hù)裝置,以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問 題。
[0004] 為了解決上述問題,本實(shí)用新型提供了一種匯流箱保護(hù)裝置,所述匯流箱包括光 伏電纜和斷路器,所述匯流箱保護(hù)裝置包括采集單元、邏輯單元以及執(zhí)行單元;所述采集單 元與所述光伏電纜電連接,并用來采集該光伏電纜的電壓信號(hào);所述邏輯單元與所述采集 單元電連接從而接收從所述采集單元傳來的電壓信號(hào),然后將該電壓信號(hào)與比較電壓進(jìn)行 比較,當(dāng)該電壓信號(hào)與比較電壓的差的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值時(shí)所述邏輯單元向所述執(zhí) 行單元發(fā)送指令;以及所述執(zhí)行單元與所述邏輯單元電連接并根據(jù)從所述邏輯單元傳來的 指令控制所述斷路器分閘。
[0005] 較佳地,所述比較電壓等于所述設(shè)定值的1.25-2倍。
[0006] 較佳地,所述邏輯單元包括比較器,所述比較器分別與所述采集單元和所述執(zhí)行 單元電連接。
[0007] 較佳地,所述邏輯單元還包括第一電阻和第二電阻,所述第一電阻和第二電阻分 別通過導(dǎo)線與所述比較器的正、負(fù)輸入端連接,且所述第一電阻和所述第二電阻的阻值相 等。
[0008] 較佳地,所述執(zhí)行單元包括第一繼電器,所述第一繼電器與所述邏輯單元和所述 斷路器電連通,從而根據(jù)從所述邏輯單元傳來的指令控制所述斷路器分閘。
[0009] 較佳地,所述執(zhí)行單元還包括第二繼電器,所述第二繼電器與所述邏輯單元和所 述斷路器電連通,從而根據(jù)從所述邏輯單元傳送的指令控制所述斷路器合閘。
[0010] 較佳地,所述采集單元設(shè)置成對(duì)從所述光伏電纜采集的電壓進(jìn)行降壓處理,并將 經(jīng)過降壓處理后的電壓值傳送給所述邏輯單元。
[0011] 較佳地,所述匯流箱保護(hù)裝置還包括二次電源,所述二次電源分別與所述采集單 元、邏輯單元以及執(zhí)行單元電連接從而為所述采集單元、邏輯單元以及執(zhí)行單元提供電能。 1 7 20
[0012] 較佳地,所述比較電壓與光伏組串支路的開路電壓的比值位于之間。
[0013] 較佳地,所述比較電壓位于380V-400V之間,以及所述設(shè)定值位于190V-320V之間。 [0014] 較佳地,所述比較電壓等于400V,以及所述設(shè)定值等于200V。
[0015] 綜上,通過本實(shí)用新型的匯流箱保護(hù)裝置,在光伏電纜直接接地時(shí)可以有效控制 斷路器分閘,從而解決因光伏電纜接地引起的一系列問題,而在匯流箱發(fā)生光伏電纜經(jīng)過 渡電阻接地故障時(shí),本實(shí)用新型的匯流箱保護(hù)裝置在危害較大時(shí)會(huì)有效控制斷路器分閘, 而在破壞不大時(shí)則不動(dòng)作,防止因停機(jī)而造成經(jīng)濟(jì)損失。
【附圖說明】
[0016] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖;
[0017] 圖2示出現(xiàn)有技術(shù)匯流箱中的光伏電纜接地;
[0018] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)光伏組件的原理圖;
[0019] 圖4是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的匯流箱保護(hù)裝置的各單元連接示意圖;
[0020] 圖5A-5B示出本實(shí)用新型的邏輯單元的主要電路圖;以及
[0021 ]圖6是根據(jù)本實(shí)用新型另一實(shí)施例的匯流箱保護(hù)裝置的各單元連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明,以便更清楚理解本實(shí) 用新型的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解的是,附圖所示的實(shí)施例并不是對(duì)本實(shí)用新型范圍的限 制,而只是為了說明本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)精神。
[0023] 術(shù)語說明
[0024]匯流箱:匯流箱主要作用就是把光伏陣列的輸入進(jìn)行一級(jí)匯流,用來減少光伏陣 列接入到逆變器的連線,同時(shí)提供防雷功能,檢測(cè)光伏板的運(yùn)行狀態(tài)、直流量狀態(tài)采集及斷 路器狀態(tài)等。
[0025] 光伏逆變器:光伏逆變器是通過電力電子器件(M0SFET、IGBT等)連接電阻電容,以 脈沖寬度調(diào)制的方式控制器件的通斷,把匯流箱傳輸來的直流電轉(zhuǎn)變成交流電,同時(shí)完成 光伏組件的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT),保證職能控制及反孤島效應(yīng)等。
[0026] 斷路器:所設(shè)計(jì)的分合裝置,能夠關(guān)合、通斷和承載正常狀態(tài)的電流;并且能在非 正常運(yùn)行狀態(tài)下,也能夠進(jìn)行關(guān)合、分?jǐn)嘁约耙欢〞r(shí)間內(nèi)的導(dǎo)通與通斷。
[0027] 光伏發(fā)電系統(tǒng),其電氣原理圖見1。從圖1中可以看出,與匯流箱相連接的是光伏電 纜和直流電纜。光伏電纜用于光伏組件組串之間的連接。直流電纜用于匯流箱與光伏逆變 器之間的連接。
[0028] 圖2示出在光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)接地故障的情況。如圖2所示,在 光伏電站實(shí)際運(yùn)行期間,光伏電纜某一點(diǎn)出現(xiàn)接地故障的概率最高。
[0029] 太陽光照射到光伏組件的表面時(shí),其吸收具有一定能量的光子,在組件的內(nèi)部產(chǎn) 生處于不平衡狀態(tài)的電子-空穴對(duì);在P-N結(jié)內(nèi)電場的作用下,電子、空穴分別被趨向N、P結(jié), 從而在P-N結(jié)附近形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場;光生電場抵消P-N結(jié)內(nèi)建電場后的 多余部分使P、N區(qū)分別帶正、負(fù)點(diǎn),于是產(chǎn)生由N區(qū)指向P區(qū)的光生電動(dòng)勢(shì),即圖1中的光伏組 件電壓;當(dāng)外接負(fù)載后則有電流從P區(qū)流出,經(jīng)負(fù)載從N區(qū)流入光伏電池,其原理圖見圖3。 由于P-N結(jié)為零參考點(diǎn)的影響,在正常運(yùn)行狀態(tài)下,正、負(fù)極電壓的幅值相等,是光伏組件電 壓的一半。
[0030] 圖2中,當(dāng)A點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí),匯流箱正極銅排側(cè)的電壓接近為0。由于P-N結(jié)為沒 接地的參考點(diǎn),匯流箱負(fù)極銅排側(cè)的電壓為光伏組件的電壓。負(fù)極銅排側(cè)電壓的陡升,會(huì)導(dǎo) 致匯流箱內(nèi)部的器件在高壓的情況下被擊穿,從而引發(fā)火災(zāi)。但是,現(xiàn)階段斷路器所配有的 電流、過載等保護(hù)并不能動(dòng)作和斷開斷路器。為此,發(fā)明人發(fā)明了本實(shí)用新型的匯流箱保護(hù) 裝置。
[0031] 如圖1所示,匯流箱通常包括光伏電纜、匯流箱熔斷器、銅排以及斷路器。其中,光 伏電纜與光伏組串連接,光伏組串通過光伏電纜并聯(lián)后再通過銅排與斷路器串聯(lián),在光伏 電纜上設(shè)置匯流箱熔斷器。
[0032] 本實(shí)用新型的匯流箱保護(hù)裝置通常包括采集單元、邏輯單元以及執(zhí)行單元。采集 單元與光伏電纜電連接,從而采集該光伏電纜的電壓值。邏輯單元與采集單元電連接,并接 收從采集單元傳來的電壓值,然后將該電壓值與參考電壓值進(jìn)行比較,當(dāng)該電壓值與參考 電壓值的差的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值時(shí),向執(zhí)行單元發(fā)送指令。執(zhí)行單元根據(jù)從邏輯單 元傳來的指令控制斷路器分閘,從而使得匯流箱不會(huì)因光伏電纜接地而受到損壞。
[0033] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的匯流箱保護(hù)裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0034] 實(shí)施例1
[0035] 圖4為根據(jù)本實(shí)施例的匯流箱保護(hù)裝置各單元連接示意圖。如圖4所示,匯流箱保 護(hù)裝置100包括采集單元10、邏輯單元20以及執(zhí)行單元30。其中,采集單元10通過導(dǎo)線分別 與光伏電纜的正極41和光伏電纜的負(fù)極42電連通。邏輯單元20通過導(dǎo)線與采集單元10電聯(lián) 通。執(zhí)行單元30通過導(dǎo)線與邏輯單元20電聯(lián)通。
[0036] 如圖4所示,本實(shí)施例的采集單元10是電壓系統(tǒng)測(cè)量裝置,可以是VSM或DC/DC降壓 元件,其采集光伏電纜的正極41和負(fù)極42的電壓U+和U-,并對(duì)采集來的電壓U+和U-進(jìn)行降壓 處理,在對(duì)采集來的電壓U+和U-進(jìn)行降壓處理后,再將處理后的電壓值傳遞給邏輯單元,下 文會(huì)詳細(xì)描述。在圖4中,PE表示零參考點(diǎn),GND代表保護(hù)接地,二次電源50為采集單元10供 電。
[0037] 圖5A、5B為邏輯單元的主要電路圖。如圖5A、5B所示,邏輯單元主要包括比較器21、 22,其中,圖5A示出與光伏電纜的正極連接的比較器21,圖5B示出與光伏電纜的負(fù)極連接的 比較器22。
[0038] 圖5A示出比較器21、電阻心、1?2和1?3,其中,電阻1? 1的一端通過導(dǎo)線與比較器21的正 極輸入端連接,電阻心的另一端通過導(dǎo)線連接到采集單元10,并從采集單元10接收經(jīng)過降 壓處理后的電壓U+(3R2的一端通過導(dǎo)線與比較器21的負(fù)極輸入端連接,另一端通過導(dǎo)線接收 比較電壓Un。比較器21的輸出端與執(zhí)行單元30電連接,從而向執(zhí)行單元發(fā)送指令。
[0039]圖5B與圖5A類似,不同之處僅在于比較器22的正極輸入端通過導(dǎo)線連接到采集單 元10,并從采集單元10接收經(jīng)過降壓處理后的電壓U-。如圖5B所示,電阻R4的一端通過導(dǎo)線 與比較器22的正極輸入端連接,電阻R 4的另一端通過導(dǎo)線連接到采集單元10,并從采集單 元10接收經(jīng)過降壓處理后的電壓1]_。抱的一端通過導(dǎo)線與比較器22的負(fù)極輸入端連接,另一 端通過導(dǎo)線接收比較電壓U N,比較電壓UN根據(jù)光伏組串支路的開路電壓確定。下文將會(huì)詳細(xì) 描述。比較器22的輸出端與執(zhí)行單元30電連接,從而向執(zhí)行單元30發(fā)送指令。
[0040]邏輯單元20用來比較電壓U+、U-與參考電壓UN的大小。其中,比較器21用來比較電 壓U+與UN的大小,比較器22用來比較電壓U-與比較電壓UN的大小。當(dāng)滿足表達(dá)式IUN-U+1 2 ε 或IUN-U- I 2 ε (ε為設(shè)定值)時(shí),可以判定光伏電纜接地,當(dāng)然,也包括直流電纜接地的情況。
[0041] 執(zhí)行單元30主要包括繼電器J1,繼電器J1與邏輯單元20和斷路器60電連通,當(dāng)邏 輯單元20向繼電器J1發(fā)送分閘指令時(shí),繼電器J1控制開關(guān)31關(guān)閉,從而控制斷路器60分閘。
[0042] 匯流箱的光伏電纜接地或直流電纜接地包括直接接地和經(jīng)過渡電阻接地,直接接 地指的是光伏電纜直接接到地上,經(jīng)過渡電阻接地指的是光伏電纜通過一個(gè)電阻再接地, 因此,光伏電纜直接接地時(shí)采集到的該光伏電纜的電壓為〇,光伏電纜經(jīng)過渡電阻接地時(shí)采 集到的電壓的值還取決于通過電阻接地的該電阻的大小。
[0043] 但是,在發(fā)明人經(jīng)過大量的工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn),在經(jīng)過渡電阻接地的情況下,如果該 經(jīng)過渡電阻接地的電阻足夠大,則造成的危險(xiǎn)極小,因此,本實(shí)用新型根據(jù)工程實(shí)踐的實(shí)際 情況,將U N設(shè)置為等于光伏組傳支路的開路電壓的17/41-20/41,將ε設(shè)置為等于0.4UN-〇.8加,可以取得很好的效果。比如,當(dāng)光伏組串支路的開路電壓等于82(^時(shí),加等于38(^-400V,ε等于〇 . 4Un-0.8Un。較佳地,在光伏組串支路的開路電壓等于820V時(shí),將UN設(shè)置為 400V,將ε設(shè)置為200V。
[0044] 在匯流箱工作過程中,如果發(fā)生了光伏電纜直接接地的情況,由于光伏電纜直接 接地,接地點(diǎn)的電壓為〇,因此,通過采集單元采集到的U+或U-等于0,此時(shí),邏輯單元判斷出 UN-U+1 2 ε或|Un-U- | 2 ε,從而,邏輯單元向執(zhí)行單元發(fā)送分閘指令,邏輯單元接收到分閘指 令后,通過繼電器J1控制開關(guān)31閉合,從而控制斷路器分閘。因此避免了匯流箱因?yàn)榻拥囟?造成嚴(yán)重的后果。
[0045] 如果發(fā)生了光伏電纜經(jīng)過渡電阻接地的情況,此時(shí),如果|UN-U+| 2 ε或|UN-U-| 2 ε,則邏輯單元向執(zhí)行單元發(fā)送分閘指令,邏輯單元接收到分閘指令后,通過繼電器J1控制 開關(guān)31閉合,從而控制匯流箱的斷路器分閘,從而避免了匯流箱因?yàn)榻拥囟斐蓢?yán)重后果。 而如果不滿足IU N-U+1 2 ε或| UN-U-ε,則可以不用處理,因?yàn)榇朔N情況并不會(huì)造成大的破 壞,從而最大限度地減少因停機(jī)而造成的損失。
[0046] 實(shí)施例2
[0047] 圖6是根據(jù)本實(shí)施例的匯流箱保護(hù)裝置的各單元連接示意圖。下面參照?qǐng)D6來描述 本實(shí)施例的匯流箱保護(hù)裝置200。實(shí)施例2與實(shí)施例1的區(qū)別主要在于,執(zhí)行單元30還包括繼 電器J2,繼電器J2通過導(dǎo)線與邏輯單元電連通,從而接收邏輯單元發(fā)送的合閘指令,當(dāng)接收 到邏輯單元發(fā)送的合閘指令時(shí),控制斷路器合閘。
[0048] 在匯流箱工作的過程中,如果發(fā)生了光伏電纜接地,從而斷路器在執(zhí)行單元的控 制下被斷開時(shí),在現(xiàn)場人員查找出接地故障并解決個(gè)接地問題后,在實(shí)施例1中可以通過人 工將斷路器合閘,在實(shí)施例2中通過邏輯單元向繼電器J2發(fā)送合閘指令,繼電器J2在接收到 合閘指令后控制開關(guān)32關(guān)閉,從而控制斷路器合閘。
[0049] 綜上,通過本實(shí)用新型的匯流箱保護(hù)裝置,在光伏電纜直接接地時(shí)可以有效控制 斷路器分閘,從而解決因光伏電纜接地引起的一系列問題,而在匯流箱發(fā)生光伏電纜經(jīng)過 渡電阻接地故障時(shí),本實(shí)用新型的匯流箱保護(hù)裝置在危害較大時(shí)會(huì)有效控制斷路器分閘, 而在危害不大時(shí)則不動(dòng)作,防止因停機(jī)而造成經(jīng)濟(jì)損失。
[0050] 以上已詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例,但應(yīng)理解到,在閱讀了本實(shí)用新型 的上述講授內(nèi)容之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改。這些等價(jià)形 式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種匯流箱保護(hù)裝置,所述匯流箱包括光伏電纜和斷路器,其特征在于,所述匯流箱 保護(hù)裝置包括采集單元、邏輯單元以及執(zhí)行單元;所述采集單元與所述光伏電纜電連接,并 用來采集該光伏電纜的電壓信號(hào);所述邏輯單元與所述采集單元電連接從而接收從所述采 集單元傳來的電壓信號(hào),然后將該電壓信號(hào)與比較電壓進(jìn)行比較,當(dāng)該電壓信號(hào)與比較電 壓的差的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值時(shí)所述邏輯單元向所述執(zhí)行單元發(fā)送指令;以及所述執(zhí) 行單元與所述邏輯單元電連接并根據(jù)從所述邏輯單元傳來的指令控制所述斷路器分閘。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱保護(hù)裝置,其特征在于,所述比較電壓等于所述設(shè)定值 的 1.25-2 倍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱保護(hù)裝置,其特征在于,所述邏輯單元包括比較器,所 述比較器分別與所述采集單元和所述執(zhí)行單元電連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的匯流箱保護(hù)裝置,其特征在于,所述邏輯單元還包括第一電阻 和第二電阻,所述第一電阻和第二電阻分別通過導(dǎo)線與所述比較器的正、負(fù)輸入端連接,且 所述第一電阻和所述第二電阻的阻值相等。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱保護(hù)裝置,其特征在于,所述執(zhí)行單元包括第一繼電 器,所述第一繼電器與所述邏輯單元和所述斷路器電連通,并根據(jù)從所述邏輯單元傳來的 指令控制所述斷路器分閘。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的匯流箱保護(hù)裝置,其特征在于,所述執(zhí)行單元還包括第二繼電 器,所述第二繼電器與所述邏輯單元和所述斷路器電連通,從而根據(jù)從所述邏輯單元傳來 的指令控制所述斷路器合閘。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱保護(hù)裝置,其特征在于,所述采集單元設(shè)置成對(duì)從所述 光伏電纜采集的電壓進(jìn)行降壓處理,并將經(jīng)過降壓處理后的電壓值傳送給所述邏輯單元。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱保護(hù)裝置,其特征在于,所述匯流箱保護(hù)裝置還包括二 次電源,所述二次電源分別與所述采集單元、邏輯單元以及執(zhí)行單元電連接從而為所述采 集單元、邏輯單元以及執(zhí)行單元提供電能。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱保護(hù)裝置,其特征在于,所述比較電壓與光伏組串支 17 20 路的開路電壓的比值位于之間。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱保護(hù)裝置,其特征在于,所述比較電壓位于380V-400V 之間,以及所述設(shè)定值位于190V-320V之間。
【文檔編號(hào)】H02H3/32GK205509468SQ201521132948
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日
【發(fā)明人】劉志剛, 王振中, 洪熊祥
【申請(qǐng)人】中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院有限公司