光伏组件串关断装置、控制方法及光伏发电系统

摘要

本发明公开一种光伏组件串关断装置、控制方法及光伏发电系统，所述光伏发电系统包括光伏组件串和逆变器单元，所述逆变器单元与所述光伏组件串连接，所述光伏组件指光伏板，所述光伏组件串包括若干个光伏板，若干个光伏板串联连接，所述关断装置包括：若干个测控器，所述若干个测控器分别与对应的光伏板连接；控制器，所述控制器与所述测控器通信连接；和关断器，所述关断器与所述逆变器单元并联；并且所述关断器与所述控制器通信连接。本发明技术方案的主要目的是提供一种关断装置及光伏发电系统，能够在发生危险事件时，以快速、可靠将光伏板及光伏板串两端的电压降低至安全电压范围以内。

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种光伏组件串关断装置、控制方法及光伏发电系统。

背景技术

随着光伏发电技术的发展，光伏幕墙逐步地应用于建筑物表面。光伏板属于电源设备，光伏系统正常发电时会产生直流高电压；然而随着光伏幕墙应用面积的增大，在出现建筑物火灾等危险事件时，光伏系统产生的高电压会威胁到消防等救援人员的人身安全。

因此，有必要提出光伏组件串关断装置和控制方法，以在装有光伏板发电系统的建筑物发生火灾时，快速将光伏组件串两端电压降低于安全电压范围内，确保救援人员的人身安全。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种光伏组件串关断装置、控制方法及光伏发电系统，能够在发生危险事件时，将光伏板和光伏组件串两端的电压快速降低至安全电压范围以内。

为实现上述目的，本发明提出一种光伏组件串关断装置，应用于光伏发电系统，所述光伏发电系统包括光伏组件串和逆变器单元，所述逆变器单元与所述光伏组件串连接，所述光伏组件串包括若干个光伏板，所述若干个光伏板串联连接，所述关断装置包括：

若干个测控器，所述若干个测控器分别与对应的光伏板连接；

控制器，所述控制器与所述测控器连接和/或通信连接；和

关断器，所述关断器与所述逆变器单元并联；并且所述关断器与所述控制器通信连接。

可选地，所述测控器包括继电器，所述继电器包括第一辅助触点开关，所述第一辅助触点开关与所述光伏板并联；其中，所述第一辅助触点开关处于常开状态。

可选地，所述测控器还包括控制元件，所述控制元件与所述控制器通信连接，所述控制元件与所述继电器连接。

可选地，所述继电器与所述控制器连接。

可选地，所述继电器还包括第二辅助触点开关，所述第二辅助触点开关处于常开状态。

可选地，所述测控器还包括第一电压测量器，所述第一电压测量器与所述光伏板并联，以用于测量所述光伏板两端的电压，所述第一电压测量器与所述控制元件通信连接。

可选地，所述关断器包括功率管和电阻器，所述功率管与所述电阻器串联后与所述逆变器单元及所述光伏组件串并联；所述功率管与所述控制器通信连接；其中，在所述光伏组件串处于发电状态时，所述功率管处于截止状态。

可选地，所述关断器还包括第二电压测量器，所述第二电压测量器与所述逆变器单元并联，以用于测量所述逆变单元汇流母线两端的电压；所述功率管和电阻器串联后与所述第二电压测量器并联。

可选地，第二方面，本发明还提出一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括如前所述的关断装置。

可选地，第三方面，本发明还提出一种光伏组件关断的控制方法，所述控制方法应用于如前所述的关断装置和/或如前所述的光伏发电系统。

本发明技术方案在建筑物发生火灾时，控制器通过向关断器发出第一信号和向测控器发出第二信号。关断器响应第一信号使得光伏组件串处于短路状态；测控器响应第二信号使得光伏板处于短路状态，关断装置通过短路组串和光伏板双保险方式快速将组串及光伏板两端的电压降低至安全电压范围以内，确保救援人员安全。当建筑物火灾危险解除时，控制器通过向测控器发出第三信号和向关断器发出第四信号，测控器响应第三信号打开光伏板短路通道，使光伏板处于开路状态；关断器响应第四信号打开光伏组件串短路通道，使光伏组件串处于开路状态，并由第二电压器检测到汇流母线电压正常，此时光伏系统恢复发电状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的光伏发电系统的结构示意图；

图2为优选的测控器的第一优选实施例的示意图；

图3为优选的测控器的第二优选实施例的示意图；

图4为优选的测控器的第三优选实施例的示意图；

图5为优选的关断器的优选实施例的示意图；

图6为优选的控制器的优选实施例的模块示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种关断装置，应用于光伏发电系统。该光伏发电系统包括逆变器单元40和光伏组件串。该光伏组件串包括光伏板60。若干个光伏板60串联连接。逆变器单元40与光伏板60串联；

若干个测控器20，若干个测控器20分别与对应的光伏板60连接；

控制器30，控制器30与测控器20通信连接；和

关断器10，关断器10与逆变器单元40并联；并且关断器10与控制器30通信连接。

本发明中，当建筑物发生火灾时，控制器30通过向关断器10发出第一信号和向测控器20发出第二信号。关断器10响应第一信号使得光伏组件串处于短路状态；测控器20响应第二信号使得光伏板处于短路状态，关断装置通过短路光伏组件串和光伏板双保险方式快速将光伏组件串及光伏板两端的电压降低至安全电压范围以内。

另一方面，当建筑物火灾危险解除时，控制器30通过向测控器20发出第三信号和向关断器10发出第四信号，测控器20响应第三信号打开光伏板短路通道，使光伏板处于开路状态，并由第二电压测量器V2检测到汇流母线电压正常，关断器10响应第四信号打开光伏组件串短路通道，使光伏组件串处于开路状态，此时光伏系统恢复发电状态。

需要说明的是，启动关断时，为避免短路点出现电弧烧坏设备，控制器30发送信号时必须严格按照先后顺序执行，即向关断器10发出第一信号后，关断器10中的功率管应确保导通短路后才能发第二信号，确认功率管是否导通可由关断器10中的第二电压测量器V2测得，当测量到光伏组件串两端电压接近零时，说明光伏组件串两端已短路，此时控制器30才向光伏板测控器20发出第二信号，使光伏板60两端短路，确认光伏板60是否短路可由测控器20中第一电压测量器V1测得或由继电器第二辅助触点开关K2反馈取得。本发明装置能实现双短路双保险的方式。

需要说明的是，恢复系统时，控制器30应先向测控器20发出第三信号，使光伏板60由短路状态转变为开路状态，此时可由测控器中第一电压测量器V1测得或由继电器第二辅助触点开关K2。确认光伏板60处于开路状态后控制器10才向关断器发出断开指令，此时功率管由导通状态转变为截止状态，当第二电压测量器V2监测到电压恢复正常时，说明光伏组件串已恢复发电状态。

需要说明的是，光伏组件串包括多块串联连接的光伏板60，如图1所示，而光伏发电系统则由若干个光伏组件串组成。当关断器10导通把光伏组件串两端短路后，光伏组件串两端电压虽然能快速降到安全范围内，但光伏板60两端仍有可能存在电压，此时再通过测控器20对光伏板两端进行短路，确保整个光伏组件串彻底隔离出来，为此每一块光伏板60均应一一配置测控器20，每一组光伏组件串均应一一配置关断器10。

需要说明的是，关断器10在本发明关断装置中起了关键作用，也是成本较高的一个电子元件，其作用是通过功率管和电阻能迅速在光伏组件串两端形成短路通道，并安全释放光伏组件串中的能量，确保在短路点处不会出现电弧烧坏设备。

需要说明的是，如果不设置关断器10，而仅仅在光伏板60的两端设置测控器20，由测控器20直接对光伏板60进行短接，因每块光伏板均是一个电流源，测控器20中的第一继电器辅助触点开关K1不具备灭弧功能，这样势必会造成继电器第一辅助触点开关K1出现拉弧现象，从而烧坏测控器20内部电子元件。设置关断器10后，可先由关断器10把光伏组件串中的能量安全释放后再通过测控器20对每块光伏板进行短接，形成双短路双保险的关断方式。

需要说明的是，如果在每一块光伏板60一一配置关断器10，因关断器10造价较高，会大大增加关断装置的成本。因此，本发明在满足光伏系统关断要求的基础上，既简化装置结构，也能大大减少装置的制造成本。

作为上述实施例的进一步方案，参照图2至4所示，测控器20包括继电器KA，继电器KA的第一辅助触点开关K1与光伏板60并联；其中，继电器KA的第一辅助触点开关K1为常开触点。继电器KA失电时，其第一辅助触点开关K1处于常开状态，即：光伏板60两端未被短接。当发生火灾需要关断时，使继电器KA得电，其第一辅助触点开关K1闭合，光伏板60两端被短接从而退出运行；当火灾报警解除需恢复时，使继电器KA失电，其第一辅助触点开关K1断开，光伏板60两端开路恢复运行。所述继电器KA优选为磁保持继电器。

作为上述实施例的进一步方案，参照图2或3所示，测控器20还包括控制元件201，控制元件201与控制器30通信连接，控制元件201与继电器KA连接。即：继电器KA的动作由控制元件201来控制，控制元件201在接收到第二、第三信号后控制继电器KA动作，以对第一辅助触点开关K1的打开或者闭合进行控制。

作为可选的实施方式，参照图4所示，继电器KA与控制器30连接。相比较于上一实施方式，继电器KA的动作可以直接由控制器30控制，从而进一步地简化测控器20的内部硬件结构。即：控制器30在接收到第二、第三信号后直接控制继电器KA动作，以对第一辅助触点开关K1的打开或者闭合进行控制。

作为上述实施例的进一步方案，参照图2至4所示，继电器KA还包括第二辅助触点开关K2，第二辅助触点开关K2的状态与第一辅助触点开关K1的状态保持同步。通过连接线向控制元件201或控制器30反馈继电器KA动作情况。当继电器KA得电时，第二辅助触点K2应由断开转变为闭合；当继电器KA失电时，第二辅助触点开关K2应由闭合转变为断开。以此向控制元件201或控制器30反馈继电器KA动作是否正确。

作为上述实施例的进一步方案，参照图3所示，测控器20还包括第一电压测量器V1，第一电压测量器V1与光伏板60并联，以用于测量光伏板60两端的电压。在光伏板60被短接后，其电压值接近0或者为0，通过第一电压测量器V1采集光伏板60两端的电压可以判断光伏板60是否处于投退状态。一般情况下，第一电压测量器V1可以为具有通信功能的智能电压表，其可以将采集到电压值直接传送至控制器30或者通过控制元件201转发至控制器30。

作为上述实施例的进一步方案，参照图5所示，关断器10还包括功率管和电阻器，功率管和电阻器串联后与逆变器单元40并联；功率管与控制器30通信连接；其中，在光伏组件串处于发电状态时，功率管处于截止状态。具体地，参照图5所示，功率管Q1和Q2串联连接，并且关断器10还包括释放电阻R1和R2，功率管Q1和Q2、释放电阻R1和R2串联连接。在光伏组件串处于正常发电状态下，功率管Q1和Q2处于截止状态，光伏板产生的电流无法通过并只能流向逆变器单元40。而在控制器30接收到监控平台50发出的指令时，控制功率管Q1和Q2处于导通状态，使光伏组件串产生的电流由此短路通道流过，实现逆变器单元两端母线电压快速降低。可选地，功率管可以仅为1个或者多个；并且优选设置有释放电阻，以消耗电能。

作为上述实施例的进一步方案，参照图5所示，所述关断器10还包括第二电压测量器V2，第二电压测量器V2用于测量逆变器单元40两端的汇流母线电压。在逆变器单元40的两端的电压降低至安全电压时，控制器30再发送第二信号至测控器20，以控制继电器KA对光伏板60短接。

作为上述实施例的进一步方案，参照图6所示，所述控制器30可以单片机或PLC控制器，其包括驱动模块301、电源模块302、信号模块303和通信模块304。

基于上述实施例，本发明还提出一种光伏组件串的控制方法，其至少一个可实施的方式为：

(1)正常状态下——光伏发电系统处于发电状态

光伏发电系统在正常发电时，光伏板60组成的光伏组件串发出的电能汇流后由逆变器单元40向电网送出。此时，关断装置未将逆变器单元40短接，即光伏组件串两端电源线L+、L－之间为高压状态；并且，测控器也未将各自的光伏板60短接，即：每块光伏板60的两端具有较高的电位差。

(2)紧急事件发生——光伏发电系统处于非工作状态

当发生火灾时，为了保证救火人员的人身安全，需要对光伏组件串进行关断。此时由监控后台50向控制器30发出关断指令，控制器30在接收指令后，由驱动模块301驱动晶体管的开关模块S1动作；再通过通信网络向测控器20中的控制元件201发出闭合指令，驱动继电器KA动作；或由控制器30通过连接线直接驱动继电器KA动作。

具体地：光伏系统需要关断时，为了避免关断时短路点出现电弧烧坏设备，应先驱动晶体管开关模块S1中的功率管Q1和Q2(Q1、Q2可为MOSFET、IGBT或可控硅中一种)，使S1从截止状态切换至导通状态，此时各光伏组件串两端汇流电源线L+、L－之间高电压快速降低，为了防止因光伏组件串汇流电源线L+、L－中间断线，S1对光伏组件串两端短接失效，当第二电压测量器V2检测到电压以降低至安全电压后，控制器30再向测控器20中的控制元件201或继电器KA发出闭合指令，驱动继电器KA动作，继电器KA的第一辅助触点开关K1和第二辅助触点开关K2闭合，第一辅助触点开关K1闭合使单块光伏板60两端短路，短接后光伏板60安全退出运行(其他光伏组串中的光伏板同理)；S1导通，第一辅助触点开关K1闭合后，光伏组件串及光伏板60均安全退出运行；从而形成整组与分部双保险的关断方式。另外，控制器30也可以通过连接线直接驱动继电器KA动作。第二辅助触点开关K2闭合后，通过通信网络或连接线向控制器30反馈继电器KA的动作是否确。

(3)恢复至正常状态，

当火灾报警解除了，光伏系统需要恢复到正常发电状态。监控后台50向控制器30发出恢复指令，为了避免恢复时出现开路点电弧烧坏设备，控制器30接到恢复指令后应先向继电器KA发出断开指令，根据继电器KA第二辅助触点开关K2通过通信网络或连接线向控制器30反馈继电器KA正确动作后，再向S1发出截止指令，使各光伏组件串恢复发电状态。当第一电压测量器V1、第二电压测量器V2检测到有高电压时，说明此时光伏系统已恢复到正常发电状态。

本发明还提出一种光伏发电系统，该光伏发电系统包括关断装置，该关断装置的具体结构参照上述实施例，由于光伏发电系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

需要说明的是，本发明中指出的建筑物火灾仅仅是一项事件，而不应该限制本发明的保护范围。比如，在人员救援时、地震时等等事件下，该关断装置均可以进行工作，以快速、可靠降低光伏组件串两端的电压，而不处于发电状态，以确保救援人员不被触电。

以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。