CN107425808A - 一种应用于光伏发电的快速关断*** - Google Patents

Abstract

一种应用于光伏发电的快速关断***。涉及光伏发电领域，尤其涉及一种应用于光伏发电的快速关断***。具有高安全性和可靠性。串接于光伏组件阵列中，包括快速关断光伏接线盒，所述光伏组件阵列包括若干光伏组件，若干所述光伏组件串联连接后经由汇流/逆变箱输送至交流电网，交流电网和汇流/逆变箱之间设有交流配电***，相邻的所述光伏组件之间串接快速关断光伏接线盒，用于关断光伏组件；所述交流配电***包括主闸和副闸，所述主闸设于交流电网和汇流/逆变箱之间，所述副闸包括电源变换器、手动开关和自动开关，所述自动开关和手动开关分别连接电源变换器，所述电源变换器连接快速关断光伏接线盒。从整体上具有安全性高、稳定性好的优点。

Description

一种应用于光伏发电的快速关断***

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，尤其涉及一种应用于光伏发电的快速关断***。

背景技术

如今光伏发电已经被广泛应用，但是有一个问题越来越多地困绕着人们，就是当光伏电站***出现故障需要进入维修时，或者出现如地震、火灾、水灾等需要救助人员进入时，即使关断电网供电，由于光伏组件仍然在发电，***中仍然存在可能危及人生安全的高压电能。

为此，2017NEC690.12光伏***安全标准中规定人员进入安全界限内，要求可触接的组件电压应在 10 秒内下降到 80V以下。这就需要我们提供一个组件级快速关断装置，来切断各组件间的连接，使***中任意两点电压降到那安全范围以内。

为满足以上要求，业界有推出智能光伏接线盒方案。在光伏接线盒中增加半导体开关，当危急情形出现时，通过给半导体开关一个信号，来关断组件输出。

然而，实际应用和理论分析发现，上述半导体开关方案仍然存在严重的问题。由于半导体开关的特性，当遇到火灾等高温情形时，半导体开关会呈导通状态，使得上述“关断”失效，无法为***提供安全保障。

国家知识产权局2016-8-10公开了一项中国台湾的发明专利申请（CN 105846758A，光伏发电***及关断装置），其中公开了一种关断装置所述光伏逆变器关闭或故障时，所述光伏逆变器产生第一控制信号；所述关断装置接收所述第一控制信号以断开所述光伏阵列与所述光伏逆变器。本发明的光伏发电***具有较高的安全性和可靠性。并实际公开了关断装置的结构，关断装置与光伏逆变器信号连接，例如可以与光伏逆变器电路连接或无线连接，从而接收光伏逆变器的第一控制信号和 / 或第二控制信号。关断装置可根据第一控制信号断开光伏逆变器与光伏阵列的电连接。关断装置还可根据第二控制信号恢复光伏逆变器与光伏阵列的电连接，从而使光伏逆变器正常工作，输出电能至电网或者直接供给客户使用。（说明书第39段和第40段）。且实际公开了关断装置的结构包括控制电路开关装置和供电电路。控制电路接收所述第一控制信号和所述第二控制信号，以相应控制开关装置断开和闭合。开关装置 42 包括至少一组开关，其中每组开关分别电连接于一组相对应的光伏阵列单元。且实际限定了关断装置为继电器或半导体开关（说明书第47-49段）。不管关断装置为继电器或半导体开关时，其继电器仅设置在光伏逆变器和光伏阵列之间，当继电器关断时，光伏阵列中的发电组件仍具有很高残压，远远高于2017NEC690.12中规定的80V以下。当人员接触和检修时仍然有触电的危险，安全性能低。假定关断装置为半导体开关，那么在遇到高温时半导体开关容易失效，无法为***提供安全保障。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种具有高安全性和可靠性的应用于光伏发电的快速关断***。

本发明的技术方案是：一种应用于光伏发电的快速关断***，串接于光伏组件阵列中，包括快速关断光伏接线盒，所述光伏组件阵列包括若干光伏组件，若干所述光伏组件串联连接后经由汇流/逆变箱输送至交流电网，交流电网和汇流/逆变箱之间设有交流配电***，相邻的所述光伏组件之间串接快速关断光伏接线盒，用于关断光伏组件；

所述交流配电***包括主闸和副闸，所述主闸设于交流电网和汇流/逆变箱之间，所述副闸包括电源变换器、手动开关和自动开关，所述自动开关和手动开关分别连接电源变换器，所述电源变换器连接快速关断光伏接线盒。

所述快速关断光伏接线盒包括常开触点一和电磁线包一，所述电磁线包一连接电源变换器，所述常开触点一的动触头和常开触点一的静触头分别连接相邻的光伏组件。

所述快速关断光伏接线盒与光伏组件一体制造，所述光伏组件包括发电组件和并联于所述发电组件上的旁路二极管模块；

所述快速关断光伏接线盒包括常开触点二和电磁线包二，所述常开触点二分别连接在相邻的旁路二极管模块上，所述电磁线包二连接电源变换器。

所述快速关断光伏接线盒包括常开触点三、电磁线包三和常闭触点，所述常开触点三和常闭触点与电磁线包三联动；

所述电磁线包三连接电源变换器，所述常开触点三的动触头和常开触点三的静触头分别连接相邻的光伏组件，所述光伏组件一端连接接地端，所述光伏组件和接地端之间设有常闭触点。

本发明中快速关断光伏接线盒可以串接在相邻的光伏组件之间也可以基于组件的电压等级在每两个光伏组件之间串接快速关断光伏接线盒。这种组件级快速关断光伏接线盒属于外接在原有的光伏组件上，不会改变原有光伏组件的结构，便于对已经安装现有的光伏组件进行改造，一方面提升了安全性，另一方面，不需要将光伏组件整体替换，节约了成本。

在光伏组件阵列发生故障需要检修或者在发生重大自然灾害导致光伏组件阵列损坏时，快速关断光伏接线盒能够实现快速关断，使得相邻的光伏组件相互隔断，确保光伏组件的残压能够在最短的时间内下降到安全范围内，保障检修人员的人身安全。当主闸处于断开状态时，电源变换器不得电，导致快速关断接线盒失电断开。也就是说只要整个***出现故障断电，各个光伏组件就会断开，在最大限度上实现与电网联动，当电网由于故障失电后光伏组件之间也会迅速断开，在极短时间内就能够使得光伏组件内的残压下降到安全范围（2017NEC690.12光伏***安全标准中规定人员进入安全界限内，要求可触接的组件电压应在 10 秒内下降到 80V以下）这样在人员进入时就能够保障人身安全，减少事故发生。相比较于现有技术中采用半导体开关高温失效的状况，本案中采用电磁式开关，只要光伏组件断电（不管是高温断电还是因为其他原因断电），电磁式开关均能够及时快速做出反应，确保人身安全。相比较于现有技术中在逆变器与光伏发电组件之间设置电磁式开关，本案中在每个串联的光伏组件上均有电磁开关，在断电时能够使得光伏组件相互独立，确保光伏组件中残压能够迅速降低，保证人身安全，安全性和稳定性更高。本发明从整体上具有安全性高、稳定性好的优点。

附图说明

图1是本发明实施例一结构示意图，

图2是本发明实施例一快速关断接线盒结构示意图，

图3是本发明中实施例二结构示意图，

图4是本发明实施例二快速关断接线盒结构示意图，

图5是本发明中实施例三结构示意图，

图6是本发明中实施例三中快速光端光伏接线盒结构示意图，

图7是现有技术结构示意图；

图中1是光伏组件，11是发电组件，12是旁路二极管模块，2是汇流逆变箱，3是交流电网，4是交流配电***，41是主闸，42是副闸，421是电源变换器，422是手动开关，423是自动开关，5是快速关断光伏接线盒，51是常开触点一，52是电磁线包一，53是常开触点二，54是电磁线包二，55是常开触点三。56是电磁线包三。57是常闭触点。

具体实施方式

本发明如图1-6所示，一种应用于光伏发电的快速关断***，串接于光伏组件阵列中，包括快速关断光伏接线盒，所述光伏组件阵列包括若干光伏组件1，若干所述光伏组件1串联连接后经由汇流/逆变箱2输送至交流电网3，交流电网3和汇流/逆变箱之间设有交流配电***4，相邻的所述光伏组件之间串接快速关断光伏接线盒5，用于关断光伏组件。交流电网可以是交流市电网，也可以是区域电网（一个变压器台区或者大型企业内部电网）。

快速关断光伏接线盒可以串接在相邻的光伏组件之间也可以基于组件的电压等级在每两个光伏组件之间串接快速关断光伏接线盒。这种组件级快速关断光伏接线盒属于外接在原有的光伏组件上，不会改变原有光伏组件的结构，便于对已经安装现有的光伏组件进行改造，一方面提升了安全性，另一方面，不需要将光伏组件整体替换，节约了成本。

在光伏组件阵列发生故障需要检修或者在发生重大自然灾害导致光伏组件阵列损坏时，快速关断光伏接线盒能够实现快速关断，使得相邻的光伏组件相互隔断，确保光伏组件的残压能够在最短的时间内下降到安全范围内，保障检修人员的人身安全，在每个或每两个光伏组件件设置快速关断光伏接线盒能够使得相邻的光伏组件中残压迅速降低，与图7所示现有技术相比，现有技术仅在汇流逆变箱与交流电网之间设有主闸，在光伏组件损坏时组件自身仍然具有较高残压，安全性差，而本案在光伏组件之间设快速关断光伏接线盒，使得相邻的光伏组件相互隔断，确保光伏组件的残压能够在最短的时间内下降到安全范围内，安全性能更高。

所述交流配电***4包括主闸41和副闸42，所述主闸41设于交流电网和汇流/逆变箱2之间，所述副闸42包括电源变换器421、手动开关422和自动开关423，所述自动开关423和手动开关422分别连接电源变换器421，所述电源变换器连接快速关断光伏接线盒。

当主闸处于断开状态时，电源变换器不得电，导致快速关断接线盒失电断开。也就是说只要整个***出现故障断电，各个光伏组件就会断开，在最大限度上实现与电网联动，当电网由于故障失电后光伏组件之间也会迅速断开，在极短时间内就能够使得光伏组件内的残压下降到安全范围（2017NEC690.12光伏***安全标准中规定人员进入安全界限内，要求可触接的组件电压应在 10 秒内下降到 80V以下）这样在人员进入时就能够保障人身安全，减少事故发生。快速关断光伏接线盒采用电磁式开关，在高温状态下比半导体开关更加稳定，避免了半导体开关在高温状态下失效的弊端，稳定性更好。

实施例一

如图1-2所示，所述快速关断光伏接线盒5包括常开触点一51和电磁线包一52，所述电磁线包一52连接电源变换器421，所述常开触点一51的动触头和常开触点一的静触头分别连接相邻的光伏组件。

光伏组件阵列正常发电时，电源变换器和电磁线包一均得电，与电磁线包一关联的常开触点一动作，常开触点一闭合，使得各个光伏组件串联成光伏组件阵列，实现发电功能，当发生故障需要检修或遇到不可抗力发生断路事故时，主闸断开，电源变换器和电磁线包一失电，常开触点一恢复到常开状态，此时各个光伏组件相对独立断开，使得光伏组件的残压迅速下降到安全范围，为进入场所的施工人员，消防急救人员等提供了安全保障。这种快速关断***属于外接在原有的光伏组件上，不会改变原有光伏组件的结构，便于对已经安装现有的光伏组件进行改造，一方面提升了安全性，另一方面，不需要将光伏组件整体替换，节约了成本。在主闸上还设置了副闸，利用手动开关和自动开关分别控制电源变换器，这样当检修人员需要主动断开进行维护时就能够手动控制光伏组件。使得光伏组件内的残压迅速下降，加速运维检修进程，提高工作效率。

实施例二

如图3-4所示，所述快速关断光伏接线盒5与光伏组件1一体制造，所述光伏组件1包括发电组件11和并联于所述发电组件上的旁路二极管模块12；

所述快速关断光伏接线盒5包括常开触点二53和电磁线包二54，所述常开触点二分别连接在相邻的旁路二极管模块上，所述电磁线包二连接电源变换器。能够进一步简化接线，减小整个装置的体积，便于安装和使用。

实施例三

如图5-6所示，所述快速关断光伏接线盒5包括常开触点三55、电磁线包三56和常闭触点57，所述常开触点三55和常闭触点57与电磁线包三56联动；

所述电磁线包三连接电源变换器，所述常开触点三的动触头和常开触点三的静触头分别连接相邻的光伏组件，所述光伏组件一端连接接地端，所述光伏组件和接地端之间设有常闭触点。当光伏组件正常发电时，电源变换器得电，电磁线包三也得电，常开触点三和常闭触点动作，常开触点三闭合，使得若干光伏组件相连，同时常闭触点断开，使得光伏组件和接地端断开，确保光伏组件与交流电网形成通路，向交流电网供电。当发生故障需要检修或遇到不可抗力发生断路事故时，主闸断开，或者可以通过手动开关手动断开，又或者可以通过自动开关自动断开，使得电源变换器失电，这样电磁线包三也就失电，常开触点三和常闭触点恢复初始状态，即常开触点三恢复断开状态，若干光伏组件恢复到相对独立状态，常闭触点恢复到闭合状态，使得独立状态下的光伏组件与接地端形成回路，光伏组件内的残压能够迅速通过接地端导出，使得光伏组件的残压迅速下降，与实施例一和实施例二相比，通过接地端将残压导出并消耗，使得降压速度更快。提高了安全性和工作效率。

Claims (5)

1.一种应用于光伏发电的快速关断***，串接于光伏组件阵列中，其特征在于，包括快速关断光伏接线盒，所述光伏组件阵列包括若干光伏组件，若干所述光伏组件串联连接后经由汇流/逆变箱输送至交流电网，交流电网和汇流/逆变箱之间设有交流配电***，相邻的所述光伏组件之间串接快速关断光伏接线盒，用于关断光伏组件。

2.根据权利要求1所述的一种应用于光伏发电的快速关断***，其特征在于，所述交流配电***包括主闸和副闸，所述主闸设于交流电网和汇流/逆变箱之间，所述副闸包括电源变换器、手动开关和自动开关，所述自动开关和手动开关分别连接电源变换器，所述电源变换器连接快速关断光伏接线盒。

3.根据权利要求2所述的一种应用于光伏发电的快速关断***，其特征在于，所述快速关断光伏接线盒包括常开触点一和电磁线包一，所述电磁线包一连接电源变换器，所述常开触点一的动触头和常开触点一的静触头分别连接相邻的光伏组件。

4.根据权利要求2所述的一种应用于光伏发电的快速关断***，其特征在于，所述快速关断光伏接线盒与光伏组件一体制造，所述光伏组件包括发电组件和并联于所述发电组件上的旁路二极管模块；

所述快速关断光伏接线盒包括常开触点二和电磁线包二，所述常开触点二分别连接在相邻的旁路二极管模块上，所述电磁线包二连接电源变换器。

5.根据权利要求2所述的一种应用于光伏发电的快速关断***，其特征在于，所述快速关断光伏接线盒包括常开触点三、电磁线包三和常闭触点，所述常开触点三和常闭触点与电磁线包三联动；

所述电磁线包三连接电源变换器，所述常开触点三的动触头和常开触点三的静触头分别连接相邻的光伏组件，所述光伏组件一端连接接地端，所述光伏组件和接地端之间设有常闭触点。