CN107765094B - 一种光伏电池板pid修复装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光伏电池板PID修复装置，在满足预设条件时，正极支路与负极支路中的隔离装置均处于导通状态，通过直流电源的输出电能抬升正极支路与负极支路的连接点(虚拟中性点)电势之后，再通过正极支路和负极支路分别抬升光伏阵列中各个光伏电池板的正极和负极的电势，实现PID修复功能。即便在该光伏电池板PID修复装置与光伏阵列的正极或负极之间的通路出现故障时，也能保证光伏阵列的另一极电势被抬升，相比现有技术提高了PID修复的可靠性。并且，还可以通过控制正极支路或者负极支路中隔离装置的通断来进行绝缘阻抗检测，无需额外增加绝缘检测电路，避免了相应的实施成本。

Description

一种光伏电池板PID修复装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种光伏电池板PID修复装置。
背景技术
PID效应(PotenTIal Induced DegradaTIon)又称电势诱导衰减，是某些类型光伏电池板由于电势诱导而表现出的输出特性衰减的现象，会导致光伏***的输出功率下降；因此需要通过反PID技术对其进行PID修复。
现有夜间反PID技术是一种离线反PID技术，其PID修复装置一般安装于光伏电池板的正极(或负极)，通过在夜间利用正偏置电源(或负偏置电源)将光伏电池板对大地的电势抬升到正(或负)。
但是，现有技术中的PID修复装置，仅安装于光伏电池板的正极或负极其中之一，假如与光伏电池板的相应极之间的通路出现故障，则无法实现该PID修复功能，影响PID修复的可靠性。另外现有技术中的PID修复装置，在进行绝缘阻抗检测时，还需要额外的检测电路，导致实施成本增加。
发明内容
本发明提供一种光伏电池板PID修复装置，以较小的实施成本实现绝缘阻抗检测的目的，且增加了PID修复电路工作的可靠性。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种光伏电池板PID修复装置，连接于光伏阵列的正极与负极之间；所述光伏电池板PID修复装置包括：正极支路、负极支路及直流电源；其中：
所述正极支路和所述负极支路均包括：串联连接的阻抗元件及隔离装置；所述隔离装置在满足预设条件时处于导通状态；
所述正极支路的一端与所述光伏阵列的正极相连；
所述负极支路的一端与所述光伏阵列的负极相连；
所述正极支路的另一端、所述负极支路的另一端均与所述直流电源的正极相连；
所述直流电源的负极接地。
优选的，当所述光伏阵列包括N路并联组串且逆变器中包括M路MPPT电路时，所述正极支路中串联连接的阻抗元件及隔离装置的路数为M；N、M均为大于1的正整数；
且所述正极支路中，M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的正极一一对应相连；M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的另一端均与所述电源的正极相连。
优选的，当所述光伏阵列包括N路并联组串且逆变器中包括M路MPPT电路时，所述正极支路中阻抗元件的个数为M；N、M均为大于1的正整数；
且所述正极支路中，M个阻抗元件的一端分别与M路MPPT电路的正极一一对应相连；M个阻抗元件的另一端均通过同一个隔离装置与所述电源的正极相连。
优选的，当所述光伏阵列包括N路并联组串且逆变器中包括M路MPPT电路时，所述正极支路中隔离装置的个数为M；N、M均为大于1的正整数；
且所述正极支路中，M个隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的正极一一对应相连；M路隔离装置的另一端均通过同一个阻抗元件与所述电源的正极相连。
优选的，所述负极支路中串联连接的阻抗元件及隔离装置的路数为M；
所述负极支路中，M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的负极一一对应相连；M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的另一端均与所述直流电源的正极相连。
优选的，所述负极支路中阻抗元件的个数为M；
所述负极支路中，M个阻抗元件的一端分别与M路MPPT电路的负极一一对应相连；M个阻抗元件的另一端均通过同一个隔离装置与所述直流电源的正极相连。
优选的，所述负极支路中隔离装置的个数为M；
所述负极支路中，M个隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的负极一一对应相连；M个隔离装置的另一端均通过同一个阻抗元件与所述直流电源的正极相连。
优选的，还包括：连接于所述直流电源的正极与地之间的绝缘阻抗检测单元，用于检测所述正极支路与所述负极支路的对地绝缘阻抗；
所述绝缘阻抗检测单元包括：串联连接的开关元件和阻抗元件。
优选的，所述阻抗元件为：电阻或电感，或者，电阻与电感的串并联形式；
所述隔离装置为：继电器、接触器和半导体器件中的任意一种，或者，继电器、接触器和半导体器件中至少两种的串并联形式。
优选的，所述预设条件为：
时间到达预设时间；
或者，光照低于预设光照；
又或者，所述光伏阵列的直流母线电压低于预设电压值。
本发明提供的光伏电池板PID修复装置，通过正极支路的一端与光伏阵列的正极相连；通过负极支路的一端与光伏阵列的负极相连；且正极支路的另一端、负极支路的另一端均与直流电源的正极相连；在满足预设条件时，正极支路与负极支路中的隔离装置均处于导通状态，通过直流电源的输出电能抬升正极支路与负极支路的连接点电势，即虚拟中性点的电势之后，再通过正极支路和负极支路分别抬升光伏阵列中各个光伏电池板的正极和负极的电势，实现PID修复功能。并且，上述通过抬升虚拟中性点的电势实现各个光伏电池板的正极和负极的电势抬升的过程，即便在该光伏电池板PID修复装置与光伏阵列的正极或负极之间的通路出现故障时，也能保证光伏阵列的另一极电势被抬升，相比现有技术提高了PID修复的可靠性。并且，还可以通过控制正极支路或者负极支路中隔离装置的通断来进行绝缘阻抗检测，无需额外增加绝缘检测电路，避免了相应的实施成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内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获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的光伏电池板PID修复装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的光伏电池板PID修复装置的电路示意图；
图3是本发明实施例提供的光伏电池板PID修复装置的电路示意图；
图4是本发明另一实施例提供的光伏电池板PID修复装置的结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的光伏电池板PID修复装置的结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的光伏电池板PID修复装置的结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的光伏电池板PID修复装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种光伏电池板PID修复装置，以解决现有技术中由于与光伏电池板的相应极之间的通路出现故障时无法实现其PID修复功能，而导致的ID修复可靠性低的问题。
参见图1，该光伏电池板PID修复装置，连接于光伏阵列的正极与负极之间；具体的，该光伏电池板PID修复装置包括：正极支路101、负极支路102及直流电源103；其中：
正极支路101和负极支路102均包括：串联连接的阻抗元件及隔离装置；隔离装置在满足预设条件时处于导通状态；
正极支路101的一端与光伏阵列的正极相连；
负极支路102的一端与光伏阵列的负极相连；
正极支路101的另一端、负极支路102的另一端均与直流电源103的正极相连；
直流电源103的负极接地。
优选的，该阻抗元件为：电阻(如图3所示)或电感(如图2所示)，或者，电阻与电感的串并联形式。在具体的实际应用中，阻抗元件的阻抗值范围为0～∞，可以视其具体由于环境而定，均在本申请的保护范围内。
优选的，该隔离装置为：继电器、接触器和半导体器件(如二极管、可控硅、MOSFET、IGBT、碳化硅器件等)中的任意一种，或者，继电器、接触器和半导体器件中至少两种的串并联形式。
优选的，该预设条件为：
时间到达预设时间；
或者，光照低于预设光照；
又或者，光伏阵列的直流母线电压低于预设电压值。
值得说明的是，当该隔离装置为可控器件，比如可控硅、MOSFET、IGBT、继电器(如图2所示)或者接触器时，其控制端将会接收控制信号，该控制信号具体将会是在满足上述预设条件时控制相应隔离装置导通的信号；且该控制信号可以来源于光伏***逆变器中的控制器，也可以来源于其他控制器，此处不做具体限定，视其具体由于环境而定，均在本申请的保护范围内。当该隔离装置为二极管(如图3所示)时，该预设条件将会是光伏阵列的直流母线电压低于预设电压值，此时，直流电源103的输出电压将会高于光伏阵列的直流母线电压，进而能够输出电能至光伏阵列的正极和负极。
具体的工作原理为：
当满足上述任意一种预设条件，比如光照低于预设光照时，即夜间，正极支路101和负极支路102中的隔离装置将会处于导通状态，直流电源103的输出电能抬升正极支路101与负极支路102的连接点电势，即虚拟中性点的电势之后，分别通过正极支路101和负极支路102抬升光伏阵列中各个光伏电池板的正极和负极的电势，实现PID修复功能。而在白天，光伏***逆变器将会正常工作，而正极支路101和负极支路102中的隔离装置将处于关断状态，该光伏电池板PID修复装置不工作。
本实施例提供的该光伏电池板PID修复装置，由于夜间光伏电池板的内阻抗接近于0，在抬升虚拟中性点的电势的时候，等效的抬升了光伏电池板的正极和负极的电势。该通过抬升虚拟中性点的电势实现各个光伏电池板的正极和负极的电势抬升的过程，即便在该光伏电池板PID修复装置与光伏阵列的正极或负极之间的通路出现故障时，也能保证光伏阵列的另一极电势被抬升，相比现有技术提高了PID修复的可靠性。且本实施例提供的该光伏电池板PID修复装置，仅需要相应的直流电源、阻抗元件及隔离装置即可，装置实现成本低。
另外，本实施例提供的该光伏电池板PID修复装置，通过控制正极支路101或者负极支路102中隔离装置的通断，可实现正极支路101与负极支路102的对地绝缘阻抗的检测功能。假设正极支路101与负极支路102中的隔离装置均导通时，光伏阵列对地电势为UpV1，中性点对地电势为Uo1；正极支路101或负极支路102中的隔离装置断开时，光伏阵列对地电势为UpV2，中性点对地电势为Uo2，正极支路101及负极支路102中的阻抗元件的阻抗均为Z；则：
Figure GDA0002268028710000061
因为阻抗Z为已知量，通过中性点和光伏阵列正极对地电势的检测即可求出正极支路101及负极支路102的对地绝缘阻抗。也即，通过控制正极支路101或者负极支路102中隔离装置的通断来进行绝缘阻抗检测，无需额外增加绝缘检测电路，避免了相应的实施成本。
本发明另一实施例还提供了一种具体的光伏电池板PID修复装置，其应用的光伏***中，光伏阵列包括N路并联组串且逆变器中包括M路MPPT电路时，在上述实施例及图1至图3的基础之上，优选的，参见图4、图5或者图6；其中，参见图4，正极支路101中串联连接的阻抗元件及隔离装置的路数为M；N、M均为大于1的正整数；
且正极支路101中，M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的正极一一对应相连；M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的另一端均与直流电源103的正极相连。
或者，参见图5，正极支路101中阻抗元件的个数为M；
且正极支路101中，M个阻抗元件的一端分别与M路MPPT电路的正极一一对应相连；M个阻抗元件的另一端均通过同一个隔离装置与直流电源103的正极相连。
或者，参见图6，正极支路101中隔离装置的个数为M；
且正极支路101中，M个隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的正极一一对应相连；M个隔离装置的另一端均通过同一个阻抗元件与直流电源103的正极相连。
另外，在图4、图5或者图6的基础之上，优选的，负极支路102中串联连接的阻抗元件及隔离装置的路数为M；
负极支路102中，串联连接的阻抗元件及隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的负极一一对应相连；M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的另一端均与直流电源103的正极相连。
或者，在图4、图5或者图6的基础之上，优选的，负极支路102中阻抗元件的个数为M；
负极支路102中，M个阻抗元件的一端分别与M路MPPT电路的负极一一对应相连；M个阻抗元件的另一端均通过同一个隔离装置与直流电源103的正极相连。
或者，在图4、图5或者图6的基础之上，优选的，负极支路102中隔离装置的个数为M；
负极支路102中，M个隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的负极一一对应相连；M个阻抗元件的另一端均通过同一个阻抗元件与直流电源103的正极相连。
图4是一种具有多路MPPT逆变器的基于虚拟中性点电势抬升的PID修复实现方式，每路MPPT(MPPT1、MPPT2…MPPTM)电路的正极与虚拟中性点间均由一路串联的阻抗元件和隔离装置构成。且每路MPPT电路的负极与虚拟中性点间可单独设置一路串联的隔离装置与阻抗元件，或者单独设置一个阻抗元件，也或者设置M路串联的隔离装置与阻抗元件、M个隔离装置与一个阻抗元件、M个阻抗元与一个隔离装置，图4中未展示。
图5是另一种具有多路MPPT逆变器的基于虚拟中性点电势抬升的PID修复实现方式，每路MPPT(MPPT1、MPPT2…MPPTM)电路的正极与虚拟中性点间均设置有阻抗元件，但是隔离装置共用。且每路MPPT电路负极与虚拟中性点间可单独设置一路串联的隔离装置与阻抗元件，或者单独设置一个阻抗元件，也或者设置M路串联的隔离装置与阻抗元件、M个隔离装置与一个阻抗元件、M个阻抗元与一个隔离装置，图5中未展示。
图6是另一种具有多路MPPT逆变器的基于虚拟中性点电势抬升的PID修复实现方式，每路MPPT(MPPT1、MPPT2…MPPTM)电路的正极与虚拟中性点间均设置有隔离装置，但是阻抗元件共用。且每路MPPT电路负极与虚拟中性点间可单独设置一路串联的隔离装置与阻抗元件，或者单独设置一个阻抗元件，也或者设置M路串联的隔离装置与阻抗元件、M个隔离装置与一个阻抗元件、M个阻抗元与一个隔离装置，图6中未展示。
光伏阵列包括N路并联组串与M路MPPT电路进行连接(连接关系可以视其具体应用环境而定)时，与图1至图3不同的是，图4和图5中光伏电池板PID修复装置的正极支路101，分为多个支路，并分别与各路MPPT电路的正极一一对于相连；增加了直流电源103与各路组串正极之间的传输线路，提高了电能传输的可靠性。负极支路102分为多个支路的原理与此相同，不再赘述。
其余工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种具体的光伏电池板PID修复装置，在上述实施例及图1至图6的基础之上，优选的，参见图7，还包括：连接于直流电源103的正极与负极之间的绝缘阻抗检测单元104，用于检测正极支路101与负极支路102的对地绝缘阻抗。
优选的，参见图7，该绝缘阻抗检测单元104包括：串联连接的开关元件SW1和阻抗元件Z。
图7为一种基于虚拟中性点电势抬升且通过增加额外电路使其具备绝缘阻抗检测功能的PID修复实现方式。在直流电源103的输出端并接一绝缘阻抗检测单元来实现。在检测正极支路101与负极支路102的对地绝缘阻抗时，通过检测元件SW1开关的闭合与断开两种状态下光伏阵列正极或者负极的对地电势来计算该光伏电池板PID修复装置的绝缘阻抗。
其余工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种光伏电池板PID修复装置，其特征在于，连接于光伏阵列的正极与负极之间；所述光伏电池板PID修复装置包括：正极支路、负极支路及直流电源；其中：
所述正极支路和所述负极支路均包括：串联连接的阻抗元件及隔离装置；所述隔离装置在满足预设条件时处于导通状态；
通过控制所述隔离装置的通断实现所述正极支路与所述负极支路的对地绝缘阻抗的检测功能；
所述正极支路的一端与所述光伏阵列的正极相连；
所述负极支路的一端与所述光伏阵列的负极相连；
所述正极支路的另一端与所述负极支路的另一端相连，连接点作为虚拟中性点、与所述直流电源的正极相连；
所述直流电源的负极接地；
通过抬升所述虚拟中性点的电势实现各个光伏电池板的正极和负极的电势抬升。
2.根据权利要求1所述的光伏电池板PID修复装置，其特征在于，当所述光伏阵列包括N路并联组串且逆变器中包括M路MPPT电路时，所述正极支路中串联连接的阻抗元件及隔离装置的路数为M；N、M均为大于1的正整数；
且所述正极支路中，M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的正极一一对应相连；M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的另一端均与所述直流电源的正极相连。
3.根据权利要求1所述的光伏电池板PID修复装置，其特征在于，当所述光伏阵列包括N路并联组串且逆变器中包括M路MPPT电路时，所述正极支路中阻抗元件的个数为M；N、M均为大于1的正整数；
且所述正极支路中，M个阻抗元件的一端分别与M路MPPT电路的正极一一对应相连；M个阻抗元件的另一端均通过同一个隔离装置与所述直流电源的正极相连。
4.根据权利要求1所述的光伏电池板PID修复装置，其特征在于，当所述光伏阵列包括N路并联组串且逆变器中包括M路MPPT电路时，所述正极支路中隔离装置的个数为M；N、M均为大于1的正整数；
且所述正极支路中，M个隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的正极一一对应相连；M路隔离装置的另一端均通过同一个阻抗元件与所述直流电源的正极相连。
5.根据权利要求2至4任一所述的光伏电池板PID修复装置，其特征在于，所述负极支路中串联连接的阻抗元件及隔离装置的路数为M；
所述负极支路中，M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的负极一一对应相连；M路串联连接的阻抗元件及隔离装置的另一端均与所述直流电源的正极相连。
6.根据权利要求2至4任一所述的光伏电池板PID修复装置，其特征在于，所述负极支路中阻抗元件的个数为M；
所述负极支路中，M个阻抗元件的一端分别与M路MPPT电路的负极一一对应相连；M个阻抗元件的另一端均通过同一个隔离装置与所述直流电源的正极相连。
7.根据权利要求2至4任一所述的光伏电池板PID修复装置，其特征在于，所述负极支路中隔离装置的个数为M；
所述负极支路中，M个隔离装置的一端分别与M路MPPT电路的负极一一对应相连；M个隔离装置的另一端均通过同一个阻抗元件与所述直流电源的正极相连。
8.根据权利要求1所述的光伏电池板PID修复装置，其特征在于，还包括：连接于所述直流电源的正极与地之间的绝缘阻抗检测单元，用于检测所述正极支路与所述负极支路的对地绝缘阻抗；
所述绝缘阻抗检测单元包括：串联连接的开关元件和阻抗元件。
9.根据权利要求1所述的光伏电池板PID修复装置，其特征在于，所述阻抗元件为：电阻或电感，或者，电阻与电感的串并联形式；
所述隔离装置为：继电器、接触器和半导体器件中的任意一种，或者，继电器、接触器和半导体器件中至少两种的串并联形式。
10.根据权利要求1所述的光伏电池板PID修复装置，其特征在于，所述预设条件为：
时间到达预设时间；
或者，光照低于预设光照；
又或者，所述光伏阵列的直流母线电压低于预设电压值。
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