CN110784171A - 一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒及方法 - Google Patents

一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒及方法，包括输入电容Cin、电阻R3、BUCK电路和控制器；输入电容Cin并联在光伏组件的两端，输入电容Cin的一端连接BUCK电路的一输入端，输入电容Cin的另一端经电阻R3连接BUCK电路的另一输入端，BUCK电路的两输出端连接逆变器；控制器的两电流采样端分别连接电阻R3的两端，控制器的两电压采样端分别连接BUCK电路的两输出端，控制器的两驱动端分别连接BUCK电路的两开关管。本发明能根据采样的电流电压识别接线盒与逆变器是否相连，从而通过接线盒内的开关管来控制***的通断，确保在安装时，接线盒与逆变器无连接，无高压存在的危险，保护人员的人身安全，减少安全隐患和设备损失。

Description

一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒及方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒及方法。
背景技术
太阳能作为一种可再生、无污染的绿色能源越来越被人们所重视，同时随着电力电子技术的进步，光伏并网发电技术得以迅猛发展。光伏发电***是由多个光伏组件串联形成光伏组串，然后将光伏组串接入逆变器实现直流转换为交流从而并网发电。
考虑到串联的光伏组件会形成600V～1000V的直流高压，这种高压会导致人身危险和火灾事故，因此在***安装时，为了保障安装人员的自身安全，避免在组件安装过程中出现不必要的人员伤亡以及财产损失。现有的光伏发电***在光伏组串和逆变器之间设置了接线盒，通过接线盒内的开关控制***通断。但现有接线盒内的开关通常处于导通状态，光伏组串有高电压输出，没有相对完备的安全操作环境，安装人员在***安装时有一定的安全隐患，会造成人员伤亡，以及设备的损坏。为了避免此类情况的发生，申请人提出了本发明的技术方案。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒及方法，能根据采样的电流电压识别接线盒与逆变器是否相连，从而通过接线盒内的开关管来控制***的通断，确保在安装时，接线盒与逆变器直流母线无连接，无高压存在的危险，安全可靠性高，保护安装和运维人员的人身安全，减少安全隐患和设备损失。
第一方面，本发明提供了一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，包括输入电容Cin、电阻R3、BUCK电路和控制器；
所述输入电容Cin并联在光伏组件的两端，所述输入电容Cin的一端连接BUCK电路的一输入端，所述输入电容Cin的另一端经电阻R3连接BUCK电路的另一输入端，所述BUCK电路的两输出端连接逆变器；
所述控制器的两电流采样端分别连接电阻R3的两端，所述控制器的两电压采样端分别连接BUCK电路的两输出端，所述控制器的两驱动端分别连接BUCK电路的两开关管。
优先地，所述BUCK电路包括开关管Q1、开关管Q2、电感L1、输出电容Cout和电阻R1；
所述输入电容Cin的一端经依次串联的开关管Q1和电感L1连接输出端OUT+，所述电阻R3连接输出端OUT-，所述电阻R3和输出端OUT-的公共端点一方面经开关管Q2连接开关管Q1和电感L1的公共端点、另一方面经输出电容Cout连接开关管Q1和输出端OUT+的公共端点，所述电阻R1并联在输出电容Cout的两端；
所述电阻R3和输出端OUT-的公共端点形成参考地GND。
优先地，所述接线盒还包括续流二极管D1，所述续流二极管D1并联在输出电容Cout的两端。
优先地，所述接线盒还包括电感L2，所述电感L2的一端连接参考地GND、另一端连接输出端OUT-。
优先地，所述控制器包括采样模块、驱动模块和控制IC，所述采样模块、驱动模块分别与控制IC连接；
所述采样模块的两电流采样端分别连接电阻R3的两端，所述采样模块的两电压采样端分别连接BUCK电路的两输出端，所述驱动模块的两驱动端分别连接BUCK电路的两开关管。
优先地，所述控制器还包括PLC解调电路，所述电感L2的两端分别与PLC解调电路连接，所述PLC解调电路与控制IC连接。
优先地，所述控制器还包括辅助电源，所述辅助电源并联在输入电容Cin两端，所述辅助电源为采样模块、控制IC和驱动模块供电。
第二方面，本发明提供了一种可识别逆变器有无连接的方法，适用于第一方面所述的一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，包括以下步骤：
接线盒初始工作时，控制器输出初始参数的脉冲信号给两开关管，控制两开关管的关闭/导通状态；采样电阻R3两端的工作电流和BUCK电路的输出电压；
计算开启电压并判断输出电压是否大于开启电压，若是，则确定接线盒与逆变器直流母线相连，控制器调整脉冲信号的参数，进入高频可调占空比的功率优化模式；若否，则确定接线盒与逆变器直流母线未相连，控制器调整脉冲信号的参数，进入低频固定占空比的充放电模式。
优选地，所述控制器调整脉冲信号的参数，进入高频可调占空比的功率优化模式，具体为：
控制器输出设定占空比的脉冲信号给两开关管，然后逐渐提高脉冲信号的占空比，并根据实时采样的工作电流和输出电压计算出每个时刻的功率；
判断当下时刻的功率P2是否大于前一时刻的功率P1，若是，则控制器逐渐提高脉冲信号的占空比；若否，则控制器逐渐降低脉冲信号的占空比。
优选地，所述开启电压通过电容充电公式进行计算得到。
本发明的技术方案，能根据采样的电流电压识别接线盒与逆变器是否相连，从而通过接线盒内的开关管来控制***的通断，确保在安装时，接线盒与逆变器直流母线无连接，无高压存在的危险，安全可靠性高，保护安装和运维人员的人身安全，减少安全隐患和设备损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本实施例中可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒的电路结构图；
图2为本实施例中PLC解调电路的电路结构图；
图3为本实施例中可识别逆变器有无连接的方法流程图。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
本实施例提供了一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，如图1所示，包括输入电容Cin、电阻R3、续流二极管D1、BUCK电路和控制器；
所述输入电容Cin并联在光伏组件的两端，所述输入电容Cin的一端连接BUCK电路的一输入端，所述输入电容Cin的另一端经电阻R3连接BUCK电路的另一输入端，所述续流二极管D1并联在BUCK电路的两输出端，所述BUCK电路的两输出端连接逆变器；
所述控制器的两电流采样端分别连接电阻R3的两端，所述控制器的两电压采样端分别连接BUCK电路的两输出端，所述控制器的两驱动端分别连接BUCK电路的两开关管。
本实施例中接线盒位于光伏组件和逆变器之间，接线盒内BUCK电路的开关管导通时，接线盒与逆变器直流母线连接，光伏组件为逆变器供电；接线盒内BUCK电路的开关管断开时，接线盒与逆变器直流母线连接。本实施例的接线盒通过电压采样端采样输出电压，通过电流检测端采样工作电流，若输出电压大于开启电压，则确定接线盒与逆变器相连，若输出电压小于等于开启电压，则确定接线盒与逆变器相连，从而自动识别接线盒是否与逆变器直流母线相连。在相连时，控制BUCK电路中的开关管进行高频可调占空比的功率优化模式，在未相连时，开关管处于低频固定占空比的充放电模式，防止光伏组件输出高压，避免发生安全事故和损坏设备。
本实施例的所述BUCK电路包括开关管Q1、开关管Q2、电感L1、输出电容Cout和电阻R1；
所述输入电容Cin的一端经依次串联的开关管Q1和电感L1连接输出端OUT+，所述电阻R3连接输出端OUT-，所述电阻R3和输出端OUT-的公共端点一方面经开关管Q2连接开关管Q1和电感L1的公共端点、另一方面经输出电容Cout连接开关管Q1和输出端OUT+的公共端点，所述电阻R1、续流二极管D1分别并联在输出电容Cout的两端；
所述电阻R3和输出端OUT-的公共端点形成参考地GND。
本实施例中的开关管均采用MOS管，开关管Q1为MOS管Q1，开关管Q2为MOS管Q2，控制器对MOS管Q1和MOS管Q2进行驱动，驱动信号为DR1、DR2，是一对相位互补且占空比可调的PWM方波，频率固定为300KHz，且带有1％的死区时间。控制器通过输出不同参数的脉冲信号，控制MOS管Q1和MOS管Q2处于功率优化模式或充放电模式。本实施例的电流采用方式为：当电路中有电流时，电阻R3两端差分输入，根据R3两端电压计算工作电流；电压采用方式为：根据输出端OUT+和输出端OUT-这两端电压得到输出电压。
本实施例的所述控制器包括采样模块、驱动模块和控制IC，所述采样模块、驱动模块分别与控制IC连接；
所述采样模块的两电流采样端分别连接电阻R3的两端，所述采样模块的两电压采样端分别连接BUCK电路的两输出端，所述驱动模块的两驱动端分别连接BUCK电路的两开关管。
本实施例的驱动电路采用现有技术中的驱动电路结构，例如百度文库中的《MOS管驱动电路》中公开的驱动电路结构。本实施例的采样电路采用现有技术中的采用电路结构，例如百度文库中的《各种电压电路采用电路设计》中公开的采用电路结构。本实施例的采样模块用于采样工作电流和输出电压，并将工作电流和工作电压发送给控制IC，控制IC根据工作电流和输出电压判断接线盒是否与逆变器直流母线相连，在相连时，控制IC通过驱动模块驱动MOS管Q1和MOS管Q2处于功率优化模式，在不相连时，控制IC通过驱动模块驱动MOS管Q1和MOS管Q2处于充放电模式。
本实施例的接线盒还包括电感L2，所述电感L2的一端连接参考地GND、另一端连接输出端OUT-。本实施例的控制器还包括PLC解调电路，所述电感L2的两端分别与PLC解调电路连接，所述PLC解调电路与控制IC连接。
如图2所示，所述PLC解调电路包括电容C1、电容C2、电容C3和电阻R2；所述电感L2的一端经电容C2连接控制IC，所述电感L2的另一端经电容C3连接控制IC，所述电容C1和电阻R2分别并联在电感L2两端。
本实施例中控制IC还可根据PLC解调电路采样的信号来对MOS管Q1和MOS管Q2进行控制。PLC解调电路采样的信号抗干扰能力强，信号通信稳定，可靠性高，能够满足SunSpec通信协议，能够实现对两MOS管的快速关断功能。
本实施例的所述控制器还包括辅助电源，所述辅助电源并联在输入电容Cin两端，所述辅助电源为采样模块、控制IC和驱动模块供电。
本实施例还提供了一种可识别逆变器有无连接的方法，适用于所述的一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，如图3所述，包括以下步骤：
S1，接线盒初始工作时，控制器输出初始参数的脉冲信号给两开关管，控制两开关管的关闭/导通状态；采样电阻R3两端的工作电流Iout和BUCK电路的输出电压Vout；
S2，计算开启电压并判断输出电压是否大于开启电压，若是，则确定接线盒与逆变器直流母线相连，控制器调整脉冲信号的参数，进入高频可调占空比的功率优化模式；若否，则确定接线盒与逆变器直流母线未相连，控制器调整脉冲信号的参数，进入低频固定占空比的充放电模式。
本实施例中参数包括周期、占空比等，在接线盒供电开机时，控制器输出的脉冲信号的周期为3S、脉宽为1.5mS，此时MOS管Q1和MOS管Q2处于低频固定占空比的脉冲驱动状态，接线盒的输出给逆变器的输入端电容充电。控制器根据电容充电公式计算开启电压Vopen，开启电压一般在0.5V-1V之间。电容充电公式为：
其中，E为初始电压，所述t为时间。
在计算出开启电压后，判断输出电压Vout是否大于开启电压Vopen,若是，则控制器控制MOS管Q1和MOS管Q2处于功率优化模式。其中，步骤S2中的所述控制器调整脉冲信号的参数，进入高频可调占空比的功率优化模式，具体为：
控制器输出设定占空比的脉冲信号给两开关管，然后逐渐提高脉冲信号的占空比，并根据实时采样的工作电流和输出电压计算出每个时刻的功率；
判断当下时刻的功率P2是否大于前一时刻的功率P1，若是，则控制器逐渐提高脉冲信号的占空比；若否，则控制器逐渐降低脉冲信号的占空比。
本实施例的接线盒处于功率优化模式工作时，初始占空比设定为80％，当输出电压Vout大于开启电压Vopen时，控制器输出占空比为80％的脉冲信号给两MOS管，然后逐渐提高脉冲信号的占空比，并实时根据采样的工作电流和输出电压计算每个时刻的功率，判断当下时刻的功率P2是否大于前一时刻的功率P1，若是，则表明功率在减小，继续提高脉冲信号的占空比，若否，则表明功率在增大，逐渐降低脉冲信号的占空比。
在输出电压Vout小于等于开启电压Vopen时，则控制MOS管Q1和MOS管Q2进入低频固定占空比的充放电模式。在充放电模式下，控制器输出占空比为5％的脉冲信号给两MOS管，接线盒的输出给逆变器的输入端电容充电。
综上所述，本实施例的能根据采样的电流电压识别接线盒与逆变器是否相连，从而通过接线盒内的开关管来控制***的通断，确保在安装时，接线盒与逆变器直流母线无连接，无高压存在的危险，安全可靠性高，保护安装和运维人员的人身安全，减少安全隐患和设备损失。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，其特征在于，包括输入电容Cin、电阻R3、BUCK电路和控制器；
所述输入电容Cin并联在光伏组件的两端，所述输入电容Cin的一端连接BUCK电路的一输入端，所述输入电容Cin的另一端经电阻R3连接BUCK电路的另一输入端，所述BUCK电路的两输出端连接逆变器；
所述控制器的两电流采样端分别连接电阻R3的两端，所述控制器的两电压采样端分别连接BUCK电路的两输出端，所述控制器的两驱动端分别连接BUCK电路的两开关管。
2.根据权利要求1所述的一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，其特征在于，所述BUCK电路包括开关管Q1、开关管Q2、电感L1、输出电容Cout和电阻R1；
所述输入电容Cin的一端经依次串联的开关管Q1和电感L1连接输出端OUT+，所述电阻R3连接输出端OUT-，所述电阻R3和输出端OUT-的公共端点一方面经开关管Q2连接开关管Q1和电感L1的公共端点、另一方面经输出电容Cout连接开关管Q1和输出端OUT+的公共端点，所述电阻R1并联在输出电容Cout的两端；
所述电阻R3和输出端OUT-的公共端点形成参考地GND。
3.根据权利要求2所述的一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，其特征在于，还包括续流二极管D1，所述续流二极管D1并联在输出电容Cout的两端。
4.根据权利要求3所述的一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，其特征在于，还包括电感L2，所述电感L2的一端连接参考地GND、另一端连接输出端OUT-。
5.根据权利要求4所述的一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，其特征在于，所述控制器包括采样模块、驱动模块和控制IC，所述采样模块、驱动模块分别与控制IC连接；
所述采样模块的两电流采样端分别连接电阻R3的两端，所述采样模块的两电压采样端分别连接BUCK电路的两输出端，所述驱动模块的两驱动端分别连接BUCK电路的两开关管。
6.根据权利要求5所述的一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，其特征在于，所述控制器还包括PLC解调电路，所述电感L2的两端分别与PLC解调电路连接，所述PLC解调电路与控制IC连接。
7.根据权利要求5所述的一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，其特征在于，所述控制器还包括辅助电源，所述辅助电源并联在输入电容Cin两端，所述辅助电源为采样模块、控制IC和驱动模块供电。
8.一种可识别逆变器有无连接的方法，适用于权利要求1-7任一项所述的一种可识别逆变器有无连接的功率优化接线盒，其特征在于，包括以下步骤：
接线盒初始工作时，控制器输出初始参数的脉冲信号给两开关管，控制两开关管的关闭/导通状态；采样电阻R3两端的工作电流和BUCK电路的输出电压；
计算开启电压并判断输出电压是否大于开启电压，若是，则确定接线盒与逆变器直流母线相连，控制器调整脉冲信号的参数，进入高频可调占空比的功率优化模式；若否，则确定接线盒与逆变器直流母线未相连，控制器调整脉冲信号的参数，进入低频固定占空比的充放电模式。
9.根据权利要求8所述的一种可识别逆变器有无连接的方法，其特征在于，所述控制器调整脉冲信号的参数，进入高频可调占空比的功率优化模式，具体为：
控制器输出设定占空比的脉冲信号给两开关管，然后逐渐提高脉冲信号的占空比，并根据实时采样的工作电流和输出电压计算出每个时刻的功率；
判断当下时刻的功率P2是否大于前一时刻的功率P1，若是，则控制器逐渐提高脉冲信号的占空比；若否，则控制器逐渐降低脉冲信号的占空比。
10.根据权利要求9所述的一种可识别逆变器有无连接的方法，其特征在于，所述开启电压通过电容充电公式进行计算得到。
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