CN207150526U - 多组件级快速关断装置及光伏*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光伏***中用来控制光伏组件串的多组件级快速关断装置，光伏组件串包括多个串联在一起的光伏组件，多组件级快速关断装置包括微控制器、通信单元、驱动电路、辅助电源、开关单元和输出旁路二极管；微控制器与通信单元进行通信并控制驱动电路，通信单元用于传输指令给微控制器，驱动电路根据微控制器的指令驱动开关单元，辅助电源由光伏组件供电,开关单元包括多个开关，开关与光伏组件对应并且连接在光伏组件组成的串联电路中，驱动电路与开关分别连接以控制开关的关断与开通；其具有较高性价比并且能够减少能量消耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种多组件级快速关断装置及光伏***。
背景技术
太阳能作为一种低碳可再生能源，不但资源丰富、对环境无污染，而且是人类能够自由利用的能源，因此太阳能以其独有的优势成为人们重视的焦点。光伏发电作为太阳能最广泛的应用在现今社会中得到大力推广，安装量逐年增长。分布式光伏发电***是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电***，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。
分布式光伏发电***通常安装在建筑屋顶上，由于光伏发电***作为一种带电设备，其内部及电路中始终有电流存在。当建筑发生火灾时，电流的存在会影响消防人员及时施救。随着光伏产业的不断扩大，发生事故的概率也在不断增加。与此同时，如何对光伏发电***进行智能的监控、控制接入和断开等智能化操作也是目前行业发展的一个方向和趋势。因此为了提高光伏***的安全，NEC2017(美国电工法案2017)中对光伏***提出快速关断(RS，Rapid Shutdown)的要求。
现有的关断方式是在每个光伏组件上都接入一个快速关断装置，成本较高；此外在正常发电时，多个光伏组件对应的多个快速关断装置的开关会形成串联，产生较大的导通损耗，继而影响光伏组件的发电效率。
有鉴于此，确有必要提出一种高性价比、满足NEC2017标准要求的多组件级快速关断解决方案，以解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种多组件级快速关断装置及光伏***，该多组件级快速关断装置及光伏***可有效提高光伏组件的发电效率并减少能量消耗，同时具有高性价比。
为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种多组件级快速关断装置，用在光伏***中控制与其连接的光伏组件串，所述光伏组件串包括至少两个串联在一起的光伏组件；所述多组件级快速关断装置包括微控制器、通信单元、驱动电路、辅助电源、开关单元和输出旁路二极管；所述微控制器与所述通信单元进行通信并控制驱动电路，所述通信单元用于传输指令给微控制器，所述驱动电路根据所述微控制器的指令驱动开关单元，所述辅助电源由所述光伏组件供电；所述开关单元包括至少两个开关，所述开关与所述光伏组件一一对应并且连接在对应光伏组件接入串联电路的线路中，所述驱动电路与所述每个开关分别连接以控制开关的关断与开通。
作为本实用新型的进一步改进，所述光伏组件串中的一个光伏组件作为供电光伏组件，所述辅助电源的正负端分别连接供电光伏组件的正负端；所述开关均在对应的光伏组件的负端接入或均在对应的光伏组件的正端接入；所述开关在光伏组件的负端接入时，除供电光伏组件对应的开关外，其余开关均为光耦隔离驱动；开关在光伏组件的正端接入时，所有开关均为光耦隔离驱动。
作为本实用新型的进一步改进，所述多组件级快速关断装置其一步包括与所述微控制器连接的采样单元，所述采样单元用于采集光伏组件的电压和温度数据并将其发送给微控制器。
作为本实用新型的进一步改进，所述输出旁路二极管的首、尾端并接在光伏组件串的正负端；所述驱动电路将控制信号放大进而驱动开关；所述开关为MOSFET、IGBT或继电器中的一种；所述辅助电源采用反激电路；所述通信单元为直流PLC或者无线通信方式。
本实用新型还提供了另一种多组件级快速关断装置，用在光伏***中控制与其连接的光伏组件串，所述件串包括至少两个串联在一起的光伏组件；所述多组件级快速关断装置包括控制单元、通信单元、辅助电源、开关单元和输出旁路二极管；所述通信单元用于传输关断指令，所述辅助电源为控制单元及通信单元供电，所述开关单元包括至少两个开关，所述开关与所述光伏组件一一对应并且串联在光伏组件串形成的串联电路上，所述控制单元与所述至少两个开关分别连接，执行关断指令时，所述控制单元控制所有开关断开连接，继而将各光伏组件相互断开。
作为本实用新型的进一步改进，所述光伏组件串中的一个光伏组件作为供电光伏组件，所述辅助电源的正负端分别连接供电光伏组件的正负端；所述开关均在对应的光伏组件的负端接入或均在对应的光伏组件的正端接入；所述开关在对应光伏组件的负端接入时，除供电光伏组件对应的开关外，其余开关均为光耦隔离驱动；开关在对应光伏组件的正端接入时，所有开关均为光耦隔离驱动。
作为本实用新型的进一步改进，所述多组件级快速关断装置其一步包括与所述控制单元连接的采样单元，所述控制单元包括微控制器和驱动电路，所述采样单元用于采样各光伏组件的电压和温度数据并将其发送给微控制器。
作为本实用新型的进一步改进，所述输出旁路二极管的首、尾端并接在光伏组件串的正负端；所述开关为MOSFET、IGBT或继电器中的一种；辅助电源采用反激电路；所述通信单元为直流PLC或者无线通信方式。
本实用新型还提供了一种光伏***，所述光伏***包括至少一个前述的多组件级快速关断装置以及与所述多组件级快速关断装置对应的至少一个光伏组件串、网关和逆变器，所述多组件级快速关断装置的输入端与所述光伏组件串连接，所述多组件级快速关断装置的输出端与所述逆变器的输入端相连，所述网关用于向多组件级快速关断装置发出指令，所述多组件级快速关断装置根据指令关断对应的光伏组件串。
作为本实用新型的进一步改进，所述光伏***还包括连接在所述逆变器和电网之间的空气开关，所述网关可以作为外置独立设备，也可集成到所述逆变器中。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型的多组件级快速关断装置可以同时控制一个光伏组件串中多个光伏级组件的关断，避免了现有技术中的每个光伏组件均需要对应一个关断装置，从而减少了关断装置的数量，降低了光伏组件串的控制成本，并进一步降低了光伏***的***损耗。
附图说明
图1为本实用新型提供的多组件级快速关断装置实施例一的示意图。
图2为本实用新型提供的多组件级快速关断装置实施例二的示意图。
图3为本实用新型提供的多组件级快速关断装置实施例三的示意图。
图4为本实用新型提供的多组件级快速关断装置实施例四的示意图。
图5为本实用新型提供的多组件级快速关断装置实施例五的示意图。
图6为本实用新型提供的光伏***示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。
请参阅图1所示，为本实用新型提供的多组件级快速关断装置实施例一的示意图。本实施例提供的多组件级快速关断装置应用在光伏发电***中，以控制与其连接的光伏组件串。所述光伏组件串包括多个串联在一起的光伏组件101-光伏组件10n。所述多组件级快速关断装置包括控制单元、通信单元201、辅助电源202、开关单元、采样单元203和输出旁路二极管D1。所述开关单元包括多个开关Q1-Qn。
所述控制单元包括微控制器(MCU)204和驱动电路205。所述微控制器204作为中央控制器，可与所述通信单元201进行通信并通过驱动电路205控制开关单元(开关Q1-Qn)的关断与开通。所述驱动电路205与开关Q1-Qn分别连接，并根据微控制器204的指令，将控制信号放大，进而控制开关单元的各开关Q1-Qn开通或关断。
所述通信单元201采用PLC通信，所述通信单元201通过复用直流母线线缆与网关300(参图6)进行直流载波通信。PLC单元接收到网关300的关断和开通指令后，将指令传递给微控制器204。
所述采样单元203对每个光伏组件(光伏组件101-10n)的电压和温度实时采样，其中，所述电压可采用电阻分压方式或差分方式测量；再由微控制器204经通信单元201根据***需要将相关数据如电压，温度等发送给网关300。
所述开关Q1-Qn与所述光伏组件串中的光伏组件101-10n一一对应,并连接在所述光伏组件串形成的串联电路的线路中。所述开关根据指令，执行组件级关断与开通。进一步的，所述开关可以为MOSFET、IGBT或继电器等具有关断功能的开关元件。
在本实施例中，所述光伏组件101作为供电光伏组件向所述辅助电源202供电，所述辅助电源202的正负端分别连接在所述供电光伏组件101的正负端，进一步的，所述辅助电源202采用反激电路。在本实用新型中，所述供电光伏组件101以光伏组件101为例进行介绍，虽供电光伏组件101的位置位于串联的多个光伏组件的最下方，可以理解的是，供电光伏组件101的位置可以位于串联的多个光伏组件101-10n的任意位置，任何一个光伏组件101-10n都可以作为供电光伏组件101，其具体选择于此不予限制。
在本实施例中，当所述开关Q1-Qn均接入在对应的光伏组件101-10n的负端时，即所述开关Q1接入在对应的光伏组件101的负端及光伏组件串的负端之间，所述开关Q2接入在对应光伏组件102的负端及光伏组件101的正端之间，所述开关Qn接入在对应光伏组件10n的负端及与光伏组件10n相邻的光伏组件(未图示)的正端之间。本实施例中除供电光伏组件101对应的开关Q1外,其余开关Q2-Qn均为光耦隔离驱动。
正常工作时，当所述开关Q1-Qn导通时，光伏组件串的各光伏组件101-10n输出电能；当遇到紧急状况时，所述微控制器204发出关断指令时，所有开关断开，各个光伏组件101-10n相互开路，此时输出的电压为0。需要说明的是，本实施例中所揭示的开关Q1-Qn的工作状态相同，即正常工作时，所有开关都开通；紧急状况时，所有开关都关断。
所述输出旁路二极管D1的首、尾端并接在光伏组件串的正负端。在具有二个以上多组件级快速关断装置的光伏***中，当其中一个多组件级快速关断装置失效时，光伏组件串的电流可以通过输出旁路二极管D1形成通路，这样失效的关断装置不会影响其他多组件级快速关断装置对应的光伏组件串的控制及其正常输出。
请参图2所示，为本实用新型提供的多组件级快速关断装置实施例二的示意图。所述多组件级快速关断装置与实施例一的不同之处在于：所述通信单元采用无线通信201的方式。本实施例提供的多组件级快速关断装置包括控制单元、无线通信201、辅助电源202、开关单元、采样单元203和输出旁路二极管D1。其中，所述开关单元包括多个开关Q1-Qn。
所述控制单元包括微控制器(MCU)204和驱动电路205。所述微控制器204作为中央控制器，可与所述无线通信201进行通信以及通过所述驱动电路205控制开关单元开关Q1-Qn的关断与开通。所述驱动电路205与所述开关Q1-Qn分别连接，并根据微控制器204的指令，将控制信号放大，进而控制开关单元中各开关Q1-Qn开通或关断。
所述无线通信201与网关300(图6)中的无线收发单元进行无线通信，将接收到的关断和开通指令传递给微控制器204。无线通信201可采用无线Zigbee，RF等方式进行无线信号的传递。所述采样单元203可对每个光伏组件101-10n的电压和温度进行实时采样，其中，电压可采用电阻分压方式或差分方式进行采集，再由微控制器204经通信单元201根据***需要将相关数据如电压，温度等发送给网关300。
在本实施例中，当所述开关Q1-Qn均接入在对应的光伏组件101-10n的负端时，即所述开关Q1接入在对应的光伏组件101的负端及光伏组件串的负端之间，所述开关Q2接入在对应光伏组件102的负端及光伏组件101的正端之间，所述开关Qn接入在对应光伏组件10n的负端及与光伏组件10n相邻的光伏组件(未图示)的正端之间。本实施例中除供电光伏组件101对应的开关Q1外,其余开关Q2-Qn均为光耦隔离驱动。
请参阅图1及图2所示，所述实施例一及所述实施例二均是采用光伏组件101-10n负端关断方式进行光伏组件的关断控制，以下说明书部分将结合图3及图4揭示本实用新型采用正端关断方式对光伏组件的关断进行控制时，其与负端关断方式异同。
请参阅图3所示，为本实用新型提供的多组件级快速关断装置实施例三的示意图。所述多组件级快速关断装置包括控制单元、通信单元(PLC)201、辅助电源202、开关单元、采样单元203和输出旁路二极管D1。
所述开关单元包括多个开关Q1-Qn。所述开关单元的各个开关Q1-Qn接入在对应的光伏组件101-10n的正端，即开关Q1接入在对应光伏组件101的正端及光伏组件102的负端之间，开关Q2接入在对应光伏组件102的正端及与光伏组件103的负端之间，开关Qn接入在对应光伏组件10n的正端及光伏组件串的正端之间，进一步的，本实施例中所述开关Q1-Qn均为光耦隔离驱动。
正常工作时，当所述开关Q1-Qn导通，光伏组件串的各光伏组件101-10n输出电能；当遇到紧急状况时，所述微控制器204发出关断指令时，所有开关断开，各个光伏组件101-10n相互开路，此时输出的电压为0。具体来讲，当开关Q1-Qn在相同工作环境时开关状态相同，即正常工作时，所有开关都开通；紧急状况时，所有开关都关断。
请参阅图4所示，为本实用新型提供的多组件级快速关断装置实施例四的示意图，其与图3中的实施例三的不同之处仅在于通信单元采用无线方式进行通讯。具体来讲，所述开关单元的各个开关Q1-Qn接入在对应的光伏组件101-10n的正端。其中开关Q1接入在对应光伏组件101的正端及光伏组件102的负端之间，开关Q2接入在对应光伏组件102的正端及与光伏组件103的负端之间，开关Qn接入在对应光伏组件10n的正端及光伏组件串的正端之间，且所述开关Q1-Qn均为光耦隔离驱动。
请参阅图5所示，为本实用新型提供的多组件级快速关断装置实施例五的的双组件级快速关断装置，其中，所述双组件级快速关断装置对应的光伏组件串包括两个光伏组件101、102。所述开关单元包括两个对应的开关Q1、Q2，其中所述开关Q1接入在光伏组件101的负端及光伏组件串的负端之间，所述开关Q2接入在光伏组件102的负端与光伏组件101的正端之间，进一步的，在本实施例中所述开关Q2为光耦隔离驱动。
请参阅图6所示，为本实用新型提供的光伏***的示意图。所述光伏***包括多个双组件级快速关断装置200、与双组件级快速关断装置200对应的多个光伏组件串、网关300、逆变器400和空气开关500。所述每一个双组件级快速关断装置200的输入端与其对应的光伏组件串连接，且双组件级快速关断装置200的输出端串联在一起连接逆变器400的输入端。可以理解的是，当光伏***包括仅包括一个多组件级快速关断装置时，该关断装置的输出端直接与逆变器400的输入端连接。
所述网关300用于向双组件级快速关断装置200发出指令，所述双组件级快速关断装置200根据微控制器204的指令关断对应的光伏组件串。所述空气开关500连接在逆变器400和电网600之间；可以理解的是，所述网关300也可集成在逆变器400中。
下面结合图5及图6，进一步说明光伏***的工作过程。初始时，所述每一双组件级快速关断装置200无输出，网关300通电后进行自组网，组网完成后发送开通指令。各双组件级快速关断装置200接收到开通指令后，分别打开开关Q1、Q2，光伏组件101-110正常输出，逆变器400工作。通常情况下，双组件级快速关断装置200将通过所述采样单元203定时上传电压、温度和故障等信息。
紧急状况下，空气开关500关断，网关300检测到电网600丢失，立即发送关断指令。各双组件级快速关断装置200接收到关断指令后，立即关断开关Q1、Q2。紧急状况解除后，空气开关500闭合，网关300发送开通指令。双组件级快速关断装置200接收到开通指令后，分别开通开关Q1、Q2，光伏***重新正常工作。
以上说明书部分仅以双组件级快速关断装置200为例，对于其他多组件级快速关断装置工作原理相同，在此不再赘述。
综上所述，本实施例提供的多组件级快速关断装置，只用一个快速关断装置就可以控制多个光伏组件101-10n的关断，不必像现有技术中的每个光伏组件均需要对应一个关断装置，因此，减少了关断装置数量，降低了光伏组件串的控制成本；并且在一定程度上也降低了光伏组件正常工作的能量消耗。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种多组件级快速关断装置，用在光伏***中控制与其连接的光伏组件串，所述光伏组件串包括至少两个串联在一起的光伏组件；所述多组件级快速关断装置包括微控制器、通信单元、驱动电路、辅助电源、开关单元和输出旁路二极管；其特征在于：所述微控制器与所述通信单元进行通信并控制驱动电路，所述通信单元用于传输指令给微控制器，所述驱动电路根据所述微控制器的指令驱动开关单元，所述辅助电源由所述光伏组件供电；所述开关单元包括至少两个开关，所述开关与所述光伏组件一一对应并且连接在对应光伏组件接入串联电路的线路中，所述驱动电路与所述每个开关分别连接以控制开关的关断与开通。
2.根据权利要求1所述的多组件级快速关断装置，其特征在于：所述光伏组件串中的一个光伏组件作为供电光伏组件，所述辅助电源的正负端分别连接供电光伏组件的正负端；所述开关均在对应的光伏组件的负端接入或均在对应的光伏组件的正端接入；所述开关在光伏组件的负端接入时，除供电光伏组件对应的开关外，其余开关均为光耦隔离驱动；开关在光伏组件的正端接入时，所有开关均为光耦隔离驱动。
3.根据权利要求1所述的多组件级快速关断装置，其特征在于：所述多组件级快速关断装置包括与所述微控制器连接的采样单元，所述采样单元用于采集光伏组件的电压和温度数据并将其发送给微控制器。
4.根据权利要求1所述的多组件级快速关断装置，其特征在于：所述输出旁路二极管的首、尾端并接在光伏组件串的正负端；所述驱动电路将控制信号放大进而驱动开关；所述开关为MOSFET、IGBT或继电器中的一种；所述辅助电源采用反激电路；所述通信单元为直流PLC或者无线通信方式。
5.一种多组件级快速关断装置，用在光伏***中控制与其连接的光伏组件串，所述光伏组件串包括至少两个串联在一起的光伏组件；所述多组件级快速关断装置包括控制单元、通信单元、辅助电源、开关单元和输出旁路二极管；其特征在于：所述通信单元用于传输关断指令，所述辅助电源为控制单元及通信单元供电，所述开关单元包括至少两个开关，所述开关与所述光伏组件一一对应并且串联在光伏组件串形成的串联电路上，所述控制单元与所述至少两个开关分别连接，执行关断指令时，所述控制单元控制所有开关断开连接，继而将各光伏组件相互断开。
6.根据权利要求5所述的多组件级快速关断装置，其特征在于：所述光伏组件串中的一个光伏组件作为供电光伏组件，所述辅助电源的正负端分别连接供电光伏组件的正负端；所述开关均在对应的光伏组件的负端接入或均在对应的光伏组件的正端接入；所述开关在对应光伏组件的负端接入时，除供电光伏组件对应的开关外，其余开关均为光耦隔离驱动；开关在对应光伏组件的正端接入时，所有开关均为光耦隔离驱动。
7.根据权利要求5所述的多组件级快速关断装置，其特征在于：所述多组件级快速关断装置包括与所述控制单元连接的采样单元，所述控制单元包括微控制器和驱动电路，所述采样单元用于采样各光伏组件的电压和温度数据并将其发送给微控制器。
8.根据权利要求5所述的多组件级快速关断装置，其特征在于：所述输出旁路二极管的首、尾端并接在光伏组件串的正负端；所述开关为MOSFET、IGBT或继电器中的一种；辅助电源采用反激电路；所述通信单元为直流PLC或者无线通信方式。
9.一种光伏***，其特征在于:所述光伏***包括至少一个如权利要求1-8任意一项所述的多组件级快速关断装置以及与所述多组件级快速关断装置对应的至少一个光伏组件串、网关和逆变器，所述多组件级快速关断装置的输入端与所述光伏组件串连接，所述多组件级快速关断装置的输出端与所述逆变器的输入端相连，所述网关用于向多组件级快速关断装置发出指令，所述多组件级快速关断装置根据指令关断对应的光伏组件串。
10.根据权利要求9所述的光伏***，其特征在于：所述光伏***还包括连接在所述逆变器和电网之间的空气开关，所述网关可以作为外置独立设备，也可集成到所述逆变器中。
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