CN207543063U - 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多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；微控制器与通信单元进行通信并控制驱动电路，通信单元用于传输关断与开通指令，驱动电路接收微控制器指令从而驱动开关单元关断与开通光伏组件串，开通时光伏组件串中的所有光伏组件均为辅助电源供电，从而平衡所有光伏组件对辅助电源的供电，提高发电量。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种带新型供电方式的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得到在新津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***通常可以安装在建筑屋顶上，但由于光伏发电***作为一种带电设备，设备及电路中始终有电流存在。当建筑发生火灾时，由于电流的存在，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，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。现有的快速关断装置是每个光伏组件都要接入一个快速关断装置，成本较高。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关系，产生较大的导通损耗，影响发电效率。
此外，现有的组件级快速关断装置中的供电方式采用负端第一个组件给辅助电源供电，这样供电组件要比同一组串中的其它组件多一部分电流消耗，从而此组件成了该组串的发电瓶颈，特别是在早上、傍晚、阴天，雨雪和遮挡等弱光情况下，供电的组件会带来了整个组串提前停止发电，进而影响了***的发电量。
有鉴于此，确有必要提出一种适合多组件级快速关断装置的新型供电方式，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带新型供电方式的多组件级快速关断装置及光伏***，使得每个光伏组件在发电期间都给辅助电源供电，平衡所有光伏组件对辅助电源的供电，提高发电量。
为实现上述发明目的，本发明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关断指令，所述驱动电路接收微控制器指令从而驱动开关单元关断光伏组件串，未关断时光伏组件串中的所有光伏组件均为辅助电源供电。
作为本发明的进一步改进，所述多组件级快速关断装置包括第一供电二极管及第二供电二极管；第一供电二极管一端连接所述光伏组件串的正端，另一端连接辅助电源的输入端；第二供电二极管一端连接所述光伏组件串负端第一个光伏组件的正端，另一端连接辅助电源的输入端。
作为本发明的进一步改进，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串的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，所述开关均在对应光伏组件的负端接入或均在对应光伏组件的正端接入。
作为本发明的进一步改进，所述多组件级快速关断装置进一步包括与微控制器连接的采样单元，所述采样单元用于采样光伏组件的电压和温度数据并将其发送给微控制器。
作为本发明的进一步改进，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；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
本发明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；所述通信单元用于传输关断指令给控制单元，所述控制单元控制开关单元开通或关断各光伏组件，所述开关单元开通时光伏组件串中的所有光伏组件均为辅助电源供电，开关单元关断时光伏组件串中的一个光伏组件为辅助电源供电。
作为本发明的进一步改进，所述多组件级快速关断装置包括第一供电二极管及第二供电二极管；所述第一供电二极管一端连接所述光伏组件串的正端，另一端连接辅助电源的输入端；所述第二供电二极管一端连接所述光伏组件串负端第一个光伏组件的正端，另一端连接辅助电源的输入端；开通时所有光伏组件通过第一供电二极管共同为辅助电源供电，关断时所述光伏组件串负端第一个光伏组件通过第二供电二极管为辅助电源供电。
作为本发明的进一步改进，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串的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，所述开关均在对应光伏组件的负端接入或均在对应光伏组件的正端接入。
本发明还提供了一种光伏***，所述光伏***包括前述的多组件级快速关断装置、与多组件级快速关断装置对应的至少一光伏组件串、网关和逆变器，多组件级快速关断装置的输入端与光伏组件串连接，多组件级快速关断装置的输出端与逆变器的输入端相连，网关用于向多组件级快速关断装置发出指令，多组件级快速关断装置根据指令关断对应的光伏组件串。
作为本发明的进一步改进，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，所述网关集成在逆变器中。
本发明的有益效果在于：安装有本发明的多组件级快速关断装置的光伏组件串中的每个光伏组件在发电期间都可以向辅助电源供电，使得多组件级快速关断装置的能耗水平达到平均消耗，防止瓶颈现象的发生，同时，这种供电方式对早上、傍晚、阴天，雨雪和遮挡等弱光情况的发电起到了很好的优化改善，进而提高了***的发电量。
附图说明
图1为本发明提供的带新型供电方式的多组件级关断装置实施例一的示意图。
图2为本发明提供的带新型供电方式的多组件级关断装置实施例二的示意图。
图3为本发明提供的带新型供电方式的双组件级关断装置的示意图。
图4为本发明提供的光伏***的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、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发明进行详细描述。
请参阅图1所示，为本发明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用于光伏发电***中，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。
所述多组件级快速关断装置还包括第一供电二极管D2及第二供电二极管D3。所述第一供电二极管D2一端连接光伏组件串的正端，另一端连接辅助电源202的输入端；所述第二供电二极管D3一端连接光伏组件串中的负端的第一个光伏组件101的正端，另一端连接辅助电源202的输入端。
所述控制单元包括微控制器(MCU)204和驱动电路205。微控制器204 作为中央控制中心，与通信单元201进行通信以及通过驱动电路205控制开关单元的关断与开通。驱动电路205与开关Q1-Qn分别连接，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用于接收外部即网关(Gateway)发送的指令，并将指令传递给微控制器204。所述通信单元201可采用PLC通信或无线通信。当采用PLC时，可通过复用直流母线线缆与网关进行直流载波通信。采用无线通信方式时，无线通信单元201与网关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。无线通信单元可采用无线Zigbee， RF等方式。
所述采样单元203可对每个所述光伏组件的电压和温度进行实时采样，其中电压的测量可采用电阻分压方式或差分方式，再由通信单元201根据***需要将相关数据发送给网关。
进一步的，所述开关Q1-Qn与光伏组件串中的光伏组件101-10n一一对应相连,且连接在光伏组件串形成的串联电路的线路中。所述开关单元根据指令，执行组件级关断与开通，进一步的，所述开关Q1-Qn可以为MOSFET、IGBT 或继电器等。
所述开关Q1-Qn均接入在对应的光伏组件101-10n的负端，即开关Q1 接入在对应光伏组件101的负端及光伏组件串的负端之间，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，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，具体来讲，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Q1-Qn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，在其中一个多组件级快速关断装置的失效时，组串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正常输出。
所述辅助电源202由光伏组件101供电，***正常发电时，开关Q1-Qn 都开通，连接所述多组件级快速关断装置的所有光伏组件101-10n经装置中的开关串联后，再经第一供电二极管D2给辅助电源提供能量，因此光伏组件串的所有光伏组件都为辅助电源202供电，这些光伏组件提供给辅助电源的能量几乎是相等的。辅助电源采用反激电路。***发生紧急状况时，快速关断装置接收到指令后依次关断所有开关Q1-Qn，在此期间所有光伏组件101- 10n均不再向光伏***传输能量，此时辅助电源仅仅由光伏组件101经第二供电二极管D3供电。由于辅助电源202用电很小,而光伏组件101的能量此时只提供给辅助电源202，所以完全可以满足。
请参图2所示，为本发明采用正端关断方式时提供的多组件级快速关断装置的示意图，其与图1所示的采用组件负端关断方式控制的多组件级快速关断装置的运行原理相似。
其中，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。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。本实施例中开关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3所示，为本发明提供的一种双组件级快速关断装置的示意图。本实施例中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。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，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，本实施例中开关Q2为光耦隔离驱动。
请参阅图4所示，为本发明提供的光伏***示意图。本实施例提供的光伏***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。每一双组件级快速关断装置200的输入端与对应的光伏组件串连接，各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***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，双组件级快速关断装置200根据指令关断对应的光伏组件串。空气开关500连接在400 逆变器和电网600之间。可以理解的是，网关300也可集成在逆变器400中。
下面结合图3及图4，进一步说明光伏***的工作过程。初始时，所述双组件级快速关断装置200无输出，网关300上电后进行自组网，组网完成后发送开通指令。双组件级快速关断装置200接收到开通指令后，分别打开开关Q1、Q2，光伏组件101-110正常输出，逆变器400工作。每一双组件级快速关断装置中串联后的各光伏组件101、102经第一供电二极管D2共同为辅助电源提供能量。通常情况下，双组件级快速关断装置定时上传电压，温度和故障等信息。
紧急状况下，关断空气开关500自动关断，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，本发明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，关断装置数量减少，降低了成本；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。整个光伏组件串中的每个光伏组件在发电期间都给辅助电源供电，达到平均消耗，无瓶颈现象，因而这种供电方式对早上、傍晚、阴天，雨雪和遮挡等弱光情况的发电起到了很好的优化改善，进而提高了***的发电量
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明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；其特征在于：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关断与开通指令，所述驱动电路接收微控制器指令从而驱动开关单元关断与开通光伏组件串，开通时光伏组件串中的所有光伏组件均为辅助电源供电。
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：所述多组件级快速关断装置包括第一供电二极管及第二供电二极管；第一供电二极管一端连接所述光伏组件串的正端，另一端连接辅助电源的输入端；第二供电二极管一端连接所述光伏组件串负端第一个光伏组件的正端，另一端连接辅助电源的输入端。
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：所述开关单元包括至少两个开关，所述开关与所述光伏组件串的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，所述开关均在对应光伏组件的负端接入或均在对应光伏组件的正端接入。
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：所述多组件级快速关断装置包括与微控制器连接的采样单元，所述采样单元用于采样光伏组件的电压和温度数据并将其发送给微控制器。
5.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。
6.一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；其特征在于：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；通信单元用于传输关断与开通指令给控制单元，所述控制单元控制开关单元开通或关断光伏组件串的各光伏组件，开关单元开通时光伏组件串中的所有光伏组件均为辅助电源供电，开关单元关断时光伏组件串中的一个光伏组件为辅助电源供电。
7.根据权利要求6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第一供电二极管及第二供电二极管；第一供电二极管一端连接所述光伏组件串的正端，另一端连接辅助电源的输入端；第二供电二极管一端连接所述光伏组件串负端第一个光伏组件的正端，另一端连接辅助电源的输入端；开通时所有光伏组件通过第一供电二极管共同为辅助电源供电，关断时所述光伏组件串负端第一个光伏组件通过第二供电二极管为辅助电源供电。
8.根据权利要求6所述的多组件级快速关断装置，其特征在于：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串的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，所述开关均在对应光伏组件的负端接入或均在对应光伏组件的正端接入。
9.一种光伏***，其特征在于:所述光伏***包括至少一个权利要求1-8任意一项所述的多组件级快速关断装置、与多组件级快速关断装置对应的至少一光伏组件串、网关和逆变器，多组件级快速关断装置的输入端与光伏组件串连接，多组件级快速关断装置的输出端与逆变器的输入端相连，网关用于向多组件级快速关断装置发出指令，多组件级快速关断装置根据指令关断与开通对应的光伏组件串。
10.根据权利要求9所述的光伏***，其特征在于：所述光伏***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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