CN106936112B - 汇流箱保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汇流箱保护装置，其中汇流箱包括光伏电缆和断路器，以及汇流箱保护装置包括采集单元、逻辑单元以及执行单元。采集单元与光伏电缆电连接，并用来采集该光伏电缆的电压信号；逻辑单元与采集单元电连接从而接收从采集单元传来的电压信号，然后将该电信号与比较电压进行比较，当该电压信号与比较电压的差的绝对值大于或等于设定值时逻辑单元向执行单元发送指令；以及执行单元与逻辑单元电连接并根据从逻辑单元传来的指令控制断路器分闸。本发明的汇流箱保护装置，在光伏电缆直接接地时可以有效控制断路器分闸，从而解决因光伏电缆接地引起的一系列问题。

Description

汇流箱保护装置

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种汇流箱保护装置。

背景技术

汇流箱是一种应用在光伏发电系统的电气设备，其负责将光伏组件产生的直流电，经过其一次汇流后，传送到光伏逆变器。为了保证发电的可靠性、安全性，汇流箱配有防雷、过电流和过负荷等保护。但是，与汇流箱连接的光伏电缆和光伏电缆出现故障率最高的是单相接地故障(正极接地或负极接地)，此类故障引发非故障相的电压升高，汇流箱内部的器件在高压的情况下被击穿，从而引发火灾。此类故障发生时，汇流箱内现有的保护均不能动作，因此这是汇流箱设计中的一类缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种汇流箱保护装置，以解决上述现有技术中存在的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种汇流箱保护装置，所述汇流箱包括光伏电缆和断路器，所述汇流箱保护装置包括采集单元、逻辑单元以及执行单元；所述采集单元与所述光伏电缆电连接，并用来采集该光伏电缆的电压信号；所述逻辑单元与所述采集单元电连接从而接收从所述采集单元传来的电压信号，然后将该电压信号与比较电压进行比较，当该电压信号与比较电压的差的绝对值大于或等于设定值时所述逻辑单元向所述执行单元发送指令；以及所述执行单元与所述逻辑单元电连接并根据从所述逻辑单元传来的指令控制所述断路器分闸。

较佳地，所述比较电压等于所述设定值的1.25-2倍。

较佳地，所述逻辑单元包括比较器，所述比较器分别与所述采集单元和所述执行单元电连接。

较佳地，所述逻辑单元还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻分别通过导线与所述比较器的正、负输入端连接，且所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相等。

较佳地，所述执行单元包括第一继电器，所述第一继电器与所述逻辑单元和所述断路器电连通，从而根据从所述逻辑单元传来的指令控制所述断路器分闸。

较佳地，所述执行单元还包括第二继电器，所述第二继电器与所述逻辑单元和所述断路器电连通，从而根据从所述逻辑单元传送的指令控制所述断路器合闸。

较佳地，所述采集单元设置成对从所述光伏电缆采集的电压进行降压处理，并将经过降压处理后的电压值传送给所述逻辑单元。

较佳地，所述汇流箱保护装置还包括二次电源，所述二次电源分别与所述采集单元、逻辑单元以及执行单元电连接从而为所述采集单元、逻辑单元以及执行单元提供电能。

较佳地，所述比较电压等于光伏组串支路的开路电压的17/41-20/41。

较佳地，所述比较电压等于380V-400V，以及所述设定值等于190V-320V。

较佳地，所述比较电压等于400V，以及所述设定值等于200V。

综上，通过本发明的汇流箱保护装置，在光伏电缆直接接地时可以有效控制断路器分闸，从而解决因光伏电缆接地引起的一系列问题，而在汇流箱发生光伏电缆经过渡电阻接地故障时，本发明的汇流箱保护装置在危害较大时会有效控制断路器分闸，而在破坏不大时则不动作，防止因停机而造成经济损失。

附图说明

图1是光伏发电系统原理图；

图2示出汇流箱中的光伏电缆接地；

图3是光伏组件的原理图；

图4是根据本发明一实施例的汇流箱保护装置的各单元连接示意图；

图5A-5B示出本发明的逻辑单元的主要电路图；以及

图6是根据本发明另一实施例的汇流箱保护装置的各单元连接示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

术语说明

汇流箱：汇流箱主要作用就是把光伏阵列的输入进行一级汇流，用来减少光伏阵列接入到逆变器的连线，同时提供防雷功能，检测光伏板的运行状态、直流量状态采集及断路器状态等。

光伏逆变器：光伏逆变器是通过电力电子器件(MOSFET、IGBT等)连接电阻电容，以脉冲宽度调制的方式控制器件的通断，把汇流箱传输来的直流电转变成交流电，同时完成光伏组件的最大功率点跟踪(MPPT)，保证职能控制及反孤岛效应等。

断路器：所设计的分合装置，能够关合、通断和承载正常状态的电流；并且能在非正常运行状态下，也能够进行关合、分断以及一定时间内的导通与通断。

光伏发电系统，其电气原理图见1。从图1中可以看出，与汇流箱相连接的是光伏电缆和直流电缆。光伏电缆用于光伏组件组串之间的连接。直流电缆用于汇流箱与光伏逆变器之间的连接。

图2示出在光伏发电系统的实际运行过程中出现接地故障的情况。如图2所示，在光伏电站实际运行期间，光伏电缆某一点出现接地故障的概率最高。

太阳光照射到光伏组件的表面时，其吸收具有一定能量的光子，在组件的内部产生处于不平衡状态的电子-空穴对；在P-N结内电场的作用下，电子、空穴分别被趋向N、P结，从而在P-N结附近形成与内建电场方向相反的光生电场；光生电场抵消P-N结内建电场后的多余部分使P、N区分别带正、负点，于是产生由N区指向P区的光生电动势，即图1中的光伏组件电压；当外接负载后则有电流从P区流出，经负载从N区流入光伏电池，其原理图见图3。由于P-N结为零参考点的影响，在正常运行状态下，正、负极电压的幅值相等，是光伏组件电压的一半。

图2中，当A点发生接地故障时，汇流箱正极铜排侧的电压接近为0。由于P-N结为没接地的参考点，汇流箱负极铜排侧的电压为光伏组件的电压。负极铜排侧电压的陡升，会导致汇流箱内部的器件在高压的情况下被击穿，从而引发火灾。但是，现阶段断路器所配有的电流、过载等保护并不能动作和断开断路器。为此，发明人发明了本发明的汇流箱保护装置。

如图1所示，汇流箱通常包括光伏电缆、汇流箱熔断器、铜排以及断路器。其中，光伏电缆与光伏组串连接，光伏组串通过光伏电缆并联后再通过铜排与断路器串联，在光伏电缆上设置汇流箱熔断器。

本发明的汇流箱保护装置通常包括采集单元、逻辑单元以及执行单元。采集单元与光伏电缆电连接，从而采集该光伏电缆的电压值。逻辑单元与采集单元电连接，并接收从采集单元传来的电压值，然后将该电压值与参考电压值进行比较，当该电压值与参考电压值的差的绝对值大于或等于设定值时，向执行单元发送指令。执行单元根据从逻辑单元传来的指令控制断路器分闸，从而使得汇流箱不会因光伏电缆接地而受到损坏。

下面结合附图对本发明的汇流箱保护装置进行详细说明。

实施例1

图4为根据本实施例的汇流箱保护装置各单元连接示意图。如图4所示，汇流箱保护装置100包括采集单元10、逻辑单元20以及执行单元30。其中，采集单元10通过导线分别与光伏电缆的正极41和光伏电缆的负极42电连通。逻辑单元20通过导线与采集单元10电联通。执行单元30通过导线与逻辑单元20电联通。

如图4所示，本实施例的采集单元10是电压系统测量装置，可以是VSM或DC/DC降压元件，其采集光伏电缆的正极41和负极42的电压U₊和U_-，并对采集来的电压U₊和U_-进行降压处理，在对采集来的电压U₊和U_-进行降压处理后，再将处理后的电压值传递给逻辑单元，下文会详细描述。在图4中，PE表示零参考点，GND代表保护接地，二次电源50为采集单元10供电。

图5A、5B为逻辑单元的主要电路图。如图5A、5B所示，逻辑单元主要包括比较器21、22，其中，图5A示出与光伏电缆的正极连接的比较器21，图5B示出与光伏电缆的负极连接的比较器22。

图5A示出比较器21、电阻R₁、R₂和R₃，其中，电阻R₁的一端通过导线与比较器21的正极输入端连接，电阻R₁的另一端通过导线连接到采集单元10，并从采集单元10接收经过降压处理后的电压U₊。R₂的一端通过导线与比较器21的负极输入端连接，另一端通过导线接收比较电压U_N。比较器21的输出端与执行单元30电连接，从而向执行单元发送指令。

图5B与图5A类似，不同之处仅在于比较器22的正极输入端通过导线连接到采集单元10，并从采集单元10接收经过降压处理后的电压U_-。如图5B所示，电阻R₄的一端通过导线与比较器22的正极输入端连接，电阻R₄的另一端通过导线连接到采集单元10，并从采集单元10接收经过降压处理后的电压U_{_}。R₅的一端通过导线与比较器22的负极输入端连接，另一端通过导线接收比较电压U_N，比较电压U_N根据光伏组串支路的开路电压确定。下文将会详细描述。比较器22的输出端与执行单元30电连接，从而向执行单元30发送指令。

逻辑单元20用来比较电压U₊、U_-与参考电压U_N的大小。其中，比较器21用来比较电压U₊与U_N的大小，比较器22用来比较电压U_-与比较电压U_N的大小。当满足表达式∣U_N-U₊∣≥ε或∣U_N-U_-∣≥ε(ε为设定值)时，可以判定光伏电缆接地，当然，也包括直流电缆接地的情况。

执行单元30主要包括继电器J1，继电器J1与逻辑单元20和断路器60电连通，当逻辑单元20向继电器J1发送分闸指令时，继电器J1控制开关31关闭，从而控制断路器60分闸。

汇流箱的光伏电缆接地或直流电缆接地包括直接接地和经过渡电阻接地，直接接地指的是光伏电缆直接接到地上，经过渡电阻接地指的是光伏电缆通过一个电阻再接地，因此，光伏电缆直接接地时采集到的该光伏电缆的电压为0，光伏电缆经过渡电阻接地时采集到的电压的值还取决于通过电阻接地的该电阻的大小。

但是，在发明人经过大量的工程实践发现，在经过渡电阻接地的情况下，如果该经过渡电阻接地的电阻足够大，则造成的危险极小，因此，本发明根据工程实践的实际情况，

将U_N设置为等于光伏组传支路的开路电压的17/41-20/41，将ε设置为等于0.4U_N-0.8U_N，可以取得很好的效果。比如，当光伏组串支路的开路电压等于820V时，U_N等于380V-400V，ε等于0.4U_N-0.8U_N。较佳地，在光伏组串支路的开路电压等于820V时，将U_N设置为400V，将ε设置为200V。

在汇流箱工作过程中，如果发生了光伏电缆直接接地的情况，由于光伏电缆直接接地，接地点的电压为0，因此，通过采集单元采集到的U₊或U_-等于0，此时，逻辑单元判断出∣U_N-U₊∣≥ε或∣U_N-U_-∣≥ε，从而，逻辑单元向执行单元发送分闸指令，逻辑单元接收到分闸指令后，通过继电器J1控制开关31闭合，从而控制断路器分闸。因此避免了汇流箱因为接地而造成严重的后果。

如果发生了光伏电缆经过渡电阻接地的情况，此时，如果∣U_N-U₊∣≥ε或∣U_N-U_-∣≥ε，则逻辑单元向执行单元发送分闸指令，逻辑单元接收到分闸指令后，通过继电器J1控制开关31闭合，从而控制汇流箱的断路器分闸，从而避免了汇流箱因为接地而造成严重后果。而如果不满足∣U_N-U₊∣≥ε或∣U_N-U_-∣≥ε，则可以不用处理，因为此种情况并不会造成大的破坏，从而最大限度地减少因停机而造成的损失。

实施例2

图6是根据本实施例的汇流箱保护装置的各单元连接示意图。下面参照图6来描述本实施例的汇流箱保护装置200。实施例2与实施例1的区别主要在于，执行单元30还包括继电器J2，继电器J2通过导线与逻辑单元电连通，从而接收逻辑单元发送的合闸指令，当接收到逻辑单元发送的合闸指令时，控制断路器合闸。

在汇流箱工作的过程中，如果发生了光伏电缆接地，从而断路器在执行单元的控制下被断开时，在现场人员查找出接地故障并解决个接地问题后，在实施例1中可以通过人工将断路器合闸，在实施例2中通过逻辑单元向继电器J2发送合闸指令，继电器J2在接收到合闸指令后控制开关32关闭，从而控制断路器合闸。

综上，通过本发明的汇流箱保护装置，在光伏电缆直接接地时可以有效控制断路器分闸，从而解决因光伏电缆接地引起的一系列问题，而在汇流箱发生光伏电缆经过渡电阻接地故障时，本发明的汇流箱保护装置在危害较大时会有效控制断路器分闸，而在危害不大时则不动作，防止因停机而造成经济损失。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种汇流箱保护装置，所述汇流箱包括光伏电缆和断路器，其特征在于，所述汇流箱保护装置包括采集单元、逻辑单元以及执行单元；所述采集单元与所述光伏电缆电连接，并用来采集该光伏电缆的电压信号；所述逻辑单元与所述采集单元电连接从而接收从所述采集单元传来的正、负极电压信号，然后将该正、负极电压信号与比较电压进行比较，当该正极电压信号与比较电压的差的绝对值大于或等于设定值时,或者该负极电压信号与比较电压的差的绝对值大于或等于设定值时，所述逻辑单元向所述执行单元发送指令；以及所述执行单元与所述逻辑单元电连接并根据从所述逻辑单元传来的指令控制所述断路器分闸；其中，所述光伏电缆正常工作时正负极不接地；所述汇流箱保护装置用于解决单相接地故障。

2.根据权利要求1所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述比较电压等于所述设定值的1.25-2倍。

3.根据权利要求1所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述逻辑单元包括比较器，所述比较器分别与所述采集单元和所述执行单元电连接。

4.根据权利要求3所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述逻辑单元还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻分别通过导线与所述比较器的正、负输入端连接，且所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相等。

5.根据权利要求1所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述执行单元包括第一继电器，所述第一继电器与所述逻辑单元和所述断路器电连通，并根据从所述逻辑单元传来的指令控制所述断路器分闸。

6.根据权利要求5所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述执行单元还包括第二继电器，所述第二继电器与所述逻辑单元和所述断路器电连通，从而根据从所述逻辑单元传来的指令控制所述断路器合闸。

7.根据权利要求1所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述采集单元设置成对从所述光伏电缆采集的电压进行降压处理，并将经过降压处理后的电压值传送给所述逻辑单元。

8.根据权利要求1所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述汇流箱保护装置还包括二次电源，所述二次电源分别与所述采集单元、逻辑单元以及执行单元电连接从而为所述采集单元、逻辑单元以及执行单元提供电能。

9.根据权利要求1所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述比较电压等于光伏组串支路的开路电压的17/41-20/41。

10.根据权利要求1所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述比较电压等于380V-400V，以及所述设定值等于190V-320V。