一种光伏主动安全系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光伏主动安全系统。该系统由安全模块、通信管理模块、监控模块和直流电弧检测装置等构成；直流电弧检测装置实时检测光伏直流系统中的电弧故障隐患并消除隐患；安全模块根据可将光伏系统安全关断，从而消除光伏直流系统的高电压危险，保障安装、检修和消防人员的人身安全；安全模块可以自动触发、通过通信管理模块或监控模块触发；智能监控模块收集光伏系统的信息并分析处理，对异常情况报警。该系统可以大大降低分布式光伏系统的火灾隐患，保障分布式光伏达到预期收益。
【专利说明】一种光伏主动安全系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光伏主动安全系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，光伏发电由地面光伏电站重点向屋顶光伏等分布式利用形式发展，被安 装光伏组件的屋顶有民用住宅、工业厂房、商场和学校等。
[0003] 光伏组件在光照条件下会产生数十伏的电压，特别是若干光伏组件串联成一串之 后的电压可达1000V，这给光伏电站的安装、检修以及灭火工作带来严重威胁；目前一般采 取加强安装、检修和灭火人员的绝缘防护水平来被动应对，不足之处是不能主动将危险源 即光伏组件串联之后的高电压降低到安全水平。
[0004] 光伏系统的直流部分，导体接触不良或电缆老化可引发持续电弧(直流电弧无法 像交流电弧那样过零关断)并形成火灾。通常的做法是在屋顶安装火灾报警探测器件，若发 生火灾，则引发火警，再用灭火器等消防设备灭火。这种做法是一种被动安全措施，它的不 足之处是：不能主动监测电弧的发生并采取措施及时消除。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种光伏主动安全系统，它能够在安装、检 修、故障和火警时，将光伏系统切换到安全状态，也能够及时监测直流电弧故障并消除，从 而降低光伏系统的投资风险，减少光伏对所在建筑物的人身和财产的损害。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：在现有光伏系统上配置一套光伏主 动安全系统，该光伏主动安全系统包含：若干个安全模块，所述安全模块包括一个控制器和 一个可控开关电路，所述可控开关电路通过输入端子与至少一个光伏组件相连，所述可控 开关电路通过输出端子与其他安全模块的输出端子串联之后接入汇流箱或逆变器，所述控 制器的电源由所接入的光伏组件提供，所述控制器包括一个通信接口装置，所述可控开关 电路由所述控制器控制处于能量输出状态或安全状态；若干个通信管理模块，所述通信管 理模块包括通信接口装置和人机交互装置，所述通信管理模块的电源由光伏发电系统交流 侧提供，所述通信接口装置与通信管理模块所接入的安全模块通信，所述人机交互装置用 于显示安全模块上传的信息并接收外部的操作指令；在通信正常状态下，所述安全模块根 据通信管理模块的指令工作在能量输出状态或安全状态；在安全模块与接入的通信管理模 块通信异常时，安全模块自动进入安全状态。
[0007] 优选地，该光伏主动安全系统还包含：一套监控模块，所述监控模块包括通信接口 装置、数据存储装置、数据处理装置和人机界面等，所述通信接口装置与所有通信管理模块 通信，所述数据存储装置用于存储安全模块及通信管理模块上传的信息，所述数据处理装 置用于对安全模块及通信管理模块上传信息的分析，所述人机界面用于显示安全模块及通 信管理模块上传的信息及数据处理装置的分析结论并接收外部的操作指令。
[0008] 在光伏组件安装时，关闭通信管理模块与安全模块的通信，安全模块自动进入安 全状态，就使得安全模块串联之后的电压不超过安全电压；当光伏系统在检修、故障时，通 过监控模块人机界面或通信管理模块人机交互装置发送指令，可使得相关的安全模块进入 安全状态；当光伏系统发生火警或者其它紧急情况时，除可以通过监控模块或通信管理模 块发送指令使得相关安全模块进入安全状态，还可以切断光伏系统交流侧电源使得通信管 理模块失电、安全模块自动进入安全状态。
[0009] 优选地，所述监控模块通过因特网与相应的通信管理模块通信。
[0010] 优选地，安全模块所包括的一个可控开关电路为DC/DC电压调整电路。
[0011] 优选地，安全模块所包括的一个可控开关电路为可控的常开开关。
[0012] 优选地，安全模块所包括的一个可控开关电路为可控二位置转换开关。
[0013] 优选地，安全模块包含一个温度传感器，安全模块内的控制器通过所述温度传感 器监测到温度超过限值时，将该安全模块切换到安全状态。
[0014] 优选地，安全模块包含一个电压传感器，安全模块内的控制器通过所述电压传感 器采集相应光伏组件的输出电压信息并上传。
[0015] 优选地，安全模块包含一个电流传感器，安全模块内的控制器通过所述电流传感 器采集相应光伏组件的输出电流信息并上传。
[0016] 优选地，在光伏系统的汇流箱或逆变器内部集成直流电弧检测装置，所述直流电 弧检测装置监测到光伏系统中发生电弧故障时，通过通信管理模块或监控模块控制相应的 安全模块切换到安全状态。
[0017] 优选地，安全模块集成在光伏组件接线盒中或作为单独的装置。
[0018] 优选地，安全模块与通信管理模块之间采用电力线载波通信或无线通信方式。
[0019] 优选地，安全模块通过通信网关与通信管理模块通信。
[0020] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点： (1) 在光伏系统安装、检修、故障和火警时，能将光伏系统从高达1000V的高电压状态 切换到电压数十伏的安全状态，从而降低光伏系统对安装、检修和消防员的电击危险，保障 安装、检修和灭火工作顺利进行； (2) 及时发现光伏发电的电弧故障隐患，并能将隐患消除，从而降低对光伏系统及建筑 物内人身和财产的危害； (3) 通过监测光伏组件的温度、电压、电流等信息及时发现光伏组件的异常状态，以便 采取相应的措施，从而提高系统的发电量。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是本发明安全模块与光伏系统的连接示意图。
[0022] 图2是本发明的通信架构示意图。
[0023] 图3(a)、图3 (b)、图3 (c)是安全模块的示意图。
[0024] 图4是多个光伏组件连接一个安全模块的示意图。
[0025] 图5是安全模块通过网关与通信管理模块连接的示意图。
[0026] 图中101.光伏组件，102.安全模块，103.光伏组串，104.汇流箱或逆变器，105. 通信管理模块，106.监控模块，201. DC/DC电压调整电路，202.可控常开开关，203.可控二 位置转换开关，204.控制器，301.直流电弧检测装置，501.通信网关。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。
[0028] 在图1中，每个光伏组件（101)接入相应的安全模块（102)，各个安全模块（102) 串联为光伏组串（103);若干个光伏组串（103)接入汇流箱或逆变器（104)。
[0029] 在图3(a)中，安全模块（102)包括一个控制器（204)和一个DC/DC电压调整电路 (201)构成的可控开关电路；安全模块（102)由所接入的光伏组件提供电源；在能量输出 状态下，DC/DC电压调整电路（201)跟踪所接组件的最大功率点，并将能量输出；在安全状 态下，DC/DC电压调整电路（201)将输出控制在电压不大于1. IV、功率不大于1W ;所述控制 (204)包括一个通信接口装置。
[0030] 在图3(b)中，安全模块（102)包括一个控制器（204)和一个常开开关（202)构成的 可控开关电路；安全模块（102)由所接入的光伏组件提供电源；当常开开关（202)断开时， 安全模块（102)处于能量输出状态；当常开开关（202)闭合时，安全模块（102)处于安全状 态，安全模块（102)的输出控制在电压不大于1. IV、功率不大于1W ;所述控制（204)包括一 个通信接口装置。
[0031] 在图3(c)中，安全模块（102)包括一个控制器（204)和一个可控二位置转换开关 (203)构成的可控开关电路；安全模块（102)由所接入的光伏组件提供电源；当转换开关 (203)的动节点位于节点1时，安全模块（102)处于能量输出状态；当转换开关（203)的动节 点位于节点2时，安全模块（102)处于安全状态，安全模块（102)的输出控制在电压不大于 1. IV、功率不大于1W ;在失电状态下，可控二位置开关的动节点位于节点2 ;所述控制（204) 包括一个通信接口装置。
[0032] 在图2中，安全模块（102)通过电力线载波通信或无线通信的方式与相应的通信 管理模块（105)进行双向通信；通信管理模块（105)接收所接入的安全模块（102)的上传信 息、并发出相应的指令给所接入的安全模块（102);通信管理模块（105)由光伏系统交流侧 供电。
[0033] 在图2中，优选地，所有的通信管理模块（105)通过有线或无线的方式与监控模块 (106)进行双向通信，上传信息或接收指令；优选地，监控模块（106)可布置在远方，所有通 信管理模块（105)通过因特网与监控模块（106)相连。
[0034] 在光伏组件安装时，关闭通信管理模块（105)与安全模块（102)之间的通信，安全 模块（102)受控处于安全状态，光伏组串（103)的电压保持在安全电压之内，从而主动将高 电压危险消除。
[0035] 在光伏系统检修或故障时，运行人员通过监控模块（106)的人机界面或通信管理 模块（105)的人机交互装置给相应的安全模块（102)发送指令使得有关安全模块（102)处 于安全状态，并将相应的光伏直流部分与汇流箱或逆变器（104)断开，使得该部分光伏直流 系统的高电压危险被主动消除。
[0036] 在火警或其他紧急情况时，除了可以通过监控模块（106)或通信管理模块（105) 给相应的安全模块（102)发送指令使得安全模块（102)处于安全状态，还可以将光伏系统 的交流侧断电，从而使得通信管理模块（105)失去电源，相应的安全模块（102)自动进入安 全状态。
[0037] 在图1中，汇流箱或逆变器（104)集成有直流电弧检测装置（301);直流电弧检测 装置（301)检测到电弧故障时，首先将汇流箱输出断路器或逆变器直流侧断开，再通过通信 管理模块（105)将有关安全模块（102)关闭，从而将电弧切断。
[0038] 优选地，安全模块（102)包含一个温度传感器，安全模块内的控制器通过所述温度 传感器监测到温度超过限值时，将该安全模块切换到安全状态。
[0039] 优选地，安全模块（102)包含一个电压传感器，安全模块内的控制器通过所述电压 传感器采集相应光伏组件的输出电压信息并上传。
[0040] 优选地，安全模块（102)包含一个电流传感器，安全模块内的控制器通过所述电流 传感器采集相应光伏组件的输出电流信息并上传。
[0041] 监控模块根据上传的信息分析光伏组件的工作状态，对光伏组件的异常状态进行 报警。
[0042] 图4是上述案例在安全模块配置数量的修改，与上述案例1不同之处是，若干块组 件串联之后配置一个安全模块。
[0043] 图5是上述案例在通信网络配置上的修改，与上述案例1不同之处是，安全模块通 过通信网关（501)与通信管理模块（105)通信。
[0044] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种光伏主动安全系统，其特征在于，其包含： 若干个安全模块，所述安全模块包括一个控制器和一个可控开关电路，所述可控开关 电路通过输入端子与至少一个光伏组件相连，所述可控开关电路通过输出端子与其他安全 模块的输出端子串联之后接入汇流箱或逆变器，所述控制器的电源由所接入的光伏组件提 供，所述控制器包括一个通信接口装置，所述可控开关电路由所述控制器控制处于能量输 出状态或安全状态； 若干个通信管理模块，所述通信管理模块包括通信接口装置和人机交互装置，所述通 信管理模块的电源由光伏发电系统交流侧提供，所述通信接口装置与通信管理模块所接入 的安全模块通信，所述人机交互装置用于显示安全模块上传的信息并接收外部的操作指 令；在通信正常状态下，所述安全模块根据通信管理模块的指令工作在能量输出状态或安 全状态；在安全模块与接入的通信管理模块通信异常时，安全模块自动进入安全状态。
2. 根据权利要求1所述的一种光伏主动安全系统，其特征在于，其包含：一套监控模 块，所述监控模块包括通信接口装置、数据存储装置、数据处理装置和人机界面等，所述通 信接口装置与所有通信管理模块通信，所述数据存储装置用于存储安全模块及通信管理模 块上传的信息，所述数据处理装置用于对安全模块及通信管理模块上传信息的分析，所述 人机界面用于显示安全模块及通信管理模块上传的信息及数据处理装置的分析结论并接 收外部的操作指令。
3. 根据权利要求2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：所述监控模块通过因特 网与所有的通信管理模块通信。
4. 根据权利要求1或2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：安全模块所包括的 一个可控开关电路为DC/DC电压调整电路。
5. 根据权利要求1或2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：安全模块所包括的 一个可控开关电路为可控的常开开关。
6. 根据权利要求1或2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：安全模块所包括的 一个可控开关电路为可控二位置转换开关。
7. 根据权利要求1或2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：安全模块包含一个 温度传感器，安全模块内的控制器通过所述温度传感器监测到温度超过限值时，将该安全 模块切换到安全状态。
8. 根据权利要求1或2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：安全模块包含一个 电压传感器，安全模块内的控制器通过所述电压传感器采集相应光伏组件的输出电压信息 并上传。
9. 根据权利要求1或2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：安全模块包含一个 电流传感器，安全模块内的控制器通过所述电流传感器采集相应光伏组件的输出电流信息 并上传。
10. 根据权利要求1或2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：在光伏系统的汇流 箱或逆变器内部集成直流电弧检测装置，所述直流电弧检测装置监测到光伏系统中发生电 弧故障时，通过通信管理模块或监控模块控制相应的安全模块切换到安全状态。
11. 根据权利要求1或2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：安全模块集成在光 伏组件接线盒中或作为单独的装置。
12. 根据权利要求1或2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：安全模块与通信管 理模块之间采用电力线载波通信或无线通信方式。
13. 根据权利要求1或2所述的一种光伏主动安全系统，其特征是：安全模块通过通信 网关与通信管理模块通信。
【文档编号】H02S50/00GK104143958SQ201410365423
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】杨锋 申请人:北京市意耐特科技有限公司