一种控制信号发送方法、控制设备及光伏控制系统与流程

本发明涉及分布式光伏并网发电技术领域，特别是涉及一种控制信号发送方法、控制设备及光伏控制系统。

背景技术：

由于太阳能的可再生性及清洁性，光伏并网发电技术得以迅猛发展。通常的光伏系统是多个光伏组件串联形成组串，然后接入逆变器实现直流转换为交流而并网。

串联的光伏组件形成直流高压，这种高压会导致人身危险和火灾事故。因此，现场光伏系统要求逆变器有防电弧保护，也就是在检测到电弧的时候要马上关断逆变器的运行。但是，即使逆变器停止运行了，光伏组件串起来以后的直流电缆还是会继续输出高压电，有安全风险。

为了消除直流高压，通常做法在组件后面加入关断器，关断器的输出串联，连接逆变器，有控制器可以控制关断器，实现快速关断，使直流电缆上电压很低。控制器需要发送控制信号给关断器。目前，采用磁环和直流电缆耦合来传递信号，通过多个磁环和多台控制器来连接多根直流电缆，满足系统的需要。

由于直流电缆可能通过组件和逆变器的接地线和电容而耦合，光伏系统里多个关断器控制信号相互干扰，会造成信号减弱从而影响到光伏组件的关断控制，无法保障光伏组件在逆变器出现电弧时，全部停止向外输出直流电，仍然存在安全风险。

综上所述，如何有效地消除光伏系统中的直流高压等问题，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种控制信号发送方法、控制设备及光伏控制系统，可有效地消除光伏系统中的直流高压等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种控制信号发送方法，包括：

接收并解析控制关断器的信号同步对齐请求，获得信号输出参数；其中，所述关断器为光伏组件与逆变器之间的pv电路通断开关；

利用信号发生器向至少两个耦合器件发送与所述信号输出参数对应的同步对齐控制信号；

利用所述耦合器件将所述同步对齐控制信号与相应的pv总线进行耦合，以便所述pv总线将所述同步对齐控制信号传输至所述关断器。

优选地，所述接收并解析控制关断器的信号同步对齐请求，包括：

接收并解析同步控制组件发送的所述信号同步对齐请求；

或利用网络通信组件接收并解析网络设备发送的所述信号同步对齐请求。

优选地，所述接收并解析同步控制组件发送的所述信号同步对齐请求，包括：

对与所述同步控制组件相连接的信号对齐引脚进行检测，获得并解析所述信号同步对齐请求。

优选地，所述接收并解析控制关断器的信号同步对齐请求，包括：

检测交流电网的过零点，获得过零点信息；

将所述过零点信息确定为所述信号同步对齐请求，并对所述信号同步对齐请求进行解析。

优选地，所述耦合器件为磁环、电容、变压器中的任意一个器件。

一种控制设备，包括：

中心处理器、信号发生器和至少两个耦合器件；

其中，所述中心处理器与所述信号发生器相连，并控制所述信号发生器输出同步对齐控制信号；

所述信号发生器的输出端与所述耦合器件相连接；

所述耦合器件与信号传输线耦合，以便所述信号传输线将所述控制信号传输至被控器件。

优选地，所述信号发生器为两个，且所述耦合器件为两个，所述信号发生器与所述耦合器件一一对应。

优选地，所述耦合器件为磁环、电容和变压器中的任意一种。

一种光伏控制系统，包括：

光电组件、关断器、逆变器和如上述的控制设备；

所述光电组件、所述关断器和所述逆变器通过pv总线串联；

所述控制设备通过耦合器件与所述pv总线耦合，并将同步对齐控制信号发送给所述关断器。

优选地，在所述控制设备数量大于1时，还包括：

信号同步对齐控制设备，用于向各个所述控制设备发送信号同步对齐请求，以便各个所述控制设备向相应的所述耦合器件发送同步对齐控制信号；其中，所述信号同步对齐控制设备为交流电网或独立通信控制网络。

应用本发明实施例所提供的方法，接收并解析控制关断器的信号同步对齐请求，获得信号输出参数；其中，关断器为光伏组件与逆变器之间的pv电路通断开关；利用信号发生器向至少两个耦合器件发送与信号输出参数对应的同步对齐控制信号；利用耦合器件将同步对齐控制信号与相应的pv总线进行耦合，以便pv总线将同步对齐控制信号传输至关断器。

经研究分析发现，当不同pv总线上传输的控制信号相位差较大时，控制信号之间的干扰严重，会导致控制信号的幅值降低，使得关断器难以检测到相应的控制信号，难以消除光伏组件的高压电。而在不同的pv总线上传输的控制信号相位相同或相似时，控制信号之间的幅值会增加。基于此，提出了一种能够使得不同的pv总线上传输的控制信号保持同步对齐的方法，该方法通过将不同的pv总线上传输的控制信号保持同步对齐，如此便可避免出现信号干扰而导致关断器无法检测到准确的控制信号的情况。进一步地，该方法可在出现电弧时，快速控制关断器，使得光伏组件停止向外输出，可消除高压电，可保障系统安全。

相应地，本发明实施例还提供了与上述控制信号发送方法相对应的控制设备和光伏控制系统，具有上述技术效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种现有的光伏控制系统的结构示意图；

图2a为一种无干扰理想状态下一条pv总线上传输的控制信号示意图；

图2b为一种无干扰理想状态下两条pv总线上分别传递的控制信号示意图；

图2c为一种控制信号在信号干扰下的示意图；

图3a为另一种无干扰理想状态下一条pv总线上传输的控制信号示意图；

图3b为另一种无干扰理想状态下两条pv总线上分别传递的控制信号示意图；

图3c为另一种控制信号在信号干扰下的示意图；

图4为本发明实施例中一种控制信号发送方法的实施流程图；

图5为本发明实施例中一种控制设备的结构示意图；

图6为本发明实施例中一种控制设备的具体结构示意图；

图7为本发明实施例中一种控制程序对应的逻辑流程示意图；

图8为本发明实施例中一种光伏控制系统的结构示意图；

图9为本发明实施例中光伏控制系统中部分器件的一种具体连接示意图；

图10为本发明实施例中另一种控制程序对应的逻辑流程示意图；

图11为本发明实施例中光伏控制系统中部分器件的另一种具体连接示意图；

图12为本发明实施例中一种信号对齐示意图；

图13为本发明实施例中另一种控制流程对应的逻辑流程的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例一：

为便于理解，下面对本发明实施例所提供的技术方案所解决的技术问题进行详细说明。

请参考图1，控制器t1的两个磁环(图示core1和core2)与pv(photovoltaic，太阳光电)总线(图示pv1+，pv2+)耦合，以向光短浅发送控制信号，实现每个关断器的开关控制。从图1可见，光伏控制系统中有两个位置存在对大地的耦合电容：其一，电池阵列中电容c1、电容c2位置的光电组件对大地的耦合寄生电容；其二，逆变器输入侧电容c3、电容c4和电容c5对大地的滤波电容和寄生电容存在。

由于存在上述情况，如果两个磁环的控制信号的相位差为90°(当然也包括其他叠加损失的相位，如20°、50°、75°、90°等)，就可能存在如图2a、图2b、图2c的叠加可能，造成信号幅值损失；其中，图示f21信号为无干扰理想状态下一条pv总线上传输的控制信号，图示f22信号为无干扰理想状态下另一条pv总线上传输的控制信号，图示f23为产生信号干扰叠加损失后的f21信号，a21、a22和a23分别为对应信号的幅值。由图2可见，f21和f22叠加后，信号的幅值a23小于a21，这样会使关断器无法接收到准确的控制信号，从而影响通信的信号质量。另外，在逆变器内部，当pv1总线和pv2总线之间也会存在相互干扰，导致控制信号幅值降低的情况。

综上，现有技术会造成信号减弱从而影响到光伏组件的关断控制，无法保障光伏组件在逆变器出现电弧时，全部停止向外输出直流电，仍然存在安全风险。

经研究发现，当不同pv总线上传输的控制信号相位差较大时，控制信号之间的干扰严重，会导致控制信号的幅值降低，使得关断器难以检测到相应的控制信号，难以消除光伏组件的高压电。而在不同的pv总线上传输的控制信号相位相同或相似时，控制信号之间的幅值会增加。具体的，可参见图3a、图3b和图3c，其中，图示f31信号为无干扰理想状态下一条pv总线上传输的控制信号，图示f32信号为无干扰理想状态下另一条pv总线上传输的控制信号，图示f33为产生信号干扰叠加损失后的f31信号，a31、a32和a33分别为对应信号的幅值，可将f33的幅值非但没有下降，反而得到增强。如此，便可保障控制信号被关断器准确检测出，实现了对关断器地有效控制，可在逆变器出现电弧时，快速消除高压电，保障系统安全。

基于此，本发明实施例提出一种控制信号发送方法，请参考图4，图4为本发明实施例中一种控制信号发送方法的流程图，该方法可应用于控制设备中，该方法包括以下步骤：

s101、接收并解析控制关断器的信号同步对齐请求，获得信号输出参数。

其中，关断器为光伏组件与逆变器之间的pv电路通断开关。

当控制设备接收到控制关断器的信号同步对齐请求时，可对该信号同步对齐请求进行解析，获得信号输出参数。

其中，信号输出参数可包括相位参数、幅值参数和输出时间。例如，可为相位均为50°，断开和闭合分别对应不同的幅值(如断开为a，闭合为b，且a≠b)，输出时间可为解析获得信号输出参数后立即输出控制信号。

在本发明实施例中有多种接收解析信号同步对齐请求的方式，在实际应用中可根据需求任选其一：

方式一：利用同步控制组件实现控制信号同步对齐，具体的，可接收并解析同步控制组件发送的信号同步对齐请求。该同步控制组件可具体为连接多个控制设备的同一个逻辑或通信控制，即为逻辑电平控制或通信控制。具体的，对信号对齐引脚进行检测，获得并解析信号同步对齐请求。具体的，当检测到信号对齐引脚的电平为高电平(或为低电平)时，则视为接收到信号同步对齐请求，然后从可读存储介质中读取信号输出参数。

方式二：利用网络设备实现控制信号同步对齐，具体的，可利用网络通信组件接收并解析网络设备发送的信号同步对齐请求。其中，网络通信组件可为诸如wifi组件、蓝牙组件等无线通信组件，也可为诸如485串口、以太网接口等有线通信组件。

方式三：基于交流电网实现控制信号同步对齐，对应的信号同步对齐请求获取方式，包括以下步骤：

步骤一、检测交流电网的过零点，获得过零点信息；

步骤二、将过零点信息确定为信号同步对齐请求，并对信号同步对齐请求进行解析。

由于在本发明实施例中，其主要目的是为了实现控制信号对齐同步，还可将对交流电网进行检测，以其过零点信息作为信号同步对齐请求，当出现过零点时，则视为获得同步对齐请求。

需要说明的是，在本发明实施例中，除可选用上述信号同步对齐请求之后，还可直接设置定时周期，以达到定时周期视为接收到信号同步对齐请求。

s102、利用信号发生器向至少两个耦合器件发送与信号输出参数对应的同步对齐控制信号。

在本发明实施例中，获得输出信号参数之后，便可利用信号发生器向至少两个耦合器件发送与该信号输出参数对应的同步对齐控制信号。

具体的，当光伏控制系统中仅有一个控制设备时，则该控制设备可向其内的一个信号发生器或两个信号发生器发出信号输出指令，该信号输出指令中包括信号输出参数，如此便可使得与信号发生器相连接的耦合器件获得与信号输出参数对应的同步对齐控制信号。

其中，同步对齐控制信号即指两个或两个以上的耦合器件上传递的控制信号的相位相同。在实际应用中，可利用信号周期相同、相位相同而幅值不同的信号传递控制信号。

s103、利用耦合器件将同步对齐控制信号与相应的pv总线进行耦合，以便pv总线将同步对齐控制信号传输至关断器。

其中，耦合器件可为磁环(或感应线圈)、电容、变压器中的任意一个器件。

当耦合器件为磁环时，可将pv总线穿过磁环，磁环在同步对齐控制信号的作用下，磁力发生变化，而该磁力变化作用于pv总线，pv总线产生并传输与该同步对齐控制信号对应的控制信号至关断器开关。

当耦合器件为电容时，可将电容和pv总线并联，电容在同步对齐控制信号的作用下，不断的进行充电放电，其电压不断变化，进而使得pv总线产生并传输与该同步对齐控制信号对应的控制信号至关断器开关。

当耦合器件为电压器时，可将该变压器和pv总线并联，电压器在同步对齐控制信号的作用下，不断的改变电压，进而使得pv总线产生并输出与该同步对齐控制信号对应的控制信号至关断器开关。

关断器开关收到同步对齐信号之后，可对该同步对齐信号的幅值进行检测，然后按照预先设置的幅值对应的控制规约，确定当前时刻关断器的开关状态。例如，控制规约为：幅值为大于等于a，则断开；幅值为小于等于b，则连接；其中a大于b；当检测到对齐控制信号为c时，确定c与a、b的数值大小关系，若c大于等于a，则断开，即此时该关断器连接的光伏组件与逆变器之间形成开路；若c小于等于b，则连接，即此时该关断器连接的光伏组件与逆变器之间为通路。

应用本发明实施例所提供的方法，接收并解析控制关断器的信号同步对齐请求，获得信号输出参数；其中，关断器为光伏组件与逆变器之间的pv电路通断开关；利用信号发生器向至少两个耦合器件发送与信号输出参数对应的同步对齐控制信号；利用耦合器件将同步对齐控制信号与相应的pv总线进行耦合，以便pv总线将同步对齐控制信号传输至关断器。

可见，提出了一种能够使得不同的pv总线上传输的控制信号保持同步对齐的方法，该方法通过将不同的pv总线上传输的控制信号保持同步对齐，如此便可避免出现信号干扰而导致关断器无法检测到准确的控制信号的情况。进一步地，该方法可在出现电弧时，快速控制关断器，使得光伏组件停止向外输出，可消除高压电，可保障系统安全。

实施例二：

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种控制设备，下文描述的一种控制设备与上文描述的一种控制信号发送方法可相互对应参照。

参见图5所示，该控制设备包括：

中心处理器100、信号发生器200和至少两个耦合器件300；

其中，中心处理器与信号发生器相连，并控制信号发生器输出同步对齐控制信号；

信号发生器的输出端与耦合器件相连接；

耦合器件与信号传输线耦合，以便信号传输线将控制信号传输至被控器件。

其中，中心处理器可具体为mcu(microcontrolunit，微控制单元)。

需要说明的是，一个控制设备可具有一个或一个以上的信号发生器，当仅存在一个信号发生器时，则该信号发生器连接至少两个耦合器件；信号发生器为两个，且耦合器件为两个，信号发生器与耦合器件一一对应。

其中，耦合器件为磁环、电容和变压器中的任意一种。若耦合器件为磁环时，则可将信号传输线穿过磁环，实现信号传递；当为电容和电压器时，相应地，可与信号传输线并联，实现信号传递。

具体的，当用该控制设备控制光伏控制系统中的光伏组件对应的关断器时，即信号传输线即为pv总线，被控器件即为关断器。

请参考图6，上文所描述的控制信号发送方法中的步骤可以由控制设备的结构实现，具体的，在控制设备内中心处理器可执行与上述控制信号发送方法对应的控制程序，并与其信号发生器、磁环进行协作，便可实现控制信号发送方法中的步骤。其中，控制程序对应的逻辑流程可参见图7，其中，定时t看具体为毫秒级的时长，对齐输出命令即为中心处理器向两个信号发生器发送信号输出参数。可见，该控制设备具有上述方法实施例所具有的技术效果。

实施例三：

相应于上面的设备实施例，本发明实施例还提供了一种光伏控制系统，下文描述的一种光伏控制系统与上文描述的一种控制设备可相互对应参照。

请参考图8，该系统包括：

光电组件801、关断器802、逆变器803和如上述的控制设备804；

光电组件、关断器和逆变器通过pv总线串联；

控制设备通过耦合器件与pv总线耦合，并将同步对齐控制信号发送给关断器。其中，关断器的数量与广电组件数量一一匹配，图示n可根据实际部署需求进行确定和调整，在本实施例中对广电组件数量n不做限定。另外，在图8中仅绘制了逆变器的其中pv1总线的上的器件示意器件，另外一支pv2总线可参照与pv1总线。

优选地，在控制设备数量大于1时，还包括：

信号同步对齐控制设备，用于向各个控制设备发送信号同步对齐请求，以便各个控制设备向相应的耦合器件发送同步对齐控制信号；其中，信号同步对齐控制设备为交流电网或独立通信控制网络。

由于该系统中存在控制设备，因此该系统可实现控制信号准确可靠的传输，能够有效地控制关断器，即本系统也同样具有上述方法实施例所具备的技术效果。

为便于本领域技术人员更好地理解本发明实施例所提供的系统所具备的技术效果，下面具体的应用场景为例进行详细说明。

请参考图9，其为光伏控制系统中存在多个控制设备时，其对应的控制信号对齐同步实现的一种部分器件连接示意图。此时，在控制设备中可执行如图10所示的控制流程。

请参考图11，图11为光伏控制系统中存在多个控制设备时，其对应的控制信号对齐同步实现的另一种部分器件连接示意图。即将说个控制器使用同一个ac供电，在ac供电上传递同步控制指令给各个控制器。

当光伏控制系统中存在多个控制设备时，还可通过交流电网中的过零点实现信号对齐。即将多台控制器均连接至同一个交流电网。具体的，其信号对齐示意图如图12所示，其中f41为同步对齐控制信号，f42为交流电网中交流电示意图。此时可在控制设备中执行如图13所示的控制流程。即以交流电的过零点作为参考信号，这时控制器同时发送控制信号，就对齐了。

需要说明的是，在控制流程中所描述的初始化硬件即为中心处理器开始工作，且时间置0。

实施例四：

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种控制信号发送方法可相互对应参照。

一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的控制信号发送方法的步骤。

该可读存储介质具体可以为u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。