安全光伏发电系统的制作方法

1.本发明涉及光伏并网发电技术领域，特别是涉及一种光伏直流源(光伏组件)可单独受到控制地串接连接构成的串联线路(光伏组串)中降低光伏组串开路电压的安全光伏发电系统，以及该安全光伏发电系统的运行维护方法和可配置于该安全光伏发电系统的优化器。


背景技术：

2.目前的光伏发电系统，仍有存在没有特别的安全保护措施的情况。典型地，各个光伏组件的输出端相互串联构成串联线路，在正常发电状态下，该串联线路的输出电压常常超过200v，而一些大型光伏电站项目甚至超过1000v，这将构成接触危险的电压。特别是，光伏项目建设过程中，以及光伏发电站的检查与维修过程中，具有造成施工和运维人员触电的风险。
3.为解决光伏发电系统的安全问题，现有技术中，美国的专利号为us10312857b2的专利，公开了一种用于持续监视来自中央控制器的信号的看门狗单元形式的关断器。同时，为了确保看门狗关断器持续接收到中央控制器的信号的安全与可靠，当前光伏组件关断方案一般是采用基于电力载波通信(plc)的技术方案。这两种方案中，不但在光伏逆变系统中需要增加相应的发送模块，并且在光伏组件的快速关断器或功率优化器也需要设置额外的接收模块。由于上述系统依赖于电力载波通信(plc)，因此存在电力载波通信的信号传输的衰减问题，使得每套快速关断装置作用于光伏组件串的数量与串长度有限，且电力载波通信不同通过汇流传送，因此不适合集中式光伏电站汇流箱使用，因而不但电力载波通信增加了光伏系统的成本与系统自耗电，同时增加了更多的信号源发送与接收模块的故障点。
4.此外，现有技术中，中国的专利号cn201710114503.5的专利，公开了一种指令发送装置及光伏组件关断系统，系统经过无线通信指令的发送装置控制各光伏组件的关断与开通，而光伏组件对应的关断装置容易存在无线通信掉线的情况，继而因收不到关断指令而影响关断操作的可靠性，或者触发等情况会影响整个光伏发电系统的正常运行。
5.综上所述，在面临光伏组件级别的关断的问题是，必然面临成本和可靠性之间的难以平衡的矛盾。因此，这些安全光伏发电系统难以在国内商业化应用，致使我国光伏发电行业至今存在较大的安全生产隐患。


技术实现要素：

6.为解决现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种安全光伏发电系统，以及配合地提供了运行维护方法和光伏功率优化器，可实现系统中光伏直流源(光伏组件)单独通断受控地串接构成的串联线路(光伏组串)，能够解决传统光伏发电系统中各分布式的控制方案，难以兼顾安全性、成本和发电效率的问题。
7.本发明为体现上述安全光伏发电系统的特点，在另一方面还提供一种该安全光伏发电系统的运行维护方法，以及可配置于该安全光伏发电系统的优化器。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
9.在第一方面，本技术实施例提供了一种安全光伏发电系统，其包括电力获取电路和控制电路；
10.所述电力获取电路是将多个关断电路的输出端相互串联构成的串联线路，每个关断电路的输入端分别连接有光伏直流源，以分布式地从各光伏直流源安全地获取电力而输出至串联线路的输出端；
11.所述控制电路包括：中央控制模块和子控制模块；
12.所述子控制模块用于调整其对应设置关断电路的在连通状态和断开状态之间转换，所述关断电路的断开状态，是指将所属光伏直流源借助对应的关断电路单独地断开与串联线路的连通，所述关断电路的连通状态，是指将所属光伏直流源产生的太阳能电流通过对应的关断电路导出到串联线路；
13.所述中央控制模块用于向子控制模块发送激励通信信号，以及用于停止发送所述的激励通信信号；
14.所述关断电路的所述子控制模块用于获取其对应设置的关断电路的电流参数电信号；当关断电路的电流参数变化至的范围，所述子控制模块用于运行在相应的工作模式；
15.所述工作模式包括正常工作模式和安全保护模式；所述安全保护模式，是指子控制模块接收来自中央控制模块的激励通信信号，并且按照在一定时间段内是否检测到所述激励通信信号指示调整关断电路的状态，若是，则子控制模块用于将关断电路调整为连通状态或维持连通状态，若否，则子控制模块用于将关断电路调整为断开状态或维持断开状态；所述正常工作模式，是指除所述安全保护模式之外的工作模式。
16.上述安全光伏发电系统，可选的有，所述的当关断电路的电流参数变化至的范围，所述子控制模块用于运行在相应的工作模式包括：
17.当电流参数信号变化至低于预设电流阈值，所述子控制模块的工作模式由正常工作模式调整为安全保护模式；对应地，当电流参数信号变化至不低于预设电流阈值，所述子控制模块的工作模式由安全保护模式调整为正常工作模式。
18.上述安全光伏发电系统，可选的有，所述的当电流参数信号变化至低于预设电流阈值至少包括：电流参数信号的连续变化趋近于预设电流阈值，或电流参数信号保持低于预设电流阈值。
19.上述安全光伏发电系统，可选的有，所述中央控制模块用于通过无线信号发送所述激励通信信号，所述子控制模块用于接收所述无线信号。
20.上述安全光伏发电系统，可选的有，所述安全保护模式包括：
21.在对应设置的关断电路的连通状态下，子控制模块用于在一定时间段内检测到所述激励通信信号而将关断电路维持连通状态，并用于在一定时间段内未检测到所述激励通信信号而将关断电路调整为断开状态；
22.在对应设置的关断电路的断开状态下，子控制模块用于在一定时间段内检测到所述激励通信信号而将关断电路调整为连通状态，并用于在一定时间段内未检测到所述激励通信信号而将关断电路维持断开状态。
23.上述安全光伏发电系统，可选的有，所述正常工作模式包括：对应设置的关断电路处在连通状态，子控制模块用于独立地调整其对应设置的关断电路的状态转换，而不响应
来自中央控制模块的激励通信信号。
24.上述安全光伏发电系统，可选的有，该系统还包括逆变器，一个的所述串联线路的输出端连接于逆变器，或者至少两个相互并联的串联线路所构成的串并联电路的输出端连接于逆变器；所述中央控制模块获取运行电源自逆变器的输出端，伴随于中央控制模块取电处两侧同时开路，以使中央控制模块将失去供电而停止发送激励通讯信号。
25.具体地，中央控制模块获取运行电源自逆变器的输出端，可从电网侧或逆变器侧获取电力，并在电网侧的短路下，中央控制模块因失去供电而停止发送激励通讯信号。
26.上述安全光伏发电系统，可选的有，所述逆变器配置有控制接口，所述控制接口连接并指令接收于系统故障检测装置，和/或用户命令输入装置，和/或远程控制网关；所述控制接口用于接收并响应对逆变器的关机指令，响应于所述关机指令中央控制模块(40)停止发送激励通讯信号。
27.具体地，当所述逆变器因关机指令而关机时，中央控制模块停止发送所述的激励通信信号；当所述逆变器因关机指令而关机时，逆变器对应连接的串联线路将切换为开路，所述子控制模块将因关断电路的电流将低于预设电流阈值而设置在安全保护模式，并因未检测到激励通信信号而将关断电路调整为断开状态，以使逆变器的关机至少因上述关机指令，而串联线路的输出端电压降低到安全电压范围内。
28.具体地，当进行光伏电站的更换组件检修或清洗运维的时候，当并网光伏逆变器的并网侧断开时，所述中心控制模块取电处因失去供电而停止发送所述的激励通信信号；所述子控制模块将因关断电路的电流将低于预设电流阈值而设置在安全保护模式，并因未检测到激励通信信号而令关断电路保持断开状态，以使串联线路的输出端电压降低到安全电压范围内，直至上述的光伏电站的更换组件检修或清洗运维完成后，所述中心控制模块恢复供电而发送激励通信信号，伴随串联线路的输出电压恢复正常。
29.在第二方面，本技术实施例提供了一种安全光伏发电系统的运行维护方法，应用于包括电力获取电路和控制电路的安全光伏发电系统中，其中，所述电力获取电路是将多个关断电路的输出端相互串联构成的串联线路，每个关断电路的输入端分别连接有光伏直流源，以分布式地从各光伏直流源安全地获取电力而输出至串联线路的输出端；
30.其中，所述控制电路包括：中央控制模块和子控制模块；所述子控制模块用于调整其对应设置关断电路的在连通状态和断开状态之间转换，所述关断电路的断开状态，是指将所属光伏直流源借助对应的关断电路单独地断开与串联线路的连通，所述关断电路的连通状态，是指将所属光伏直流源产生的太阳能电流通过对应的关断电路导出到串联线路；所述中央控制模块用于向子控制模块发送激励通信信号，以及用于停止发送所述的激励通信信号；该方法包括步骤：
31.所述关断电路的所述子控制模块获取其对应设置的关断电路的电流参数电信号；
32.当关断电路的电流参数变化至的范围，所述子控制模块运行在相应的工作模式；所述工作模式包括正常工作模式和安全保护模式：
33.所述安全保护模式，是指子控制模块接收来自中央控制模块的激励通信信号，并且按照在一定时间段内是否检测到所述激励通信信号指示调整关断电路的状态，若是，则子控制模块将关断电路调整为连通状态或维持连通状态，若否，则子控制模块将关断电路调整为断开状态或维持断开状态；
34.所述正常工作模式，是指除所述安全保护模式之外的工作模式。
35.在第三方面，本技术实施例提供了一种可配置于安全光伏发电系统的优化器，该优化器包括关断电路和子控制模块，所述关断电路包括用于连接到至少一个光伏直流源的输入端，以及用于串联构成串联线路的输出端；
36.所述子控制模块用于调整其对应设置关断电路的在连通状态和断开状态之间转换，所述关断电路的断开状态，是指将所属光伏直流源借助对应的关断电路单独地断开与串联线路的连通，所述关断电路的连通状态，是指将所属光伏直流源产生的太阳能电流通过对应的关断电路导出到串联线路；
37.所述子控制模块包括：
38.采样单元，用于获取其对应设置的关断电路的电流参数电信号；
39.模式设置单元，用于当关断电路的电流参数变化至的范围，所述子控制模块运行在相应的工作模式；
40.所述工作模式包括正常工作模式和安全保护模式：所述安全保护模式，是指子控制模块接收来来自优化器外部的激励通信信号，并且按照在一定时间段内是否检测到所述激励通信信号指示调整关断电路的状态，若是，则子控制模块将关断电路调整为连通状态或维持连通状态，若否，则子控制模块将关断电路调整为断开状态或维持断开状态；所述正常工作模式，是指除所述安全保护模式之外的工作模式。
41.与现有技术相比，本发明有益效果体现在：
42.(1)本发明的安全光伏发电系统主要通过在可构成串联线路中的各光伏直流源分别配置关断电路，而关断电路受到子控制模块调整而在关断和连通状态下转换，并配置有可向子控制模块发送激励通信信号的中央控制模块，而子控制模块根据关断电路的电流参量情况而相应地设置于受控于中央控制模块的安全保护模式和无需受控于中央控制模块的正常工作模式，使串联线路处于开路的低电流情况下，自动关断其下各个直流源，使串联线路的早晚低辐照的低电流情况下，可保持发电，而提高发电量；而避免因中央控制模块与子控制模块之间，激励通信信号传递不稳定所导致的,中、高电流发电区间(占总发电量98.8％以上)产生的发电损失。
43.(2)本发明可规避看门狗类型快速关断器对心跳信号采集持续可靠性的高要求，无需通过plc电路持续发送心跳通讯信号，并且无需在直流总线上发送周期性激励脉冲源，减少了专门信号接收器的使用，可使用稳定性较低的无线通信方式完成中央控制模块与子控制模块之间信号传递，且不受到光伏组件串的数量与串长度及组串的并联限制；同时由于可以采用无线传送激励信号，因此特别适合地形简单的合大、中型工商业屋顶分布式电站与水上漂浮光伏电站的大规模的低成本、可靠、安全应用。
44.(3)本发明的安全光伏发电系统还具备的有益效果有，在需要进行安装和维修的阶段，停止中央控制模块的激励通信信号发送，继而可稳定、安全和可靠地使各直流源断开于串联线路，并使联线路的电压降低到安全范围内，保障安装和维修人员的安全。
45.(4)本发明的安全光伏发电系统还具备的有益效果有，火灾、地震、洪水、飓风等紧急情况，或检测到光伏发电系统具有电弧、漏电等故障引起光伏组串开路时等非正常状态下，逆变器的关机伴随串联线路的输出端将切换为开路，而中央控制模块的激励通信信号将自动停止发送，并使配置有关断电路的各直流源自动断开，使串联线路的电压降低到安
全范围内，保障光伏发电系统的安全。
46.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
47.图1为实施例的安全光伏发电系统的电路结构示意图；
48.图2为实施例的包含关断状态关断器的安全光伏发电系统的局部结构示意图；
49.图3为实施例的包含连通状态关断器的安全光伏发电系统的局部结构示意图；
50.图4为实施例的包含优化器的安全光伏发电系统的局部结构示意图；
51.图5为实施例的子控制模块的电路及程式结构示意图；
52.图6为实施例的光伏发电系统的运行维护方法的子控制模块运行流程示意图。
53.附图标记为：11、光伏组件；20、关断电路；201、正极线路；202、负极线路；s、开关件；d、二极管；21、子控制模块；211、微控制器；212、驱动单元；213、电源单元；214、采样单元；215、无线接收单元；216、模式设置单元；22、接线盒；23、变换电路；m1、第一开关管；m2、第二开关管；l1、电感器；c1、输入电容；c2、输出电容；d1、续流二极管；d2、旁路二极管；2a、关断器；2b、优化器；30、串联线路；40、中央控制模块；41、辅助电源；42、无线发送单元；50、逆变器；51、逆变电路；52、逆变控制器；53、故障检测装置；54、紧急关断按钮；55、网关；56、输出继电器；60、电网侧断路器。
具体实施方式
54.为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不作为限制本发明的范围。
55.如图1所示，根据本发明的实施例公开了一种安全光伏发电系统的电路结构。
56.本实施例的安全光伏发电系统一方面包括电力获取系统。在一个典型实施例中，该电力获取电路包括诸多光伏组件11，分别对应配置于光伏组件11输出端的接线盒22，将各接线盒22的输出端相串接以汇集电力的串联线路30，获取串联线路30输出端电力并进行转换的逆变器50。其中，各接线盒22当中均配置有关断电路20，并且关断电路20具有连通状态和断开状态。连通状态是指光伏组件11单独地断开于组件串联线路30，而断开状态是指将光伏组件11所产生电能导出到串联线路30。可见，该电力获取系统可分布式地从各光伏直流源10安全地获取电力而输出至串联线路30的输出端。
57.本实施例的光伏发电系统另一方面包括控制电力获取电路安全可靠运维的控制电路。在一个典型实施例中，该控制电路包括一个总的中央控制模块40，以及分别对应连接于关断电路20的子控制模块21。子控制模块21设置在接线盒22中，并用于调整其所连接关断电路20在连通状态和断开状态间的转换，并用于可获取该关断电路20的电流参量。中央控制模块40与子控制模块21建立有通讯连接。中央控制模块40可用于发送周期性地发送激励通信信号，也可停止发送周期性的激励通信信号；并且，子控制模块21可检测并接收该激励通信信号。子控制模块21在其关断电路20的电流处于较低水平时，将自动运行在安全保护模式，而子控制模块21在其关断电路20的电流处于较高水平时，将自动运行在正常工作模式。子控制模块21在不同模式下，调整关断电路20状态的逻辑将存在差异。在安全工作模
式当中，子控制模块21根据当前是否检测到激励通信信号来调整关断电路20的状态，若是，则将关断电路20调整为连通状态或维持连通状态；若否，则将关断电路20调整为断开状态或维持断开状态。而在正常工作模式下，子控制模块21独立地调整其对应设于的关断电路20的状态，而不检测激励通信信号，其若将关断电路20调整为断开状态，也不关联于当前中央控制模块40是否发送激励通信信号。
58.在本实施例的安全光伏发电系统的运行过程中，中央控制模块40通过激励通信信号的发送而对系统中各个分布在光伏组件11的关断电路20进行通或断的调整，相配合地，各个子控制模块21也能根据当前电流范围，智能地在存在风险的情况下，选择响应中央控制模块40的激励通信信号，或智能地在较为安全的情况下，自主地调整关断电路20，而结合逆变器50的因各种因素的开机和关机，可影响串联线路30的电流的变化，相应地影响各个子控制模块21的模式切换，实现在组件级别地通或断的调整，并实现光伏发电系统安全可靠地装机、维修和日常运行的功能。
59.仍参考图1，并参考经图1局部放大的图2和3。本实施例电力获取系统具体有，设置有至少两串的光伏组串，各光伏组串含有n个光伏组件11，每个光伏组件11都设置有一个接线盒22，每个接线盒22设置有一个关断电路20和一个子控制模块21。关断电路20含有正极线路201和负极线路202，正极线路201和负极线路202借助接线盒22输入端的接头可电连接到光伏组件11的正负输出端，由此形成对光伏直流源10的分布式电力获取。正极线路201和负极线路202借助接线盒22输出端的接头可以电连接到相邻串接的其他光伏组件11，或者可以作为光伏组串的输出端，由此，形成多个关断电路20的输出端相互串联构成的串联线路30。其中，正极线路201或负极线路202上设置有至少一个串联在线路中的开关件s(图中串接在正极线路201)。子控制模块21控制连接于该开关件s，如图2所示，该开关件s被子控制模块21断开，则该光伏组件11单独地断开于串联线路30，继而关断电路20被调整为断开状态或维持断开状态；如图3所示，该开关件s被子控制模块21连通，则该光伏组件11可正常导出太阳能至串联线路30，继而关断电路20被调整为连通状态或维持连通状态。每个子控制模块21都具有检测对应的关断电路20的正极线路201或负极线路202上的电流参量的功能，并根据当前电流运行在相应的模式下。每个子控制模块21均具备检测激励通信信号的功能，使其在安全保护模式下检测是否有激励通信信号。
60.可以理解的是，在优选的方案中，正极线路201和负极线路202的输出一侧并联有用于在关断时将电流旁路的二极管d。在图中未示出的另一优选方案中，正极线路201和负极线路202间还并联有另一开关件，其用于在串联的开关件断开时导通，以保持旁路电流的通畅。
61.有关电力获取电路的具体结构上，可以理解的是，在其他实施例中电力获取电路还可以是，单串的上述串联线路30的输出端，或多串相互并联的上述串联线路30的输出端连接到直流汇流箱，在经直流汇流箱的输出端连接到光伏逆变器50的输入端，而使汇流后统一在光伏逆变器50进行交直流转换。
62.有关光伏组件11与关断电路20的对应设置关系上，可以理解的是，光伏组件11属于光伏直流源10中的一种。关断电路20的输入端可以连接到其他可获取太阳辐射并将其转换为电能的器件上。而光伏组件11的输出端连接到关断电路20的输入端，是指阵列诸多太阳能电池片经整体封装后引出的输出端。在其他实施例中，一光伏组件11中的部分太阳能
电池片串串联/并联/串并联连接结构的输出端独立地配置有关断电路20，或诸多的光伏组件11串联/并联/串并联连接结构的输出端配置有关断电路20。
63.有关中央控制模块40和各子控制模块21间的信号交换上，在一个优选的实施例中，中央控制模块40具体基于bluetooth、zigbe、wi-fi之一类型的无线信号发送功能，子控制模块21则具有与此对应类型的无线信号接收功能，以实现中央控制模块40以无线通信形式发送激励通信信号，并在子控制模块21接收激励通信信号。在其他的实施例中，中央控制模块40与其所属的各个子控制模块21之间传输激励通信信号，还可以是有线通讯，或其他无线通讯方式。
64.需要说明的是，在典型的一个方面，参考图2和3，所述的关断电路20和子控制模块21组合构成的关断器2a，并配置于上述光伏组件11的接线盒22当中。
65.而在本实施例优选的另一个方面，所述的关断电路20和子控制模块21组合配置为光伏功率优化器2b，并配置于上述光伏组件11的接线盒22当中。该光伏功率优化器2b，具有关断电路20可控制优化器2b输入端和输出端之间的连通状态和断开状态，同时还用于具有dc-dc变换电路23以及相配合地可调整该变换电路23的占空比的控制电路。占空比的调节可使接入串联线路30到优化器2b输出端匹配于串联线路30的电流。更进一步地，光伏功率优化器2b，还用于获取优化器2b输入端，即光伏组件11输出侧的输入电流参量和输入电压参量，并跟踪获取的参量跟踪对应光伏组件11的最大功率点(mpp)，并通过经脉冲宽度调制(pwm)的控制信号驱使变换电路23进行直流电力转换。
66.再次参考图4，本实施例的安全光伏发电系统中的优化器2b，包括变换电路23、关断电路20和子控制模块21。变换电路23是buck型直流斩波电路结构，其包括：输入电容c1、第一开关管m1、电感器l1、续流二极管d1、输出电容c2和旁路二极管d2。其中，关断电路20包括第二开关管m2。具体地，第一开关管m1和第二开关管m2是n型常开型开关场效应管。第一开关管m1、电感器l1和第二开关管m2依次串接在正极线路201，其第一开关管m1和第二开关管m2的受控的栅极分别连接于子控制模块21。输入电容c1正负极线路202并联地设于优化器2b的输入端和第一开关管m1之间，用于转换前的电流在优化器2b输入侧的滤波；续流二极管d1正负极线路202并联地设于第一开关管m1和电感器l1之间，其主要起到第一开关管m1关断时使电感器l1与串联线路30继续保持导通的作用，并且可由开关管所替换；输出电容c2正负极线路202并联地设于电感器l1和第二开关管m2之间，用于转换后的电力在优化器2b输出侧的滤波。子控制模块21，用于经脉冲宽度调制(pwm)的控制信号驱使控制第一开关管m1运行，并且用于以开关控制信号驱使第一开关管m1的关断和导通，而调整该优化器2b的断开状态和连通状态的切换。可以理解的是，变换电路23还可以是boost型升压直流斩波电路结构，或buck-boost降升压直流斩波电路结构。
67.本实施例的光伏发电系统在优选的方面配了优化器2b，一方面相比于传统的仅设有用于旁路的二极管的接线盒22，光伏功率优化器2b可通过调整占空比确保串联线路30中各优化器2b输出端的电流一致，另一方面可通过调整占空比跟踪优化器2b输入端的电压，以使其运行在最大功率点，提高光伏组件11的发电效率。另一方面，在优化器2b内设置关断电路20，而关断电路20可利用优化器2b自身的控制电路进行采集、逻辑运行、判断、驱动和通信，在以安全可靠控制通断为目的的逻辑程式下运行。
68.可以理解的是，关断电路20可以包含两个以上的串联设置的开关管，以确保关断
电路20断开状态下的安全性。关断电路20还可以利用传统优化器2b电路结构中的开关管，即利用变换电路23中的第一开关管m1控制正极线路201的通或断，不另设第二开关管m2。可以理解的是，配置在优化器2b中的子控制模块21，可以利用优化器2b电路结构中的控制器件，即子控制模块21可被用于驱动变换电路23中第一开关管m1的运行，以调节占空比的方式平衡输出电流，以及跟踪光伏组件11的最大功率点。可以理解的是，续流二极管d1可以用开关管替代，并用相反于第一开关管m1的控制信号来控制，使第一开关管m1断开时，该开关管调整为连通，继而电感器l1的输入端被短接；使第一开关管m1导通时，该开关管调整为断开，继而短路处被断开。
69.参考图5，是本实施例中的子控制模块21在一个硬件层面实施方案。子控制模块21至少包括用于至少测量电流参量的采样单元214，用于以适当的电力驱使开关管运行的驱动单元212，用于检测无线信号的接收单元，用于为子控制模块21的运行提供电力的电源单元213，以及用于对采样单元214的结果进行计算、对驱动单元212输出控制信号和能设置工作模式的微控制器211。以上关于子控制模块21的硬件层面的结构，可相同地应用于关断器2a的示例当中。而在优化器2b的示例中，子控制模块21还包括用于测量优化器2b的输入电流和输出电流的采集单元，以及用于测量优化器2b的输出电流的采样单元214。需要说明的是，在优化器2b的电路结构当中，由于具有电感器l1，电感器l1两侧的电流将有所不同。本实施例的优化器2b根据其输出侧的电流参量以切换到相应的工作模式，在其他实施例中，还可以根据是电感器l1靠近优化器2b输入端一侧的电流参量。
70.再次参考图1，是本实施例中光伏发电系统中，光伏逆变器50是用于将光伏组件11产生的直流电能转换为定频交流电的设备，其包括逆变电路51和逆变控制器52。其中，逆变电路51包含有用于连接到上述串联线路30输出端的直流输入侧，以及有用于连接到电网的交流输出侧。逆变控制器52连接于逆变电路51，并逆变电路51将串联线路30的输出直流电力转换输出至逆变电路51交流侧的交流电力。逆变电路51的交流侧设置有输出继电器56，借助于输出继电器56的关断，逆变电路51直流侧的串联线路30将被开路。逆变电路51的交流侧将连接至并网箱，并网箱设有电网侧断路器60，借助于电网侧断路器60的关断，逆变电流的交流侧断开于电网。
71.典型的，本实施例的中央控制模块40还包括为其提供运行电力的辅助电源41，以及用于通信信号发送的无线发送单元42。辅助电源41取电连接逆变电路51交流侧的输出继电器56和并网箱的电网侧断路器60之间。辅助电源41一方面可从逆变电路51一侧取电，当逆变电路51的输出继电器56断开，辅助电源41另一方面可从并网箱一侧取电，当输出继电器56和电网侧断路器60均关断，辅助电源41的输入电压将低于运行要求，并使中央控制模块40停运，而无法发送激励通信信号。
72.在一个典型的中央控制模块40的运行方面，在逆变器50交流侧断开，串联线路30伴随地开路而电流降低0安或接近0安，致使子控制模块21进入安全模式，而中央控制模块40可从并网处取电运行，并且可受控地发送激励通信信号或停止发送激励通信信号。在输出继电器56和电网侧断路器60均关断，中央控制模块40将失去供电而停止发送激励通信信号。逆变控制器52配置有一控制接口，响应于该控制接口的控制指令，逆变控制器52和中央控制模块40进行相应的操作。
73.在第一优选方面，该控制接口连接于系统故障检测装置53，该装置用于检测含有
绝缘阻抗、漏电流(残余电流，rcd)、电弧(afci)等之一或组合的故障。当该控制接口因检测到故障而接收关断控制指令，将使输出继电器56关断并且停止中央控制模块40发送激励通信信号。
74.在第二优选方面，该控制接口连接于作为用户指令输入装置的紧急关断按钮54，一旦按下紧急关断按钮54，该控制接口接收关断控制指令，将使输出继电器56关断并且停止中央控制模块40发送激励通信信号。
75.在第三优选方面，该控制接口连接至电站的王管，而受到来自网关55的远程指令控制，该控制接口接收到来自网关55的关断控制指令，将使输出继电器56关断并且停止中央控制模块40发送激励通信信号。
76.在第四优选方面，该控制接口在接收到关断指令，对输出继电器56进行关断，并同步关断电网侧断路器60，使中央控制模块40因失去供电而停止发送激励通信信号。
77.本实施例中的，无论是关断电路20被配置在关断器2a的示例中，还是被配置在优化器2b的示例中，其均具有可实现光伏发电系统安全可靠地装机、维修和日常运行的功能。本发明的实施例还包括上述光伏发电系统的安全运行维护方法，其包括设置在子控制模块21的运行逻辑，以及相配合设置在中央控制模块40的运行逻辑。
78.根据本发明的安全光伏发电系统，还具有相应的运行维护方法。参考图6，并辅助参考图5，根据本发明的子控制模块的运行逻辑包括：
79.(1)工作模式设置
[0080]-周期性地获取采集单元的电信号，并得到优化器2b输出端的电流参量ao；
[0081]-将当前电流参量ao与预设电流阈值(例如0.4a)进行比较；
[0082]-若当前电流参量小于预设电流阈值，将子控制模块21运行在安全保护模式；
[0083]-若当前电流参量不小于预设电流阈值，将子控制模块21运行在正常工作模式。
[0084]
需要说明的是，根据电流参量而设定子控制模块21的运行模式，是可有多种方式的。为避免模式的切换得频繁，还可以是电流参数信号的变化连续变化趋近于预设电流阈值。譬如，当电流参量大于预设0.4a，若存在而在较短的时间内变化使电流参量变化至小于预设0.4a，仍使子控制模块21处于安全保护模式；只当将检测周期内连续预设次大于0.4a，而将模式调整为正常工作模式。
[0085]
可以理解的是，在一个典型的示例中，电流参量是串接在关断电路20中正极线路201或负极线路202上电流传感器的电信号。在其他示例中，判断子控制模块21的工作模式调整依据，还可以是指配置在关断器2a或优化器2b上其他器件的电信号变化，例如当串联线路30的输出端切换为开路时，该器件电信号可表示为零或接近零。
[0086]
(1a)安全保护模式
[0087]
在安全保护模式下的子控制模块21对关断电路20的控制逻辑(同样也是关断器2a或优化器2b的运行逻辑)包括：
[0088]-检测周期性的激励通信信号；
[0089]-判断是否检测到周期性的激励通信信号；
[0090]-若检测到激励通信信号，则输出表示连通指令的控制信号至关断电路20(使将断开状态的关断电路20调整为连通状态；将连通状态的关断电路20维持连通)；
[0091]-若未检测到激励通信信号，则输出表示关断指令的控制信号至关断电路20(将断
开状态的关断电路20维持关断；将连通状态的关断电路20调整为断开状态)；
[0092]-再次根据电流参量ao的变化，相应地设置子控制模块21的工作模式。
[0093]
(1b)正常工作模式
[0094]
在一个典型的示例下：在正常工作模式下的子控制模块21对关断电路20的控制逻辑(同样也是优化器2b或关断器2a的运行逻辑)包括:
[0095]-输出表示连通指令的控制信号至关断电路20(使关断电路20维持连通状态)；
[0096]-再次根据电流参量ao的变化，相应地设置子控制模块21的工作模式。
[0097]
在另一个优选的示例下，再次参考图6，在正常工作模式下的子控制模块21对关断电路20的控制逻辑(同样也是优化器2b或关断器2a的运行逻辑)包括:
[0098]-输出表示连通指令的控制信号至关断电路20(使关断电路20维持连通状态)；
[0099]-检测优化器2b的电参数；
[0100]-判断电参数是否满足故障条件；
[0101]-若检测到故障，则输出表示关断指令的控制信号至关断电路20(使关断电路20从连通状态调整为断开状态)。
[0102]-若未检测到故障，则输出表示连通指令的控制信号至关断电路20(使关断电路20维持连通)。
[0103]-再次根据电流参量ao的变化，相应地设置子控制模块21的工作模式。
[0104]
需要说明的，优化器2b中一般具备电压、电流以至于温度的，而其本身具有最大功率点的跟踪功能，该跟踪功能涵盖了对参量的运算和关断器2a或优化器2b的输出端的故障判断。例如，子控制模块21检测到优化器2b输出端出现过流故障，可按照其判断而关断其所对应设置的关断电路20，而无需依赖中央控制模块40或其他装置的判断或控制。
[0105]
本实施例中，上述光伏发电系统的安全运行维护方法中，在中央控制模块40的运行逻辑包括：
[0106]-在辅助电源41的输入电压低于运行电压下，停止周期性发送信号通信信号；
[0107]-在辅助电源41的输入电压不低于运行电压下，受控地周期性发送激励通信信号；
[0108]-在辅助电源41的输入电压不低于运行电压下，受控地停止周期性发送激励通信信号。
[0109]
相匹配地，本实施例中，上述光伏发电系统的安全运行维护方法中，可应用于现有的逆变器50运行逻辑：
[0110]-响应于紧急关断按钮54的关机控制信号，令输出继电器56和电网侧断路器60关断，串联线路30输出端开路，并控制中央控制模块40停止激励信号发送；
[0111]-响应于故障检测模块的关机控制信号，令输出继电器56关断，串联线路30输出端开路，并控制中央控制模块40停止激励信号发送；
[0112]-响应于来自网关55的远程关机控制信号，令输出继电器56关断，串联线路30输出端开路，并伴随令电网侧断路器60关断，中央控制模块40因失去供电而停止周期性发送信号通信信号；
[0113]-响应于紧急关断按钮54的复位，首次或重新地令输出继电器56和电网侧断路器60连通，串联线路30输出端连通，中央控制模块40周期性发送激励通信信号。
[0114]
仍参考图1，为了进一步理解本发明的实施例中的安全光伏发电系统，下面通过对
安全光伏发电系统在全天的运行过程中各个场景下，该光伏发电系统在正常运行、安装、维修、故障等情况下的运行过程。
[0115]
本发明的实施例在第一应用场景下：电站安装、故障维修或清理维护等的场景。过程中，人工的操纵可令输出继电器56和电网侧断路器60关断，致使逆变器50与电网的连接断路，致使串联线路30的输出端开路，中央控制模块40因失去供电而无激励通信信号的发送，串联线路30无电流，即使光伏组件11可对其断路器或优化器2b供电运行，其子控制模块21将自动设置在安全工作模式，并因无激励通信信号，而维持其关断电路20处于断开状态下，使整个光伏发电系统的电压均处于安全范围内，确保操作人员的安全。而当电站安装、故障维修或清理维护的任务完成后，首次或重新地令电网侧断路器60连通，中央控制模块40可从并网侧获取供电而运行，并发送激励通信信号，进一步光伏发电系统可首次或恢复运行。
[0116]
本发明的实施例在第二应用场景下：光伏发电系统正常获取太阳能，并对电网供电的场景。输出逆变器50和电网侧断路器60合闸连通，中央控制模块40获得供电运行，周期性地发送激励通信信号，各优化器2b内的子控制模块21因检测到当前电流高于0.4安而运行在正常工作模式，并分别控制其对应的关断电路20维持连通状态。子控制模块21不检测激励通信信号，因而避免因通信的干扰而使光伏组件11断开于串联线路30，减少发电的损失。在傍晚时分(清晨时分类似)，太阳辐照强度降低，而致使串联线路30的电流低于0.4a，各子控制模块21将相应地从正常工作模式切换为安全保护模式，且无其他指令控制中央控制模块40停运时，子控制模块21因检测到激励通信信号，而维持关断电路20处于连通状态，使得光伏发电系统实现早开机和晚关机。当组串线路因辐照降低而电压低于运行范围，逆变控制器52将自动控制输出继电器56开闸，中央控制模块40可从并网侧获取电力而维持运行。因此，在清晨和傍晚，子控制模块21可在激励通信信号下，自动保持连通并完成逆变器50的早开机和晚关机。可以理解的是，在夜晚时分，中央控制模块40可定时地停止发送激励通信信号。
[0117]
本发明的实施例在第三应用场景下，光伏发电系统处于发电运行状态并出现异常需对光伏发电系统停机的场景。在该场景下，输出继电器56和电网侧断路器60合闸连通，串联线路30具有高于0.4安的当前电流，各子控制模块21设置在正常工作模式，而不检测激励信号。当紧急关断按钮54被按下，或故障检测装置53检测到故障，或接收到远程关断指令。逆变控制器52将关断输出继电器56，使得串联线路30的输出端开路，而电流下降低于0安或0安附近；同时，令中央控制模块40停止发送激励通信信号。各子控制模块21因当前电流降低到0.4安一下，而相应地设置在安全保护模式，并检测激励通信信号，并因未检测而控制优化器2b或短路器内的关断电路20调整为断开。
[0118]
有第三应用场景的具体案例可见：例如，当该光伏发电系统所布置的位置发生火灾，消防人员可按下紧急关断按钮54，使电网侧断路器60和输出继电器56关断，中央控制模块40无供电而必将停止激励通信信号的发送，使组件的串联线路30的开路电压降低到0伏或接近0伏的安全范围，消防人员可安全地进行灭火作业。例如，如火灾、地震、洪水、飓风等紧急情况，逆变控制器52将因接受远程发来的关机指令，使电网侧断路器60和输出继电器56关断，中央控制模块40无供电而必将停止激励通信信号的发送，使组件的串联线路30的开路电压降低到0伏或接近0伏的安全范围，避免电闸发生进一步的损失。例如，如光伏发电
系统出现电弧、漏电等故障，这些故障将被故障检测装置53所检测，使输出继电器56关断，同步中央控制模块40可从并网侧取电并受控地停止发送激励通信信号，是控制电路处于待机检测状态，而电力获取系统停机，并等待维修人员修理。
[0119]
综上的各个应用场景，基于本发明的安全发电系统，可实现在正常工作的场景下，各组件的串联线路30,在高电流下持续发电,不检测激励通信信号,也避免激励通信信号的不稳定而导致误关断；并且，在低电流下仍然维持运行发电，即具有早开机和晚关机的特点，而延长发电的时间；而在实现在系统安装或维修场景下，具有绝对安全的特点；在灾害突发的场景下，在系统发生电弧、漏电等故障场景下，各组件的串联线路30其电压自动调节到安全范围内；综合实现可智能地在各场景下保障安全的特点。
[0120]
以上实施例主要描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。