适用于光伏组串反接时预防开关过压的方法与流程

1.本发明涉及一种新能源并网发电技术，特别涉及一种适用于光伏组串反接时预防开关过压的方法。


背景技术：

2.太阳能光伏并网发电系统是有效利用新能源的重要手段之一，太阳能并网发电越来越受到重视，这种发电方式在实际应用中也越来越普遍。
3.目前市场上存在多种主流规格的光伏电池板组件，随着功率等级等不断提升，光伏逆变器相应的需要兼容各型号电池板组件，这对光伏逆变器组串输入部分提出了更高的要求，而主流厂家的升压模块每个通道处理功率等级有限，贸然增加模块种类或提高升压模块等级，成本也随之大幅增加，所以逆变器厂家会最大化利用所选的升压模块，根据不同的组件规格选择不同的并联路数，常见的方式是2路、3路或多路并联输入到一路升压通道中。
4.多路并联输入就存在其中一路反接，电池板短路输出的情况，对于电池板反接情况下，逆变器需要检测出反接故障而停机，同时能够安全切断电池串短路过流对逆变器的影响，目前主流采用熔丝或是防反装置，而新型带脱扣功能的多路直流(dc)隔离开关也在逐步进入市场，利用dc隔离开关可控功能，能够有效实现故障电池组串分离，降低发电量损失。
5.逆变器兼容不同电池板组件，其组串输入部分也会不同，常见的几种组串输入方式：
6.一是二汇一并联后通过dc开关k1，输入到一路升压部分(简称boost)，如图1，该方法无法兼容各型号电池板组件，电池板选型单一；
7.二是三汇一并联后通过dc开关k1，输入到一路boost，如图2，采用三汇一就需要增加熔丝，由于如果电池串接反了，会出现两倍短路电流汇入到反接的那一路，如果不及时断开，就会出现电池串过流损坏的情况，所以一般考虑加熔丝保护；
8.类似的4路或多路并联后输入都需要考虑增加熔丝，二极管等保护装置，同时开关的工作电流也相应提高，对于开关的选型提出了更严苛的要求。
9.三是n个二汇一后再在开关后端并联，实现多路并联输入，如图3，如果 pv(2n)不接入，就实现奇数串接入，各组串接入方式灵活，能够很好适配各型号组件，其中开关kn为第n个dc开关，通过采用新型带脱扣功能的多路直流(dc) 隔离开关，该方案可以不需要熔丝或二极管等保护装置，从而降低了系统成本。
10.为节省成本及空间，光伏逆变器一般常采用多路开关设计，即一个开关本体包含多组触点，多路输入同时接通或分断。如图4所示，1个4级开关通常接入2路二汇一光伏组串。假如图3中开关k1与k2或kn在同一个开关本体上，那么开关本体合闸或分闸时一组或多组触点将会承受2倍的pv电压(对于1500v 光伏系统为3kv)。以n为2举例说明，假设pv4未接入，开关k1与k2在同一个开关本体上，如果pv3出现反接，如图5，开关k1的四级触点在分闸或
合闸将承受两倍pv电压，这对开关性能和安全提出了更高要求，一旦开关无法正常分断，从功能安全角度考虑，还需要增加熔丝或防反装置，相应成本也会增加。


技术实现要素：

11.针对新型带脱扣功能的多路直流(dc)隔离开关实际应用中存在的问题，提出了一种适用于光伏组串反接时预防开关过压的方法，保证不同二汇一组串或单一组串通过不同可控脱扣dc开关接入，利用可控脱扣dc开关的上电顺序限定，上电后检测各路pv电压是否正常，出现反接等情况，通过可控开关信号，锁死错误接线路dc开关，避免反接情况下开关合闸而出现过压过流风险。
12.本发明的技术方案为：一种适用于光伏组串反接时预防开关过压的方法，电池板组件以二汇一的组串方式依次通过不同dc开关接入光伏逆变器，光伏逆变器中每路boost接入不超过2组dc开关的电池板组件dc。
13.进一步，所述每路boost允许不超过4路光伏组串接入。
14.进一步，所述电池板组件数量为奇数时，最后单数的电池板组件单独通过一dc开关接入光伏逆变器。
15.进一步，所述dc开关为带脱扣的多路直流隔离开关。
16.进一步，所述电池板组件以二汇一的组串，如其中一电池组件反接，组串对外为恒流源输出，端口电压只有二极管压降，二汇一的两电池板组件在开关前端短路，短路电流不经过dc开关，光伏逆变器控制器根据内部采样判断电池板组件反接或异常，从而定位故障。
17.进一步，所述电池板组件单独接入逆变器，通过采样dc开关前端此电池板组件的电压或电流来判定其是否反接，如判定反接，通过逆变器控制器发出锁死对应dc开关指令，待反接故障排除后控制指令撤销，手动复位后正常合闸接入。
18.进一步，所述电池板组件以二汇一的组串不存在两倍短路电流汇入对应的 dc开关，所述dc开关按连接的组串额定电流配置。
19.进一步，所述电池板组件连接电路中无熔丝或是防反二极管。
20.进一步，所述光伏逆变器控制器控制dc开关的上电顺序限定，上电后检测各路组串电压是否正常，如出现反接，通过控制开关信号，锁死错误接线路dc 开关，避免反接出现过压过流。
21.进一步，所述锁死的dc开关只能手动复位。
22.本发明的有益效果在于：本发明适用于光伏组串反接时预防开关过压的方法，能够避免组件反接后开关承受两倍pv电压，同时不需要每组电池板组件连接电路中额外增加熔丝或是防反二极管，方法有效并且成本低。
附图说明
23.图1为现有逆变器与不同电池板组件连接实施例一示意图；
24.图2为现有逆变器与不同电池板组件连接实施例二示意图；
25.图3为现有逆变器与不同电池板组件连接实施例三示意图；
26.图4为一个4极开关接入2个二汇一光伏组串的示意图；
27.图5为图3实施例故障后的示意图；
28.图6为本发明适用于光伏组串反接预防开关过压的方法线路连接图；
29.图7为本发明方法实施例一示意图；
30.图8为本发明方法实施短路情况一示意图；
31.图9为本发明方法实施短路情况二示意图；
32.图10为本发明实施例一电路实现图；
33.图11为本发明方法控制流程示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
35.如图6所示适用于光伏组串反接预防开关过压的方法线路连接图，将第一组二汇一的组串(pv1/pv2)通过dc开关k1接入boost1，第二组二汇一的组串 (pv3/pv4)通过另一dc开关k2(与k1不在同一本体上)接入boost2，按此依次将光伏组串接入，类似的，将第2n-1组二汇一的组串(pv(4n-3)/pv(4n-2))通过一dc开关k
2n-1
接入boostn,将第2n组二汇一的组串(pv(4n-1)/pv(4n))通过一 dc开关k
2n
接入boostn,同时保证奇数序号的dc开关与偶数序号的dc开关不在同一开关本体上，即两者分别是单独控制的，上电时只允许奇数序号开关同时合闸或偶数序号开关同时合闸，不允许奇数序号开关与偶数序号开关同时合闸。每路boost可以允许不超过4路光伏组串接入，具体数量可以组件规格及现场应用灵活配置，这里二汇一的组串也可以单一组串接入，能够更好兼容各型号组件的组串输入，同时不需要增加熔丝或防反装置，理论上只需要2个单独控制的dc开关本体。
36.如下以1路boost为例，在预留的pv4未接入时，如图7，pv1/2与pv3采用不同的控制开关k1和k2接入，考虑各电池串反接短路输出情况，及对应解决措施。
37.情况1：如果pv1或pv2出现反接情况，类似简化成图8所示短路回路，光伏电池板可以等效为电流源加二极管并联(忽略线路阻抗和漏电流阻抗影响)，太阳能电池光照后产生一定的光电流，其中一部分用来抵消结电流，另一部分供给负载输出，在短路后，电池板对外表现恒流源输出，端口电压只有二极管压降了，由于两串电池板在开关前端短路，短路电流为两串电池板短路电流之和，但是短路电流不经过dc开关，开关k1合闸后,逆变器内部电源建立(通常情况下逆变器内部有多个boost单元，任何一路boost有电压，内部电源就会建立，即使有个别boost接入组串反接也不会影响内部电源建立),控制单元根据内部采样可以判断出电池板反接或异常(逆变器内部每个boost单元都有电压/ 电流采样)，从而定位故障。
38.情况2：如果单一pv3出现反接，类似简化成图9所示短路回路，对比图5 如果dc开关k1和k2同时合闸，将由4级触点承受2倍pv电压，同时两倍短路电流灌入pv3，需要加熔丝保护，但是图9采用两个独立的dc开关k1和k2，限定上电顺序只能先合k1，在k1闭合后，逆变器上电内部电源建立后，检测pv3 电压/电流是否正常，如果不正常，通过开关控制信号锁死k2，待确认pv3接线正常，手动复位后才能闭合k2，因此不会产生短路电流灌入pv3现象。
39.本发明针对光伏逆变器组串输入方式提出了一种简单有效的适配各电池板组件的方案，利用可控脱扣dc开关的上电顺序限定，上电后检测各路pv电压是否正常，出现反接
等情况，通过可控开关信号，锁死错误接线路dc开关，避免反接情况下开关合闸而出现过压过流风险。
40.以1路boost为例，说明具体方案实现，如图10，先将一路boost对应接入的第一光伏组串的开关k1闭合，通常情况下逆变器内部有多个boost单元，任何一路boost有电压，内部电源就会建立，即使有个别boost接入组串反接也不会影响内部电源建立。内部电源建立后，先对pv1/pv2是否反接进行判断，如反接，进行故障排除，如正常，逆变器可以通过pv3的采样电压/电流来判定 pv3是否出现反接，只需在pv3对应开关k2前端(靠近组件侧)增加电压或电流采样支路即可。如果pv3电压采样极性相反，则判定反接，通过逆变器内部控制器发出脱扣指令锁死k2，待反接故障排除后控制指令撤销，需手动复位，才能正常合闸k2。
41.相关控制逻辑流程如图11所示，控制器ctr采用逆变器内部mcu控制芯片，逆变器内部电源建立后，能够检测到各路组串电压和电流，组串检测电路可以在dc开关前端检测。
42.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。