一种光伏组件接地装置、监测装置及监测方法
【专利摘要】本发明公开一种光伏组件接地装置，所述接地装置的一端连接光伏发电系统直流母线负极，另一端接地，所述接地装置采用导线、电阻、电感、电阻与电感的串联结构或电阻与电感的并联结构。此种接地装置可实现对光伏组件的电位诱发衰减（PID）效应的抑制。本发明还公开一种光伏组件接地监测装置，包括接地电阻和电流检测器，所述电流检测器包括依次连接的漏电流监测元件、控制单元及信号发送单元；所述接地装置与漏电流监测元件串联后，一端连接光伏发电系统直流母线负极，另一端接地。此种接地监测装置可实现对光伏组件的接地故障监测。本发明还公开一种基于前述光伏组件接地监测装置的监测方法。
【专利说明】一种光伏组件接地装置、监测装置及监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种保护电路装置，特别涉及一种光伏组件接地装置、对该接地装置的监测装置及监测方法。
【背景技术】
[0002]在光伏发电系统中，由于光伏组件通常通过串联之后接入逆变器，串联后输出电压最高可达1000V。而光伏组件边框、支架通常由于防雷、安全保护等因素考虑需要接地，这样造成同一串联的光伏组件中，串联电位较低的部分光伏组件电极(负电位)与组件边框(地电位)之间存在一个负电位差。这个通常高达数百伏的负电位将导致光伏组件中电极与边框之间泄露电流的产生，泄露电流的存在将大大加速光伏组件的衰减速率，即为光伏组件的电位诱发衰减效应，简称光伏组件的PID (Potential Induced Degradation)效应。
[0003]近年来，随着西部荒漠地区大型地面光伏电站的蓬勃发展，大型地面光伏电站规模和数量均大幅增加。由于荒漠光伏电站电缆通常采用直埋方式，受电缆绝缘破坏影响，光伏阵列正、负极接地故障时有发生。光伏电站一旦发生正极接地故障，将很难避免光伏组件PID效应的发生，进而导致光伏组件大量快速衰减，使光伏电站投资方遭受严重损失。
[0004]根据以上叙述，光伏组件的PID效应及接地故障均是阻碍光伏系统正常使用的因素，需要采用相应的解决方案来积极应对。
【发明内容】
[0005]本发明的目的，在于提供一种光伏组件接地装置，其可实现对光伏组件的电位诱发衰减(PID)效应的抑制。
[0006]本发明的另一目的，在于提供一种光伏组件接地监测装置及监测方法，其可实现对光伏组件的接地故障监测。
[0007]为了达成上述目的，本发明的解决方案是:
[0008]一种光伏组件接地装置，所述接地装置的一端连接光伏发电系统直流母线负极，另一端接地，所述接地装置采用导线、电阻、电感、电阻与电感的串联结构或电阻与电感的并联结构。
[0009]上述电阻采用阻值不小于IkQ且功率不小于300W的电阻。
[0010]上述电阻采用6kQ/300W的电阻。
[0011]一种光伏组件接地监测装置，包括接地电阻和电流检测器，所述电流检测器包括依次连接的漏电流监测元件、控制单元及信号发送单元；所述接地装置与漏电流监测元件串联后，一端连接光伏发电系统直流母线负极，另一端接地；所述漏电流监测元件将监测到的实际漏电流送入控制单元，由控制单元将该实际漏电流与预存的漏电流保护门槛值进行比较，并在实际漏电流超过门槛值时产生接地故障信号，控制信号发送单元将该接地故障信号上送至光伏电站监控系统。
[0012]上述漏电流保护门槛值设置为IOmA?50mA。[0013]上述信号发送单元通过遥信或通讯方式与光伏电站监控系统进行信号传输。
[0014]一种基于如前所述的一种光伏组件接地监测装置的监测方法，包括如下步骤:
[0015](I)通过漏电流监测元件监测流过接地电阻的实际漏电流；
[0016](2)控制单元将所述实际漏电流与漏电流保护门槛值进行比较，当所述实际漏电流超过门槛值时，产生接地故障信号；
[0017](3)信号发送单元将前述接地故障信号上送至光伏电站监控系统。
[0018]上述信号发送单元通过遥信或通讯方式将所述接地故障信号上送至光伏电站监控系统。
[0019]上述漏电流保护门槛值设置为IOmA?50mA。
[0020]采用上述方案后，本发明通过采用接地装置，通过上述技术方案，通过采用接地装置，实现对接入光伏逆变器所有汇流箱前端的光伏组件PID效应抑制功能，原理简单、实现方便。
[0021]本发明监测装置及监测方法不影响光伏逆变器的正常运行，不会减少光伏发电量，保障光伏阵列安全，提高光伏发电系统效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明光伏组件接地装置的电路结构图；
[0023]图2是本发明光伏组件接地监测装置的电路结构图。
【具体实施方式】
[0024]以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0025]本发明提供一种光伏组件接地装置，用以抑制光伏发电系统中光伏组件的PID效应，所述接地装置的一端连接光伏发电系统直流母线负极，另一端接地，所述接地装置可采用导线、电阻、电感，或者是电阻与电感的串联或并联结构；图1所示是采用电阻的结构示意图，其中仅示出了直流母线分别连接数个光伏汇流箱及光伏逆变器(DC/AC)的结构，太阳能电池等组件并未示出；电阻的一端连接直流母线负极，另一端接地，在实际的光伏发电系统中，可以在汇流箱、直流配电柜或光伏逆变器直流母线进行接地。此种接地结构可将接入光伏逆变器的所有光伏组件串联结构中最低电位光伏组件的负极与大地之间的电位差钳位在较低的电压值以下，该电压值是造成PID效应的根本原因。只要选取合适的电阻值，即可有效避免光伏组件电极与接地边框之间形成较大的负偏电位差，从而抑制光伏组件PID效应。
[0026]电阻的选型一方面需要确保光伏逆变器正常运行时，将光伏逆变器直流负极电位与大地电位钳位，消除接入光伏逆变器的所有光伏组件电极与接地边框之间的负偏电位差；另一方面在出现光伏正极接地故障时，电阻可以限制故障电流，并且可以耐受故障电流而不出现过热损坏问题，确保接地支路电流检测及故障告警功能正常动作。
[0027]基于以上选型原则，电阻可选用阻值不小于IkQ且功率不小于300W的电阻，在本实施例中，以6kQ/300W的电阻进行设计计算:
[0028]正常运行时，由于太阳能电池的半导体特性，光伏逆变器负极接地支路漏电流小于0.12mA。以漏电流为0.12mA计算，电阻上的压降为:[0029]AU=IR=0.12mAX 6000 Ω=0.72V
[0030]一旦发生光伏组件正极接地故障，假设单个光伏组串最大电压为800V，根据接地系统设计规范取光伏逆变器接地回路其他阻抗为10 Ω，在最严重的故障状况下，故障电压降落在光伏逆变器直流负极接地回路上，则光伏逆变器直流负极接地支路故障电流为:
[0031]I=U/R=800V/ (6000+10) Ω=133.1mA
[0032]此时电阻的最大功耗为:
[0033]P=U2/R=8002/60 00=106.7W
[0034]因此，对于选型规格为6kQ/300W左右的电阻，具有如下优势:
[0035](I)正常运行时，提供良好的抑制光伏组件PID效应的作用；
[0036](2)发生正极接地故障时，接地电阻可将最大故障电流限制在133mA左右，避免接地回路过流造成其他设备损坏；
[0037](3)发生正极接地故障时，不会因电阻过热损坏导致接地回路断线，影响接地故障的监测功能。
[0038]基于前述采用电阻接地的结构，本发明提供一种光伏组件接地监测装置，该监测装置包括接地电阻和电流检测器，其中，接地电阻的一端连接光伏发的系统直流母线负极，另一端接地；电流检测器包括依次连接的漏电流监测元件、控制单元及信号发送单元，漏电流监测元件与前述接地电阻串接，监测线路中的实际漏电流，并将监测到的漏电流数据送入控制单元；所述控制单元将前述接收到的实际漏电流数据与预存的漏电流保护门槛值进行比较，当实际漏电流超过该门槛值时，产生接地故障信号，并由信号发送单元通过遥信或通讯方式将该接地故障信号上送至光伏电站监控系统。
[0039]本实施例提供的这种接地监测装置，将接地故障监测及告警功能与光伏组件PID效应抑制功能相结合，避免重复投资，降低光伏电站运行成本。
[0040]基于前述接地监测装置，本发明还提供一种光伏组件接地监测方法，包括如下步骤:
[0041](I)通过漏电流监测元件监测流过接地电阻的实际漏电流；
[0042](2)控制单元比较前述实际漏电流与漏电流保护门槛值的大小，当实际漏电流超过漏电流门槛值时，产生接地故障信号；
[0043](3)信号发送单元将前述接地故障信号上送给光伏电站监控系统。
[0044]如图2所示，光伏逆变器直流母线负极通过接地电阻接地，将接地故障保护漏电流保护门槛值设置为IOmA?50mA。正常运行时，光伏逆变器负极接地支路漏电流小于
0.12mA，在提供光伏组件PID抑制作用的同时，不会引起接地故障误动。而一旦发生接地故障，光伏逆变器直流负极接地回路漏电流将增大，越过接地故障保护漏电流保护门槛值，从而触发接地故障告警。当监测到接地支路漏电流越限，可通过遥信或通讯方式将接地故障信号上送至光伏电站监控系统，实现接地故障监测及告警功能。
[0045]本实施例提供的这种接地监测方法，将接地故障监测及告警功能与光伏组件PID效应抑制功能相结合，避免重复投资，降低光伏电站运行成本。
[0046]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.一种光伏组件接地装置，其特征在于:所述接地装置的一端连接光伏发电系统直流母线负极，另一端接地，所述接地装置采用导线、电阻、电感、电阻与电感的串联结构或电阻与电感的并联结构。
2.如权利要求1所述的一种光伏组件接地装置，其特征在于:所述电阻采用阻值不小于IkQ且功率不小于300W的电阻。
3.如权利要求2所述的一种光伏组件接地装置，其特征在于，所述电阻采用6kQ/300W的电阻。
4.一种光伏组件接地监测装置，其特征在于:包括接地电阻和电流检测器，所述电流检测器包括依次连接的漏电流监测元件、控制单元及信号发送单元；所述接地装置与漏电流监测元件串联后，一端连接光伏发电系统直流母线负极，另一端接地；所述漏电流监测元件将监测到的实际漏电流送入控制单元，由控制单元将该实际漏电流与预存的漏电流保护门槛值进行比较，并在实际漏电流超过门槛值时产生接地故障信号，控制信号发送单元将该接地故障信号上送至光伏电站监控系统。
5.如权利要求4所述的一种光伏组件接地监测装置，其特征在于:所述漏电流保护门槛值设置为IOmA?50mA。
6.如权利要求4或5所述的一种光伏组件接地监测装置，其特征在于:所述信号发送单元通过遥信或通讯方式与光伏电站监控系统进行信号传输。
7.一种基于如权利要求4所述的一种光伏组件接地监测装置的监测方法，其特征在于包括如下步骤: (1)通过漏电流监测元件监测流过接地电阻的实际漏电流； (2)控制单元将所述实际漏电流与漏电流保护门槛值进行比较，当所述实际漏电流超过门槛值时，产生接地故障信号； (3)信号发送单元将前述接地故障信号上送至光伏电站监控系统。
8.如权利要求7所述的一种光伏组件接地监测方法，其特征在于:所述信号发送单元通过遥信或通讯方式将所述接地故障信号上送至光伏电站监控系统。
9.如权利要求7或8所述的一种光伏组件接地监测方法，其特征在于:所述漏电流保护门槛值设置为IOmA?50mA。
【文档编号】H02H9/04GK103490402SQ201310398048
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】米高祥, 郭勇, 李旭, 方太勋, 刘为群 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司