具有开路电压保护功能的光伏逆变器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种具有开路电压保护功能的光伏逆变器，包括与光伏组串依次连接的直流侧电路、逆变桥和交流侧电路，直流侧电路包括直流侧防雷装置和直流侧滤波器，直流侧电路还包括直流隔离开关和直流继电器，直流隔离开关的一端与光伏组串的输出端相连，直流隔离开关的另一端与直流侧防雷装置相连，直流继电器设置于直流侧防雷装置和直流侧滤波器之间。本实用新型光伏逆变器可以减小光伏逆变器整体尺寸，降低成本，无需减少光伏组串个数，能够充分发挥组件发电潜力，实现开路电压保护并降低了安全隐患。
【专利说明】具有开路电压保护功能的光伏逆变器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种太阳能光伏发电【技术领域】，特别是一种具有开路电压保护功能的光伏逆变器。
【背景技术】
[0002]太阳能光伏发电系统使用半导体光电原理，利用光伏组件把太阳光辐射能量转化为直流电，送入逆变器，逆变器把直流电转换为交流电，并入电网，完成能量转换和利用过程。按照国际IEC标准以及中国GB50797-2012《光伏发电站设计规范》中关于光伏系统设计和逆变器选型要求，光伏组串开路电压(Voc)不得高于逆变器直流最大耐压(Vmax)。如果组串开路电压超过允许值，可能造成永久性损坏。如图1所示的现有的光伏逆变器的结构示意图，光伏组串I连接直流侧的直流断路器2，直流侧安装有直流电压传感器3，光伏逆变器是全过程自动运行，其工作过程是:直流断路器2手动闭合，交流开关4手动闭合，直流电压传感器3监测直流侧电压，如果超过启动电压，交流侧同期开始，同期完成，光伏逆变器闭合交流接触器5，光伏逆变器运行。上述过程中，直流断路器2始终处于闭合状态，光伏组串I开路电压始终加在直流正负母线上面，光伏逆变器中的部分逆变桥电路板同样承受开路电压。直流断路器2无自动合闸功能，必须手动合闸。因此，无法实现直流侧打开状态时自动运行。对于光伏逆变器而言，1000V通常是处于低压与高压的分界点，1000V以下器件价格更为便宜，尤其是IGBT器件，对于电压及其敏感，因此逆变器制造厂商大都选择1000V或以下电压等级器件，并按此标准加工电路板。如果组串开路电压超过1000V，电子器件或电路板绝缘可能发生破坏，就是上述所说永久性损坏，这个要极力避免。
[0003]因此，现有的光伏逆变器不具备开路电压保护功能，国标要求的光伏组串开路电压(Voc)不得高于逆变器直流最大耐压(Vmax)，这一条通常用于光伏组串串联个数的选择。由于光伏逆变器直流电压通常小于900V或1000V，因此组件串联个数也受此限制。组串串联开路电压=单个组件开路`电压X串联个数，单个组件开路电压影响因素包括温度以及辐射度，其中，辐射度对单个组件开路电压影响较小，尤其是辐射度在400/m2以上时，组件开路电压基本相差不大；影响组件开路电压最大因素是温度。以典型晶硅光伏组件为例，标准条件STC (大气质量AM=L 5，标准条件辐射度1000W/m2，组件温度25°C )，单个组件开路电压Voc=44.6V。温度系数:-0.34%/°C.环境最低温度是_25°C。温度每下降1°C，开路电压升高0.34%。如果原组串串联个数是20个，最低温度下开路电压为:44.6 X 20 X(1+0.34%X (25- (-25)))=1043.64V0如果按照光伏逆变器最高直流电压是1000V计算，上述组串开路电压超过了界限，组件串联个数只能减少，取19个。减少组件串联个数，会将增加电缆和支架等投资，不利充分发挥组件发电潜力，对太阳能光伏系统投资有负面影响。
[0004]此外，目前按照设计规范要求，计算温度按照极端最低温度选择。但是，极端最低温度往往比正常温度低20°C还多，而且由于气候变化近几年出现超低温情况比较多。比如:我国光伏电站比较集中区域青海省某市，冬季平均温度在-1°C左右，光伏逆变器运行大部分时间(超过90%)都在-5°C以上；该市10年极端温度在_30°C，去年冬季竟然出现最低温度是-38°C。如果一味依靠设计保守来保护设备，一是牺牲了性价比，二是不可能实现完全保护，仍然有安全隐患。
实用新型内容
[0005]本实用新型针对现有的光伏逆变器通过减少光伏组串个数来使得光伏组串开路电压不得高于逆变器直流最大耐压而导致电缆和支架等投资增加以及性价比低且仍存在安全隐患的问题，提供一种新型的具有开路电压保护功能的光伏逆变器，采用直流隔离开关和直流继电器部件，可以减小光伏逆变器整体尺寸，降低成本，无需减少光伏组串个数，能够充分发挥组件发电潜力，实现开路电压保护并降低了安全隐患。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]—种具有开路电压保护功能的光伏逆变器，包括与光伏组串依次连接的直流侧电路、逆变桥和交流侧电路，所述直流侧电路包括直流侧防雷装置和直流侧滤波器，其特征在于，所述直流侧电路还包括直流隔离开关和直流继电器，所述直流隔离开关的一端与光伏组串的输出端相连，所述直流隔离开关的另一端与直流侧防雷装置相连，所述直流继电器设置于直流侧防雷装置和直流侧滤波器之间。
[0008]所述直流侧电路还包括直流熔断器，所述直流熔断器设置于直流继电器和直流侧滤波器之间。
[0009]所述直流熔断器为快速熔断器。
[0010]在直流侧电路设置有光伏直流侧进线电源；和/或，在交流侧设置有交流侧出线开关电源；和/或，在交流侧设置有UPS电源。
[0011]所述直流继电器的耐压为2200V，额定工作电压为900V。
[0012]所述直流侧电路还包括直流侧绝缘监测电路，所述直流侧绝缘监测电路设置于直流侧滤波器的输出端。
[0013]本实用新型的技术效果如下:
[0014]本实用新型提供的具有开路电压保护功能的光伏逆变器，在直流侧设置直流隔离开关和直流继电器，将直流隔离开关设置于光伏组串和直流侧防雷装置之间，将直流继电器设置于直流侧防雷装置和直流侧滤波器之间，本实用新型的光伏逆变器改变了直流侧电路设计，取消了传统的光伏逆变器中的直流断路器，用直流隔离开关和直流继电器来取而代之，在光伏逆变器工作时，直流继电器保持常闭状态，并闭合直流隔离开关后，在光伏逆变器的直流侧电路和交流侧电路均运行后，如果直流开路电压在允许标准内，光伏逆变器持续工作，如果直流开路电压超过允许标准，则断开直流继电器，直流继电器保持开路，直至环境温度上升到一定程度，直流开路电压下降到可接受范围，此时直流继电器可以自动闭合，使得光伏逆变器重新进入启动程序。本实用新型的光伏逆变器，由于取消了体积庞大且价格昂贵的直流断路器器件，采用能够满足太阳能光伏发电系统设计要求的直流隔离开关和直流继电器，使得光伏逆变器的尺寸减小，并在很大程度上降低了成本。而且，本实用新型的光伏逆变器根据直流开路电压的实际情况，能够控制直流继电器的自动闭合和开启，避免了传统的光伏逆变器通过直流断路器作为直流开关使得开路电压始终加在直流正负母线上，导致直流开关无法自动合闸，不能实现直流侧打开状态时自动运行，并导致永久性损坏电路的问题。本实用新型的光伏逆变器无需减少光伏组串个数，并非一味依靠保守设计来保护设备，即可保证光伏组串开路电压不高于逆变器直流最大耐压，实现开路电压保护功能，使得保护更完善，而且减少了电缆和支架灯投资，增加了投资效益，提高了性价t匕，能够充分发挥组件发电潜力，并降低了安全隐患，使得光伏逆变器乃至整个太阳能光伏发电系统的运行更安全。
[0015]本实用新型所述的光伏逆变器在直流侧电路设置直流熔断器，该直流熔断器设置于直流继电器和直流侧滤波器之间，以便从直流继电器取得信号，作为短路和过电流的保护，以保持足够保护作用。
[0016]优选在直流侧电路设置有光伏直流侧进线电源，在交流侧设置有交流侧出线开关电源，在交流侧设置有UPS电源，该设置修改了现有光伏逆变器的直流电源供电电路，设置一种或多种电源提供方式，尤其在多种电源提供方式时，多路电源互为备用，提高了光学逆变器乃至整个太阳能光伏发电系统运行的安全性。
[0017]在直流侧电路设置直流侧绝缘监测电路，该直流侧绝缘监测电路设置于直流侧滤波器的输出端，通过直流侧绝缘监测电路对直流开路电压进行实时监测，以保持足够保护作用，使得保护更完善，光伏逆变器运行更安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为现有的光伏逆变器的结构示意图。
[0019]图2为本实用新型具有开路电压保护功能的光伏逆变器的结构示意图。
[0020]图3为本实用新型具有开路电压保护功能的光伏逆变器的优选结构示意图。
[0021]图中各标号列示如下:
[0022]I 一光伏组串；2 —直流断路器；3 —直流电压传感器；4 一交流开关；5 —交流接触器；6 —直流隔离开关；7 —直流侧防雷装置；8 —直流继电器；9 一直流侧滤波器；10 —快速熔断器；11 一直流侧绝缘监测电路；12 —光伏直流侧进线电源；13 —交流侧出线开关电源；14 一 UPS电源；15 —逆变桥；16 —数据接口 ；17 —交流侧滤波器。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型进行说明。
[0024]本实用新型涉及一种具有开路电压保护功能的光伏逆变器，其结构如图2所示，包括与光伏组串I依次连接的直流侧电路，还包括交流侧电路，利用光伏组串I把太阳光辐射能量转换为直流电，经直流侧电路和交流侧电路，最终该直流电转换为交流电输出，并入电网。直流侧电路包括直流电压传感器3、直流隔离开关6、直流侧防雷装置7、直流继电器8和直流侧滤波器9，其中，直流隔离开关6的一端与光伏组串I的输出端相连，直流隔离开关6的另一端与直流侧防雷装置7相连，直流继电器8设置于直流侧防雷装置7和直流侧滤波器9之间。交流侧电路包括交流开关4、交流接触器5和交流侧滤波器17。
[0025]本实用新型具有开路电压保护功能的光伏逆变器的工作过程:直流继电器8保持常闭状态，闭合直流隔离开关6，交流开关4手动闭合，通过安装在直流侧的直流电压传感器3监测直流侧电压:如果超过启动电压，交流侧同期开始，同期完成，光伏逆变器闭合交流接触器5，光伏逆变器运行；如果出现启动电压已够，但输出功率不足IKW情况，比如严寒天气早上可能出现，光伏逆变器通常要延时运行。此时直流电压传感器保持监测直流开路电压，如果开路电压在允许标准内，比如IOOOV以内，光伏逆变器继续等待直至延时结束，重新启动；如果开路电压超过允许标准，则断开直流继电器8。直流继电器8保持开路，直至环境温度上升到一定程度，直流开路电压下降到可接受范围，此时直流继电器8可以自动闭合，使得光伏逆变器重新进入启动程序。
[0026]太阳能光伏发电系统中的光伏逆变器的直流侧电路需要过流保护，把光伏逆变器的直流断路器替换为直流隔离开关和直流继电器后，还可以在直流侧增加电流保护器，满足短路保护功能。图3为本实用新型具有开路电压保护功能的光伏逆变器的优选结构示意图，该实施例的光伏逆变器的直流侧电路中还设置有直流熔断器，该直流熔断器设置于直流继电器8和直流侧滤波器9之间。直流熔断器优选采用快速熔断器10，作用是短路和过电流的保护。优选直流继电器8采用最新大容量高压直流继电器，耐压2200VDC，额定工作电压900VDC，连续通电电流500A，断开电流可达3200A。此时可以理解为是将图1所示的现有技术中的光伏逆变器中的直流断路器取消，替换为直流隔离开关6+直流继电器8+快速熔断器10。该设置能够提高光伏逆变器甚至整个太阳能光伏发电系统运行的安全性，改善光伏逆变器设计的性价比，同时大大减小光伏逆变器整体尺寸，降低成本。
[0027]图3所示的光伏逆变器是在直流侧依次设置与光伏组串I相连的直流隔离开关6、直流侧防雷装置7、直流继电器8、快速熔断器10和直流侧滤波器9，在直流侧滤波器的输出端还设置有直流侧绝缘监测电路11，该直流侧绝缘监测电路11可以对直流开路电压进行实时监测，如果监控到直流开路电压超过允许标准，可以由直流侧绝缘监测电路11自身或另设的控制电路发出报警信号，一方面断开直流继电器8，另一方面发警报到远方。直流继电器8保持开路，直至环境温度上升到一定程度，直流开路电压下降到可接受范围，控制电路发出信号闭合直流继电器8，使得光伏逆变器重新进入启动程序。直流侧防雷装置7和直流侧绝缘监测电路11均实质上从直流继电器8前往取得信号，以保持足够保护作用。
[0028]本实用新型提供的具有开路电压保护功能的光伏逆变器，优选增设一个或多个电源提供电路，具体可以在直流侧电路设置有光伏直流侧进线电源12，取自光伏直流侧进线；在交流侧设置有交流侧出线开关电源13 ;在交流侧设置有UPS电源14，该设置修改了现有光伏逆变器的直流电源供电电路，设置一种或多种电源提供方式，尤其在多种电源提供方式时，多路电源互为备用，提高了光学逆变器乃至整个太阳能光伏发电系统运行的安全性。
[0029]在光伏逆变器中，由于相关标准对并网的干扰有要求，通常优选设置交流侧滤波器17，消除交流侧电路中的干扰，设置直流侧滤波器9消除直流侧电路中的干扰。光伏逆变器中具有逆变桥15，可以理解为是逆变桥15的一侧为直流侧电路，另一侧为交流侧电路，逆变桥15上设置有数据接口 16，如I/O接口、RS485接口、数据记录仪接口等，数据记录仪接口可连接环境传感器信号输入，以记录环境温度测点数据、光伏组串温度测点数据、辐射量测点数据等。
[0030]光伏逆变器不同于一般直流系统，光伏逆变器的直流输出并不会形成很大的冲击电流，同时，其特性受环境温度影响较大，传统设计和选型中更多考虑直流设备分断能力和更好灭弧能力，但实际运行中并不会出现这种工况。而可能出现工况是电压波动范围大，对光伏逆变器乃至整个太阳能光伏发电系统安全运行造成威胁大。这是光伏能源系统独有特点，已有多个项目运行记录得到证实，尤其在某些寒冷地区常出现超过设计极端温度的低温，造成光伏电池板组件组串开路电压超过设计数值，使得设备永久损坏，同时带来安全隐患。本实用新型涉及的具有开路电压保护功能的光伏逆变器，直流侧电路采用直流隔离开关和直流继电器的独特设计，通过更高性价比实现传统功能，同时具有开路电压保护功能，有效保护了光伏逆变器整体设备电路，同时，使得光伏逆变器的尺寸减小，并在很大程度上降低了成本，成本可节省80%以上。而且，使得系统设计更为合理，更加符合光伏逆变器运行特性，无需减少光伏组串个数，保证光伏组串开路电压不高于逆变器直流最大耐压，实现开路电压保护功能，使得保护更完善，运行更安全，提高了性价比，增加了投资效益。
[0031] 应当指出，以上所述【具体实施方式】可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
【权利要求】
1.一种具有开路电压保护功能的光伏逆变器，包括与光伏组串依次连接的直流侧电路、逆变桥和交流侧电路，所述直流侧电路包括直流侧防雷装置和直流侧滤波器，其特征在于，所述直流侧电路还包括直流隔离开关和直流继电器，所述直流隔离开关的一端与光伏组串的输出端相连，所述直流隔离开关的另一端与直流侧防雷装置相连，所述直流继电器设置于直流侧防雷装置和直流侧滤波器之间。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流侧电路还包括直流熔断器，所述直流熔断器设置于直流继电器和直流侧滤波器之间。
3.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流熔断器为快速熔断器。
4.根据权利要求1至3之一所述的光伏逆变器，其特征在于，在直流侧电路设置有光伏直流侧进线电源；和/或，在交流侧设置有交流侧出线开关电源；和/或，在交流侧设置有UPS电源。
5.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流继电器的耐压为2200V，额定工作电压为900V。
6.根据权利要求1至3之一所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流侧电路还包括直流侧绝缘监测电路，所述直流侧绝缘监测电路设置于直流侧滤波器的输出端。
【文档编号】H02M7/40GK203387424SQ201320470457
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】郑永刚 申请人:北京中电安博机电技术有限公司