一种光伏发电单元的在线投切方法、装置及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种光伏发电单元的在线投切方法、装置及系统，该方法包括获取直流母排的母线电压与直流-直流变换器的输出电压；计算母线电压与直流-直流变换器的输出电压的电压差；比较电压差的幅值与预设值；若幅值小于预设值，则将光伏发电单元通过缓冲电路投切到直流母排；若幅值大于或者等于预设值，则光伏发电单元进入等待投切状态。本发明实施例能够减小光伏发电单元投切时的冲击电流，使得脱离直流母排的光伏发电单元平稳的在线投入光伏直流供电系统，从而提高公共直流母排供电系统的经济可行性。
【专利说明】一种光伏发电单元的在线投切方法、装置及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏发电【技术领域】，尤其涉及一种光伏发电单元的在线投切方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002]在光伏直流供电系统中，光伏电池板通过汇流箱汇流后，经过光伏直流并网装置接入公共直流母排。若将光伏电池板、汇流箱以及直流母排并网装置的集合称为光伏发电单元，由于维护或者故障检修等原因会通过开断缓冲电路的方式使直流供电系统中的部分光伏发电单元暂时或长期脱离公共直流母排，当需要将光伏发电单元重新投切到光伏直流发电系统时，由于光伏发电单元中存在的零电压电容会产生巨大的冲击电流，从而影响整个供电系统的可靠运行。
【发明内容】
[0003]本发明实施例提供了一种光伏发电单元的在线投切方法、装置及系统，减小光伏发电单元投切时的冲击电流，使得脱离直流母排的光伏发电单元平稳的在线投入光伏直流供电系统。
[0004]本发明的实施例采用如下技术方案:
[0005]一种光伏发电单元的在线投切方法，该方法包括如下步骤:
[0006]获取直流母排的母线电压与直流-直流变换器的输出电压；
[0007]计算所述母线电压与所述直流-直流变换器的输出电压的电压差；
[0008]比较所述电压差的幅值与预设值；
[0009]若所述幅值小于所述预设值，则将所述光伏发电单元通过缓冲电路投切到所述直流母排；
[0010]若所述幅值大于或者等于所述预设值，则所述光伏发电单元进入等待投切状态。[0011 ] 一种光伏发电单元的在线投切装置，该装置连接在直流-直流变换器与直流母排之间，该装置包括:
[0012]电压获取模块，用于获取所述直流母排的母线电压与所述直流-直流变换器的输出电压；
[0013]计算模块，用于计算所述母线电压与所述直流-直流变换器的输出电压的电压差;
[0014]比较模块，用于比较所述电压差的幅值与预设值；
[0015]投切执行模块，用于若所述幅值小于所述预设值，则将所述光伏发电单元通过所述缓冲电路投切到所述直流母排，若所述幅值大于或者等于所述预设值，则所述光伏发电单元进入等待投切状态。
[0016]一种光伏发电单元的在线投切系统，该系统包括:直流-直流变换器、上述技术方案中的光伏发电单元的在线投切装置、直流母排；
[0017]其中，所述光伏发电单元的在线投切装置用于获取所述直流母排的母线电压与所述直流-直流变换器的输出电压，计算所述母线电压与所述直流-直流变换器的输出电压的电压差，比较所述电压差的幅值与预设值；若所述幅值小于所述预设值，则将所述光伏发电单元通过所述缓冲电路投切到所述直流母排；若所述幅值大于或者等于所述预设值，则所述光伏发电单元进入等待投切状态。
[0018]本发明实施例提供的光伏发电单元的在线投切方法、装置及系统，通过直流母排与直流-直流变换器之间的电压差控制缓冲电路以确定光伏发电单元是否投切到直流母排，能够减小光伏发电单元投切时的冲击电流，使得脱离直流母排的光伏发电单元平稳的在线投入光伏直流供电系统，从而提高公共直流母排供电系统的经济可行性，减小对昂贵的直流断路器的需求，降低了共直流母排光伏发电系统的经济成本；由于本发明实施例避免了现有技术中由于部分光伏发电单元失效需要重启光伏供电系统的弊端，从而还提高了共直流母排光伏供电系统的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明一个实施例提供的光伏发电单元的在线投切方法的流程示意图。
[0020]图2为本发明又一个实施例提供的光伏发电单元的在线投切方法的流程示意图。
[0021]图3为本发明一个实施例提供的光伏发电单元的在线投切装置的结构示意图。
[0022]图4为本发明又一个实施例提供的光伏发电单元的在线投切装置的结构示意图。
[0023]图5为图4所示实施例中的缓冲电路的电路结构图。
[0024]图6为本发明一个实施例提供的光伏发电单元的在线投切系统的结构示意图。
[0025]图7为将光伏发电单元直接投切到直流母排后的电压波形图。
[0026]图8为将光伏发电单元直接投切到直流母排后的电流波形图。
[0027]图9为通过本发明实施例将光伏发电单元投切到直流母排后的电压波形图。
[0028]图10为通过本发明实施例将光伏发电单元投切到直流母排后的电流波形图。
[0029]附图标号说明:
[0030]31-电压获取模块；32_计算模块；33_比较模块；34_投切执行模块；35_确定模块；36_发送模块；37_实时检测模块；38_第一检测模块；39_第二检测模块；50_缓冲电路；51_第一接触器；52_第二接触器；53_电阻；54_直流电容；55_直流母排；61_直流-直流变换器；62_光伏发电单元的在线投切装置；63_光伏电池板；64_汇流箱；65_直流母排并网装置。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明实施例提供的光伏发电单元的在线投切方法、装置及系统进行详细描述。
[0032]图1为本发明一个实施例提供的光伏发电单元的在线投切方法的流程示意图；如图1所示，本发明实施例包括如下步骤:
[0033]步骤101:获取直流母排的母线电压与直流-直流变换器的输出电压。
[0034]步骤102:计算母线电压与直流-直流变换器的输出电压的电压差。
[0035]步骤103:比较电压差的幅值与预设值，若幅值小于预设值，执行步骤104，若幅值大于或者等于预设值，执行步骤105。
[0036]步骤104:将光伏发电单元通过缓冲电路投切到直流母排。
[0037]步骤105:光伏发电单元进入等待投切状态。
[0038]本发明实施例提供的光伏发电单元的在线投切方法，通过直流母排与直流-直流变换器之间的电压差控制缓冲电路以确定光伏发电单元是否投切到直流母排，能够减小光伏发电单元投切时的冲击电流，使得脱离直流母排的光伏发电单元平稳的在线投入光伏直流供电系统，从而提高公共直流母排供电系统的经济可行性，减小对昂贵的直流断路器的需求，降低了共直流母排光伏发电系统的经济成本；由于本发明实施例避免了现有技术中由于部分光伏发电单元失效需要重启光伏供电系统的弊端，从而还提高了共直流母排光伏供电系统的可靠性。
[0039]图2为本发明又一个实施例提供的光伏发电单元的在线投切方法的流程示意图；如图2所示，在上述图1所示实施例的技术方案和有益技术效果的基础上，本发明实施例包括如下步骤:
[0040]步骤201:获取直流母排的母线电压与直流-直流变换器的输出电压，执行步骤202。
[0041 ] 其中，在步骤201中，可以通过电压传感器采集直流母排的母线电压Vm、直流-直流变换器的输出电压Vdcj3us。
[0042]步骤202:计算母线电压与直流-直流变换器的输出电压的电压差，执行步骤203。
[0043]其中，在步骤202中，母线电压与输出电压两者之间的差值可以为Mac = Vdc_bus_Vdc;N，也可以为 AVd。= -Vdcbus+VdcNo
[0044]步骤203:将电压差的幅值与预设值进行比较，确定电压差的幅值是否小于预设值，若幅值小于预设值，执行步骤204，若幅值大于或者等于预设值，执行步骤205。
[0045]其中，在步骤203中，在差值Λ Vde的幅值|Vde|小于预设值的情况下，进一步将IVdc与预设值AVd。—#进行比较，通过比较结果确定是否需要将光伏发电单元进行在线投切。
[0046]步骤204:将光伏发电单元投切到直流母排，流程结束。
[0047]其中，在步骤204中，可以通过闭合缓冲电路中的第一接触器使得直流母排经由缓冲电路中的电阻与直流电容相连，形成充电回路；若直流电容的电压大于或者等于该电压差的幅值，则闭合缓冲电路中的第二接触器，从而旁路电阻，完成光伏发电单元的投切，流程结束。通过充电回路的方式可以减小直流母排与直流-直流变换器之间的电压差，从而减小冲击电流对光伏发电单元的影响。
[0048]进一步地，第一接触器、第二接触器、电阻、直流电容的连接关系具体可以参见下述图5所示实施例。
[0049]步骤205:光伏发电单元进入等待投切状态，并确定母线电压Vde bus与输出电压VdcN之间的大小关系，若Vde bus彡VdcN,执行步骤206，若Vde bus〈VdeN，执行步骤207。
[0050]步骤206:向直流-直流变换器发送指令使直流-直流变换器吸收光伏电池板的能量，从而为直流电容充电，进一步提高直流-直流变换器的输出电压Vdc;N。并执行步骤202。
[0051]步骤207:实时检测直流母线上的母线电压，直至直流母排的母线电压Vde bus与直流-直流变换器的输出电压Vm两者之间的电压差的幅值小于预设值，执行步骤204。通过实时检测直流母线上的母线电压Vde bus，可以使得光伏发电单元在比较好的投切时机连接到共直流母排光伏供电系统，避免较大的冲击电流对光伏发电单元的影响。
[0052]在上述图1或图2所示实施例的基础上，若将光伏发电单元投切入直流母排后，则还可以执行如下步骤:
[0053]检测光伏发电单元是否满足需要与直流母排断开的条件；其中，需要断开的条件可以设置为:通过光伏发电单元与直流母排之间的电流或者电压异常使得光伏发电单元出现故障，或者，由于需要对光伏发电单元进行检修等。进一步地，需要断开的条件可以自动识别也可以通过人工的方式设置。本发明实施例对断开的条件不做具体的限制，只要需要将光伏发电单元与直流母排断开即可。
[0054]若符合断开的条件，则通过断开缓冲电路使得光伏发电单元与直流母排断开，并将光伏发电单元标记为失效光伏发电单元。通过该操作，可以在不影响共直流母排光伏发电系统的正常运行的前提下，避免光伏发电单元对周围环境带来的危险。
[0055]进一步地，在光伏发电单元通过缓冲电路与直流母排断开后，检测光伏发电单元是否满足需要与直流母排连接的条件；其中，需要连接的条件可以设置为:光伏发电单元与直流母排之间的电流或者电压已经恢复正常，对光伏发电单元已经检修完毕等，在该种情形下均可以将光伏发电单元与直流母排相连。同样的，本发明实施例对连接的条件不做具体的限制，只要能够需要将光伏发电单元与直流母排连接即可。
[0056]若符合第二预设条件，则执行上述图1所示实施例中的步骤101?步骤105，或者执行上述图2所示实施例中的步骤201?步骤205，从而将失效的光伏发电单元并入正常运行的共直流母排光伏发电系统。
[0057]图3为本发明一个实施例提供的光伏发电单元的在线投切装置的结构示意图；该在线投切装置连接在直流-直流变换器与直流母排之间，如图3所示，本发明实施例包括:
[0058]电压获取模块31，用于获取直流母排的母线电压与直流-直流变换器的输出电压；
[0059]计算模块32，用于计算母线电压与直流-直流变换器的输出电压的电压差；
[0060]比较模块33，用于将电压差的幅值与预设值进行比较；
[0061]投切执行模块34，用于若幅值小于所述预设值，则将光伏发电单元通过缓冲电路投切到直流母排，若幅值大于或者等于预设值，则光伏发电单元进入等待投切状态。
[0062]本发明实施例提供的光伏发电单元的在线投切装置，投切执行模块34通过计算模块32得到的直流母排与直流-直流变换器之间的电压差确定光伏发电单元是否投切到直流母排，能够减小光伏发电单元投切时的冲击电流，使得脱离直流母排的光伏发电单元平稳的在线投入光伏直流供电系统，从而提高公共直流母排供电系统的经济可行性，减小对昂贵的直流断路器的需求，降低了共直流母排光伏发电系统的经济成本；由于本发明实施例避免了现有技术中由于部分光伏发电单元失效需要重启共直流母排光伏供电系统的弊端，从而还提高了共直流母排光伏供电系统的可靠性。
[0063]图4为本发明又一个实施例提供的光伏发电单元的在线投切装置的结构示意图，图5为图4所示实施例中的缓冲电路的电路结构图；如图4所示,在上述图3所示实施例的技术方案与有益技术效果的基础上，在线投切装置还包括:
[0064]确定模块35，用于在光伏发电单元进入等待投切状态时，确定直流母排的母线电压与直流-直流变换器之间的大小关系；
[0065]发送模块36，用于若直流母排的母线电压大于直流-直流变换器的输出电压，则向直流-直流变换器发送指令使直流-直流变换器吸收光伏电池板的能量，从而为直流电容充电；
[0066]实时检测模块37，用于若直流母排的母线电压小于直流-直流变换器的输出电压，则实时检测直流母线的母线电压，直至电压差的幅值小于预设值时，将光伏发电单元投切到直流母排，通过实时检测直流母线上的母线电压，可以使得光伏发电单元在比较好的投切时机连接到共直流母排光伏供电系统，避免较大的冲击电流对光伏发电单元的影响。
[0067]进一步地，在线投切装置还包括:
[0068]第一检测模块38，用于检测光伏发电单元是否满足需要与直流母排断开的条件；
[0069]若符合断开的条件，则投切执行模块34通过断开缓冲电路使得光伏发电单元与直流母排断开。
[0070]进一步地，在线投切装置还包括:
[0071]第二检测模块39，用于检测失效光伏发电单元是否满足需要与直流母排连接的条件；
[0072]若符合需要连接的条件，则通过电压获取模块31获取直流母排的母线电压与直流-直流变换器的输出电压，计算模块32计算母线电压与直流-直流变换器的输出电压的电压差，比较模块33比较电压差的幅值与预设值；若幅值小于预设值，投切执行模块34则将光伏发电单元通过缓冲电路50投切到直流母排；若幅值大于或者等于预设值，则投切执行模块34指示光伏发电单元进入等待投切状态。
[0073]进一步地，如图5所示，缓冲电路50包括:第一接触器51、第二接触器52、电阻53 ；其中，第一接触器51作为电阻53的旁路开关，连接在直流电容54的正极与直流母排55的正直流母线之间，第二接触器52连接在直流电容54的负极与直流母排55的负直流母线之间。通过闭合第一接触器51使得直流母排55经由电阻53与直流电容54相连，形成充电回路，通过充电回路的方式可以减小直流母排55与直流-直流变换器之间的电压差，从而减小冲击电流对光伏发电单元的影响；若直流电容54的电压大于或者等于电压差，则闭合第一接触器51，从而旁路电阻53，完成光伏发电单元的投切。
[0074]由此可知，本发明实施例可以通过采用常规的接触器、电阻、直流电容减小对昂贵的直流断路器的需求，因此降低了经济成本。
[0075]图6为本发明一个实施例提供的光伏发电单元的在线投切系统的结构示意图；如图6所示，本发明实施例提供的光伏发电单元的在线投切系统包括:直流-直流变换器61、上述图3或图4所示实施例中的光伏发电单元的在线投切装置62、直流母排55。
[0076]其中，光伏发电单元的在线投切装置62用于获取直流母排55的母线电压与直流-直流变换器61的输出电压，计算母线电压与直流-直流变换器61的输出电压的电压差，通过电压差确定控制光伏发电单元是否投切到直流母排55。
[0077]此外，在直流母排55的母线电压大于直流-直流变换器61的输出电压时，在线投切装置62还向直流-直流变换器61发送指令使直流-直流变换器61吸收光伏电池板的能量，从而为直流电容54充电。由此可知，本发明实施例中的在线投切装置62与直流-直流变换器61不仅通过电压线传输电压，还通过通信线路进行数据传输。例如，在线投切装置62中的发送模块36通过通信线路向直流-直流变换器61发送指令使直流-直流变换器61吸收光伏电池板的能量,从而为直流电容54充电。
[0078]在本发明实施例中，如图6所示，光伏电池板63与汇流箱64以及直流母线并网装65的集合称为光伏发电单元。其中，在线投切装置62可以设置在直流母线并网装65中。
[0079]进一步地，在上述图6所示实施例的基础上，在线投切装置62可以为上述图3或者图4所示实施例中的结构。
[0080]为了更形象的说明本发明实施例的有益技术效果，下面通过图7?图10对本发明实施例的有益技术效果进行说明。
[0081]图7为将光伏发电单元直接投切到直流母排后的电压波形图，图8为将光伏发电单元直接投切到直流母排后的电流波形图，图9为通过本发明实施例将光伏发电单元投切到直流母排后的电压波形图，图10为通过本发明实施例将光伏发电单元投切到直流母排后的电流波形图。
[0082]其中，图7中的横坐标表示时间，单位为秒(S)，纵坐标表示电压(其中，实线表示直流-直流变换器的输出电压νΜ，虚线表示母线电压Vdcj3us)，单位为伏特(V);图8中的横坐标表示时间，纵坐标表示电流，单位为安培⑷。由图7和图8可知，当Vm为0V，Vdc;bus为1000V时，若采用现有技术中的直接投切，则光伏发电单元的冲击电流Ic rash高达数万安。
[0083]图9中的横坐标表示时间，单位为秒(S)，纵坐标表示电压(其中，实线表示直流-直流变换器的输出电压，虚线表示母线电压)，单位为伏特(V);图10中的横坐标表示时间，纵坐标表示电流，单位为安培(A)。由图9和图10可知，当VdeN为OV，Vdc bus为1000V时，通过采用本发明实施例提供的光伏发电单元的在线投切装置，当图5中的电阻53为6 Ω时，从其中的波形可以看出，冲击电流Ic rash比较平缓，并且较小，仅有不到200A，光伏发电单元投切时较小的冲击电流Ic—rash，从而实现了光伏发电单元平稳的在线投到光伏直流供电系统。
[0084]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种光伏发电单元的在线投切方法，其特征在于，所述方法包括: 获取直流母排的母线电压与直流-直流变换器的输出电压； 计算所述母线电压与所述直流-直流变换器的输出电压的电压差； 比较所述电压差的幅值与预设值； 若所述幅值小于所述预设值，则将所述光伏发电单元通过缓冲电路投切到所述直流母排； 若所述幅值大于或者等于所述预设值，则所述光伏发电单元进入等待投切状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述光伏发电单元投切到所述直流母排的步骤包括: 通过闭合所述缓冲电路中的第一接触器使得所述直流母排经由所述缓冲电路中的电阻与直流电容相连，形成充电回路； 若所述直流电容的电压大于或者等于所述电压差，则闭合所述缓冲电路中的第二接触器，从而旁路所述电阻，完成所述光伏发电单元的投切。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述光伏发电单元进入等待投切状态时，所述方法还包括: 确定所述母线电压与所述输出电压之间的大小关系； 在所述母线电压大于所述输出电压时，向所述直流-直流变换器发送指令使所述直流-直流变换器吸收光伏电池板的能量，为所述直流电容充电； 在所述母线电压小于所述输出电压时，实时检测所述直流母排的母线电压，当所述电压差的幅值小于所述预设值时，执行所述将所述光伏发电单元投切到所述直流母排的步骤。
4.根据权利要求1?3任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 检测所述光伏发电单元是否满足需要与所述直流母排断开的条件； 若符合所述断开的条件，则通过断开所述缓冲电路使得所述光伏发电单元与所述直流母排断开，并将所述光伏发电单元标记为失效的光伏发电单元。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述光伏发电单元通过所述缓冲电路与所述直流母排断开后，检测失效的光伏发电单元是否满足需要与所述直流母排连接的条件； 若符合所述连接的条件，则执行所述获取直流母排的母线电压与直流-直流变换器的输出电压的步骤，从而将已失效的光伏发电单元并入正常运行的共直流母排光伏发电系统。
6.一种光伏发电单元的在线投切装置，其特征在于，所述装置连接在直流-直流变换器与直流母排之间，所述装置包括: 电压获取模块，用于获取所述直流母排的母线电压与所述直流-直流变换器的输出电压； 计算模块，用于计算所述母线电压与所述直流-直流变换器的输出电压的电压差； 比较模块，用于比较所述电压差的幅值与预设值； 投切执行模块，用于若所述幅值小于所述预设值，则将所述光伏发电单元通过所述缓冲电路投切到所述直流母排，若所述幅值大于或者等于所述预设值，则所述光伏发电单元进入等待投切状态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述投切执行模块包括:第一接触器、第二接触器、电阻； 其中，通过闭合所述第一接触器使得所述直流母排经由所述电阻与直流电容相连，形成充电回路； 若所述直流电容的电压大于或者等于所述电压差，则闭合所述第二接触器，从而旁路所述电阻，完成所述光伏发电单元的投切。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 确定模块，用于在所述光伏发电单元进入等待投切状态时，确定所述母线电压与所述输出电压之间的大小关系； 发送模块，用于在所述母线电压大于所述输出电压时，向所述直流-直流变换器发送指令使所述直流-直流变换器吸收光伏电池板的能量，从而为所述直流电容充电； 实时检测模块，用于在所述母线电压小于所述输出电压时，实时检测所述母线电压，当所述电压差的幅值小于所述预设值时，将所述光伏发电单元投切到所述直流母排。
9.根据权利要求6?8任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 第一检测模块，用于检测所述光伏发电单元是否满足需要与所述直流母排断开的条件； 若符合所述断开的条件，则所述投切执行模块通过断开缓冲电路使得所述光伏发电单元与所述直流母排断开。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 第二检测模块，用于在所述光伏发电单元通过所述缓冲电路与所述直流母排断开后，检测失效的光伏发电单元是否满足需要与所述直流母排连接的条件； 若符合所述连接的条件，则通过所述电压差控制所述光伏发电单元是否投切入所述直流母排，从而将所述失效光伏发电单元并入正常运行的共直流母排光伏发电系统。
11.一种光伏发电单元的在线投切系统，其特征在于，所述系统包括:直流-直流变换器、上述权利要求6?10任一所述的光伏发电单元的在线投切装置、直流母排； 其中，所述光伏发电单元的在线投切装置用于获取所述直流母排的母线电压与所述直流-直流变换器的输出电压，计算所述母线电压与所述直流-直流变换器的输出电压的电压差，比较所述电压差的幅值与预设值；若所述幅值小于所述预设值，则将所述光伏发电单元通过所述缓冲电路投切到所述直流母排；若所述幅值大于或者等于所述预设值，则所述光伏发电单元进入等待投切状态。
【文档编号】H02J1/06GK104253430SQ201410449595
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】张国驹, 刘炳, 张一博, 唐挺 申请人:北京天诚同创电气有限公司