一种组串检测控制电路和控制方法与流程

本发明属于光伏设备自动控制领域，尤其涉及一种应用于光伏汇流箱的组串检测控制电路和控制方法。

背景技术：

随着光伏产业的迅猛发展，对光伏设备自动化程度的要求也越来越高，汇流箱作为光伏发电系统的中间环节尤为重要。

目前绝大多数的汇流箱仅能对组串电流进行监视，在太阳能电池板出现热斑效应的时候不能够及时有效的切除故障组串，电池组件在现场使用当中出现热斑效应的情况有：云层遮挡、落叶遮挡、飞鸟遮挡、尘土遮挡等。由于仅能实现对光伏组串的电压和电流检测，而不能够实现智能控制，对于电池板部分被遮挡出现电池组件倒灌电流的情况不能自动控制，严重情况将烧断熔断器甚至烧坏电池组件。该问题制约着光伏系统的自动控制实现。

目前为解决太阳能电池的热斑效应通常采用的方法是在电池组件输出端并联一个旁路二极管，单二极管本色所消耗的能力比较大且出现故障的概率也较高，在解决热斑问题的同时也带来其他的问题，不是一个比较理想的解决办法。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种组串检测控制电路和两种控制方法，应用于智能光伏汇流箱，能够实现组串自动投切，及时有效的切除故障组串，从而保护太阳能电池板和降低事故发生率。

技术方案：为了实现上述目的，本发明的组串检测控制电路，应用于光伏汇流箱中，包括：控制单元、固态继电器和霍尔传感器，所述光伏汇流箱的汇流铜牌上连接有多个组串汇流电缆，这些组串汇流电缆分别与所述控制单元连接，每个组串汇流电缆均配置有一固态继电器和一霍尔传感器，所述固态继电器串接在组串汇流电缆中，组串汇流电缆横穿所述霍尔传感器。

其中，所述霍尔传感器用于采集其对应组串汇流电缆的电流信号，并将采集到的电流信号传送给所述控制单元，所述控制单元根据电流信号控制相应固态继电器的通断来完成各组串汇流电缆中电流的投入与切除。

相应地，本发明中利用上述组串检测控制电路进行组串检测控制的方法，包括以下步骤：

控制单元循环检测每一个组串汇流电缆的工作电流，即各组串汇流电缆所配置的霍尔传感器依次向控制单元传送所采集到的电流；

若某个组串汇流电缆的电流为负值或者大于10A，则控制单元控制固态继电器切断该组串汇流电缆的电流通路，并发出报警信号。

进一步地，本发明对上述控制方法进行了改进，改进后的控制方法包括以下步骤：

控制单元循环检测每一个组串汇流电缆的工作电流，即各组串汇流电缆所配置的霍尔传感器依次向控制单元传送所采集到的电流；

若某个组串汇流电缆的电流为负值或者大于10A，则控制单元控制固态继电器切断该组串汇流电缆的电流通路；

在该组串汇流电缆切断时长达到预设的时间段之后，则控制单元控制固态继电器接通该组串汇流电缆的电流通路；

对于每个组串汇流电缆，累计其切断次数，若某个组串汇流电缆在连续三次的循环检测中其电流均为负值或者大于10A，则控制单元控制固态继电器切断该组串汇流电缆的电流通路，并发出报警信号；否则，其电流通路继续处于接通状态，将切断次数置零，重新累计。

有益效果：本发明中的组串检测控制电路和组串检测控制方法，应用于智能光伏汇流箱，通过为每个组串汇流电缆均配置有一固态继电器和一霍尔传感器，并利用控制单元根据霍尔传感器的采集信号控制相应固态继电器的通断来完成各组串汇流电缆中电流的投入与切除，能快速检测出故障；能后台监控，及时排除故障，降低事故发生率；固态继电器工作可靠，寿命长，无噪声，开关速度快，兼容性好；本发明进一步提出的控制方法能够快速检测出故障的基础上还能判断可否恢复，避免误切组串。

附图说明

图1是本发明中组串检测控制电路的电路结构示意图；

图2是霍尔传感器的采样电路图；

图3是本发明中组串检测控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

图1中的组串检测控制电路，应用于智能光伏汇流箱中，包括：控制单元、固态继电器和霍尔传感器，智能光伏汇流箱的汇流铜牌上连接有多个组串汇流电缆，这些组串汇流电缆分别与控制单元连接，每个组串汇流电缆均配置有一固态继电器和一霍尔传感器，固态继电器串接在组串汇流电缆中，组串汇流电缆横穿霍尔传感器；霍尔传感器用于采集其对应组串汇流电缆的电流信号，并将采集信号传送给控制单元，控制单元根据采集信号控制相应固态继电器的通断来完成各组串汇流电缆中电流的投入与切除。

组串电流的采样由霍尔电流传感器来完成，霍尔传感器是基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理。其原理如图2所示，为将载流体周围的磁通集中穿过霍尔元件，同时霍尔元件电流端通过规定的直流电流，则霍尔元件电压端上就会产生霍尔电势，将此电势放大后输人磁芯的补偿线圈，当补偿线圈产生的磁通完全补偿被测电流产生的磁通时，补偿线圈的电流按比例反映了被测电流的数值，被测电流I为单线穿过霍尔元件，补偿线圈设为N匝，补偿电流为I₀，则在磁通平衡时有I＝I₀×N，I₀通过采样电阻R转换成电压后得到U₀，则有U₀＝I₀×R＝I×R/N。因此，只要测得U₀即可测得被测电流I₀。

控制组串通断的继电器的选择是关键，由于太阳能电池组串具有较高的输出电压(DC1000V),且电流也比较大，所以继电器需要有较高的安全耐压值，并能承受较大的功率，电磁式继电器满足不了要求，本发明中选择用固态继电器，不仅具有能承受电压高驱动功率大的优点，而且无触点开关机构，提高开关次数及开关响应速度。

实施例2：

本实施例中针对上述组串检测控制电路介绍一种组串检测控制方法，包括以下步骤：

当汇流箱开始工作后，控制单元循环检测每一个组串汇流电缆的工作电流，即各组串汇流电缆所配置的霍尔传感器依次向控制单元传送所采集到的电流；

若某个组串汇流电缆的电流为负值或者大于10A，则控制单元控制固态继电器切断该组串汇流电缆的电流通路，并发出报警信号；所述报警信号包括汇流箱的编号和组串汇流电缆的编号信息。

正常工作情况下，各组串汇流电缆的电流应小于10A，且电流不能为负值，因此若霍尔传感器采集到的电流信号为负值或者大于10A，则认为相应组串汇流电缆所在的电池组件发生故障，进行及时切断。

实施例3：

实施例2中一旦组串汇流电缆所在的电池组发生故障，便进行切断，若相应的电池组件仅仅是遇到短时可恢复故障，则会降低整个太阳能电池的工作效率。因此，本实施例针对上述组串检测控制电路对实施例2中的控制方法做了进一步改进，当汇流箱开始工作后，如图3所示，组串检测控制方法包括以下步骤：

控制单元循环检测每一个组串汇流电缆的工作电流，即各组串汇流电缆所配置的霍尔传感器依次向控制单元传送所采集到的电流；

若某个组串汇流电缆的电流为负值或者大于10A，则控制单元控制固态继电器切断该组串汇流电缆的电流通路；

在该组串汇流电缆切断时长达到预设的时间段之后，则控制单元控制固态继电器接通该组串汇流电缆的电流通路；

对于每个组串汇流电缆，累计其切断次数，若某个组串汇流电缆在连续三次的循环检测中其电流均为负值或者大于10A，则控制单元控制固态继电器切断该组串汇流电缆的电流通路，并发出报警信号，所述报警信号包括汇流箱的编号和组串汇流电缆的编号信息；否则，其电流通路继续处于接通状态，将切断次数置零，重新累计。

上述控制单元可以采用单片机，通过RS485总线与总机连接，一旦单片机检测到故障情况，随即给出控制信号关断故障组串所在的固态继电器，然后进行延时处理，并再次判断是否故障，在3次采样内若故障消除，则判断该故障是短时可恢复故障，太阳能组件工作正常，随即清除故障信息，正常投入该组串运行；若故障仍然存在，则判断该故障不是短期内能够自行恢复的情况，此时彻底切除该组串，并向总机发送报警信号，便于人为更换相应的故障组件，从而达到保护太阳能电池板和降低事故发生率的目的。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。