一种用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置的制作方法

本实用新型涉及新能源技术领域，尤其涉及一种用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置。

背景技术：

太阳能发电作为新能源的重要组成部分，获得越来越大的发展。随着光伏产业规模不断扩大，使用环境的差异性与不确定性，特别是一些环境条件比较恶劣的地区，随着时间的延长出现了一系列由于PID现象导致光伏组件功率下降、发电量降低的问题。

申请人在专利CN103475271A中提出一种采用熔断器和开关串联连接后把PV组件的负极接地的方案，如图1所示，此方案正常情况下可以消除负偏压，有效的解决PID问题。但是在开机运行的状态中如果逆变器的正母线或者PV电池板正极因故障出现接地，会造成PV板正负极短路，引起熔丝频繁损坏、维护工作量增加的情况。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提出一种用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置，旨在解决逆变器的正直流母线或者PV组件的正极因故障出现接地，造成PV组件的正负极短路，引起熔丝频繁损坏、增加维护工作量的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置，所述光伏发电系统包括PV组件，以及通过正直流母线、负直流母线与所述PV组件连接的逆变器；所述抗电势诱导衰减装置的一端与负直流母线连接，另一端接地；该装置包括串联连接的电子开关、熔断器及限流电阻，该装置还包括检测模块、比较模块、电子开关控制模块及监控模块；

所述检测模块，用于检测限流电阻两端的电压或者流经限流电阻的电流；

所述比较模块，用于根据所述检测模块检测到的电压或者电流，与预设的电压或者电流进行比较，并生成电子开关第一控制信号给所述电子开关控制模块；

所述监控模块，用于根据所述光伏发电系统的系统信息，生成电子开关第二控制信号给所述电子开关控制模块；

所述电子开关控制模块，用于根据所述比较模块生成的电子开关第一控制信号和所述监控模块生成的电子开关第二控制信号，控制所述电子开关的关断或者闭合。

可选的，所述装置包括与所述电子开关、熔断器、限流电阻串联连接的直流电压源。

可选的，所述直流电压源包括隔离变压器和整流单元；

所述隔离变压器的输入端与所述逆变器的交流输出端连接；所述隔离变压器的输出端与所述整流单元连接。

可选的，所述整流单元包括整流二极管和滤波电容。

可选的，所述直流电压源包括DCDC转换器；

所述DCDC转换器的输入端与所述逆变器的直流输入端或者PV组件连接。

可选的，所述检测模块包括高阻差分检测模块；所述高阻差分检测模块，用于获取限流电阻两端的电压。

可选的，所述检测模块包括霍尔检测模块；所述限流电阻的一端设置有霍尔元器件，通过所述霍尔元器件及所述霍尔检测模块获取限流电阻的电流。

可选的，所述光伏发电系统的系统信息包括所述逆变器的开机条件和/或所述光伏发电系统的绝缘阻抗检测信息。

可选的，所述电子开关包括晶闸管、晶体管、IGBT或场效应管中的一种。

可选的，所述PV组件包括串联连接的多个PV电池、或者并联连接的多个PV电池、或者串并联连接的多个PV电池中的一种。

本实用新型实施例提供的用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置，通过设置的检测模块、比较模块、电子开关控制模块及监控模块，能够及时地检测出光伏发电系统中PV组件正极对地短路的情况，并且可快速地切断抗电势诱导衰减装置与负直流母线的连接，防止抗电势诱导衰减装置的熔丝和电阻的损坏，同时可及时上报绝缘阻抗故障的信息，降低了系统维护的工作量。

附图说明

图1为现有技术的抗电势诱导衰减装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置的电子开关控制框图；

图4为本实用新型实施例提供的用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置另一结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置的直流电压源的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置的等效电路结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

现在将参考附图描述实现本实用新型各个实施例的。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明。

如图2和图3所示，本实用新型实施例提出一种用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置，光伏发电系统包括PV组件10，以及通过正直流母线21、负直流母线22与PV组件10连接的逆变器40；抗电势诱导衰减装置30的一端与负直流母线22连接，另一端接地；抗电势诱导衰减装置30包括串联连接的电子开关31、熔断器32及限流电阻33。需要说明的是，串联连接的电子开关31、熔断器32及限流电阻33，器件之间的连接顺序关系不受附图所限制。

在本实施例中，PV组件10可为串联连接的多个PV电池11、或者并联连接的多个PV电池11、或者串并联连接的多个PV电池11。

请参考图3所示，抗电势诱导衰减装置30还包括检测模块、比较模块、电子开关控制模块及监控模块；

检测模块，用于检测限流电阻两端的电压或者流经限流电阻的电流；

在本实施例中，检测模块可包括高阻差分检测模块，通过高阻差分检测模块可实时获取限流电阻33两端的电压。

在本实施例中，检测模块可包括霍尔检测模块，限流电阻33的一端设置有霍尔元器件，通过霍尔元器件及霍尔检测模块可实时获取限流电阻33两端的电流。

需要说明的是，采用高阻差分检测模块或者霍尔检测模块，可由用户根据实际情况进行选择。

比较模块，用于根据检测模块检测到的电压或者电流，与预设的电压或者电流进行比较，并生成电子开关第一控制信号给电子开关控制模块；

在本实施例中，比较模块可为一比较器电路，检测到的电压或者电流经过滤波后送到比较器的同相端，预设的阀值电压接入比较器的反向端，当检测到的电压高于阀值电压后，比较器输出高电平，作为电子开关的第一控制信号。

监控模块，用于根据光伏发电系统的系统信息，生成电子开关第二控制信号给电子开关控制模块；在本实施例中，光伏发电系统的系统信息包括逆变器40的开机条件和/或光伏发电系统的绝缘阻抗检测信息。

在本实施例中，监控模块可为逆变器的DSP控制系统，当系统没有绝缘阻抗故障，逆变器启动运行后，DSP发出高电平作为电子开关的第二控制信号，反之发出低电平作为电子开关的第二控制信号。

在本实施例中，监控模块也可为光伏发电系统的监控系统或者为单独一个模块。

电子开关控制模块，用于根据比较模块生成的电子开关第一控制信号和监控模块生成的电子开关第二控制信号，控制电子开关的关断或者闭合。电子开关的第一控制信号可通过逻辑门取反后，与电子开关的第二控制信号进行逻辑门线与计算，如果线与后的输出为高电平则控制电子开关31导通，否则控制电子开关31断开。

在本实施例中，电子开关包括但不限于晶闸管、晶体管、IGBT或场效应管。

请参考图4所示，进一步的，抗电势诱导衰减装置30包括串联连接的电子开关31、熔断器32、限流电阻33及直流电压源34。直流电压源34用于抬高PV组件的负直流母线对大地的电压。

请参考图5所示，直流电压源可包括隔离变压器T1和整流单元，整流单元包括整流二极管D1和滤波电容C1。隔离变压器T1的输入端与逆变器40的交流输出端41连接；隔离变压器T1的输出端与整流单元连接。

在其他实施例中，直流电压源可包括DCDC转换器，DCDC转换器的输入端与逆变器40的直流输入端(即正直流母线21、负直流母线22)或者PV组件连接10。

为了更好地理解本发明思想，下面结合图6来详细地阐述。PV电池的正负端对其边框(即大地)都存在分布电容和直流阻抗，当多块PV电池串并联连接后，对大地的分布电容可以达到uf数量级，对大地的直流阻抗可降低到只有几十K欧。抗电势诱导衰减装置30中的电子开关31导通闭合后，正直流母线21、负直流母线22、限流电阻33、直流电压源34和PV组件10的直流电阻电容形成图6所示的等效电路。图中Upv为逆变器40的直流输入电压(即正直流母线与负直流母线之间的电压)，C+、C-分别为正直流母线、负直流母线对地的等效分布电容，R+、R-分别为正直流母线、负直流母线对地的等效直流阻抗，R为抗电势诱导衰减装置30的限流电阻33的阻抗，U为抗电势诱导衰减装置30的直流电压源34，且由于PV组件10的对称性，C+和C-相等，R+和R-相等，因此可以计算得到负直流母线(Udc-)对大地(O)的电压为

为了达到抗电势诱导衰减的效果，Udc-需要满足Udc-≥0，即需要设计抗电势诱导衰减装置30内直流电压源34满足电压关系式：

在不存在PV组件10对地短路的正常情况下，通过抗电势诱导衰减装置30的电流为：I≤U/R

根据此电流值大小选择抗电势诱导衰减装置30的电子开关31、熔断器32及限流电阻33的额定电流耐受参数。

当出现PV组件10的正极对大地PE短路异常工况后，通过抗电势诱导衰减装置30的最大电流为：

根据此电流值大小选择抗电势诱导衰减装置30的电子开关31、熔断器32及限流电阻33的最大电流耐受参数。

当系统中PV组件10的正极对大地PE出现短路异常情况后，及时检测故障，并通过电子开关31快速切断抗电势诱导衰减装置30与负直流母线22的连接，防止抗电势诱导衰减装置30的熔断器32及限流电阻33的损坏，同时上报绝缘阻抗故障的信息。

以图4为例，电子开关31可选择1200V耐压/10A额定电流的场效应MOS管，熔断器32的额定电流为1A，直流电压源34的电压为50Vdc。若光伏发电系统1000V的光伏发电系统，即Upv为1000V，假定R+为5k欧，限流电阻33的阻值R为100欧，根据图6所示的等效电路，可以计算此时负直流母线对大地的电压Udc-＝29V，满足抗电势诱导衰减设计的要求。在不存在PV组件对地短路的正常情况下，通过抗电势诱导衰减装置30的电流I＝(50-29)/100＝0.21A，限流电阻33两端的电压为21V，功耗4.4W，熔断器32和电子开关31的选型也都满足要求。

当监控模块检测到光伏发电系统满足逆变器开机条件，并且接收到光伏发电系统的绝缘阻抗检测信息正常后，发送闭合电子开关31的请求；否则发送断开电子开关31的请求。电子开关控制模块接收监控模块和比较模块的信号做综合控制，如果监控模块和比较模块都请求闭合电子开关31，则执行闭合电子开关31的命令，否则断开电子开关31的导通。

当PV组件10中出现对大地短路后，根据短路点的不同出现的短路电流大小不同，最大短路电流为逆变器正直流母线对大地短路时。实时采样限流电阻33两端的电压送到高阻差分检测模块，再把检测到的电压与预设的电压进行比较判断。如果超过了阀值，比较模块则向电子开关控制模块发送断开电子开关31的请求；如果没有超过阀值，则发送闭合电子开关31的请求。同时电子开关控制模块会把是否超过阀值的信息反馈到监控模块，监控模块在收到超过阀值的信息后，会报送光伏发电系统的绝缘阻抗故障的信息，并给电子开关控制模块发送断开电子开关31的请求，形成闭锁控制。

本实用新型实施例提供的用于光伏发电系统的抗电势诱导衰减装置，通过设置的检测模块、比较模块、电子开关控制模块及监控模块，能够及时地检测出光伏发电系统中PV组件正极对地短路的情况，并且可快速地切断抗电势诱导衰减装置与负直流母线的连接，防止抗电势诱导衰减装置的熔丝和电阻的损坏，同时可及时上报绝缘阻抗故障的信息，降低了系统维护的工作量。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。