专利名称：一种光伏断网继电器过零控制电路、方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子控制领域，具体的涉及一种光伏断网继电器过零控制电路、方法及系统。
背景技术：
现有的光伏逆变器，使用时都需要通过开关控制接入电网。15KW以下的光伏逆变器，因为成本和体积的原因，一般采用继电器作为开关接入电网。继电器作为光伏逆变器的关键器件，由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，使得常开触点吸合。当线圈断电后，电磁效应消失，常开触点释放。通常采用两组继电器控制逆变器侧与电网侧的接入或断开，当一组发生故障时，另一组还能切断电网，保证控制的安全性。如图 1所示，ΚΙ、K3、K5和K7是一组继电器，K2、K4、K6和K8是另一组继电器，Kl与K2串联后连接逆变器侧Ll与电网侧AC_L1，K3与K4串联后连接逆变器侧L2与电网侧AC_L2，K5与 K6串联后连接逆变器侧L3与电网侧AC_L3，K7与K8串联连接逆变器侧中线N与电网侧中线AC_N，每组继电器共用一个控制信号控制，K1、K3、K5和Κ7采用JDKl控制，Κ2、Κ4、Κ6和 Κ8采用JDK2控制，通过JDKl和JDK2同时控制逆变器侧三相输入L1、L2、L3和中线N与电网侧接入或断开。采用此种方案控制，因为信号传输过程中存在时延，会导致继电器不能在逆变器输出电流过零时开通和关断。在有电流断开时，继电器的触点往往会产生拉弧现象，导致其触点发生氧化或受损，长时间使用，会使继电器触点粘连，使得逆变器不能断开电网的连接，容易产生安全事故。同时，采用一个控制信号控制一组继电器，即一个控制信号同时控制三相输入和中线，由于逆变器侧电路中三相输入和中线的不是同时到达电流过零点，会导致一次开关中，可能只有一路的继电器是在电流过零点时动作，其他都不是在电流过零点时动作，存在触点氧化或受损的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种光伏断网继电器过零控制电路和方法，用于控制在逆变器电流过零时逆变器侧电路与电网侧电路接入或断开，延长继电器使用寿命和增加电路安全性。本发明实施例又提供了一种三相光伏断网继电器过零控制系统，用于采用独立的控制信号控制每个继电器，保证每个继电器触点都会在逆变器侧电路输出电流过零时刻动作，延长继电器使用寿命和增加电路安全性。依据本发明实施例提供的一种光伏断网继电器过零控制电路，用于控制逆变器侧电路与电网侧电路的接入或断开，其特征在于，包括逆变器输出电流检测电路，主控数字信号处理DSP电路、继电器驱动电路和继电器电路，所述逆变器输出电流检测电路用于检测所述逆变器侧电路的输出电流，输出一与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号；所述主控DSP电路用于接收所述与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号， 检测出所述与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号的过零点，并对所述过零点设定第一延时时间，所述第一延时时间到达后，输出电平信号；所述继电器驱动电路用于将所述电平信号转换成开关控制信号，控制继电器驱动信号接通或断开所述继电器电路； 所述继电器电路用于通过其接通或断开控制逆变器侧电路与电网侧电路的接入或断开。依据本发明又一实施例提供的一种光伏断网继电器过零控制方法，用于通过继电器电路控制逆变器侧电路与电网侧电路的接入或断开，包括以下步骤检测所述逆变器侧电路的输出电流，输出一与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号；接收所述与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号，检测出所述与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号的过零点，并对所述过零点设定第一延时时间，所述第一延时时间到达后，输出电平信号；将所述电平信号转换成开关控制信号，控制继电器驱动信号接通或断开所述继电器电路；用于通过继电器电路的接通或断开控制逆变器侧电路与电网侧电路的接入或断开。依据本发明又一实施例提供的一种三相光伏断网继电器过零控制系统，逆变器侧电路通过三相输出和一根中线与电网侧电路连接，采用两组继电器组对所述逆变器侧电路和所述电网侧电路进行连接控制，每组继电器组各自包含四个继电器分别对三相输出和一根中线四路信号进行控制，每路信号中对应的两个继电器串联设置，所述每一个继电器采用一个独立的如本发明实施例所述的光伏断网继电器过零控制电路进行控制。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点(1)检测到输出电流过零点后第一延时时间后输出电平信号，输出电平信号至所述继电器电路接通或断开存在第二延时时间，将第一延时时间和第二延时时间设置成逆变器侧电流的半个周期时间，可保证继电器在输出电流过零点接通或断开，避免拉弧现象， 继电器触点不会因为有电流时接通或关断产生触点氧化和粘连，保证了继电器控制的安全性；(2)每个继电器采用单独的控制信号进行电流过零点导通和关断，可保证每一路继电器都在零电流时接通或断开，保证了每一路继电器控制的安全性。
图1是现有技术电网继电器结构示意图；图2是本发明实施例光伏断网继电器过零控制电路的原理框图；图3是本发明实施例光伏断网继电器过零控制电路中逆变器输出电流检测电路的原理框图4是本发明实施例光伏断网继电器过零控制电路中逆变器输出电流检测电路的电路原理图；图5是本发明实施例光伏断网继电器过零控制电路中继电器驱动电路的原理框图；图6是本发明实施例光伏断网继电器过零控制电路中继电器驱动电路的电路原理图；图7是本发明实施例光伏断网继电器过零控制方法流程图；图8是本发明实施例三相光伏断网继电器过零控制系统结构示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种光伏断网继电器过零控制电路和方法，用于控制在逆变器电流过零时逆变器侧电路与电网侧电路接入或断开。本发明实施例又提供了一种光伏断网继电器过零控制系统，用于采用独立的控制信号控制每个继电器，保证每个继电器触点都会在逆变器侧电路输出电流过零时刻动作。以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。参见图2，所示为本发明实施例三相光伏断网继电器过零控制电路的原理框图，包括逆变器输出电流检测电路20，主控DSP电路30、继电器驱动电路40和继电器电路10，逆变器输出电流检测电路20用于检测逆变器侧电路的输出电流IA，输出一与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号IA’ ；主控DSP电路用于接收与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号IA’，检测出与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号IA’的过零点， 并对过零点设定第一延时时间tl，第一延时时间tl到达后，输出电平信号RLYl ；继电器驱动电路用于将电平信号RLYl转换成开关控制信号，控制继电器驱动信号JDKl接通或断开继电器电路10中线圈；继电器电路10用于通过其接通或断开控制逆变器侧电路50与电网侧电路60的接入或断开。通过本实施例，逆变器侧电路通过继电器电路与电网侧电路连接，通过主控DSP 电路在检测出的与逆变器侧输出电流成比例的输出电流过零点时设定一个延时时间，在延时时间到达后输出一个电平信号去控制继电器，可保证继电器在下一个输出电流过零点时闭合或断开，避免了继电器在有电流时闭合或断开时产生的拉弧现象，使得继电器触点氧化受损，可保证继电器电路的安全使用。具体地，以下结合图3至图6详细说明本发明实施例光伏断网继电器过零控制电路的实施过程。参见图3，所示为本发明实施例光伏断网继电器过零控制电路中逆变器输出电流检测电路的原理框图，逆变器电流检测电路20包括霍尔电流传感器21，用于抽取所述逆变器侧电路的输出电流IA，并输出一与所述逆变器侧电路的输出电流成比例的电压信号VA;分压电路22，用于对所述电压信号进行分SVa，输出分压电压信号V/；同相跟随电路23，用于对所述分压电压信号V/进行同相跟随和阻抗匹配，输出与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号IA，。逆变器输出电流检测电路20的具体应用实例参见图4，U3是PCB插装的霍尔电流传感器，Iajn和IA—。υτ是逆变器侧电路在PCB板上的走线，U3的1脚、2脚、3脚是连接正负 15V的电源信号，4脚输出与逆变器输出电流成比例的电压信号\’经过电阻R2、R27分压降压后，输出分压电压信号V，分压电压信号再经过同相跟随运放U2-A的同相跟随，进行阻抗匹配后，输出与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号I/。经过逆变器输出电流检测电路20输出的与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号I/输入至主控DSP电路30，主控DSP电路30的具体工作过程为判断是否要导通或关断继电器；需要导通或关断继电器时，检测出与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号I/过零点；检测到逆变器输出电流过零点后，设定第一延时时间tl，第一延时时间 tl到达后，输出电平信号RLYl。因为主控DSP输出电平信号RLYl转换成继电器触点动作会有第二延时时间t2，因此将tl+t2设置成逆变器侧电路输出电流信号的半个周期时间， 可保证继电器电路在下一个电流过零点时开通或关断，从而使得继电器在电流为零时接通或断开，避免拉弧现象，触点也不会氧化和粘连，提高安全性。主控DSP电路30输出的电平信号RLYl输出至继电器驱动电路40进行处理，继电器驱动电路40进一步包括光耦41、续流二极管电路42、限压电路43和开关电路44，光耦 41具有原边411和副边412，原边411 一输入端接收第一电源电压信号Vra，另一输入端接收所述电平信号RLY1，副边412输入端接第二电源电压信号\C2,副边412输出端接开关电路44控制端，用于将电平信号RLYl转换成开关控制信号，控制继电器驱动信号JDKl接通或断开继电器电路10 ；续流二极管电路42 —输入端接所述第二电源电压信号Ncc2,另一端与继电器电路10连接，用于吸收继电器电路10中线圈接通至断开时产生的感应电压；限压电路43 —端与续流二极管电路42输出端连接，另一端连接开关电路44的一端，用于限制继电器电路10中线圈的电压；开关电路44的另一端接地，通过开关电路44的导通与关断控制继电器电路10的接通或断开。继电器驱动电路40的具体应用实例参见图6，RLYl是来自主控DSP电路30的电平信号，电平信号RLYl通过光耦41转换成开关控制信号能够控制继电器电路10的连接或断开。第一输入电源电压Vra输入的5V电压通过电阻R3输入光耦41的原边411 一端，电平信号RLYl输入光耦41原边411的另一端，当RLYl为低时，光耦41的原边411有电流流过并导通，光耦41的副边412导通，第二电源电压Vra输入的12V电压经过电阻R6控制作为开关电路44的金属氧化物场效应管MOSFET Q2导通，继电器驱动信号JDKl使得继电器电路10得电导通。电阻R8、R9、R10和电容C4并联设置组成限压电路43限制继电器电路 10中线圈的电压，在继电器电路10得电导通时，电容C4相当于断路，第二电源电压Vra能够完全加载继电器电路10的线圈上，当继电器电路10导通后，电阻R8、R9、RlO上面有3V 电压降，使得继电器电路10线圈保持电压只有9V，这样使得继电器电路10在导通时发热减少。当RLYl信号为高时，光耦41的原边411不通，副边412断开使得作为开关电路44的 MOSFET Q2也会断开，继电器驱动信号JDK2无法加载在继电器电路10中线圈两端，继电器电路10也会关断。续流二极管电路42由二极管Dl和D2并联组成，并与继电器电路10中线圈并联设置，继电器电路10中线圈是感性负载，MOSFET Q2由导通到截止时，线圈两端会产生较高的感应电压，反并联二极管Dl、D2就会吸收感应电压，保护MOSFET Q2，从而保证电路工作过程中的可靠性。 本发明实施例提供的光伏断网继电器过零控制电路可应用于三相或单相光伏逆变器电路，同时本领域内的技术人员可以理解，也可应用于其他类型的逆变器电路，本发明对提供的光伏断网继电器过零控制电路的具体应用并不作限制。参见图7所示流程图，本发明实施例还提供了与三相光伏断网继电器过零控制电路对应的三相光伏断网继电器过零控制方法，包括以下步骤S10，检测逆变器侧电路的输出电流，输出一与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号；S20，接收与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号，检测出与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号的过零点，并对过零点设定一个延时时间，延时时间到达后，输出电平信号；S30，将电平信号转换成开关控制信号，控制继电器驱动信号接通或断开继电器电路；S40，通过控制继电器电路的导通或断开控制逆变器侧电路与电网侧电路的接入或断开。通过本实施例，通过控制在检测出的与逆变器侧输出电流成比例的输出电流过零点时设定第一延时时间，可保证继电器在下一个输出电流过零点时闭合或断开，避免了继电器在有电流时闭合或断开产生拉弧现象，使得继电器触点氧化受损，保证继电器电路的安全使用。本发明实施例提供的光伏断网继电器过零控制方法可应用于三相或单相光伏逆变器电路控制，同时本领域内的技术人员可以理解，也可应用于其他类型的逆变器电路控制，本发明对提供的光伏断网继电器过零控制方法的具体应用并不作限制。进一步的，检测逆变器侧电路的输出电流具体为S101，抽取逆变器侧电路的输出电流，并输出一与逆变器侧电路的输出电流成比例的电压信号；S102，对电压信号进行分压，输出分压电压信号；S103，对分压电压信号进行同相跟随和阻抗匹配，输出一与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号。接收所述与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号，检测出所述与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号的过零点，并对所述过零点设定一个延时时间，延时时间到达后，输出电平信号具体为S201，接收与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号；S201，判断是否要导通或关断继电器；S202，需要导通或关断继电器时，检测出与逆变器侧电路输出电流成比例的输出电流过零点；S203，检测到逆变器输出电流过零点后，设定第一延时时间，第一延时时间到达到后，输出电平信号。
进一步的，输出所述电平信号至所述继电器电路接通或断开的延时时间为第二延时时间，将第一延时时间和所述第二延时时间之和设置成逆变器侧电路输出电流信号的半个周期时间，可保证继电器电路在下一个电流过零点时开通或关断，从而使得继电器在电流为零时接通或断开，避免拉弧现象，触点也不会氧化和粘连，提高安全性。参见图8，所示为本发明实施例三相光伏断网继电器过零控制系统结构示意图，继电器作为逆变器接入电网的开关器件，其可靠性设计非常重要，因此，采用两组继电器组对逆变器侧电路和电网侧电路进行连接控制，每组继电器组各自包含四个继电器分别对三相输出和一根中线四路信号进行控制，每路信号中对应的两个继电器串联设置，所述每一个继电器采用一个独立的如本发明实施例提供的光伏断网继电器过零控制电路进行控制。具体的如图8所示，Kl、K3、K5、K7是一组，K2、K4、K6、K8是一组，两组继电器控制能够保证当一组继电器中有故障的时候，另外正常的一组继电器能够保证逆变器和电网断开。Kl与K2 串联后连接逆变器侧Ll与电网侧AC_L1，K3与K4串联后连接逆变器侧L2与电网侧AC_L2， K5与K6串联后连接逆变器侧L3与电网侧AC_L3，K7与K8串联连接逆变器侧中线N与电网侧中线AC_N，JDK1-JDK8分别是8个继电器的驱动信号，JDKl控制继电器Kl，JDK2控制继电器K2，JDK3控制继电器K3，JDK4控制继电器K4，JDK5控制继电器K5，JDK6控制继电器K6，JDK7控制继电器K7，JDK8控制继电器K8，每个继电器采用独立的控制信号，能够保证每个继电器触点都会在逆变器输出电流过零的时刻动作，避免继电器触点氧化或粘连， 提高控制系统的安全性。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。以上对本发明所提供的一种三相光伏断网继电器过零控制电路、方法及系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种光伏断网继电器过零控制电路，用于控制逆变器侧电路与电网侧电路的接入或断开，其特征在于，包括逆变器输出电流检测电路，主控数字信号处理DSP电路、继电器驱动电路和继电器电路，所述逆变器输出电流检测电路用于检测所述逆变器侧电路的输出电流，输出一与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号；所述主控DSP电路用于接收所述与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号，检测出所述与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号的过零点，并对所述过零点设定第一延时时间，所述第一延时时间到达后，输出电平信号；所述继电器驱动电路用于将所述电平信号转换成开关控制信号，控制继电器驱动信号接通或断开所述继电器电路；所述继电器电路用于通过其接通或断开控制逆变器侧电路与电网侧电路的接入或断开。
2.根据权利要求1所述的光伏断网继电器过零控制电路，其特征在于，所述逆变器输出电流检测电路进一步包括霍尔电流传感器，用于抽取所述逆变器侧电路的输出电流，并输出一与所述逆变器侧电路的输出电流成比例的电压信号；分压电路，用于对所述电压信号进行分压，输出分压电压信号； 同相跟随电路，用于对所述分压电压信号进行同相跟随和阻抗匹配，输出一与所述逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号。
3.根据权利要求1所述的光伏断网继电器过零控制电路，其特征在于，所述主控DSP电路的具体工作过程为接收所述输出电流信号； 判断是否要导通或关断继电器；需要导通或关断继电器时，检测出所述输出电流过零点； 对所述过零点设定一个延时时间，延时时间到达后，输出电平信号。
4.根据权利要求1或3所述的光伏断网继电器过零控制电路，其特征在于，进一步包括输出所述电平信号至所述继电器电路接通或断开的延时时间为第二延时时间，将所述第一延时时间和所述第二延时时间之和设置成逆变器侧电路输出电流信号的半个周期时间。
5.根据权利要求1所述的光伏断网继电器过零控制电路，其特征在于，所述继电器驱动电路进一步包括光耦、续流二极管电路、限压电路和开关电路，所述光耦具有原边和副边，所述原边一输入端接收第一电源电压信号，另一输入端接收所述电平信号，所述副边输入端接第二电源电压信号，所述副边输出端接所述开关电路控制端，用于将所述电平信号转换成开关控制信号，控制继电器驱动信号接通或断开所述继电器电路；所述续流二极管电路一端接所述第二电源电压信号，另一端与继电器电路连接，用于吸收所述继电器电路中线圈接通至断开时产生的感应电压；所述限压电路一端与所述续流二极管电路输出端连接，另一端连接所述开关电路的一端，用于限制所述继电器电路中线圈的电压；所述开关电路的另一端接地，用于通过所述开关电路的导通与关断控制所述继电器电路的接通或断开。
6.—种光伏断网继电器过零控制方法，用于通过继电器电路控制逆变器侧电路与电网侧电路的接入或断开，其特征在于，包括以下步骤检测所述逆变器侧电路的输出电流，输出一与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号；接收所述与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号，检测出所述与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号的过零点，并对所述过零点设定第一延时时间，所述第一延时时间到达后，输出电平信号；将所述电平信号转换成开关控制信号，控制继电器驱动信号接通或断开所述继电器电路；用于通过继电器电路的接通或断开控制逆变器侧电路与电网侧电路的接入或断开。
7.根据权利要求5所述的光伏断网继电器过零控制方法，其特征在于，检测所述逆变器侧电路的输出电流，输出一与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号具体为抽取所述逆变器侧电路的输出电流，并输出一与所述逆变器侧电路的输出电流成比例的电压信号；对所述电压信号进行分压，输出分压电压信号；对所述分压电压信号进行同相跟随和阻抗匹配，输出一与所述逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号。
8.根据权利要求5所述的光伏断网继电器过零控制方法，其特征在于，接收所述与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号，检测出所述与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号的过零点，并对所述过零点设定一个延时时间，延时时间到达后，输出电平信号具体为接收所述与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号； 判断是否要导通或关断继电器；需要导通或关断继电器时，检测出所述与逆变器侧电路输出电流成比例的电流信号的过零点；对所述过零点设定一个延时时间，延时时间到达后，输出电平信号。
9.根据权利要求6或8所述的光伏断网继电器过零控制方法，其特征在于，进一步包括输出所述电平信号至所述继电器电路接通或断开的延时时间为第二延时时间，将所述第一延时时间和所述第二延时时间之和设置成逆变器侧电路输出电流信号的半个周期时间。
10.一种三相光伏断网继电器过零控制系统，逆变器侧电路通过三相输出和一根中线与电网侧电路连接，其特征在于，采用两组继电器组对所述逆变器侧电路和所述电网侧电路进行连接控制，每组继电器组各自包含四个继电器分别对三相输出和一根中线四路信号进行控制，每路信号中对应的两个继电器串联设置，所述每一个继电器采用一个独立的如权利要求1-5所述的光伏断网继电器过零控制电路进行控制。
全文摘要
本发明实施例提供了一种光伏断网继电器过零控制电路、方法及系统，用于控制在逆变器电流过零时逆变器侧电路与电网侧电路接入或断开。本发明实施例光伏断网继电器过零控制电路包括逆变器输出电流检测电路用于检测逆变器侧电路的输出电流，输出一与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号；主控DSP电路用于接收与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号，检测出与逆变器侧电路的输出电流成比例的电流信号的过零点，输出电平信号；继电器驱动电路用于将电平信号转换成开关控制信号，控制继电器驱动信号接通或断开继电器电路；继电器电路用于通过其接通或断开控制逆变器侧电路与电网侧电路的接入或断开。
文档编号G01R19/175GK102510081SQ20111029772
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者申大力 申请人:深圳市英威腾电气股份有限公司