一种光伏发电系统及其控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种光伏发电系统及其控制方法，光伏发电系统包括光伏电池和与所述光伏电池电性连接，用于将光伏电池产生的直流电流转换成交流电流的逆变装置；所述光伏发电系统还包括抗PID电路、绝缘阻抗检测装置以及控制单元。本发明提供的光伏发电系统一方面通过设置有绝缘阻抗检测装置以分别检测光伏电池阵列的正、负极与地之间的第一绝缘阻抗和第二绝缘阻抗，在整个光伏发电系统运行前提前检测出故障，可以避免了因负极接地而无法判断负极电缆或电池板负极端的绝缘状态而导致安全性无法确定的问题；另一方面实现了电池板负极接地，成功的消除PID现象。
【专利说明】一种光伏发电系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种光伏发电系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着化石能源日益枯竭和地球环境污染的不断严重，使可再生能源和各种绿色能源得到了越来越多的重视和应用，太阳能发电也越来越普及。随着光伏电站的规模和应用不断增大，太阳能电池组件在不同环境中得到使用，各种不同的因素影响组件的发电功率，导致组件功率的衰减。作为众多引发组件功率衰减的主因之一的PID现象引起了广泛的关注。
[0003]此处的PID(Potential Induced Degradation)中文意思是“潜在电势诱导衰减”，是光伏电池板特有的一种现象，此现象最早是Sunpower在2005年发现的。组件长期在高电压作用下使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使得电池片表面的钝化效果恶化，导致电池板的填充系数FF、短路电流Isc、开路电压Voc降低，使组件性能低于设计标准。
[0004]大量的实验和研究表明，光伏电池板处于对地呈现负偏压同时高温、高湿等环境下，更容易产生PID现象，而光伏电池板负偏压越大，PID现象越严重。由于负偏压造成的PID现象是可逆的，而光伏电池板负极接地可以消除此负偏压，有效的解决PID问题。但是只是简单地将光伏电池板负极接地会带来安全隐患:如果光伏电池板正极因故障也接地，就会造成光伏电池板正负极短路，极有可能会引起设备烧毁、火灾等重大事故。而且如果光伏电池板的负极以抗PID电路以外的其他通路接地，那么抗PID电路中的熔断器就失效了。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中存在的缺陷，提供了一种改进的光伏发电系统及其控制方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种光伏发电系统，包括光伏电池阵列和用于将所述光伏电池阵列产生的直流电流转换成交流电流的逆变装置，所述光伏电池阵列与所述逆变装置电性连接；所述光伏发电系统还包括一抗PID电路、一绝缘阻抗检测装置以及一控制单元；
[0007]所述抗PID电路的一端电性连接在所述光伏电池阵列的负极，另一端接地；所述抗PID电路包括串联的熔断器和第一开关单元，所述熔断器用于在电流超过预定值时熔断以断开所述抗PID电路；所述绝缘阻抗检测装置分别与地以及所述光伏电池阵列的正极和负极电性连接；所述控制单元与所述绝缘阻抗检测装置以及所述第一开关单元连接；
[0008]所述绝缘阻抗检测装置用于检测所述光伏电池阵列的负极与地之间的第一绝缘阻抗以及所述光伏电池阵列的正极与地之间的第二绝缘阻抗，并将检测信息反馈给所述控制单元；所述控制单元根据所述检测信息生成一第一控制信息，并将所述第一控制信息发送给所述第一开关单元；所述第一开关单元根据所述第一控制信息导通或断开所述抗PID电路。
[0009]优选地，所述控制单元与所述逆变装置连接，所述光伏发电系统还包括一熔断器检测装置，所述熔断器检测装置与所述控制单元连接；
[0010]所述熔断器检测装置用于检测所述熔断器的状态信息，并将该状态信息反馈给所述控制单元；所述控制单元根据所述状态信息判断所述熔断器是否熔断，并在所述熔断器熔断时发送控制信号给所述逆变装置以控制所述逆变装置停止运行。
[0011 ] 优选地，所述光伏发电系统还包括漏电流检测单元，所述漏电流检测单元电性连接在所述抗PID电路与地之间，并与所述控制单元连接；
[0012]所述漏电流检测单元将检测到的漏电流信息发送给所述控制单元，所述控制单元根据所述漏电流信息生成第二控制信息，并将所述第二控制信息发送给所述第一开关单元;
[0013]所述第一开关单元根据所述第二控制信息导通或断开所述抗PID电路。
[0014]优选地，所述漏电流检测单元将检测到的漏电流信息发送给所述控制单元，所述控制单元根据所述漏电流信息判断所述漏电流是否超过预定值，并在所述漏电流超过预定值时发送控制信号给所述逆变装置以控制所述逆变装置停止运行。
[0015]优选地，所述光伏发电系统还包括第二开关单元，所述第二开关单关电性连接在所述光伏电池阵列与所述逆变装置之间；
[0016]所述控制单元与所述第二开关单元连接，所述控制单元根据所述熔断器的状态信息和/或所述漏电流信息生成第三控制信息，并将所述第三控制信息发送给所述第二开关单元，所述第二开关单元根据所述第三控制信息导通或断开。
[0017]优选地，所述光伏发电系统还包括漏电流检测单元，所述漏电流检测单元电性连接在所述抗PID电路与地之间，并与所述控制单元连接；
[0018]所述漏电流检测单元将检测到的漏电流信息发送给所述控制单元，所述控制单元根据所述漏电流信息生成第二控制信息，并将所述第二控制信息发送给所述第一开关单元;
[0019]所述第一开关单元根据所述第二控制信息导通或断开所述抗PID电路。
[0020]优选地，所述控制单元与所述逆变装置连接；所述漏电流检测单元将检测到的漏电流信息发送给所述控制单元，所述控制单元根据所述漏电流信息判断所述漏电流是否超过预定值，并在所述漏电流超过预定值时发送控制信号给所述逆变装置以控制所述逆变装置停止运行。
[0021]本发明还提供了一种光伏发电系统的控制方法，包括以下步骤:
[0022]S1:所述绝缘阻抗检测装置检测所述光伏电池阵列的正极和负极与地之间的绝缘阻抗，并将检测信息反馈给所述控制单元；
[0023]S2:所述控制单元根据所述检测信息生成一第一控制信息，并将所述第一控制信息发送给所述第一开关单元；
[0024]S3:所述第一开关单元根据所述第一控制信息导通或断开所述抗PID电路。
[0025]优选地，将所述控制单元与所述逆变装置连接，所述控制方法还包括:
[0026]S4:检测所述熔断器的状态信息，并将所述状态信息发送给所述控制单元；检测所述光伏电池阵列的漏电流信息，并将所述漏电流信息发送给所述控制单元；[0027]S5:所述控制单元根据所述状态信息和/或所述漏电流信息产生一控制信号，并将所述控制信号发送给所述逆变装置，所述逆变装置根据所述控制信号控制所述逆变装置运行或停止运行。
[0028]实施本发明的光伏发电系统，具有以下有益效果:本发明提供的光伏发电系统一方面通过设置有绝缘阻抗检测装置以分别检测光伏电池阵列的正、负极与地之间的第一绝缘阻抗和第二绝缘阻抗，在整个光伏发电系统运行前提前检测出故障，可以避免了因负极接地而无法判断负极电缆或电池板负极端的绝缘状态而导致安全性无法确定的问题；另一方面实现了电池板负极接地，成功的消除PID现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0030]图1示出本发明一实施例中的光伏发电系统的结构框图；
[0031]图2示出了本发明另一实施例中的光伏发电系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0032]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0033]图1示出了本发明一实施例中的光伏发电系统，包括光伏电池阵列1、逆变装置2、抗PID电路3、绝缘阻抗检测装置4以及控制单元5。光伏电池阵列I的正、负极分别对应于逆变装置2的直流输入端的正、负极电性连接。
[0034]逆变装置2用于将直流电转换为交流电并升压后输入到电网中去。
[0035]抗PID电路3电性连接在地与光伏电池阵列I的负极之间。抗PID电路3包括第一开关单元32和熔断器31，熔断器31和第一开关单元32串联连接后接在地与光伏电池阵列I的负极之间。第一开关单元32用于控制抗PID电路3的通断。熔断器31用于在光伏电池阵列I的正极通过地与光伏电池阵列I的负极短路时熔断以断开抗PID电路3。
[0036]绝缘阻抗检测装置4分别与光伏电池阵列I的正、负极以及地电性连接。绝缘阻抗检测装置4用于检测光伏电池阵列I的正极与地之间的第一绝缘阻抗R+、以及光伏电池阵列I的负极与地之间的第二绝缘阻抗R-，并将检测信息反馈给控制单元5。在本实施例中，绝缘阻抗检测装置4为现有技术的常见装置，在此不作赘述。
[0037]控制单元5与绝缘阻抗检测装置4以及抗PID电路3的第一开关单元32电性连接。控制单元5根据绝缘阻抗检测装置4的检测信息生成第一控制信息，并将第一控制信息发送给第一开关单元32 ;第一开关单元32根据第一控制信息导通或断开抗PID电路3。具体地，控制单元5在R+和R-均大于某一预设值时，将第一开关单元32闭合使得抗PID电路3导通，进而光伏发电系统可开始运行工作。在本实施例中，该预设值为U/30mA，其中U为光伏电池阵列I的正、负极之间的最大电压。
[0038]本实施例提供的光伏发电系统一方面通过设置有绝缘阻抗检测装置以分别检测光伏电池阵列的正、负极与地之间的第一绝缘阻抗和第二绝缘阻抗，在整个光伏发电系统运行前提前检测出故障，可以避免了因负极接地而无法判断负极电缆或电池板负极端的绝缘状态而导致安全性无法确定的问题；另一方面实现了电池板负极接地，成功的消除PID现象。如负极电缆故障接地，正极的短路回路发生变化，短路电流将不会流经抗PID电路3中的熔断器31，无法起到熔断保护作用。其还可以在整个光伏发电系统运行前检测正极是否误接地了，可以防止某些情况下的光伏电池阵列I的正负极通过接地短路。
[0039]图2示出了本发明另一实施例中的光伏发电系统，其在上一实施例的基础上增加了漏电流检测单元6、第二开关单元7以及熔断器检测装置(未示出)。漏电流检测单元6电性连接在抗PID电路3与地之间。第二开关单元7电性连接在光伏电池阵列I与逆变装置
2之间。其中逆变装置2、漏电流检测单元6、第二开关单元7分别与控制单元5电性连接。
[0040]漏电流检测单元6用于检测光伏电池阵列I的负极漏电流，其可以为灵敏度较高的电流表或者其它电流检测装置，漏电流检测单元6将检测到的漏电流信息发送给控制单元5。控制单元5根据漏电流信息判断漏电流是否超过预定值，并在漏电流超过预定值时发送控制信号给逆变装置2以控制逆变装置2停止运行；或根据漏电流信息生成控制信息，并将控制信息发送给第一开关单元32，第一开关单元32根据控制信息导通或断开PID电路3;或根据漏电流信息生成控制信息，并将控制信息发送给第二开关单元7，第二开关单元7根据控制信息导通或断开逆变装置2与光伏电池阵列I的连接。通过设置漏电流检测装置，实现了对光伏发电系统漏电流的实时监测，保护了可能触电的人身安全，也避免了接触性短路可能造成的设备损坏。
[0041]在本实施例中，熔断器32还设置有一个熔断器检测装置(未示出)，以检测熔断器的状态信息，并将该状态信息反馈给控制单元5。该熔断器检测装置和控制单元5电性连接。当熔断器熔断时，控制单元5发出控制信号控制逆变装置2停止运行。进一步地，可断开逆变装置2与电网的连接，以及第二开关单元7可断开逆变装置2与光伏电池阵列I的连接，确保维护安全。这样实现了对熔断器31的远程监控并且便于该光伏发电系统的维护。
[0042]第二开关单元7用于控制逆变装置2和光伏电池阵列I之间的通断。控制单元5根据熔断器31的状态信息和或漏电流检测单元6检测到的漏电流信息生成第三控制信息，并将第三控制信息发送给第二开关单元7，第二开关单元7根据第三控制信息导通或断开。第二开关单元7在漏电流超过预设值时或者熔断器31熔断时将逆变装置2和光伏电池阵列I切断。第二开关单元7在漏电流未超过预设值时且熔断器31未熔断时将逆变装置2和光伏电池阵列I导通。其采用常用开关电路即可实现。
[0043]在以上两个实施例中，抗PID电路3、绝缘阻抗检测装置4、漏电流检测单元6以及熔断器检测装置均设置在逆变装置4或智能直流配电柜或智能汇流箱中。而控制单元5为独立的控制芯片或者是集成在逆变装置2或智能直流配电柜或智能汇流箱的智能控制单元5中。
[0044]本发明还提供了一种光伏发电系统的控制方法,光伏发电系统在上述实施例中已作阐述，在此不作赘述，控制方法包括以下步骤:
[0045]步骤S1:绝缘阻抗检测装置4检测光伏电池阵列I的正极和负极与地之间的绝缘阻抗，并将检测信息反馈给控制单元5 ；
[0046]步骤S2:控制单元5根据检测信息生成一第一控制信息，并将第一控制信息发送给第一开关单元32 ；
[0047]步骤S3:第一开关单元32根据第一控制信息导通或断开抗PID电路3。
[0048]在其他实施例中，将控制单元5与逆变装置2连接，该控制方法还包括:[0049]S4:熔断器检测装置检测熔断器31的状态信息，并将状态信息发送给控制单元5 ；检测光伏电池阵列I的漏电流信息，并将漏电流信息发送给控制单元5 ；
[0050]S5:控制单元5根据状态信息和/或漏电流信息产生一控制信号，并将控制信号发送给逆变装置2，逆变装置2根据控制信号控制逆变装置2运行或停止运行。当熔断器31熔断和漏电流超过预定值两个事件中有一个事件发生时，逆变装置2停止运行。该两个事件均不发生时逆变装置2运行。
[0051]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种光伏发电系统，包括光伏电池阵列(I)和用于将所述光伏电池阵列(I)产生的直流电流转换成交流电流的逆变装置(2)，所述光伏电池阵列(I)与所述逆变装置(2)电性连接；其特征在于，所述光伏发电系统还包括一抗PID电路(3)、一绝缘阻抗检测装置(4)以及一控制单元(5)； 所述抗PID电路(3)的一端电性连接在所述光伏电池阵列(I)的负极，另一端接地；所述抗PID电路(3)包括串联的熔断器(31)和第一开关单元(32)，所述熔断器(31)用于在电流超过预定值时熔断以断开所述抗PID电路(3);所述绝缘阻抗检测装置(4)分别与地以及所述光伏电池阵列(I)的正极和负极电性连接；所述控制单元与所述绝缘阻抗检测装置(4)以及所述第一开关单元(32)连接； 所述绝缘阻抗检测装置(4)用于检测所述光伏电池阵列(I)的负极与地之间的第一绝缘阻抗以及所述光伏电池阵列(I)的正极与地之间的第二绝缘阻抗，并将检测信息反馈给所述控制单元(5);所述控制单元(5)根据所述检测信息生成一第一控制信息，并将所述第一控制信息发送给所述第一开关单元(32 );所述第一开关单元(32 )根据所述第一控制信息导通或断开所述抗PID电路(3)。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述控制单元(5)与所述逆变装置(2 )连接，所述光伏发电系统还包括一熔断器检测装置，所述熔断器检测装置与所述控制单元(5)连接； 所述熔断器检测装置用于检测所述熔断器(31)的状态信息，并将该状态信息反馈给所述控制单元(5);所述控制单元 (5)根据所述状态信息判断所述熔断器(31)是否熔断，并在所述熔断器(31)熔断时发送控制信号给所述逆变装置(2 )以控制所述逆变装置(2 )停止运行。
3.根据权利要求2所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统还包括漏电流检测单元(6)，所述漏电流检测单元(6)电性连接在所述抗PID电路(3)与地之间，并与所述控制单元(5)连接； 所述漏电流检测单元(6)将检测到的漏电流信息发送给所述控制单元(5)，所述控制单元(5)根据所述漏电流信息生成第二控制信息，并将所述第二控制信息发送给所述第一开关单元(32); 所述第一开关单元(32)根据所述第二控制信息导通或断开所述抗PID电路(3)。
4.根据权利要求3所述的光伏发电系统，其特征在于，所述漏电流检测单元(6)将检测到的漏电流信息发送给所述控制单元(5)，所述控制单元(5)根据所述漏电流信息判断所述漏电流是否超过预定值，并在所述漏电流超过预定值时发送控制信号给所述逆变装置(2)以控制所述逆变装置(2)停止运行。
5.根据权利要求4所述的光伏发电系统,其特征在于，所述光伏发电系统还包括第二开关单元(7)，所述第二开关单关(7)电性连接在所述光伏电池阵列(I)与所述逆变装置(2)之间； 所述控制单元(5)与所述第二开关单元(7)连接，所述控制单元(5)根据所述熔断器(31)的状态信息和/或所述漏电流信息生成第三控制信息，并将所述第三控制信息发送给所述第二开关单元(7)，所述第二开关单元(7)根据所述第三控制信息导通或断开。
6.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统还包括漏电流检测单元(6)，所述漏电流检测单元(6)电性连接在所述抗PID电路(3)与地之间，并与所述控制单元(5)连接； 所述漏电流检测单元(6)将检测到的漏电流信息发送给所述控制单元(5)，所述控制单元(5)根据所述漏电流信息生成第二控制信息，并将所述第二控制信息发送给所述第一开关单元(32)； 所述第一开关单元(32)根据所述第二控制信息导通或断开所述抗PID电路(3)。
7.根据权利要求6所述的光伏发电系统，其特征在于，所述控制单元(5)与所述逆变装置(2)连接；所述漏电流检测单元(6)将检测到的漏电流信息发送给所述控制单元(5)，所述控制单元(5)根据所述漏电流信息判断所述漏电流是否超过预定值，并在所述漏电流超过预定值时发送控制信号给所述逆变装置(2)以控制所述逆变装置(2)停止运行。
8.—种如权利I所述的光伏发电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 51:所述绝缘阻抗检测装置(4)检测所述光伏电池阵列(I)的正极和负极与地之间的绝缘阻抗，并将检测信息反馈给所述控制单元(5)； 52:所述控制单元(5)根据所述检测信息生成一第一控制信息，并将所述第一控制信息发送给所述第一开关单元(32)； 53:所述第一开关单 元(32)根据所述第一控制信息导通或断开所述抗PID电路(3)。
9.根据权利要求8所述的光伏发电系统的控制方法，其特征在于，将所述控制单元(5)与所述逆变装置(2)连接，所述控制方法还包括: 54:检测所述熔断器(31)的状态信息，并将所述状态信息发送给所述控制单元(5);检测所述光伏电池阵列(I)的漏电流信息，并将所述漏电流信息发送给所述控制单元(5)； 55:所述控制单元(5)根据所述状态信息和/或所述漏电流信息产生一控制信号，并将所述控制信号发送给所述逆变装置(2)，所述逆变装置(2)根据所述控制信号控制所述逆变装置(2)运行或停止运行。
【文档编号】G01R31/02GK103475271SQ201310449313
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】朱敏, 曾建友 申请人:深圳市禾望电气有限公司