一种控制装置及汇流箱的制作方法

本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种控制装置及汇流箱。

背景技术：

现有光伏汇流箱应用主要在集中式光伏发电系统中，如图1所示。常规的汇流箱通常具有输入端子、输出端子、断路器、保险丝盒、防雷模块、电压电流温度检测电路、控制系统、开关电源等模块部件。汇流箱的检测电路能够检测每一路组串输入的电压电流、输出的电压电流、机箱温度等参数；保险丝盒和防雷模块分别起到过流保护和浪涌保护；控制系统能够将汇流箱的相关数据发送给逆变器或客户端；断路器主要用于在安装或维护时断开同逆变器的连接，起到对操作人员的安全保护。

现有的采用汇流箱的光伏发电系统中，通常是多个汇流箱的输出并联到一台逆变器的直流输入端。当需要对某一汇流箱所连接的组件进行维护时，需要通过断路器断开此汇流箱同逆变器之间的连接，此时逆变器和其他汇流箱仍然处于正常运行状态。

由于所需断开的汇流箱对应的组串仍可能有部分组件在发电，直接断开汇流箱内的断路器必然会产生一定的冲击电流和电弧。而且，当各个组件经过维护之后重新连接至汇流箱，此时此汇流箱对应的组串输出为开路电压。逆变器由于执行mppt控制，其直流母线电压相对较低。两个压差较大的电压源相并联，必然会产生一定的冲击电流，进而导致保险丝烧毁。

技术实现要素：

本发明提供一种控制装置及汇流箱，以解决现有技术中进行组件维护时汇流箱断开和连接时均容易出现冲击电流的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

控制装置，应用于光伏发电系统，所述光伏发电系统包括逆变器和多个汇流箱，各个汇流箱的输入端与至少一个接有优化器的组串相连，各个汇流箱的输出端并联接入所述逆变器的直流侧；所述控制装置包括：

控制器，用于根据接收的维护信息下发安全模式切换指令至相应汇流箱所连接的各个优化器，控制相应优化器运行于安全模式；或者，根据接收的重启信息下发安全模式退出指令至相应汇流箱所连接的各个优化器，控制相应优化器运行于mppt模式；

参数检测模块，用于检测相应汇流箱的输入电压、输出电压及输出电流，并输出至所述控制器，使所述控制器在相应优化器运行于安全模式下且所述输出电流小于阈值时输出断开信号，并在相应优化器运行于mppt模式下且所述输入电压大于所述输出电压时输出闭合信号；所述断开信号用于断开相应汇流箱与所述逆变器之间的连接，所述闭合信号用于实现相应汇流箱与所述逆变器之间的连接。

优选的，所述参数检测模块包括：

两个电压传感器，分别用于检测相应汇流箱的输入电压和输出电压；

至少两个电流传感器，分别用于检测相应汇流箱的输入电流和输出电流；

温度传感器，用于检测相应汇流箱的环境温度。

优选的，所述参数检测模块还包括：

电弧检测电路，用于检测相应汇流箱端口处的电弧；

绝缘电阻检测电路，用于检测绝缘电阻阻值。

优选的，还包括：

放电电路，用于在断开相应汇流箱与所述逆变器之间的连接后，对所述汇流箱的输入进行放电。

优选的，还包括：

第一通信模块，用于实现相应汇流箱与汇流箱所连接的各个优化器之间的通信；

第二通信模块，用于接收用户端下发的维护指令或者重启连接指令，并根据所述维护指令输出所述维护信号至所述控制器，根据所述重启连接指令输出所述重启信号至所述控制器。

优选的，所述第一通信模块用于：

接收相应优化器的输入输出电压电流信息及组件iv曲线，并转发至所述控制器；

接收所述安全模式切换指令和所述安全模式退出指令，并转发至相应优化器。

优选的，所述第二通信模块还用于：

接收发电量信息、优化器状态信息及保护告警信息，并转发至用户端；

接收用户端下发的快速关断指令，并转发至所述控制器。

优选的，还包括：维护开关，在被置于开状态时输出所述维护信号至所述控制器，在被置于关状态时输出所述重启信号至所述控制器。

优选的，还包括：

断开指示灯，用于接收所述断开信号并亮起；

闭合指示灯，用于接收所述闭合信号并亮起。

一种汇流箱，包括上述任一所述的控制装置，且所述汇流箱中的断路器用于在控制器输出断开信号后断开所述汇流箱与逆变器之间的连接，或者在所述控制器输出闭合信号后闭合、实现所述汇流箱与所述逆变器之间的连接。

本发明提供的所述控制装置，在需要进行组件维护时，通过控制相应汇流箱所连接的优化器运行于安全模式，并在相应汇流箱的输出电流小于阈值时输出断开信号，使所述汇流箱与逆变器之间的连接断开，进而减小电弧及对优化器的冲击电流。并在维护完成后，通过控制相应汇流箱所连接的优化器运行于mppt模式，然后在所述汇流箱的输入电压大于输出电压时，也即相应组串的输出电压逐渐上升至超过直流母线电压时，闭合所述汇流箱与所述逆变器之间的连接，避免了汇流箱接入逆变器时，与直流母线电压之间压差过大所导致的冲击电流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的光伏发电系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的集中式光伏发电系统的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的控制装置的结构示意图；

图4是本发明另一实施例提供的放电电路的电路图；

图5是本发明另一实施例提供的控制装置的结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的控制装置的结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的汇流箱的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供一种控制装置，以解决现有技术中进行组件维护时汇流箱断开和连接时均容易出现冲击电流的问题。

该控制装置，应用于光伏发电系统，该光伏发电系统如图2所示，包括逆变器和多个汇流箱，各个汇流箱的输入端与至少一个接有优化器的组串相连，各个汇流箱的输出端并联接入逆变器的直流侧；具体的，参见图3，该控制装置包括：控制器101和参数检测模块102；其中：

参数检测模块102的输出端与控制器101的一个输入端相连。

具体的工作原理为：

在需要进行组件维护时，通过控制器101根据接收的维护信息下发安全模式切换指令至相应汇流箱所连接的各个优化器，控制相应优化器退出mppt模式，切换运行于安全模式；然后通过参数检测模块102将检测得到的汇流箱的输出电流输出至控制器101，使控制器101在输出电流小于阈值时，比如2a，输出断开信号；再由图3中的断路器103在控制器101输出断开信号后断开汇流箱与逆变器之间的连接；根据该阈值的具体设置，可以使得汇流箱在安全电流下断开；进而确保维护人员的操作安全。

在维护完成后，通过控制器101根据接收的重启信息下发安全模式退出指令至相应汇流箱所连接的各个优化器，控制相应优化器退出安全模式，切换运行于mppt模式；然后通过参数检测模块102将检测得到的相应汇流箱的输入电压和输出电压输出至控制器101，使控制器101在汇流箱的输入电压大于输出电压时输出闭合信号；再由断路器103在控制器101输出闭合信号后闭合、实现汇流箱与逆变器之间的连接。当汇流箱的输入电压大于输出电压时，说明其相应组串的输出电压已经从零逐渐上升至直流母线电压，在刚刚超过直流母线电压之时，即可由断路器103将该汇流箱并入逆变器直流侧，避免了并入时汇流箱两侧过大的压差所导致的冲击电流。

在具体的实际应用中，图3中的断路器103可以是相应汇流箱中的断路器，也可以是额外设置的断路器，此处不做具体限定，能够实现汇流箱与逆变器之间的连接与断开即可，均在本申请的保护范围内。另外，断路器103可以通过与控制器101的输出端相连实现电控制，也可以通过人工实现手动控制，或者同时具体上述两种控制；此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

需要注意的是，该控制装置可以一次控制一个汇流箱相连接的优化器，也可以控制多个汇流箱所连接的优化器，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

值得说明的是，当采用图2所示的基于优化器的集中式光伏发电系统结构时，由于优化器输出是小电容(不再呈现组串输出特性)，冲击电流将会对器件应力及寿命产生危害。优化器的使用可以使得输出电压控制在较低电压(比如0v)，这样更加方便维护人员进行安全操作。但是，当维护完成之后，如果所有优化器继续维持较低输出电压，其组串输出电压之和远小于逆变器直流母线电压。而传统汇流箱又不具备协调优化器输出电压的功能，此时重新连接逆变器，将会产生较大的回灌冲击电流，对于优化器将产生较大的危害。

而本实施例提供的该控制装置，不仅在需要进行组件维护时，通过控制相应优化器运行于安全模式，并在汇流箱的输出电流小于阈值时输出断开信号，使汇流箱与逆变器之间的连接断开，进而减小电弧及对优化器的冲击电流；而且，在维护完成后，通过控制相应优化器运行于mppt模式，然后在汇流箱的输入电压大于输出电压时，也即相应组串的输出电压逐渐上升至超过直流母线电压时，再闭合汇流箱与逆变器之间的连接，进而还能够避免汇流箱接入逆变器时，与直流母线电压之间压差过大所导致的冲击电流。

优选的，参数检测模块102包括：

两个电压传感器，分别用于检测相应汇流箱的输入电压和输出电压；

至少两个电流传感器，分别用于检测相应汇流箱的输入电流和输出电流。

优选的，参数检测模块102还包括：

温度传感器，用于检测相应汇流箱的环境温度；

电弧检测电路，用于检测相应汇流箱端口处的电弧；

绝缘电阻检测电路，用于检测绝缘电阻阻值。

该汇流箱的输入电流可以是一路输入采用一个电流传感器进行检测，所有输入的电流传感器测量值之和作为总的输入电流；也可以是采用一个电流传感器检测其总输入电流，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

该汇流箱的输入电流、环境温度、汇流箱端口处的电弧及检测绝缘电阻阻值可以通过控制器101进行其他控制，配合汇流箱内其他模块实现相应的控制或者记录，此处不再一一赘述。

另外，在汇流箱的输出电流小于阈值时，断开汇流箱与逆变器之间的连接，此时，汇流箱还会存留有一定的电能，因此，优选的，参加图3，该汇流箱还包括：

放电电路104，用于在断开相应汇流箱与逆变器之间的连接后，对汇流箱的输入进行放电。

放电电路104可以根据具体的实际情况进行设置，其中一种实现形式下，该电路参加图4，包括：

串联于汇流箱的输出端正负极之间的电阻r和开关k；

驱动电路用于在断路器断开后，驱动开关k闭合。

放电电路104的具体实现形式还可以根据具体应用环境而定，并不限定于此，能够在断路器断开后对汇流箱的输入进行放电的方案均在本申请的保护范围内。

通过放电电路104的放电作用，使得不再工作的优化器输出电压接近零，更加确保了维护操作的安全性。

根据控制器101接收的信号来源不同，本发明另一实施例提供了三种具体的控制装置，其一，通过通信模块接收用户端的指令而获得相应信号；其二，通过就地硬件开关获得相应的信号；其三，具备上述两种方式的实现途径，根据具体应用情况进行选用。

也即，一种实现形式下，该控制装置参见图5，在上述实施例的基础之上，还包括：

第一通信模块105，用于实现相应汇流箱与汇流箱所连接的各个优化器之间的通信；

第二通信模块106，用于接收用户端下发的维护指令或者重启连接指令，并根据维护指令输出维护信号至控制器，根据重启连接指令输出重启信号至控制器。

优选的，第一通信模块105用于：

接收相应优化器的输入输出电压电流信息及组件iv曲线，并转发至控制器；

接收安全模式切换指令和安全模式退出指令，并转发至相应优化器。

优化器通过第一通信模块105可以将自身的状态信息，例如输入输出电压电流、光伏板iv曲线等，发送给该控制装置，该控制装置可以利用这些信息进行更好地评估优化器和组件的状态，为控制器进行系统维护等工作提供相应的数据。第一通信模块105的具体实现方式可采用有线通讯，如电力线载波通讯plc、工业现场总线通讯等，以及无线通讯，如wifi、zigbee等。

优选的，第二通信模块106还用于：

接收发电量信息、优化器状态信息及保护告警信息，并转发至用户端；

接收用户端下发的快速关断指令，并转发至控制器。

第二通信模块106一方面将系统相关信息，如系统发电量、优化器状态、保护告警状态等，传递到用户端，另一方面接收用户端的相关指令，如安全模式切换指令、安全模式退出指令及快速关断等，传递给控制器。

第二通信模块106能够实现同用户端之间的通信，在具体的实际应用中，第二通信模块106与用户端之间还需要通过逆变器与云端，或者再逆变器与云端之间还需要通过数据采集器，视具体通信方式而定，此处不做限定。

第二通信模块106的具体通信方式可以采用有线通讯，如电力线载波通讯plc、工业现场总线通讯等，以及无线通讯，如wifi、zigbee等。

另外一种实现形式下，该控制装置参见图6，在上述实施例的基础之上，还包括：维护开关107，在被置于开状态时输出维护信号至控制器101，在被置于关状态时输出重启信号至控制器101。

该实现形式下，维护人员可以通过按下就地设置的维护开关107，使其被置于开状态，则维护开关107的电力信号将处于维护标志，即输出维护信号至控制器101；当维护完成后，将维护开关107置于关状态，使其电力信号将处于维护重启标志，即输出重启信号至控制器101。

优选的，参见图6，该控制装置，还包括：

断开指示灯108，用于接收断开信号并亮起；

闭合指示灯109，用于接收闭合信号并亮起。

通过断开指示灯108和闭合指示灯109，可以使维护人员接收到可以手动操作断路器的信号，进而实现对于断路器的手动控制。

当然，在具体的实际应用中，还可以由控制器输出的断开信号或者闭合信号实现对于断路器的电动操作；此处并不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

第三种实现形式参见图7，其结合了上述两种形式，具体的结构及工作原理不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种汇流箱，包括上述实施例任一所述的控制装置，且所述汇流箱中的断路器用于在控制器输出断开信号后断开所述汇流箱与逆变器之间的连接，或者在所述控制器输出闭合信号后闭合、实现所述汇流箱与所述逆变器之间的连接。

其具体的连接关系和工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

在上述实施例及图3至图6的基础之上，优选的，参见图7，该汇流箱，还包括：

汇流电路110，用于将汇流箱的输入端连接的多个组串的输出电能并联汇流至逆变器。

汇流电路110实现将连接至汇流箱多个输入端的多个组串进行并联汇流的功能，例如图2中，1号至m号组串连接至汇流箱时，汇流电路110就将1号至m号组串进行并联汇流。

图7中的控制器101不仅实现对于各个指令的响应执行，还需要实现对内部各功能模块的整体控制，例如，同优化器端的通信、同用户端的通信、参数检测、系统维护、放电、系统保护和告警等。

优选的，该汇流箱还包括：

辅助电源，用于为所述汇流箱提供工作电源，给系统内所有用电单元提供相应的稳定电能。

本实施例中，当需要对汇流箱连接的组串进行维护时，首先可以由用户端下发维护指令，或者通过闭合维护开关107。控制器101收到维护信号，从而通过plc通信或者其他通信技术给所有优化器进行广播，要求优化器退出mppt模式，进入安全模式。优化器接收到指令之后，退出mppt模式进入安全模式，不再输出电流。而此时单个组串的输出电压由串联的各个优化器阻抗和直流母线电压决定。汇流箱检测到输出电流小于阈值时，输出断开信号，断开指示灯108亮起，断开断路器103(具体实施方式可以是手动，也可以是电动)。通过判断断路器触点状态确认断路器已经断开，然后闭合放电电路内的开关，对母线电压进行放电，10s之后断开该开关。此时，所有的优化器输出电压较低。

经过维护之后，可以重新将汇流箱连接逆变器。此时，逆变器和其他汇流箱正常工作。首先通过用户端下发重启连接指令或者断开维护开关107，使控制器101收到重启信号，通过plc通信或者其他通信技术给所有优化器进行广播，要求优化器退出安全模式，进入mppt模式，然后组串的输出电压迅速上升。当汇流箱检测到输入电压超过输出电压，也即逆变器直流母线电压时，比如组串输出电压1230v，逆变器直流母线电压1200v，控制器101输出闭合信号，控制闭合指示灯109亮起，闭合断路器103(具体实施方式可以是手动，也可以是电动)，完成重新连接。

本方案提出了针对基于优化器的光伏发电系统的多功能智能汇流箱，以及在维护时断开同逆变器连接的协调控制方案和完成维护时重新连接逆变器的协调控制方案。该汇流箱在具备传统汇流箱功能的基础上，更具备了智能化的特点，通过内部多个功能模块的协调控制，能够实现对系统维护的智能化管理控制。该维护时断开同逆变器连接的协调控制方案，能够实现接近于零电流断开连接，减小冲击电流给优化器带来的危害。该完成维护时重新连接逆变器的协调控制方案，能够实现重新连接时较小的冲击电流，减小对优化器带来的危害。

其余工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。