光伏系统及其运行方法与流程

1.本发明涉及太阳能组件领域，尤其涉及一种光伏系统及其运行方法。


背景技术：

2.随着分布式光伏电站的逐渐普及，未来分布式光伏电站将成为光伏系统的重要组成部分，光伏组件被广泛的安装在民用住宅、工业厂房、商场等屋顶。
3.光伏组件在光照条件下会产生很高的致命电压，这将给光伏电站的安装、检修以及灭火工作带来严重的威胁。如何保障应急人员现场处理时不被组件阵列的高压电击成为亟待解决的问题。
4.目前大部分电站只能实现总逆变器端关断功能，这只能切断电站中的电流，但电站中仍存在高压，一般分布式阵列电压大于400v，因此会造成应急人员被高压电击的危险。美国nec 2017-article 690.12要求建筑物上或者建筑物内的光伏电路需要具备快速关断功能来减少应急响应人员的电击危险。目前欧美等发达国家主流是配置微型逆变器来控制每件组件的电性能输出，但这种方案成本较高有悖于平价化上网的大背景。
5.有鉴于此，确有必要提供一种光伏系统及其运行方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种低成本、安全的光伏系统。该光伏系统能够随时切断光伏系统内的电路，使得光伏系统的最大输出电压降低至人体安全电压，确保施工人员不被高压电击。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种光伏系统，包括：光伏组件、本地管理器、主控制器及逆变器，所述逆变器与光伏组件通过主线路电性连接，所述本地管理器的一端与光伏组件连接、另一端连接至所述主线路，所述本地管理器与所述主控制器通讯连接，以控制所述光伏组件与所述主线路的连接，所述光伏系统还包括用以监测所述光伏系统运行环境的传感装置，所述传感装置与所述主控制器通讯连接，以便所述主控制器根据所述传感装置的监测结果控制所述光伏系统的运行状态。
8.作为本发明的进一步改进，所述传感装置为预警传感器。
9.作为本发明的进一步改进，所述主控制器通过查询所述传感装置的监测结果或接收所述传感装置发送的信号来控制所述光伏系统的运行状态。
10.作为本发明的进一步改进，所述主控制器通过发送关断信号或停止发送允许运行信号至所述本地管理器，使所述本地管理器控制所述光伏组件与所述主线路的通断。
11.作为本发明的进一步改进，所述本地管理器包括与所述主控制器连接的信号接收端及与所述光伏组件连接的开关或电压调节器件，所述信号接收端用于接收所述主控制器发出的信号，并根据所述信号控制所述开关或所述电压调节器件与所述光伏组件的连接或关断。
12.作为本发明的进一步改进，所述开关与所述光伏组件串联连接，当所述开关闭合
时，所述光伏组件与所述主线路正常连接；当所述开关打开时，所述光伏组件与所述主线路断开。
13.作为本发明的进一步改进，所述开关与所述光伏组件并联连接，当所述开关关闭时，所述光伏组件与所述主线路低电压连接；当所述开关打开时，所述光伏组件与所述主线路正常连接。
14.本发明的目的还在于提供一种光伏系统的自运行方法，该运行方法能够自动监测光伏系统的运行环境，也可以在紧急情况下实现人为操作和自动操作的双保险。
15.为实现上述目的，本发明提供了一种光伏系统的运行方法，应用于前述的光伏系统，所述光伏系统的运行方法主要包括以下步骤：
16.光伏组件与主线路电性连接；
17.传感装置监测所述光伏系统的运行环境；
18.主控制器根据所述传感装置的监测结果控制所述光伏系统的运行状态。
19.作为本发明的进一步改进，所述光伏系统的运行状态包括：所述光伏组件与所述主线路正常连接、所述光伏组件与所述主线路断开及所述光伏组件与所述主线路低电压连接。
20.作为本发明的进一步改进，当所述传感装置监测到的数值在预定时间内连续或多次超过预设值，则判断所述传感装置监测到所述光伏系统的运行环境异常。
21.作为本发明的进一步改进，当所述传感装置监测到所述光伏系统的运行环境异常时，所述主控制器发出关断信号或停止发送允许运行信号至所述本地管理器，所述本地管理器控制所述光伏组件与所述主线路断开或所述光伏组件与所述主线路低电压连接。
22.作为本发明的进一步改进，所述光伏系统的运行方法还包括：所述主控制器通过人为操作以控制所述光伏系统的运行状态。
23.本发明的有益效果是：本发明的光伏系统及其运行方法，通过设置传感装置与主控制器通讯连接，从而能够利用传感装置自动监测光伏系统的运行环境，并在传感装置监测到异常时由主控制器发送关断信号或停止发送允许运行信号，避免非专业人员的误操作引起的电击风险，另外，也可以在紧急情况下实现人为操作和自动操作的双保险。
附图说明
24.图1是本发明的光伏系统的结构原理图。
25.图2是本发明中光伏系统正常运行的方法流程图。
26.图3是本发明中光伏系统异常运行的方法流程图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
28.在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
29.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他
性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
30.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
31.如图1所示，本发明揭示了一种光伏系统，包括：光伏组件、本地管理器、主控制器及逆变器，其中，逆变器与光伏组件通过主线路电性连接，本地管理器的一端与光伏组件连接、另一端连接至主线路，本地管理器与主控制器通讯连接，以控制光伏组件与主线路的连接，光伏系统还包括用以监测光伏系统运行环境的传感装置，传感装置与主控制器通讯连接，以便主控制器根据传感装置的监测结果控制光伏系统的运行状态。传感装置的设置，不仅能够自动监测光伏系统的运行环境，而且能够在出现异常时直接发送关断信号或直接停止发送允许运行信号，避免非专业人员的误操作引起的电击风险。
32.在本技术一较佳实施例中，光伏组件设置有若干个，本地管理器也对应设置有若干个，从而每个光伏组件均可通过对应的本地管理器来实现与主线路的连接和断开。主控制器设置有一个，并设置在逆变器内，以作为逆变器的一个部件或一个功能，每个本地管理器均与主控制器通过无线网络或者plc进行通讯连接，以便接收主控制器发出的信号。传感装置设置在主控制器内，与主控制器通过无线网络或者plc进行通讯连接，以便主控制器根据传感装置的监测结果控制光伏系统的运行状态。当然，在其他实施例中，本地管理器的数量也可以设置成少于光伏组件的数量，此时可利用一个本地管理器来控制多个光伏组件的通断，此处不作限制。主控制器也可以单独设置在光伏系统的任意位置，此处不作限制。传感装置也可以设置在本地管理器内，或者光伏系统内的任意位置，只要能够与主控制器通讯连接即可，此处不作限制。
33.光伏组件包括光伏层压件及位于光伏层压件四周的边框，本地管理器设置在光伏组件上，并具体位于边框或者光伏层压件上。较佳地，本地管理器可以机械地附着在光伏组件的边框上，也可以粘接在光伏层压件的背板上，此处不作具体限制。
34.优选地，该传感装置为预警传感器。当传感装置监测到光伏系统运行的环境条件异常时，便会向主控制器发出预警信号，主控制器根据传感装置的监测结果来控制光伏系统的运行状态。
35.进一步地，主控制器通过查询传感装置的监测结果或接收传感装置发送的信号来控制光伏系统的运行状态。具体的，当传感装置监测到光伏系统运行的环境条件异常时，主控制器可以通过查询该监测结果或接收到该传感装置发出的预警信号，继而发送关断信号或停止发送允许运行信号至本地管理器，使本地管理器控制光伏组件与主线路的通断，以控制光伏系统的运行状态。
36.请参阅图2所示，本发明的光伏系统正常运行的方法主要包括以下步骤：主控制器发出允许运行信号，本地管理器接收主控制器发出的允许运行信号后，在设定时间段内本地管理器启动，光伏组件能够输出正常电压至逆变器；而在非设定时间段内(即除了“设定时间段”以外的所有时间段)，本地管理器关断，使得光伏组件与主线路断开或光伏组件与主线路低电压连接。
37.上述“设定时间段”可以设置为：本地管理器接收到主控制器发出的任意一个允许
运行信号后的t1到t2时间点之间；“非设定时间段”设置为：不在任意一个允许运行信号的t1到t2时间点之间，其中，t2晚于t1。
38.当然，允许运行信号不限定于一个，也可以有多个。当允许运行信号为多个时，本地管理器在接收到主控制器发出的每个允许运行信号后的t1到t2时间点之间启动，使光伏组件输出正常电压至所述逆变器；而不在任意一个允许运行信号的t1到t2时间点之间时，本地管理器将光伏组件从主线路上断开或者降低光伏组件的输出电压。
39.通过该设置，使得本发明的光伏系统在正常运行时，不需要判断允许运行信号是否跳过了一些脉冲，而是直接根据允许运行信号的有无和预先设定好的规则(如设定时间段)来导通或关断光伏组件，减少了判断过程，增强了可靠性和安全性。
40.请参阅图3所示，本发明光伏系统在监测到异常时的运行方法，主要包括以下步骤：光伏组件与主线路电性连接；传感装置监测光伏系统的运行环境；主控制器根据传感装置的监测结果控制光伏系统的运行状态。
41.进一步地，本技术中光伏系统的运行状态包括：光伏组件与主线路正常连接、光伏组件与主线路断开及光伏组件与主线路低电压连接。当主控制器发出允许运行信号，本地管理器在设定的时间段内接收到主控制器发出的允许运行信号后，本地管理器启动，光伏组件连接到主线路上，此时光伏系统的运行状态为光伏组件与主线路正常连接。当传感装置监测到光伏系统的运行环境出现异常时，传感装置发出异常信号至主控制器，或主控制器查询到该异常监测结果，主控制器发送关断信号或停止发送允许运行信号，使得本地管理器断开，光伏组件从主线路上断开或者光伏组件的输出电压降低，此时，光伏系统的运行状态为光伏组件与主线路断开或光伏组件与主线路低电压连接。将传感装置与主控制器设置成通讯连接，不仅能够自动监测光伏系统的运行环境，而且能够在出现异常时由主控制器直接发送关断信号或直接停止发送允许运行信号，避免非专业人员的误操作引起的电击风险。
42.进一步地，当传感装置监测到该异常状态已经消失后，传感装置可以将监测结果发至主控制器，或通过主控制器查询到该异常状态已经消失后，主控制器可以继续发出允许运行信号，本地管理器在设定的时间段内(如主控制器发出的每个允许运行信号后的t1到t2时间点之间)接收到主控制器发出的允许运行信号后，控制光伏组件正常连接到主线路上。
43.在本技术中，传感装置监测到光伏系统的运行环境异常是指：当传感装置监测到的数值在预定时间内连续或多次超过预设值，则判断传感装置监测到光伏系统的运行环境异常。此处所说的“预定时间”和“预设值”均不作具体的数值限制，可根据具体的实际情况设定。
44.当传感装置监测到光伏系统的运行环境异常时，主控制器发出关断信号或停止发送允许运行信号至本地管理器，本地管理器控制光伏组件与主线路断开或光伏组件与主线路低电压连接。
45.具体地，传感装置可以是温度传感器、烟雾传感器、火警传感器、电压传感器、电流传感器或其他预警传感器，此处不作限制。以下将以温度传感器为例，进行举例说明。
46.当温度传感器监测到光伏系统运行环境周围的温度在预定时间内连续或者多次超过预设值(如200℃)时，可判断测试到温度异常。此处所说的“预定时间”和“预设值”均不
作具体的数值限制，可根据具体的实际情况设定。
47.当温度传感器测试到温度异常时，可发出温度异常信号至主控制器，由主控制器发出关断信号或停止发送允许运行信号至本地管理器，本地管理器控制光伏组件与主线路断开或光伏组件与主线路低电压连接。当然，主控制器也可自行查询温度传感器的监测结果，来判断温度传感器是否监测到异常，继而判断是否需要自动改变光伏系统的运行状态，使得光伏组件与主线路断开或光伏组件与主线路低电压连接。
48.作为本发明的其中一种较佳实施例，本地管理器包括与主控制器连接的信号接收端及与信号接收端连接的开关，信号接收端用于接收主控制器发出的允许运行信号或关断信号，并控制开关闭合或打开。当信号接收端在设定时间段内(t1到t2时间点之间)接收到允许运行信号后，控制开关闭合或打开，使光伏组件连接到主线路上并输出正常电压至逆变器。当信号接收端在其非设定时间段(即非t1到t2时间点之间)接收到允许运行信号或信号接收端接收到关断信号或接收不到允许运行信号时，则控制开关打开或闭合，使得光伏组件从主线路上断开或光伏组件与主线路低电压连接。
49.具体来讲，开关与光伏组件可以串联连接，也可以并联连接。当开关与光伏组件串联时，若信号接收端在设定时间段内(t1到t2时间点之间)接收到主控制器发出的允许运行信号，则控制开关闭合，此时，光伏组件与主线路正常连接并输出正常电压至逆变器。若信号接收端在其非设定时间段(即非t1到t2时间点之间)接收到允许运行信号或信号接收端接收到关断信号或接收不到允许运行信号时，则控制开关打开，此时，光伏组件与主线路断开。当开关与光伏组件并联时，若信号接收端在设定时间段内(t1到t2时间点之间)接收到主控制器发出的允许运行信号，则控制开关打开，此时，光伏组件与主线路正常连接，并能够输出正常电压至逆变器。当信号接收端在其非设定时间段(即非t1到t2时间点之间)接收到允许运行信号或信号接收端接收到关断信号或接收不到允许运行信号时，则控制开关闭合，此时，光伏组件与主线路低电压连接，并输出低电压至逆变器。当然，此处的“低电压”是指人体安全电压，具体数值不限，只要能够确保应急响应人员在处理紧急异常事件时，不被高压电击即可。
50.作为本发明的另一种较佳实施例，也可将上述实施例中的开关替换成电压调节器件。当信号接收端在设定时间段内(t1到t2时间点之间)接收到主控制器发出的允许运行信号，则控制电压调节器件运行，使光伏组件与主线路正常连接，并输出正常电压至逆变器。当信号接收端在其非设定时间段(即非t1到t2时间点之间)接收到允许运行信号或信号接收端接收到关断信号或接收不到允许运行信号时，则控制电压调节器件运行，对光伏组件的输出电压进行调整，使得光伏组件与主线路低电压连接，以降低光伏组件的输出电压。优选的，电压调节器件为dc/dc功率转换器。
51.请继续参阅图3所示，主控制器也可以通过人为操作来停止发送允许运行信号或发送关断信号，如：手动关断主控制器，使主控制器停止发送允许运行信号或发出关断信号至本地管理器，使本地管理器关断，光伏组件从主线路上断开或者光伏组件与主线路低电压连接。
52.或者，当施工人员在处理紧急异常事件时或者传感装置失灵时，可以随时手动切断或者自动切断光伏系统内的电路，使得光伏系统的最大电压输出降低至人体安全电压，确保施工人员不被高压电击，在紧急情况下实现人为操作和自动操作的双保险。
53.综上所述，本发明的光伏系统及其运行方法，通过将传感装置与主管理器设置成通讯连接，从而不仅能够自动监测光伏系统的运行环境，而且能够在出现异常时由主控制器直接发送关断信号或直接停止发送允许运行信号，避免非专业人员的误操作引起的电击风险，另外，也可以在紧急情况下实现人为操作和自动操作的双保险。
54.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。