一种太阳能光伏板关断器的制作方法

1.本实用新型涉及光伏发电领域，且特别是有关于一种太阳能光伏板关断器。


背景技术：

2.近年来，因太阳能的清洁和可再生性，很多地方都建立了光伏发电站，将直流电能经过逆变器变换成交流电能输入电网。然而，光伏系统的组件失配、线缆破损和逆变器积灰等问题都可能引起光伏电站失火。在火灾发生时，光伏电站可能会存在几百甚至上千伏的高电压，这对消防人员救火造成了很大的困难，会造成巨大的生命财产损失。为了保障生命财产安全，需在太阳能光伏板上串接关断器，在危险情况下，可以快速切断组件之间的连接，对光伏电站进行施救。
3.通常情况下，太阳能光伏板根据具体需求会有各种组串形式，关断器组串后与光伏逆变器连接。现有的关断器通过电力载波通讯模块获取控制信号，然后通过控制电路控制开关元件的开关，实现对开关元件的远程控制。然而，在开关元件开通的瞬间，由于关断器输出会有较长的布线以及逆变器的输入电容较大，会产生较大的冲击电流从开关元件流过，因此，在开关元件开通的过程中，冲击电流会对开关元件造成较大的冲击能量，这个能量会使开关元件不再工作在其安全工作区域即soa区域里，从而导致开关元件的损坏。


技术实现要素：

4.本实用新型正是思及于此，提供一种太阳能光伏板关断器，采样流过开关元件的电流和开关元件两端的电压，并对采样的电流和电压进行逻辑运算，将控制信号输出给开关元件，从而控制开通过程中的冲击电流。同时，关断器还接收远程控制信息，实现对开关元件的远程控制。
5.本实用新型的一优选实施例中，所述一种太阳能光伏板关断器，包括输入电容、电流采样模块、电压采样模块、开关元件、电力载波通讯模块、逻辑运算模块，所述输入电容与所述光伏板的输出端并联，所述光伏板的第二输出端接地，所述光伏板的第一输出端连接所述电流采样模块的第一输入端，所述开关元件的第一输出端连接所述电流采样模块的第二输入端和所述电压采样模块的第一输入端，所述开关元件的第二输出端作为所述关断器的第一输出端连接所述电压采样模块的第二输入端，所述电压采样模块的输出端与所述逻辑运算模块的第一输入端连接，所述电流采样模块的输出端与所述逻辑运算模块的第二输入端连接，所述电力载波通讯模块的输入端与所述关断器的第二输出端连接，所述电力载波模块的输出端与所述逻辑运算模块的第三输入端连接，所述逻辑运算模块的输出端与所述开关元件的输入端连接，所述关断器的第二输出端与所述光伏板的第二输出端连接。
6.本实用新型的一优选实施例中，所述电流采样模块包括第一运算放大器、第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一运算放大器的输入正端连接，其公共端作为所述电流采样模块的第一输入端；所述第一电阻的第二端与所述第一运算放大器的输入负端连接，其公共端作为所述电流采样模块的第二输入端；所述第一运算放大器的输出端作为所
述电流采样模块的输出端。
7.本实用新型的一优选实施例中，所述电压采样模块包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的输入正端作为所述电压采样模块的第一输入端，所述第二运算放大器的输入负端作为所述电压采样模块的第二输入端，所述第二运算放大器的输出端作为所述电压采样模块的输出端。
8.本实用新型的一优选实施例中，所述逻辑运算模块的保护逻辑包括，采样流过所述开关元件的电流和所述开关元件两端的电压，对所述开关元件进行恒流控制；当所述开关元件两端的电压大于电压设定值时，对所述开关元件进行恒功率控制。
9.本实用新型的一优选实施例中，所述逻辑运算模块的保护逻辑包括，将采样的流过所述开关元件的电流与限流设定值比较，对所述开关元件进行限流保护。
10.本实用新型的一优选实施例中，所述开关元件包括mosfet、 igbt、可控硅元件。
11.有益效果，本实用新型的太阳能光伏板关断器，通过逻辑运算模块进行近端控制，实现对开关元件在开关过程中的控制与保护，使开关元件工作在安全工作区域内。同时，关断器还接收远程控制信息，实现对开关元件的远程控制。
12.为让实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
13.图1为本实用新型一种太阳能光伏板关断器第一具体实施例的框图。
14.图2为图1中一种太阳能光伏板关断器第一具体实施例的电路示意图。
15.图3为本实用新型一种太阳能光伏板关断器第二具体实施例的框图。
16.图4为本实用新型一种太阳能光伏板关断器第三具体实施例的框图。
17.图5为本实用新型一种太阳能光伏板关断器第四具体实施例的框图。
18.在附图中，类似的附图标号是指相同的附图元件。
具体实施方式
19.为使本实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.图1示出本实用新型一种太阳能光伏板关断器第一实施例的框图。如图1所示，一种太阳能光伏板100，包括输入电容cin、电流采样模块1、电压采样模块2、开关元件3、电力载波通讯模块4、逻辑运算模块5。输入电容cin与所述光伏板的输出端pv+和pv-并联，所述光伏板的第二输出端pv-接地。电流采样模块1的第一输入端 in11与所述光伏板的第一输出端pv+连接，第二输入端in12与开关元件3的第一输出端out31连接，输出端out11与逻辑运算模块5 的输入端in52连接，电流采样模块1用于对流过开关元件3的电流进行采样并将流过开关元件3的电流输出给逻辑运算模块5。电压采样模块2的第一输入端in21与开关元件3的第一输出端out31连接，第二输入端in22与开关元件3的第二输出端out32连接，输出
端 out21与逻辑运算模块5的输入端in51连接，电压采样模块2的功能是将采样到的开关元件3两端的电压输出给逻辑运算模块5。电力载波通讯模块4的输入端in41与所述关断器的第二输出端out-连接，输出端out41与逻辑运算模块5的输入端in53连接，电力载波通讯模块4通过电力载波获取控制信息并将其输出给逻辑运算模块5。逻辑运算模块5的输出端out51与开关元件3的输入端in31连接，对接收到的流过开关元件3的电流、开关元件3两端的电压进行逻辑运算，输出控制信号给开关元件3的输入端in31，实现对开关元件3 的近端控制。逻辑运算模块5的保护逻辑包括，通过采样的流过开关元件3的电流、开关元件3两端的电压，对开关元件3进行恒流控制；当开关元件3两端的电压大于电压设定值vref时，对开关元件3进行恒功率控制，保证开关元件3工作在soa区域内。同时，逻辑运算模块5将采样的流过开关元件3的电流与限流设定值iref比较，对开关元件3进行限流保护。此外，逻辑运算模块5接收来自电力载波通讯模块4的远程控制信息，输出控制信号给开关元件3的输入端 in31，实现对开关元件3的远程控制。
21.开关元件3的第二输出端out32作为所述关断器的第一输出端 out+，所述关断器的第二输出端out-与所述光伏板的第二输出端 pv-连接。
22.更具体地，请参考图2，图2为图1中第一具体实施例的电路示意图。图2中的开关元件3为一n型mosfet管q1，mosfet的漏极作为开关元件3的第一输出端out31，mosfet的源极作为开关元件3的第二输出端out32，mosfet的栅极为开关元件3的控制端，其作为开关元件3的输入端in31。需注意，开关元件3还可以用其他的开关元件如igbt、可控硅等元件实现，并不限于图2中的具体实施例。
23.电流采样模块1包括运算放大器a1、采样电阻r1，采样电阻 r1的第一端与运算放大器a1的输入正端连接，其公共端作为电流采样模块1的第一输入端in11与所述光伏板的第一输出端pv+连接；采样电阻r1的第二端与运算放大器a1的输入负端连接，其公共端作为电流采样模块1的第二输入端in12与开关元件q1的第一输出端out31连接；运算放大器a1的输出端作为电流采样模块1的输出端out11与逻辑运算模块5的输入端in52连接。电流采样模块1 通过采样采样电阻r1两端的电压来检测流过开关元件q1的电流，并将电流值输出给逻辑运算模块5。
24.电压采样模块2包括运算放大器a2，用于计算开关元件q1两端的电压，运算放大器a2的输入正端作为所述电压采样模块2的第一输入端in21与开关元件q1的第一输出端out31连接，运算放大器a2的输入负端作为电压采样模块2的第二输入端in22与开关元件q1的第二输出端out32连接，运算放大器a2经过运算将开关元件q1两端的电压输出给逻辑运算模块5的输入端in51。
25.电力载波通讯模块4的输入端in41与所述关断器的第二输出端 out-连接，输出端out41与逻辑运算模块5的输入端in53连接，电力载波通讯模块4通过电力载波获取控制信息并将其输出给逻辑运算模块5。
26.逻辑运算模块5接收来自电流采样模块1和电压采样模块2的输出信号，将流过开关元件q1的电流和开关元件q1两端的电压进行逻辑运算，并将控制信号输出给开关元件q1的栅极in31，对开关元件q1进行开关过程中的控制与保护，实现对开关元件3的近端控制。逻辑运算模块5的保护逻辑包括，通过采样的流过开关元件3的电流、开关元件3两端的电压，对开关元件q1进行恒流控制；当开关元件 3两端的电压大于电压设定值vref时，对开关
元件3进行恒功率控制，保证开关元件3工作在soa区域内。同时，逻辑运算模块5将采样的流过开关元件3的电流与限流设定值iref比较，对开关元件3进行限流保护。此外，逻辑运算模块5接收来自电力载波通讯模块4的远程控制信息，输出控制信号给开关元件q1的栅极in31，实现对开关元件q1的远程控制。
27.开关元件3的第二输出端out32作为所述关断器的第一输出端 out+，所述关断器的第二输出端out-与所述光伏板的第二输出端 pv-连接，所述光伏板的第二输出端pv-接地。
28.图3为本实用新型一种太阳能光伏板关断器第二实施例的框图。如图3所示，一种太阳能光伏板300，包括输入电容cin、电流采样模块1、电压采样模块2、开关元件3、电力载波通讯模块4、逻辑运算模块5。输入电容cin与所述光伏板的输出端pv+和pv-并联。开关元件3的第一输出端连接所述光伏板的第一输出端pv+，开关元件 3的第二输出端与电流采样模块1的第一输入端连接，电流采样模块 1的第二输入端作为所述关断器的第一输出端out+，电流采样模块 1的输出端与逻辑运算模块5的第一输入端连接。电压采样模块2的第一输入端与开关元件3的第一输出端连接，第二输入端与开关元件 3的第二输出端连接，输出端与逻辑运算模块5的第二输入端连接。电力载波通讯模块4的输入端与所述关断器的第二输出端out-连接，输出端与逻辑运算模块5的第三输入端连接。逻辑运算模块5的输出端与开关元件3的输入端连接，对接收到的流过开关元件3的电流、开关元件3两端的电压以及电力载波控制信息进行逻辑运算，输出控制信号给开关元件3的输入端，使开关元件3工作在soa区域内。所述关断器的第二输出端out-与所述光伏板的第二输出端pv-连接，所述光伏板的第二输出端pv-接地。图3中第二具体实施例的工作原理与图1中第一具体实施例的工作原理相同，电流采样模块1和开关元件3不受限于在电路中的位置和相对位置关系，在此不再赘述。
29.图4为本实用新型一种太阳能光伏板关断器第三实施例的框图。如图4所示，一种太阳能光伏板400，包括输入电容cin、电流采样模块1、电压采样模块2、开关元件3、电力载波通讯模块4、逻辑运算模块5。输入电容cin与所述光伏板的输出端pv+和pv-并联，所述光伏板的第二输出端pv-接地。电流采样模块1的第一输入端与所述光伏板的第二输出端pv-连接，第二输入端与开关元件3的第一输出端连接，输出端与逻辑运算模块5的第一输入端连接。电压采样模块2的第一输入端与开关元件3的第一输出端连接，第二输入端与开关元件3的第二输出端连接，输出端与逻辑运算模块5的第二输入端连接。电力载波通讯模块4的输入端与所述关断器的第二输出端 out-连接，输出端与逻辑运算模块5的第三输入端连接。逻辑运算模块5的输出端与开关元件3的输入端连接，对接收到的流过开关元件3的电流、开关元件3两端的电压以及电力载波控制信息进行逻辑运算，输出控制信号给开关元件3的输入端，使开关元件3工作在 soa区域内。开关元件3的第二输出端作为所述关断器的第二输出端out-，所述关断器的第一输出端out+与所述光伏板的第一输出端pv+连接。图4中第三具体实施例的工作原理与图1中第一具体实施例的工作原理相同，电流采样模块1和开关元件3不受限于在电路中的位置和相对位置关系，在此不再赘述。
30.图5为本实用新型一种太阳能光伏板关断器第四实施例的框图。如图5所示，一种太阳能光伏板500，包括输入电容cin、电流采样模块1、电压采样模块2、开关元件3、电力载波通讯模块4、逻辑运算模块5。输入电容cin与所述光伏板的输出端pv+和pv-并联，所述光
伏板的第二输出端pv-接地。开关元件3的第一输出端连接所述光伏板的第二输出端pv-，开关元件3的第二输出端与电流采样模块 1的第一输入端连接，电流采样模块1的第二输入端作为所述关断器的第二输出端out-，电流采样模块1的输出端与逻辑运算模块5的第一输入端连接。电压采样模块2的第一输入端与开关元件3的第一输出端连接，第二输入端与开关元件3的第二输出端连接，输出端与逻辑运算模块5的第二输入端连接。电力载波通讯模块4的输入端与所述关断器的第二输出端out-连接，输出端与逻辑运算模块5的第三输入端连接。逻辑运算模块5的输出端与开关元件3的输入端连接，对接收到的流过开关元件3的电流、开关元件3两端的电压以及电力载波控制信息进行逻辑运算，输出控制信号给开关元件3的输入端，使开关元件3工作在soa区域内。所述关断器的第一输出端out+ 与所述光伏板的第一输出端pv+连接。图5中第四具体实施例的工作原理与图1中第一具体实施例的工作原理相同，电流采样模块1和开关元件3不受限于在电路中的位置和相对位置关系，在此不再赘述。
31.虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。