逆变器直流侧故障识别方法及光伏系统与流程

本发明涉及光伏，尤其涉及一种逆变器直流侧故障识别方法及光伏系统。

背景技术：

1、新能源光伏行业在全球占比逐年升高，光伏发电规模不断扩大，新技术不断在光伏逆变器领域得到应用。组串式并网逆变器有着能量密度高、体积小和重量轻的优点，且拓扑简单，易于控制，目前被广泛应用于太阳能光伏发电领域。而随着组串式并网逆变器比能的不断提高，直流侧的电流也随之提高。一旦发生短路等故障，若无法及时断开光伏电池板，能量持续由光伏电池板输入设备将可能引起炸机甚至是火灾，造成大量财产损失。逆变器直流侧的故障识别与保护已经成为各家光伏逆变器设备厂商不得不面对的一个难题。但现有的逆变器直流侧保护大多局限于反接、反灌或短路等单一故障，且故障特征信号的提取较为复杂，在现场恶劣工况下容易产生误报。

技术实现思路

1、本发明提供了一种逆变器直流侧故障识别方法及光伏系统，能够较为全面的识别逆变器直流侧故障并进行故障切除，同时降低误报风险，以提高光伏系统的安全性。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种逆变器直流侧故障识别方法，在光伏系统中，逆变器直流侧包括：多个光伏组件、多个脱扣开关、多路太阳能控制器、第一母线电容、第二母线电容、第一直流母线和第二直流母线；每两个所述光伏组件通过一个所述脱扣开关中的一组开关接点对应连接一个所述太阳能控制器；各所述太阳能控制器均连接所述第一母线电容和所述第二母线电容，所述第一直流母线连接所述第一母线电容，所述第二直流母线连接所述第二母线电容；

3、所述逆变器直流侧故障识别方法包括：

4、获取所述逆变器直流侧的各类电参数；其中，所述电参数包括：各所述光伏组件的输出电压，各所述光伏组件的输出电流，所述第一母线电容两端的电压和所述第二母线电容两端的电压；

5、根据所述电参数确定所述逆变器直流侧的故障类型；

6、针对任一故障类型，当故障过程中的故障参数达到所述故障参数对应的保护动作阈值时，根据所述故障类型控制对应的所述脱扣开关执行脱扣动作。

7、可选地，根据所述故障类型控制对应的所述脱扣开关执行脱扣动作，包括：

8、根据所述故障类型确定故障等级；其中，所述故障类型包括：光伏组件反接故障、光伏组件反灌故障、单母线短路故障、双母线短路故障和太阳能控制器短路故障；所述单母线短路故障、所述双母线短路故障和所述太阳能控制器短路故障均为一级故障，所述光伏组件反接故障和所述光伏组件反灌故障均为二级故障；

9、针对所述一级故障，控制所述逆变器直流侧的全部所述脱扣开关执行脱扣动作；

10、针对所述二级故障，控制出现故障的所述光伏组件所连接的所述脱扣开关执行脱扣动作。

11、可选地，所述故障类型包括：光伏组件反接故障，所述故障参数包括：故障能量；

12、根据所述电参数确定所述逆变器直流侧的故障类型，包括：

13、若任一所述光伏组件的输出电压小于第一故障阈值电压，且同一所述光伏组件的输出电流小于第一故障阈值电流，则判定所述逆变器直流侧存在光伏组件反接故障；其中，所述第一故障阈值电流为负值；

14、根据所述故障类型控制对应的所述脱扣开关执行脱扣动作，包括：

15、对出现故障的光伏组件的输出电流的平方在时间上进行积分，当积分值达到第一预设阈值时，判定所述光伏组件反接故障中的故障能量达到其对应的保护动作阈值；

16、判断所述逆变器是否运行；

17、若是，则发出停机请求，控制所述逆变器停机，待出现故障的光伏组件连接的所述脱扣开关所连接的各所述光伏组件的输出电流中的最大值小于预设脱扣电流时，控制所述故障光伏组件连接的所述脱扣开关执行脱扣动作；

18、若否，则直接控制出现故障的光伏组件连接的所述脱扣开关执行脱扣动作。

19、可选地，所述故障类型包括：光伏组件反灌故障，所述故障参数包括：故障能量；

20、根据所述电参数确定所述逆变器直流侧的故障类型，包括：

21、若任一太阳能控制器所连接的两个所述光伏组件的输出电压相同，但输出电流一正一反，则将为负值的输出电流作为反灌电流；

22、当反灌电流超过安全阈值时，判定所述逆变器直流侧存在光伏组件反灌故障；

23、根据所述故障类型控制对应的所述脱扣开关执行脱扣动作，包括：

24、对所述反灌电流的平方在时间上进行积分，当积分值达到第二预设阈值时，判定所述光伏组件反灌故障中的故障能量达到其对应的保护动作阈值；

25、判断所述逆变器是否运行；

26、若是，则发出停机请求，控制所述逆变器停机，待存在故障的光伏组件连接的所述脱扣开关所连接的各所述光伏组件的输出电流中的最大值小于预设脱扣电流时，控制存在故障的光伏组件连接的所述脱扣开关执行脱扣动作；

27、若否，则直接控制存在故障的光伏组件连接的所述脱扣开关执行脱扣动作。

28、可选地，所述故障类型包括：单母线短路故障，所述故障参数包括：故障能量；

29、根据所述电参数确定所述逆变器直流侧的故障类型，包括：

30、计算所述第一母线电容两端的电压和所述第二母线电容两端的电压之间的电压差；

31、当所述电压差超过电压差阈值时，判定所述逆变器直流侧存在单母线短路故障；

32、根据所述故障类型控制对应的所述脱扣开关执行脱扣动作，包括：

33、对所述电压差的平方在时间上进行积分，当积分值达到第三预设阈值时，判定所述单母线短路故障中的故障能量达到其对应的保护动作阈值，控制所述逆变器直流侧的全部所述脱扣开关执行脱扣动作。

34、可选地，所述故障类型包括：单母线短路故障，所述故障参数包括：故障时间；

35、根据所述电参数确定所述逆变器直流侧的故障类型，包括：

36、计算所述第一母线电容两端的电压和所述第二母线电容两端的电压之间的电压差；

37、当所述电压差超过电压差阈值时，判定所述逆变器直流侧存在单母线短路故障；

38、根据所述故障类型控制对应的所述脱扣开关执行脱扣动作，包括：

39、当所述电压差超过所述电压差阈值的持续时间达到第一预设时间时，判定所述单母线短路故障的故障时间达到其对应的保护动作阈值；

40、判断各所述光伏组件的输出电流中的最大值是否小于预设脱扣电流；

41、若是，则控制所述逆变器直流侧的全部所述脱扣开关执行脱扣动作；

42、若否，则发出停机请求，控制所述逆变器停机，待各所述光伏组件的输出电流中的最大值小于预设脱扣电流时，控制所述逆变器直流侧的全部所述脱扣开关执行脱扣动作。

43、可选地，所述故障类型包括：双母线短路故障，所述故障参数包括：故障时间；

44、根据所述电参数确定所述逆变器直流侧的故障类型，包括：

45、在各采样周期中，计算所述第一母线电容两端的电压和所述第二母线电容两端的电压之间的电压和作为母线电压；

46、在当前采样周期的母线电压相较于上一采样周期中的母线电压跌落超过预设百分比阈值时，判定所述逆变器直流侧存在双母线短路故障；

47、根据所述故障类型控制对应的所述脱扣开关执行脱扣动作，包括：

48、当所述母线电压维持跌落后的电压值的持续时间达到第二预设时间时，判定所述双母线短路故障的故障时间达到其对应的保护动作阈值，控制所述逆变器直流侧的全部所述脱扣开关执行脱扣动作。

49、可选地，所述故障类型包括：太阳能控制器短路故障，所述故障参数包括：故障时间；

50、根据所述电参数确定所述逆变器直流侧的故障类型，包括：

51、若任一太阳能控制器所连接的两个所述光伏组件的输出电压均小于第二故障阈值电压，且输出电流均大于第二故障阈值电流，则判定所述逆变器直流侧存在太阳能控制器短路故障；其中，所述第二故障阈值电流为正值；

52、根据所述故障类型控制对应的所述脱扣开关执行脱扣动作，包括：

53、当所述太阳能控制器所连接的两个所述光伏组件的输出电压均小于第二故障阈值电压，且输出电流均大于第二故障阈值电流的持续时间达到第三预设时间时，判定所述太阳能控制器短路故障的故障时间达到其对应的保护动作阈值，控制所述逆变器直流侧的全部所述脱扣开关执行脱扣动作。

54、第二方面，本发明实施例还提供了一种光伏系统，包括：

55、多个光伏组件、多个脱扣开关和多路太阳能控制器；其中，每两个所述光伏组件通过一个所述脱扣开关中的一组开关接点连接一个所述太阳能控制器；一个所述脱扣开关中设置有至少一组开关接点；

56、第一母线电容、第二母线电容、第一直流母线和第二直流母线；所述第一母线电容的第一端连接各所述太阳能控制器的第一输出端，所述第一母线电容的第二端和所述第二母线电容的第一端均连接各所述所述太阳能控制器的中性点，所述第二母线电容的第二端连接各所述太阳能控制器的第二输出端；所述第一直流母线连接所述第一母线电容的第一端，所述第二直流母线连接所述第二母线电容的第二端；

57、逆变器，所述逆变器的第一输入端和第二输入端分别连接所述第一直流母线和所述第二直流母线；

58、采样模块，用于采集各所述光伏组件的输出电压，各所述光伏组件的输出电流，所述第一母线电容两端的电压和所述第二母线电容两端的电压；

59、控制器，分别连接所述采样模块和各所述脱扣开关，所述控制器用于执行本发明任意实施例所提供的逆变器直流侧故障识别方法。

60、可选地，所述的光伏系统，还包括：旁路电路，分别连接所述第一直流母线、所述第二直流母线和所述控制器；所述控制器还用于在发生一级故障，控制逆变器直流侧的全部所述脱扣开关进行脱扣动作之后，控制所述旁路电路动作，以对所述第一母线电容和所述第二母线电容进行放电。

61、本发明实施例提供的逆变器直流侧故障识别方法中，通过获取逆变器直流侧的多种电参数，可全面实现逆变器直流侧不同关键节点的故障特征采集，以实现精准全面的故障类型判别。并且，在确定故障类型后，通过进一步采集故障参数，并进行故障参数是否达到保护动作阈值的判断，可以确认故障是否确实发生，以尽可能避免出现误报误动作的情况。以及，在确定故障参数达到保护动作阈值时，本发明实施例还控制相应的脱扣开关执行脱扣动作，及时将故障设备与正常设备断开，可以避免故障进一步蔓延。综上所述，相比于现有技术，本发明实施例提供了一种综合性的逆变器直流侧故障识别与保护的方法，能够较为全面的识别逆变器直流侧故障并进行故障切除，同时降低误报风险，以提高光伏系统的安全性。

62、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。