一种光伏发电系统及其关断器反接检测方法与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种光伏发电系统及其关断器反接检测方法。


背景技术：

2.光伏发电系统中，若其输入端的光伏组串反接则会对系统产生影响，轻则导致逆变器输入端所接的该路光伏组串无法正常发电，重则会导致逆变器输入端硬件损坏，因此在光伏发电系统中对于逆变器输入光伏组串反接的检测非常重要。
3.并且，随着当前并网法规对于光伏组件关断的重视，越来越多的光伏发电系统为其光伏组件增设了关断器，典型的带关断器光伏发电系统的结构如图1所示；对于该带关断器的光伏发电系统，其光伏组串的反接检测也成为光伏发电系统的一项重要技术，但现有的检测方案通常需要增加额外的硬件设备，且判断过程较为复杂。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种光伏发电系统及其关断器反接检测方法，无需对硬件电路进行改变，且简单易行。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
6.本发明第一方面提供了一种光伏发电系统的关断器反接检测方法，所述光伏发电系统中包括：逆变器及其各输入端所接的对应光伏组串，各所述光伏组串均包括至少两个通过相应关断器进行电能输出的光伏组件，且各所述关断器的输出端依次串联构成所述光伏组串的两端；所述关断器反接检测包括：
7.判断所述逆变器的直流母线电压是否大于第一预设值；
8.若所述直流母线电压大于所述第一预设值，则判断所述逆变器的各输入端电压是否大于第二预设值；
9.若所述各输入端电压中存在至少一个输入端电压小于所述第二预设值，则判定相应的所述光伏组串为反接状态。
10.可选的，在判定相应的所述光伏组串为反接状态之前，还包括：
11.判断小于所述第二预设值的输入端电压，是否在预设时间内均小于所述第二预设值；
12.若相应所述输入端电压在所述预设时间内均小于所述第二预设值，则执行判定相应的所述光伏组串为反接状态的步骤。
13.可选的，在判断所述逆变器的各输入端电压是否大于第二预设值之后，还包括：
14.若所述各输入端电压均大于所述第二预设值，则判定各所述光伏组串均不为反接状态。
15.可选的，在判断小于所述第二预设值的输入端电压，是否在预设时间内均小于所述第二预设值之后，还包括：
16.若相应所述输入端电压在所述预设时间内存在大于等于所述第二预设值的时刻，则判定相应的所述光伏组串不为反接状态。
17.可选的，在判断所述逆变器的直流母线电压是否大于第一预设值之前，还包括：
18.所述逆变器上电；
19.所述逆变器通过自身各输入端内侧所接的boost电路，控制相应所述光伏组串内的所述关断器进行输出。
20.可选的，所述逆变器通过自身各输入端内侧所接的boost电路，控制相应所述光伏组串内的所述关断器进行输出，包括：
21.所述逆变器控制各所述boost电路在相应所述输入端形成预设波形信号，以唤醒相应所述光伏组串内的所述关断器；
22.各所述关断器分别控制自身对相应所述光伏组件的电能进行输出。
23.可选的，所述预设波形信号为：周期性出现的高低电压信号。
24.可选的，所述逆变器内部仅包括一个所述boost电路时，在所述逆变器上电之后，还包括：
25.所述逆变器控制自身内部的储能模块建立所述直流母线电压。
26.可选的，所述第一预设值与所述逆变器的启动电压之差，小于第一预设差值；
27.所述光伏组串内全部所述关断器的旁路二极管的导通压降之和，与所述第二预设值之差，小于第二预设差值。
28.本发明第二方面还提供了一种光伏发电系统，包括：逆变器和至少两个光伏组串；其中，
29.各所述光伏组串均包括至少两个通过相应关断器进行电能输出的光伏组件，且各所述关断器的输出端依次串联构成所述光伏组串的两端；
30.各所述光伏组串的两端，分别与所述逆变器的相应输入端相连；
31.所述逆变器中的控制器用于执行如上述第一方面任一种所述的光伏发电系统的关断器反接检测方法。
32.可选的，所述逆变器包括：所述控制器、逆变电路、母线电容及至少两个boost电路；
33.各所述boost电路的输入端分别作为所述逆变器的相应输入端；
34.各所述boost电路的输出端以及所述逆变电路的直流侧，分别与直流母线相连；
35.所述母线电容设置于所述直流母线的正负极之间；
36.所述逆变电路及各所述boost电路，分别受控于所述控制器。
37.可选的，所述逆变器包括：所述控制器、逆变电路、母线电容、boost电路及储能模块；
38.所述boost电路的输入端分别作为所述逆变器的输入端；
39.所述boost电路的输出端、所述逆变电路的直流侧以及所述储能模块，分别与直流母线相连；
40.所述母线电容设置于所述直流母线的正负极之间；
41.所述逆变电路及所述boost电路，分别受控于所述控制器；
42.所述储能模块用于在所述逆变器上电后建立直流母线电压。
43.本发明提供的光伏发电系统的关断器反接检测方法，其首先判断逆变器的直流母线电压是否大于第一预设值；由于在该直流母线电压大于第一预设值的情况下，若光伏组串正常接入，则其所接的逆变器输入端电压应与该直流母线电压相近，会大于一个第二预设值；而若其反接，则由于各关断器中旁路二极管的存在，会将相应的逆变器输入端电压钳位至该光伏组串中各旁路二极管的导通压降之和，其值明显小于该直流母线电压，也会小于该第二预设值；所以，若各输入端电压中存在至少一个输入端电压小于第二预设值，则可以判定相应的光伏组串为反接状态；该方法简单易行，且无需对硬件电路进行改变，即可实现对于各光伏组串的反接检测。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
45.图1为现有技术提供的光伏发电系统的结构示意图；
46.图2为本发明实施例提供的光伏发电系统的关断器反接检测方法的流程图；
47.图3为本发明实施例提供的关断器的结构示意图；
48.图4和图5分别为本发明实施例提供的光伏发电系统的关断器反接检测方法的另外两个流程图；
49.图6a和图6b分别为本发明实施例提供的逆变器的两种结构示意图；
50.图7为本发明实施例提供的逆变器中boost电路的一种电路图；
51.图8为本发明实施例提供的光伏发电系统的关断器反接检测方法的部分流程图；
52.图9a和图9b分别为本发明实施例提供的两种信号波形图。
具体实施方式
53.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
54.在本技术中，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
55.本发明提供一种光伏发电系统的关断器反接检测方法，无需对硬件电路进行改变，且简单易行。
56.如图1所示，该光伏发电系统中包括：逆变器20和至少两个光伏组串10；其中，各光伏组串10均包括至少两个通过相应关断器12进行电能输出的光伏组件11，且各关断器12的输出端依次串联构成光伏组串10的两端；各光伏组串10的两端，分别与逆变器20的相应输
入端相连；逆变器20的输出端连接电网和/或负载。
57.该逆变器20中的控制器用于执行下述的反接检测方法，如图2所示，该关断器反接检测包括：
58.s101、判断逆变器的直流母线电压是否大于第一预设值。
59.该第一预设值可以根据逆变器的启动电压进行设置，该启动电压是指，若该逆变器的直流母线电压达到该启动电压，则该逆变器即可启动并进行正常工作。
60.实际应用中，可以设置该第一预设值与该启动电压之差小于第一预设差值；该第一预设差值的取值较小，可以是零，视其具体应用环境而定即可；该第一预设值具体可以设置为200v或者250v等，此处仅为一种示例，并不仅限于此。
61.若该直流母线电压小于等于第一预设值，则说明此时逆变器不能正常工作，或者说无需工作，可以先不进行光伏组串的反接检测；而若该直流母线电压大于第一预设值，则需要进行光伏组串的反接检测，此时，先执行步骤s102。
62.s102、判断逆变器的各输入端电压是否大于第二预设值。
63.如图3所示，各关断器内部均包括：设置于功率传输支路上的开关管t，以及，反向连接于相应关断器输出端正负极之间的旁路二极管d。该开关管t导通时，该关断器能够实现相应光伏组件的电能输出；该旁路二极管d导通时，相应的光伏组件被旁路。
64.若光伏组串正常接入，由于一台逆变器可能有多个带关断器的光伏组串接入，而其母线电压由电压最高组串决定，所以即便该路不是电压最高路，其输入端电压也会处于第一预设值和第二预设值之间，即也会大于该第二预设值；因此，正常接入的光伏组串所接的逆变器输入端电压，应与该直流母线电压相近甚至是相同，均大于该第二预设值；另外，当前逆变器中，由于其输入端采样电阻的存在，各输入端会存在一定的悬浮电压，该悬浮电压的大小和直流母线电压的大小相关；由于这一悬浮电压的存在，若该路光伏组串未接入相应的逆变器输入端，则这一输入端也会检测到一定的电压值，该电压值也大于该第二预设值。
65.但是，若光伏组串反接，则由于各关断器中旁路二极管d的存在，该光伏组串内的各旁路二极管d会串联导通，进而将逆变器的这一输入端电压钳位至该光伏组串中各旁路二极管d的导通压降之和；以旁路二极管d的导通压降是1v为例进行说明，一个光伏组串最多接入30个关断器的话，其值大概在30v左右，会明显小于该直流母线电压，也会小于该第二预设值。
66.实际应用中，该第二预设值的取值，可以根据关断器旁路二极管d的导通压降以及光伏组串内关断器的数量进行选取，具体的，可以设置该光伏组串内全部关断器的旁路二极管的导通压降之和，与第二预设值之差，小于第二预设差值；比如，假设每个旁路二极管d的导通压降为1v，一个光伏组串接入30个关断器，再考虑10v左右的采样误差，此时，可选择40v作为该第二预设值；也即，该第二预设差值可以根据实际应用环境的采样精度来进行设置，但并不仅限于此。
67.若各输入端电压均大于第二预设值，则可以执行步骤s103，即判定各光伏组串均不为反接状态，比如正常接入状态，或者未接入状态。而若各输入端电压中存在至少一个输入端电压小于第二预设值，比如其值具体为30v或者0v等，则可以执行步骤s104。
68.s104、判定相应的光伏组串为反接状态。
69.本实施例提供的该光伏发电系统的关断器反接检测方法，在关断器接入的情况下，通过上述原理，可以检测逆变器所接的各光伏组串是否为反接状态；该方法简单易行，且无需对硬件电路进行改变，利于推广应用。
70.值得说明的是，当检测到任意光伏组串反接时，该控制器应当进行告警，以通知操作人员进行接线改正操作，而这一操作必然会导致逆变器并网时间的后移，还有可能会因需要等待操作人员到来而耽误较长时间，比如一天甚至多天，进而导致发电量的损失。
71.因此，避免误判是很有必要的，为实现这一目的，本实施例在上一实施例的基础之上，优选的，该光伏发电系统的关断器反接检测方法，如图4所示，其在步骤s104之前，也即在判定相应的光伏组串为反接状态之前，还包括：
72.s201、判断小于第二预设值的输入端电压，是否在预设时间内均小于第二预设值。
73.也即，判断相应输入端电压小于第二预设值的状态，是否能够维持一定时间不变；若其在预设时间内均保持这一状态，也即相应输入端电压在预设时间内均小于第二预设值，则说明这一光伏组串确实反接了，即可执行步骤s104，即判定相应的光伏组串为反接状态。
74.实际应用中，该预设时间的取值，可以根据反接告警的检测时间要求来选取，比如可以设置为5s或者8s等；视其具体应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
75.若相应输入端电压在预设时间内未能保持这一状态，也即出现了至少一个时刻，其大于等于第二预设值，则执行步骤s103，也即判定相应的光伏组串不为反接状态。
76.本实施例在能够实现光伏组串反接检测的基础之上，还能够避免误判，进而避免发电量的损失。
77.另外，在上述实施例的基础之上，该光伏发电系统的关断器反接检测方法，如图5(以在图2的基础上为例进行展示)所示，其在步骤s101之前，也即在判断逆变器的直流母线电压是否大于第一预设值之前，还包括：
78.s301、逆变器上电。
79.逆变器初始上电后，由于关断器默认断开，逆变器输入侧都没有建立电压，所以首先需要步骤s302来执行正常的关断器唤醒逻辑，各路光伏组串的关断器逐渐唤醒后，逆变器的各输入端和直流母线都能检测到电压。
80.s302、逆变器通过自身各输入端内侧所接的boost电路，控制相应光伏组串内的关断器进行输出。
81.如图6a所示，该逆变器内部，包括：控制器、逆变电路201、母线电容202及至少两个boost电路203；其中，各boost电路203的输入端分别作为逆变器20的相应输入端；各boost电路203的输出端以及逆变电路201的直流侧，分别与直流母线相连；母线电容202设置于直流母线的正负极之间；该逆变电路201及各boost电路203，分别受控于控制器。
82.各boost电路203可以是如图6a中所示的基础boost电路，也可以是图7中所示的三电平boost电路，还可以是其他电路，此处不做具体限定，视其应用环境而定即可。
83.或者，如图6b所示，该逆变器包括：控制器、逆变电路201、母线电容202、boost电路203及储能模块204；其中，boost电路203的输入端分别作为逆变器的输入端；boost电路203的输出端、逆变电路201的直流侧以及储能模块204，分别与直流母线相连；母线电容202设置于直流母线的正负极之间；逆变电路201及boost电路203，分别受控于控制器；实际应用
中，该储能模块204内部可以包括电池模块及其双向dc/dc变换模块，该双向dc/dc变换模块也可以受控于该控制器。
84.该步骤s302具体包括图8中所示的：
85.s311、逆变器控制各boost电路在相应输入端形成预设波形信号，以唤醒相应光伏组串内的关断器。
86.该预设波形信号为：周期性出现的高低电压信号，其每个周期内具体包括维持第一时长的高电压以及维持第二时长的低电压；该高电压可以是直流母线电压，该低电压可以是零，也可以是一个较低的电压值。
87.当该低电压为零时，相应boost电路中开关管的驱动信号如图9a所示，其会将直流母线短路。当该低电压为较低的电压值时，相应boost电路中开关管的驱动信号如图9b所示，其具体为pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号。
88.需要说明的是，对于图6a所示的结构，通过该步骤s311，即可使各个boost电路203分别动作，以在相应输入端形成预设波形信号；而对于图6b所示的结构，在执行步骤s302之前，具体是在该步骤s311之前，逆变器需要先控制储能模块204来提供建立母线电压，再通过步骤s311，控制该boost电路203动作，进而在逆变器的输入端形成该预设波形信号。
89.各关断器和该逆变器中，均可以提前设置相应的程序，以确定进行唤醒的预设波形信号，当关断器检测到其输出端的电压为该预设波形信号时，即可执行步骤s312。
90.s312、各关断器分别控制自身对相应光伏组件的电能进行输出。
91.当各关断器分别进行输出之后，逆变器的各输入端及直流母线均能检测到电压，进而即可执行步骤s101。
92.该关断器反接检测方法中的其他步骤和具体原理，参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。
93.本发明另一实施例还提供了一种光伏发电系统，其如图1所示，具体包括：逆变器20和至少两个光伏组串10；其中，各光伏组串10均包括至少两个通过相应关断器12进行电能输出的光伏组件11，且各关断器12的输出端依次串联构成光伏组串10的两端；各光伏组串10的两端，分别与逆变器20的相应输入端相连。
94.其中，参见图3，各关断器内部均包括：设置于功率传输支路上的开关管t，以及，反向连接于相应关断器输出端正负极之间的旁路二极管d。该开关管t导通时，该关断器能够实现相应光伏组件的电能输出；该旁路二极管d导通时，相应的光伏组件被旁路。
95.参见图6a，逆变器20包括：控制器、逆变电路201、母线电容202及至少两个boost电路203。各boost电路203的输入端分别作为逆变器20的相应输入端；各boost电路203的输出端以及逆变电路201的直流侧，分别与直流母线相连；母线电容202设置于直流母线的正负极之间；逆变电路201及各boost电路203，分别受控于控制器。或者，如图6b所示，该逆变器包括：控制器、逆变电路201、母线电容202、boost电路203及储能模块204；其中，boost电路203的输入端分别作为逆变器的输入端；boost电路203的输出端、逆变电路201的直流侧以及储能模块204，分别与直流母线相连；母线电容202设置于直流母线的正负极之间；逆变电路201及boost电路203，分别受控于控制器；实际应用中，该储能模块204内部可以包括电池模块及其双向dc/dc变换模块，该双向dc/dc变换模块也可以受控于该控制器；该储能模块用于在逆变器上电后建立直流母线电压。
96.逆变器20中的控制器用于执行如上述任一实施例所述的光伏发电系统的关断器反接检测方法。该方法的具体过程及原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。
97.本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
98.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
99.对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。