一种关断器及光伏系统的制作方法

1.本技术涉及电力电子技术领域，特别涉及一种关断器及光伏系统。


背景技术：

2.光伏系统中，光伏阵列的串联电压一般很高，为了提高系统安全性，要求光伏系统能够实现快速关断，所以现有技术一般会为光伏组件设置关断器，以通过关断器自身的通断来改变光伏组件的电能输出与否。关断器的内部结构如图1所示，其主要是通过控制位于电源电路上的开关管k的状态，来实现对于相应组件关断状态的控制；而其开关管k的通断，是由其控制单元根据通信单元所接收的指令来进行驱动控制的。
3.现有技术中还存在一种方案是无通讯控制方案，节省了图1中的通信单元，其控制单元无法与其他控制单元进行通信，因此不能接受到其他控制单元的控制信息，仅通过检测关断器自身的输出电流、电压判断系统是否正常，然后执行关断器的导通与断开。
4.因此，当两串电压不一样的光伏组串并联在一起时，高压组串中的关断器会检测到有电流存在，所以不会关断；而低压组串中的关断器检测到反向电流，会主动关断，但是由于其开关管k反向并联二极管或体二极管的存在，所以并不能阻断反灌电流路径；此时，就会出现电流从高压组串反灌进入低压组串的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供一种关断器及光伏系统，以实现无通讯控制方案中不同电压组串并联情况下的可靠关断。
6.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
7.本技术第一方面提供了一种关断器，所应用的组串与另一电压不同的组串并联连接，所述关断器包括：控制单元、功率传输支路及旁路支路；其中，
8.所述功率传输支路的两侧分别作为所述关断器的输入侧和输出侧；
9.所述旁路支路设置于所述关断器的输出侧两极之间；
10.所述功率传输支路中设置有串联连接的至少一个第一开关管以及至少一个第二开关管；所述第一开关管的体二极管或反并联二极管的导通反向，与流入所述关断器的输入侧正极的反向电流相同；
11.所述控制单元用于检测所述关断器的输出电流，并在所述输出电流为所述反向电流时，控制所述第二开关管断开，切断所述反向电流。
12.可选的，在所述输出电流为流向所述关断器的输出侧正极的正向电流，且大于等于预设阈值时，控制各开关管均维持导通状态。
13.可选的，所述控制单元还用于：在所述输出电流为流向所述关断器的输出侧正极的正向电流，且小于预设阈值时，控制所述第一开关管断开，或者，控制各开关管均断开。
14.可选的，所述控制单元还用于：在所述输出电流为所述反向电流时，控制所述第一开关管断开。
15.可选的，所述控制单元用于控制相应开关管断开时，具体用于延时控制相应开关管断开。
16.可选的，所述控制单元还用于：从所述关断器的输入输出参数中检测到启动信号时，控制各开关管均导通。
17.可选的，所述第二开关管，无体二极管及反并联二极管，或者，其体二极管或反并联二极管的导通反向与所述反向电流相反。
18.可选的，所述功率传输支路包括：正极传输支路和负极传输支路；
19.所述正极传输支路连接于所述关断器的输入侧正极与输出侧正极之间；
20.所述负极传输支路连接于所述关断器的输入侧负极与输出侧负极之间；
21.所述第一开关管设置于所述正极传输支路或者所述负极传输支路中，所述第二开关管设置于所述正极传输支路或者所述负极传输支路中。
22.可选的，所述旁路支路包括：受控于所述控制单元的第三开关管。
23.可选的，所述旁路支路包括：二极管；
24.所述二极管的负极与所述关断器的输出侧正极相连；
25.所述二极管的正极与所述关断器的输出侧负极相连。
26.可选的，所述控制单元包括：处理器和驱动电路；
27.所述处理器用于根据采集得到的所述关断器的输入输出参数，通过所述驱动电路，控制相应开关管的通断状态。
28.本技术第一方面提供了一种光伏系统，其特征在于，包括：光伏阵列、至少一个逆变器以及n个关断器；n大于等于2；其中，
29.所述逆变器的直流侧连接有至少一个组串；
30.所述组串中，包括至少两个通过各自输出侧串联连接的所述关断器；且各所述关断器的输入侧分别连接所述光伏阵列中相应的光伏组件；
31.至少一个所述组串中的各所述关断器，均为如上述第一方面任一种所述的关断器。
32.可选的，所述逆变器的直流侧并联连接有至少两个所述组串，其中至少一个电压较低的所述组串中的所述关断器为如上述第一方面任一种所述的关断器。
33.本技术提供的关断器，其功率传输支路的两侧分别作为关断器的输入侧和输出侧，且其功率传输支路中设置有串联连接的至少一个第一开关管以及至少一个第二开关管；虽然其第一开关管的体二极管或反并联二极管允许反向电流流入关断器的输入侧正极，但其控制单元在检测到关断器的输出电流为该反向电流时，会控制第二开关管断开，以切断该反向电流；进而，当其所在组串与不同电压的组串并联时，即便出现反向电流，也能够及时切断，最终实现了无通讯控制方案下的可靠关断。
附图说明
34.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。
35.图1为现有技术提供的关断器的结构示意图；
36.图2为本技术实施例提供的关断器的结构示意图；
37.图3a、图3b、图3c、图3d及图3e分别为本技术实施例提供的关断器的五种电路图；
38.图4为本技术实施例提供的长短组串并联的结构示意图；
39.图5为现有技术提供的长短组串并联的结构示意图。
具体实施方式
40.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。
41.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。
42.本技术提供一种关断器，以实现无通讯控制方案中不同电压组串并联情况下的可靠关断。
43.该关断器所应用的组串与另一电压不同的组串并联连接，参见图2，该关断器，具体包括：控制单元10、功率传输支路20及旁路支路30；其中：
44.功率传输支路20的两侧分别作为关断器的输入侧和输出侧；该关断器的输入侧和输出侧分别有正负极，也即，功率传输支路20的一侧正负极作为该关断器的输入侧正负极，连接相应的光伏组件，该功率传输支路20的另一侧正负极作为该关断器的输出侧正负极，输出相应光伏组件的电能。
45.旁路支路30设置于关断器的输出侧两极之间；该旁路支路30中具体可以包括一个二极管d，如图3a所示，该二极管d的负极与关断器的输出侧正极相连，该二极管d的正极与关断器的输出侧负极相连；或者，该旁路支路30中也可以包括一个开关管，如图3b中所示的k12；视其具体应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
46.如图3a或图3b中所示，该关断器中的功率传输支路20，具体包括：正极传输支路201和负极传输支路202；其中，正极传输支路201连接于关断器的输入侧正极与输出侧正极之间；负极传输支路202连接于关断器的输入侧负极与输出侧负极之间。
47.该功率传输支路20中，比如其正极传输支路201中，设置有串联连接的至少一个第一开关管和至少一个第二开关管，两者的个数均不作具体限定，下面各图均以一个为例进行展示。
48.该第一开关管的体二极管或反并联二极管的导通反向，与流入关断器的输入侧正极的反向电流相同，如图3a至图3c中所示的k10。
49.该第二开关管，可以是其体二极管或反并联二极管的导通反向与该反向电流相反(如图3a或图3b中所示的k11)，或者，其也可以没有体二极管及反并联二极管(如图3c中所示的k11)；只要当关断器的输出电流为该反向电流时，该第二开关管k11的断开能够切断这
一反向电流即可，均在本技术的保护范围内。
50.而且，这两种开关管k10和k11的设置位置和串联顺序也不限，图3a至图3c中仅为一种两者均设置于正极传输支路201中的示例，实际应用中这两种开关管k10和k11也可以均设置于负极传输支路202中(如图3d中所示)，还可以分别设置于不同的传输支路中(如图3e中所示)，只要能够实现对于关断器的通断控制即可，均在本技术的保护范围内；另外，这两种开关管k10和k11也可以互换串联顺序；图3a至图3e仅为部分示例，上述各特征的组合或其他个数的开关等变形形式不再一一进行图示。
51.该控制单元10用于检测该关断器的输出电流，并在该输出电流为上述反向电流时，控制第二开关管k11断开，或者，也可以控制两种开关管k10和k11均断开，只要能够切断该反向电流，阻断其反灌进入相应的光伏组件即可，均在本技术的保护范围内。
52.具体的，当不同电压组串并联时，比如不同组串中关断器接入的光伏组件电压不同，或者，不同组串中的串联组件数量不同(如图4所示)，就会出现电压较高的高压组串和电压较低的低压组串，由于并联关系进而导致高压组串会向低压组串反灌电流，低压组串中的关断器将会检测到反向电流。
53.图4以两个串联组件数量不同的组串相并联且关断器采用图3b所示结构为例进行展示：
54.其中第一个组串由两个关断器串联而成，第二个组串中仅一个关断器。第一个组串中，第一个关断器的功率传输支路20中设置有第一开关管k10和第二开关管k11，第二个关断器的功率传输支路20中设置有第一开关管k20和第二开关管k21，第二组串中关断器的功率传输支路20中设置有第一开关管k30和第二开关管k31；三个关断器的旁路支路30中分别设置有相应的第三开关管k12、k22及k32。
55.三路光伏组件的辐照条件接近时，两个组串的电压之间存在一个组件输出电压的差距，高压组串会通过并联点(p点和n点)向低压组串反灌电流；此时，即便高压组串中的关断器不会关断，低压组串中的关断器，也会由于其控制单元10检测到关断器的输出电流为反向电流，而至少控制相应功率传输支路20中的第二开关管k31处于断开状态；进而，第二开关管k31所并联的二极管或体二极管，会由于反向截止而阻断反灌电流，最终实现了可靠关断。
56.其他串联组件数量下的不同电压组串并联情况，与此类似，不再赘述。另外，对于图3c所示的关断器结构，当出现反向电流时，其第二开关管k11的断开，直接切断了关断器输入侧和输出侧之间的通路，进而也能切断该反向电流。
57.本实施例提供的关断器，通过上述原理，使得不同电压组串并联时，低压组串中的关断器，能够通过其控制单元10检测到反向电流，并主动关断其功率传输支路20中的第二开关管，进而能够切断该反向电流，最终实现了无通讯控制方案下的可靠关断。
58.实际应用中，不论该关断器采用上一实施例所述的任一结构，该关断器的控制单元10均可以具体用于：
59.(1)从关断器的输入输出参数中检测到启动信号时，控制各开关管均导通。
60.该启动信号具体可以是电力线载波信号或者模拟脉冲信号，视其具体应用环境而定，只要能够实现无通讯控制即可。
61.(2)在输出电流为流向关断器的输出侧正极的正向电流，且大于等于预设阈值时，
控制各开关管均维持导通状态。
62.(3)在输出电流为流向关断器的输出侧正极的正向电流，且小于预设阈值时，控制第一开关管断开，或者，控制各开关管均断开。
63.(4)在输出电流为反向电流时，控制第二开关管断开，或者，控制各开关管均断开。
64.而且，该控制单元10控制相应开关管断开时，具体可以是延时控制相应开关管断开，也即，在检测到输出电流维持相应状态已达到预设时长后，才会控制相应开关管断开。
65.具体的，在正常的并网过程中，该关断器的控制单元10，会先根据电力线载波信号或者模拟脉冲信号进行启动操作，控制功率传输支路20中的两个开关管k10和k11处于导通状态，进而实现相应光伏组件的正常输出。之后，再通过检测关断器的输入输出参数，比如输入侧和/或输出侧的电压和/或电流，来确定是否出现故障；比如，当关断器检测到正常大小的正向电流后，即可认为系统正常也即无故障，并控制开关管k10和k11导通，进而能够保持关断器的导通状态；而在检测到正向电流过小时，认为出现故障，并控制第一开关管k10断开，或者控制两个开关管k10和k11均断开；在检测到出现反向电流时，也会判定为出现故障，并控制第二开关管k11断开，或者两个开关管k10和k11均断开；进而实现无通讯关断。
66.值得说明的是，现有技术中，为了满足光伏发电行业内对于单点故障的相关要求，也有方案会在关断器的功率传输支路上串联两个开关管，如图5中所示的各个k1和k2；通过对这两个开关管k1和k2的通断控制，以实现对于关断器的通断控制。但是当两串电压不一样的光伏组串并联在一起时，即使后级逆变器发生故障，其高压组串也会向低压组串反灌电流，高压组串检测到有电流存在，所以不会关断；而其低压组串检测到反向电流，虽然可以主动关断，但是由于开关管k1和k2反向并联二极管或体二极管的存在，并不能阻断反灌电流路径，所以也不能可靠的关断。
67.而本实施例提供的该关断器，具备阻断反向电流的能力；对于长短串并联连接的系统，在逆变器关断后长串向短串反灌电流的情况发生时，短串中的关断器检测到反向电流后阻断反向电流路径，长串中的关断器在检测到电流为零后也会自动关断，最终确保可靠关断。
68.另外，上述实施例中的控制单元10，可以具体包括：处理器和驱动电路；其中，处理器用于根据采集得到的关断器的输入输出参数，通过驱动电路，控制开关管的通断状态。
69.实际应用中，该关断器中还可以设置有：为处理器供电的辅助电源，设置于关断器输出侧正负极之间的浮压消除装置，以及，设置于关断器输入输出侧的电压电流采样模块等器件，均可以参见现有技术，此处不再一一赘述。
70.本技术另一实施例还提供了一种光伏系统，其包括：光伏阵列、至少一个逆变器以及n个关断器；n大于等于2，使得各关断器至少分为两组，能够形成至少两个组串。
71.逆变器的直流侧连接有至少一个组串。
72.各组串中，分别包括至少两个通过各自输出侧串联连接的关断器；且各关断器的输入侧分别连接光伏阵列中相应的光伏组件。
73.至少一个组串中的各关断器，均为如上述任一实施例所述的关断器。该关断器的结构及原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。
74.当逆变器的直流侧并联连接有至少两个组串时，连接至同一逆变器直流侧的各组串中，其组件串联数量优选为相同的，其所接光伏组件的辐照条件也优选相同。但实际应用
中，对于连接至同一逆变器直流侧的不同组串，也不排除其组件串联数量和/或组件辐照条件不同的情况；此时，有以下两种可选设置：
75.(1)其中至少一个电压较低的组串中的关断器，为如上述任一实施例所述的关断器；比如图4所示的不同组串中的串联组件数量不同的情况下，其短串中的关断器均具备反向电流切断功能即可。
76.(2)也可以是全部组串中的各关断器均为如上述任一实施例所述的关断器。比如，不同组串中关断器的数量相同，但各自接入的光伏组件电压不同的情况下，各组串的电压可能会根据辐照条件或者时间而产生变化，此时优选全部组串中的关断器均具备反向电流切断功能。
77.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。
78.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。
79.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。