自动快速控制电压安全的光伏优化装置、方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自动快速控制电压安全的光伏优化装置、方法及光伏系统，属于光伏设备保护技术领域。光伏发电系统发生紧急故障时，本发明专利技术通过创造光伏组串电路的短路环境，以降低系统中的功率优化器中的ASIC芯片的Mode管脚的输入电压，并在功率优化器判定Mode管脚输入电压低于预设的阈值电压时，ASIC芯片控制功率优化器进入安全工作模式，实现了对光伏发电系统的超快速组件级关断，关断时间可以少于0.5S,防止故障扩大，确保用户人员与财产安全。当进行光伏发电系统安装或运维时，光伏组串可能是断开状态，此时通过关掉光伏逆变器交流开关，以停止发送心跳包通信信号，实现了对光伏发电系统的组件级关断，确保了人员安全。全。全。

【技术实现步骤摘要】
自动快速控制电压安全的光伏优化装置、方法及系统


[0001]本专利技术涉及光伏设备保护
，具体涉及一种自动快速控制电压安全的光伏优化装置、方法及系统。

技术介绍

[0002]光伏功率变换装置能够解决众多光伏组件相互串联（光伏组串）时的光伏组件间输出功率失配的问题，若光伏组串中的每块光伏组件配置功率优化器，每块光伏组件相对于光伏组串而言为一个独立个体，其独立进行MPPT（Maximum Power Point Tracking，最大功率跟踪，简称MPPT）跟踪，其输出功率不会受到其他光伏组件的影响，即光伏组串中的一块或部分组件出现表面被遮挡、脏污、热斑等问题时，其他光伏组件仍然能够输出最大功率，避免光伏组件串联应用时，由于上述遮挡等原因引起的光伏组串失配及串功率损失。
[0003]在涉及电压安全的现有技术中，海外公司已完成基于看门狗技术的组件级快速关断的专利布局，其中专利号为US8933321B2的由Tigo Energy公司申请的美国专利，公开了一种基于看门狗技术的断开太阳能电池板的系统和方法，其包括：耦合在太阳能模块和电源总线之间的本地控制器的看门狗单元，电源总线配置为将多个太阳能模块连接到逆变器。看门狗单元具有：本地控制器，其被配置为监视来自远离太阳能模块的中央控制器的通信，并确定该通信是否已中断超过预定允许跳过次数的时间段。
[0004]但这种方案，是基于看门狗技术，对通信的可靠性提出了很高的要求，通常采用可靠性很高的电力载波通信（PLC）作为通信方式，而且，为了防止由于误操作引起错误的断开太阳能模块，因此需要持续一段时间没有检测到信号后才能关断太阳能模块。在2017年美国NEC 公布的规则中，要求在快速关断装置启动后 30S 内实现“组件级关断”， 然而由于在以上持续的时间内无法实现组件级关断，光伏组件还会持续产生电能，短路及电弧故障不会消除，严重的会引起火灾故障扩大，对人员及财产造成不可逆的伤害与风险，因此需要一种更快速的组件级关断方式。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种自动快速控制电压安全的光伏优化装置、方法及系统，以实现组件级的快速关断，确保光伏发电系统使用安全。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：提供一种自动快速控制电压安全的光伏优化装置，配置于光伏发电系统中，所述光伏发电系统包括若干个连接在光伏逆变器的直流母线上的光伏组串，所述光伏组串由若干个光伏组件串联构成，所述光伏组件包括光伏发电单元和用于接入所述光伏发电单元的功率优化器，所述光伏优化装置包括配置于所述光伏发电单元输出侧的所述功率优化器，以及配置于所述光伏组串输出侧的直流旁路电路，若干个所述功率优化器的输出端相串联作为光伏组串输出端；所述直流旁路电路包括安全旁路控制器、第一辅助电源和第三开关，所述第三开关连接在光伏逆变器的直流端的正输入端和负输入端之间，所述第一辅助电源
的电输入端连接所述光伏逆变器的交流端，所述第一辅助电源的电输出端连接所述第三开关为所述第三开关供电；所述功率优化器包括低电压保护及安全调修电路，所述功率优化器中的ASIC芯片在检测到MODE管脚的输入电压，也即所述低电压保护及安全调修电路的输出电压，低于预设阈值电压时，判定所述光伏发电系统发生短路故障，则控制所述功率优化器切换到或维持在安全工作模式；所述低电压保护及安全调修电路中的安全调修控制模块通过第二辅助电源从所述光伏发电单元中取电以获得工作电压，所述安全调修控制模块用于检测所述安全旁路控制器发生的心跳包通信信号是否正常，若正常，则生成调修指令以控制断开所述调修开关件并维持其处于断开状态直至判定所述心跳包通信信号异常，所述调修开关件处于断开状态；若异常，则停止生成调修指令以控制断开所述调修开关，所述调修开关件处于合上状态，并维持其处于合上状态直至判定所述心跳包通信信号恢复正常。
[0007]作为优选，当安装所述光伏发电系统的建筑或住宅的用户发生火灾紧急故障时，用户关掉所述光伏逆变器并网点的并网开关或住宅与电网的入户开关时，通过所述第一辅助电源从所述光伏逆变器的交流端取电的常闭型的所述第三开关由于所述第一辅助电源失电而闭合，所述光伏发电系统中的各光伏组串的电路将被短路，当所述功率优化器中的所述ASIC芯片检测到MODE管脚的输入电压，也即是所述低电压保护及安全调修电路的输出电压，低于预设阈值电压时，判定所述光伏发电系统的各光伏组串的电路处于短路状态，则控制所述功率优化器切换到或维持在安全工作模式，此时所述功率优化器将停止输出功率与输出工作电压，此时所述功率优化器输出0V安全电压；当紧急故障排除之后，用户重新合上所述并网开关或住宅与电网的入户开关后，通过所述第一辅助电源从所述光伏逆变器的交流端取电的常闭型的所述第三开关由于所述第一辅助电源供电恢复而断开，所述光伏发电系统的各光伏组串的电路的短路状态解除，同时所述安全旁路控制器因得电恢复正常而恢复发送所述心跳包通信信号，所述安全调修控制模块检测到所述安全旁路控制器发生所述心跳包通信信号正常后，则生成调修指令以控制并维持所述调修开关件处于断开状态，所述ASIC芯片检测到MODE管脚的输入电压，也即是所述低电压保护及安全调修电路的输出电压，高于预设阈值电压时，所述ASIC芯片将控制所述功率优化器恢复至MPPT工作模式，此时功率优化器将恢复输出功率与输出工作电压。
[0008]作为优选，当进行所述光伏发电系统的安装或运维时，此时光伏组串尚未完成连接或被断开，用户关断或未完成合闸所述光伏逆变器并网点的并网开关，所述安全旁路控制器因停止供电，而停止发送所述心跳包通信信号，所述安全调修控制模块未检测或检测到到所述安全旁路控制器发生所述心跳包通信信号异常后，所述调修开关件由于未收到所述调修指令处于合上状态，此时MODE管脚将与地导通，而当所述功率优化器中的所述ASIC芯片检测到MODE管脚的输入电压，也即是所述低电压保护及安全调修电路的输出电压，低于预设阈值电压时，则控制所述功率优化器切换到或维持在安全工作模式，此时所述功率优化器将停止输出功率与输出0V的安全电压；当完成所述光伏发电系统的安装或运维后，用户重新合上所述并网开关或住宅与电网的入户开关后，通过所述第一辅助电源从所述光伏逆变器的交流端取电的常闭型的所述第三开关由于所述第一辅助电源供电恢复而断开，所述安全旁路控制器因得电恢复正常而重新发送所述心跳包通信信号，所述安全调修控制
模块检测到所述安全旁路控制器发生所述心跳包通信信号正常后，则生成调修指令以控制并维持所述调修开关件处于断开状态，所述ASIC芯片检测到MODE管脚的输入电压，也即是所述低电压保护及安全调修电路的输出电压，高于预设阈值电压时所述ASIC芯片将控制所述功率优化器恢复至MPPT工作模式，此时功率优化器将恢复输出功率与输出工作电压。
[0009]作为优选，所述功率优化器的所述低电压保护及安全调修电路包括调修开关件、电阻R1、R2、二极管VD、电容Cx和所述安全调修控制模块，所述调修开关件为常闭型的PMOS管，所述PMOS管的源极和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动快速控制电压安全的光伏优化装置，配置于光伏发电系统中，其特征在于，所述光伏发电系统包括若干个连接在光伏逆变器的直流母线上的光伏组串，所述光伏组串由若干个光伏组件串联构成，所述光伏组件包括光伏发电单元（5）和用于接入所述光伏发电单元（5）的功率优化器（1），所述光伏优化装置包括配置于所述光伏发电单元（5）输出侧的所述功率优化器（1），以及配置于所述光伏组串输出侧的直流旁路电路，若干个所述功率优化器（1）的输出端相串联作为光伏组串输出端；所述直流旁路电路包括安全旁路控制器（2）、第一辅助电源（3）和第三开关（s3），所述第三开关（s3）连接在光伏逆变器的直流端的正输入端和负输入端之间，所述第一辅助电源（3）的电输入端连接所述光伏逆变器的交流端，所述第一辅助电源（3）的电输出端连接所述第三开关（s3）为所述第三开关（s3）及安全旁路控制器（2）供电；所述安全旁路控制器（2）还用于向所述功率优化器（1）发送的心跳包通信信号；所述功率优化器（1）包括ASIC芯片（10）和与ASIC芯片（10）的MODE管脚连接的低电压保护及安全调修电路（100），当所述ASIC芯片（10）在检测到MODE管脚的输入电压，也即是所述低电压保护及安全调修电路（100）的输出电压，低于预设阈值电压时，控制所述功率优化器（1）切换到或维持在安全工作模式；所述低电压保护及安全调修电路（100）中的安全调修控制模块（104）通过第二辅助电源（105）从所述光伏发电单元（5）中取电以获得工作电压，所述安全调修控制模块（104）用于检测所述安全旁路控制器（2）发送的心跳包通信信号是否正常，若正常，则生成调修指令以控制断开所述低电压保护及安全调修电路（100）中的常闭型的调修开关件（103）并维持其处于断开状态直至判定所述心跳包通信信号异常，所述调修开关件（103）处于断开状态；若异常，则停止生成调修指令以控制断开所述调修开关（103），所述调修开关件（103）处于合上状态，并维持其处于合上状态直至判定所述心跳包通信信号恢复正常。2.根据权利要求1所述的自动快速控制电压安全的光伏优化装置，其特征在于，当安装所述光伏发电系统的建筑或住宅的用户发生火灾紧急故障时，用户关掉所述光伏逆变器并网点的并网开关或住宅与电网的入户开关时，通过所述第一辅助电源（3）从所述光伏逆变器的交流端取电的常闭型的所述第三开关（s3）由于所述第一辅助电源（3）失电而闭合，所述光伏发电系统中的各光伏组串的电路将被短路，当所述功率优化器（1）中的所述ASIC芯片（10）检测到MODE管脚的输入电压，也即是所述低电压保护及安全调修电路（100）的输出电压，低于预设阈值电压时，则控制所述功率优化器（1）切换到或维持在安全工作模式，此时所述功率优化器（1）将停止输出功率与输出工作电压，此时所述功率优化器（1）输出0V安全电压；当紧急故障排除之后，用户重新合上所述并网开关或住宅与电网的入户开关后，通过所述第一辅助电源（3）从所述光伏逆变器的交流端取电的常闭型的所述第三开关（s3）由于所述第一辅助电源（3）供电恢复而断开，所述光伏发电系统的各光伏组串的电路的短路状态解除，同时所述安全旁路控制器（2）因得电恢复正常而恢复发送所述心跳包通信信号，所述安全调修控制模块（104）检测到所述安全旁路控制器（2）发生所述心跳包通信信号正常后，则生成调修指令以控制并维持所述调修开关件（103）处于断开状态，所述ASIC芯片（10）检测到MODE管脚的输入电压，也即是所述低电压保护及安全调修电路（100）的输出电压，高于预设阈值电压时，所述ASIC芯片（10）将控制所述功率优化器（1）恢复至MPPT工作模式，此时功率优化器（1）将恢复输出功率与输出工作电压。
3.根据权利要求1所述的自动快速控制电压安全的光伏优化装置，其特征在于，当进行所述光伏发电系统的安装或运维时，此时光伏组串尚未完成连接或被断开，用户关断或未完成合闸所述光伏逆变器并网点的并网开关，所述安全旁路控制器（2）因停止供电，而停止发送所述心跳包通信信号，所述安全调修控制模块（104）未检测或检测到到所述安全旁路控制器（2）发生所述心跳包通信信号异常后，调修开关件（103）由于未收到所述调修指令处于合上状态，此时MODE管脚将与地导通，而当所述功率优化器（1）中的所述ASIC芯片（10）检测到MODE管脚的输入电压，也即是所述低电压保护及安全调修电路（100）的输出电压，低于预设阈值电压时，则控制所述功率优化器（1）切换到或维持在安全工作模式，此时所述功率优化器（1）将停止输出功率与输出0V的安全电压；当完成所述光伏发电系统的安装或运维后，用户重新合上所述并网开关或住宅与电网的入户开关后，通过所述第一辅助电源（3）从所述光伏逆变器的交流端取电的常闭型的所述第三开关（s3）由于所述第一辅助电源（3）供电恢复而断开，所述安全旁路控制器（2）因得电恢复正常而重新发送所述心跳包通信信号，所述安全调修控制模块（104）检测到所述安全旁路控制器（2）发生所述心跳包通信信号正常后，则生成调修指令以控制并维持所述调修开关件（103）处于断开状态，所述ASIC芯片（10）检测到MODE管脚的输入电压，也即是所述低电压保护及安全调修电路（100）的输出电压，高于预设阈值电压时所述ASIC芯片（10）将控制所述功率优化器（1）恢复至MPPT工作模式，此时功率优化器（1）将恢复输出功率与输出工作电压。4.根据权利要求1所述的自动快速控制电压安全的光伏优化装置，其特征在于，所述功率优化器（1）的所述低电压保护及安全调修电路（100）包括所述调修开关件（103）、电阻R1、R2、二极管VD、电容Cx和所述安全调修控制模块（104），所述调修开关件（103）为常闭型的PMOS管，所述PMOS管的源极和漏极之间连接有一正向的体二极管，所述调修开关件（103）的源极接地，漏极串接电阻R1后连接至所述ASIC芯片（10）的Mode管脚，栅极连接所述安全调修控制模块（104）的信号输入端；所述电阻R2的一端连接所述ASIC芯片（10）的VDD管脚，另一端连接所述PMOS管的漏极且连接所述电容Cx后接地；所述二极管VD的正极连接所述PMOS管的漏极，负极连接芯片的V0管脚；所述安全调修控制模块（104）通过所述第二辅助电源（105）从所述光伏发电单元（5）中取电以获得工作电压，所述安全调修控制模块（104）用于检测所述安全旁路控制器（2）发生的所述心跳包通信信号是否正常，若正常，则生成调修指令以控制断开所述调修开关件（103）并维持其处于断开状态直至判定所述心跳包通信信号异常；若未检测所述安全旁路控制器（2）发生的所述心跳包通信信号或检查到所述信号异常时则停止生成调修指令以控制合上断开所述调修开关件（103），所述调修开关件（103）处于合上状态。5.根据权利要求1所述的自动快速控制电压安全的光伏优化装置，其特征在于，所述ASIC芯片（10）控制所属的所述功率优化器（1）切换为安全工作模式的方法为：所述ASIC芯片（10）检测到其Mode管脚的输入电压低于所述阈值电压时，驱动所述功率优化器（1）中的第一开关（20）关断并驱动第二开关（30）导通，以控制所述功率优化器（1）接入的所述光伏发电单元（5）停止输出光伏功率与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维，宋悦，
申请(专利权)人：江苏旭迈思电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：