一種光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置，其包括過流保護(hù)器件和儲能元件；其中，所述過流保護(hù)器件串接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間；所述儲能元件并接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間。本發(fā)明在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間并聯(lián)儲能元件，從而將太陽能電池板的電流源特性轉(zhuǎn)換為電壓源特性，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，通過儲能元件提存儲的能量將過流保護(hù)器件可靠熔斷，這種保護(hù)幾乎不受輸入太陽能電池板能量的限制，在非常弱的光線仍然可以實現(xiàn)可靠保護(hù)，方案簡單，保護(hù)可靠。
【專利說明】一種光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏逆變器是一種將太陽能電池板的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的設(shè)備。在能源日益緊缺、需求日漸增大、環(huán)保概念深入人心的今天，太陽能以其獲取簡單、清潔無污染、取之不盡等優(yōu)點受到廣泛的關(guān)注，也在全世界各國得到了廣泛應(yīng)用。太陽能光伏發(fā)電就是將太陽能電池板所產(chǎn)生的直流電能通過逆變器等轉(zhuǎn)換裝置變換成交流電能輸送給電網(wǎng)的一個過程。如圖1所示，從太陽能電池板的伏安曲線特性上看，有四個主要特性:一、在特定的光照條件下，輸出電流在一段電壓區(qū)間，其輸出電流大小幾乎恒定，從而對外呈現(xiàn)出典型的電流源的特性。二、電池板在輸出電壓為0，即輸出短路的情況下，其最大電流相比其最大功率輸出點電流值(Impp)相差也不是很大，通常情況下，約為Impp電流的1.2倍左右。三、在輸出開路情況下，端口電壓也并不無限升高，其開路電壓約為最大功率輸出點電壓值(Vmpp)的1.25倍左右。四、電池板的輸出功率存在最大功率點,離開最大功率點的兩側(cè),其輸出功率均比最大功率點位置的輸出功率要小。如圖2所示，對于傳統(tǒng)的輸入為電壓源的應(yīng)用中，通常采用在輸入電源和變換器之間加裝過流保護(hù)器件如熔斷器、空開等保護(hù)裝置實現(xiàn)電源的過流保護(hù)，比如在后級電源出現(xiàn)短路等故障時，由于輸入電壓源的內(nèi)阻很小，瞬間可以提供很大的電流通過過流保護(hù)器件，足以保證熔斷器熔斷或空開熱磁機(jī)構(gòu)動作跳閘，從而實現(xiàn)故障的分離。
[0003]但是，對于輸入為電流源應(yīng)用中，即使在后級短路的情況下，其最大輸出電流也不會很大，如上面提到的太陽能電池板，可以近似看作是電流源，因為電池板最大可輸出的電流僅有1.2倍的最大額定電流，一般情況下很難使熔斷器熔斷或者開關(guān)跳閘。特別是在太陽光線較弱的情況下，其短路電流更是小于最大的額定電流，因而給這種電流源的應(yīng)用造成了很大的困難。如圖3所示，假定匯流箱內(nèi)部A、B兩點出現(xiàn)短路，或者匯流箱輸出端出現(xiàn)短路情況(如后級逆變器的前級出現(xiàn)短路等工況)，由于每路太陽能電池板的電流源特性，即使在光線最好的工況下，匯流箱內(nèi)的各路熔斷器仍然不能達(dá)到熔斷條件，所以對于這種工況，安裝在匯流箱的熔斷器(或者說逆變器直流輸入及前級的所有熔斷器)就不能起到有效的保護(hù)作用，電流會持續(xù)維持在一定數(shù)值，并最終可能導(dǎo)致故障的持續(xù)擴(kuò)大。當(dāng)匯流箱的輸入端C、D兩點發(fā)生短路時，可以依靠其它組串的“倒灌”電流，來熔斷熔斷器。通常情況下只有并聯(lián)串?dāng)?shù)大于等于三串時這種保護(hù)才會有效。同樣道理，可以分析在逆變器輸入端使用熔斷器的情況，由于電池組件輸入的“限流”特性，這種使用方式在大多數(shù)工況下將不能起到保護(hù)作用。綜上可知，由于太陽能電池板呈現(xiàn)的電流源特性，使得傳統(tǒng)電源采用熔斷器或者空氣開關(guān)進(jìn)行保護(hù)的方法近乎于失效，因而對系統(tǒng)正常應(yīng)用產(chǎn)生很大的安全隱患。需要采取特殊的保護(hù)手段，如使用帶分勵脫扣功能的空氣開關(guān)等，通過控制電路的輔助判斷來達(dá)到系統(tǒng)保護(hù)的目的,成本高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于通過一種光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置，來解決以上【背景技術(shù)】部分提到的問題。
[0005]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置，包括過流保護(hù)器件和儲能元件；其中，所述過流保護(hù)器件串接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間；所述儲能元件并接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間。
[0007]特別地，所述儲能元件加裝在光伏組件與匯流箱輸入端之間。
[0008]特別地，所述儲能元件加裝在匯流箱輸出端與光伏直流配電柜輸入端之間。
[0009]特別地，所述儲能元件加裝在光伏直流配電柜的輸出端與光伏逆變器的直流側(cè)之間。
[0010]特別地，所述過流保護(hù)器件包括熔斷器、空氣開關(guān)。
[0011]特別地,所述儲能元件包括電容元件、儲能電池。
[0012]本發(fā)明提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間并聯(lián)儲能元件(例如電容等)，由于儲能元件的內(nèi)阻很小，瞬間可以看作是一電壓源，從而將太陽能電池板的電流源特性轉(zhuǎn)換為電壓源特性，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，通過儲能元件提存儲的能量將過流保護(hù)器件(例如熔斷器等)可靠熔斷，這種保護(hù)幾乎不受輸入太陽能電池板能量的限制，在非常弱的光線仍然可以實現(xiàn)可靠保護(hù)，另外，在光伏逆變器前端增加儲能元件后，還可以提高光伏發(fā)電系統(tǒng)抑制浪涌沖擊的能力，同時還可以減小光伏逆變器側(cè)反饋到太陽能電池板端口的高頻紋波電壓，以提高電池板的工作壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為太陽能電池板典型的伏安特性曲線圖；
[0014]圖2為電壓源應(yīng)用典型保護(hù)原理示意圖；
[0015]圖3為將η組光伏組件匯流典型應(yīng)用示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明實施例一提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置簡化示意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明實施例二提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置具體應(yīng)用示意圖；
[0018]圖6為本發(fā)明實施例三提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置具體應(yīng)用示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。
[0020]實施例一
[0021]本實施例中光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置包括過流保護(hù)器件和儲能元件。所述過流保護(hù)器件串接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間。所述儲能元件并接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間。
[0022]實際應(yīng)用中，所述過流保護(hù)器件包括熔斷器、空氣開關(guān)，所述儲能元件包括電容元件、儲能電池。如圖4所示，于本實施例，過流保護(hù)器件選用熔斷器，儲能元件選用電容。PVArayl為簡化的光伏組件陣列，401為匯流箱，402為光伏逆變器，熔斷器F1+、熔斷器F1-、電容Cl加裝在匯流箱401中，熔斷器F、電容C2加裝在光伏逆變器402中。
[0023]在大型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，通常還需要將數(shù)個匯流箱的輸出連接到光伏直流配電柜上進(jìn)行二次匯流，然后再接入光伏逆變器，每一個匯流箱對應(yīng)接至一路光伏直流配電柜的空氣開關(guān)，同匯流箱原理一樣，將η路輸出并聯(lián)后即可得到一路或幾路總的輸出，接至光伏逆變器。如果采用直接的太陽能電池板輸入方案，由于太陽能電池板呈現(xiàn)的電流源特性，當(dāng)后級發(fā)生短路等故障時，特別是弱光條件下，采用熔斷器的方案將無法實現(xiàn)有效的保護(hù)。所以考慮維護(hù)及安全的需要，光伏直流配電柜的支路保護(hù)器件很難采用傳統(tǒng)的熔斷器作為保護(hù)元件，因此使得直流配電柜的造價偏高，系統(tǒng)相對復(fù)雜。但如果在直流保險的前級增加電容等儲能元件，根據(jù)上述光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置工作原理分析，同樣可實現(xiàn)光伏直流配電柜使用熔斷器作為保護(hù)元件的方案，從而使得系統(tǒng)簡化。
[0024]實施例二
[0025]本實施例中光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置包括過流保護(hù)器件和儲能元件。所述過流保護(hù)器件串接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間。所述儲能元件并接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間。
[0026]如圖5所示，于本實施例，過流保護(hù)器件選用熔斷器，儲能元件選用電容。PVArayl-PVArayn均為光伏組件陣列，501為匯流箱，在每組光伏組件的輸出端，也即匯流箱501的輸入端，均串接熔斷器，正負(fù)極之間均并聯(lián)電容。
[0027]由于電容的內(nèi)阻很小，瞬間可以看作是一電壓源特性，通過選取合適的電容值，可以保證在AB端出現(xiàn)短路時，儲能電容瞬間提供熔斷器所需的動作電流，達(dá)到快速保護(hù)的作用。同樣道理可以分析CD端短路的情況。通過增加儲能電容，從故障保護(hù)的角度來看，可以將太陽能電池板的電流源特性轉(zhuǎn)換成了電壓源特性，從而大大拓展保護(hù)范圍。從圖5可以看出，即使當(dāng)光線很弱的時候，如果AB端或CD端出現(xiàn)短路工況，由于電容能儲能器件的存在，仍然可以實現(xiàn)熔斷器等保護(hù)器件的可靠動作。
[0028]實施例三
[0029]本實施例中光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置包括過流保護(hù)器件和儲能元件。所述過流保護(hù)器件串接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間。所述儲能元件并接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間。
[0030]如圖6所示，于本實施例，過流保護(hù)器件選用熔斷器，儲能元件選用電容。PVArayl-PVArayn均為光伏組件，601為匯流箱，僅在匯流箱601的輸出端增加了電容。
[0031]可以分析，當(dāng)CD端出現(xiàn)短路時，仍然可以起到有效的保護(hù)作用。另外，對于后級如光伏逆變器輸入側(cè)發(fā)生短路故障時，由于前級的這個儲能電容的存在，可以通過這個電容存儲的能量將光伏逆變器輸入側(cè)的熔斷器可靠熔斷，實現(xiàn)安全保護(hù)，同樣道理，這種保護(hù)也幾乎不受輸入電池板能量的限制，在非常弱的光線下仍然可以實現(xiàn)可靠保護(hù)。
[0032]需要說明的是，所述儲能元件只要并接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間，SP可實現(xiàn)對光伏發(fā)電系統(tǒng)的過流保護(hù)，具體加裝位置可靈活調(diào)整。儲能元件可以加裝在光伏組件與匯流箱輸入端之間(匯流箱前級)、匯流箱輸出端與光伏直流配電柜輸入端之間、光伏直流配電柜的輸出端與光伏逆變器的直流側(cè)之間、匯流箱內(nèi)、光伏直流配電柜的每一路輸入端、光伏直流配電柜的總的輸出端、逆變器內(nèi)的直流輸入側(cè)。[0033]本發(fā)明的技術(shù)方案在光伏逆變器前級直流側(cè)加裝儲能元件，利用儲能元件儲能、低內(nèi)阻及瞬時放電特性，保證了在出現(xiàn)短路故障時，提供過流保護(hù)器件動作的瞬時電流，從而達(dá)到有效保護(hù)的作用，方案簡單，保護(hù)可靠。另外，在光伏逆變器前端增加儲能元件后，還可以提高光伏發(fā)電系統(tǒng)抑制浪涌沖擊的能力，同時還可以減小光伏逆變器側(cè)反饋到太陽能電池板端口的高頻紋波電壓，以提高電池板的工作壽命?？梢苑治?，增加儲能元件后，并不會影響光伏逆變器原有的控制策略，在不降低系統(tǒng)安全性的前提下實現(xiàn)高效、低廉的保護(hù)方式。
[0034]注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置，其特征在于，包括過流保護(hù)器件和儲能元件；其中，所述過流保護(hù)器件串接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間；所述儲能元件并接在光伏組件與光伏逆變器直流側(cè)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置，其特征在于，所述儲能元件加裝在光伏組件與匯流箱輸入端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置，其特征在于，所述儲能元件加裝在匯流箱輸出端與光伏直流配電柜輸入端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置，其特征在于，所述儲能元件加裝在光伏直流配電柜的輸出端與光伏逆變器的直流側(cè)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置，其特征在于，所述過流保護(hù)器件包括熔斷器、空氣開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)裝置，其特征在于，所述儲能元件包括電容元件、儲能電池。
【文檔編號】H02H3/08GK103595014SQ201310632689
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】劉洋 申請人:無錫上能新能源有限公司