技术领域
[0001] 本发明涉及光伏设备技术领域，具体涉及一种光伏组串关断装置及光伏系统。
相关背景技术
[0002] 现有技术的光伏系统通常只能实现组串级关断，而在光伏组件到逆变器或控制器的电路中仍然存在直流高压电，对人身安全是巨大的隐患。
[0003] 为了消除光伏组件到逆变器的电路中存在的高压电，现有技术通过在光伏组件的输出端上设置关断装置，并通过外部控制器向关断装置发送心跳包的方式控制关断装置的工作，即外部控制器持续向关断装置发送心跳包，关断装置在接收到心跳包时保持导通状态，在未接收到心跳包时则将光伏组件从电路中断开。其缺陷在于，必须确保关断装置和外部控制器之间形成稳定可靠的通信，否则将会影响光伏系统的正常工作，降低了系统稳定性，并且关断装置和控制器之间的设置距离受其通信距离的限制，成本较高。
具体实施方式
[0037] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。基于实施方式中的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0038] 在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。
[0039] 如图1所示，一种光伏组串关断装置，用于光伏组串的关断控制，所述关断装置包括若干组件关断模块其中，10和一组串关断模块20，所述组件关断模块其中，10的输入端电连接光伏模块30输出端，所述光伏模块30包括至少一个光伏组件，若干所述组件关断模块其中，10的输出端相互串联后电连接光伏组串的母线的输入端，
[0040] 所述组串关断模块20包括：
[0041] 第一开关K1，所述第一开关K1电连接于所述母线的输入端和输出端之间，用于控制所述光伏组串与外部电路之间的通断状态；
[0042] 第一信号单元12，电连接于母线输入端之间，包括向组件关断模块其中，10发送电信号的发送状态或接收组件关断模块其中，10电信号的接收状态；
[0043] 第一控制单元11，电连接所述第一开关K1控制端和第一信号单元12，用于控制所述第一开关K1的开关状态和所述第一信号单元12的收发状态；
[0044] 所述组件关断模块其中，10包括：
[0045] 第三开关K3，所述第三开关K3的输入端电连接于所述光伏模块30的第一输出端，用于控制所述光伏模块30与光伏组串的母线之间的通断状态；
[0046] 电流检测单元22，电流检测单元22的一端电连接所述第三开关K3的输出端，另一端设为所述组件关断模块其中，10的输出端，用于检测所在线路上流过的电流值并生成表征检测电流值的电流检测信号；
[0047] 第二信号单元23，所述第二信号单元23电连接于所述第一开关K1的输出端和电流检测单元22的输入端之间，包括向组串关断模块20发送电信号的发送状态和接收组串关断模块20电信号的接收状态；
[0048] 第二控制单元21，电连接所述第三开关K3的控制端、电流检测单元22的电流检测信号输出端、以及第二信号单元23，用于根据所述电流检测信号表征的检测电流值的数值范围控制第三开关K3的通断状态和第二信号单元23收发状态；
[0049] 所述第一信号单元12和第二信号单元23中的一者工作于发送状态的情况下，另一者工作于接收状态。
[0050] 本实施例中，光伏模块30设为一个光伏组件或由两个及以上光伏组件串联组串，第一控制单元11在控制第一开关K1关断后，光伏组串母线断路，光伏模块30到光伏组串的母线输入端之间的线路仍存在高压，容易引起触电或线路故障，通过电流检测单元22检测光伏组串内部线路中的电流即可判断第一开关K1是否断开，在第一开关K1断开的情况下，电流检测单元22的电流检测信号表征的检测电流值为零，第二控制单元21接收到信号检测单元22发送的电流检测信号表征的检测电流值为零时，第二控制单元21控制第三开关K3断开，为了在第一开关K1重新导通后第二控制单元21能够控制第三开关K3也相应的导通，本实施例通过在电路中设置分别工作在电信号接收状态和发送状态的第一信号单元12和第二信号单元23，且第一信号单元12和第二信号单元23的收发状态可切换，其中一者工作在电信号发送状态时，另一种工作在接收状态。第一信号单元12工作在电信号发送状态、第二信号单元23工作在信号接收状态时，第二控制单元21可以通过第一信号单元12发送的电信号的电气参数检测第一开关K1的导通动作，第二信号单元23工作在电信号发送状态、第一信号单元12工作接收状态时，第一控制单元11可通过第一信号单元12接收的电信号的电气参数判断光伏组串内部线路是否正确连接。即通过第一信号单元12和第二信号单元23之间的电信号传输实现组件关断模块和组串关断模块之间的工作状态感知，从而能够准确、迅速的控制光伏组串以及光伏模块的连接状态。
[0051] 具体的，所述第一信号单元12工作于接收状态的情况下，所述第二信号单元23工作于发送状态，所述第一信号单元12接收所述第二信号单元23发送的电信号并生成第一检测信号，所述第一信号单元12将第一检测信号发送至第一控制单元11。
[0052] 具体的，第二信号单元23工作于接收状态的情况下，所述第一信号单元12工作于发送状态，所述第二信号单元23接收所述第一信号单元12发送的电信号并生成第二检测信号，所述第二信号单元将第二检测信号发送至第二控制单元21。
[0053] 具体的，所述光伏组成的母线输入端之间还串联连接有第二开关K2，在本实施例中，所述第二开关K2设置为NMOS管，所述第一信号单元12电连接所述第二开关K2的源极，所述第一控制单元11电连接所述第二开关K2的控制极，所述第一控制单元11在控制所述第一开关K1断开的情况下，控制所述第二开关K2导通，且第一信号单元12工作在发送状态或接收状态；
[0054] 所述组件关断模块10还包括第四开关K4，第四开关K4设为NMOS管，所述第四开关K4的漏极电连接所述光伏模块第二输出端，源极电连接所述第二信号单元23且电连接于所述第一开关23和电流检测单元22之间，控制极电连接所述第二控制单元21，所述第二控制单元21在所述电流检测信号表征的检测电流值小于第一电流阈值的情况下，控制所述第三开关K3断开，第四开关K4导通，且第二信号单元23工作于与第一信号单元12相对应的接收状态或发送状态。
[0055] 如图2所示，第二信号单元23包括光电耦合器Q1和三极管Q2，MCU2_TXD电连接第二控制单元21的信号输出端并用于接收第二控制单元21发送的控制信号，MCU2_RXD电连接第二控制单元21的信号接收端并用于向第二控制单元21发送第一检测信号，2_PWR_LINE用于向组串关断模块20输出电信号。在本实施例中，三极管Q2设为PNP型三极管，第二控制单元21的信号输出端输出方波信号的情况下，第二信号单元23工作于发送状态，三极管Q2在方波信号的控制下交替工作于导通和截止状态，2_PWR_LINE输出方波信号，光电耦合器Q1原边的发光二极管因交替工作于导通和截止状态而闪烁，其副边的光敏二极管也交替工作于导通和截止状态，光敏二极管导通时，MCU2_RXD输出高电平信号，光敏二极管截止时，MCU2_RXD输出低电平信号，光敏二极管交替工作于导通和截止状态时，MCU2_RXD向第二控制单元输出方波信号，因此，在本实施例中，第二信号单元23工作于发送状态时，MCU2_RXD可以接收到其2_PWR_LINE输出的方波信号并监测输出信号是否正常；第二控制单元21的信号输出端输出低电平信号的情况下，第二信号单元23工作于接收状态，三极管Q2在MCU2_TXD输出的低电平信号的控制下持续导通，若2_PWR_LINE有高电平信号输入时，光电耦合器Q1的发光二极管两端均为高电平信号，发光二极管不工作，光敏二极管截止，若2_PWR_LINE有低电平信号输入时，光电耦合器Q1的发光二极管导通工作，光敏二极管也同时导通，因此，当第二信号单元23工作于接收状态且2_PWR_LINE上有方波信号输入时，MCU2_RXD能够向第二控制单元21输出与2_PWR_LINE输入的方波信号电平状态相反的方波信号，即第二控制单元21控制第二信号单元23工作于接收状态时，第二信号单元23通过2_PWR_LINE接收外部输入的方波信号生成第二检测信号并通过MCU2_RXD发送至第二控制单元21。
[0056] 如图3所示，第一信号单元12包括三极管Q3和光电耦合器Q4，MCU1_TXD电连接第一控制单元11的信号输出端并用于接收第一控制单元11发送的控制信号，MCU1_RXD电连接第一控制单元12的信号接收端并用于向第一控制单元12发送第一检测信号，1_PWR_LINE用于向组件关断模块10输出电信号。其具体工作过程及工作原理与图2所示的第二信号单元23相同，在如图1所示的关断装置电路中，当第一开关K1和第三开关K3断开且第二开关K2和第四开关K4导通时，第一信号单元12的1_PWR_LINE和第二信号单元23的2_PWR_LINE电连接，第一信号单元12和第二信号单元23中的一者工作在发送状态，另一者工作在导通状态，二者在光伏组串的电路中进行信号传输并根据信号的波形判断彼此的工作状态和连接状态。
[0057] 在一些实施例中，关断装置包括若干组件关断模块10，即包括了若干第二信号单元23，则将组件关断模块10设为从机，组串关断模块20设为主机，第二信号单元23在初始时全部设定为接收状态，第一信号单元12在初始时设定为发送状态，并为若干第二信号单元23设定地址编码，第一信号单元12通过波形信号逐一发送(间隔发送，等待应答)各从机的地址编码，接收到其设定地址编码的从机向主机发送应答信号，主从机依次完成信息交互并确认状态正确后，从机再次全部处于接收状态，当第一控制单元11接收到主控开关13的开启信号后，使用广播方式发送预设控制信号通知全体从机将第二开关K3导通，第四开关K4关断(收到所有从机的确认反馈信息后延时进行)。具体的，所述第一信号单元12所在的支路上串联有第二开关K2，所述第一控制单元在控制所述第一开关K1断开的情况下，控制所述第二开关K2导通，且第一信号单元12工作在发送状态或接收状态；所述第二信号单元
23所述的支路上串联有第四开关K4，所述第二控制单元21在所述电流检测信号表征的检测电流值小于第一电流阈值的情况下，控制所述第三开关K3断开，第四开关K4导通，且第二信号单元23工作于第一信号单元12相对应的接收状态或发送状态。所述第一控制单元11在控制所述第一开关K1导通的情况下，控制所述第二开关K2断开；所述第二控制单元21在所述第二检测信号表征第一信号单元12无输出或接受到预设控制信号的情况下，控制所述第三开关K3导通、第四开关K4断开。即完成了第三开关K3的导通状态跟随第一开关K1的导通状态。
[0058] 具体的，所述第一控制单元21还电连接有主控开关13，所述主控开关13用于产生控制第一开关K1导通和关断的启动信号和关断信号，第一控制单元21接收到启动信号的情况下，控制第一开关K1导通，第一开关单元21接收到关断信号的情况下，控制第一开关K1关断。
[0059] 在一些实施例中，所述电流检测单元22包括测量电阻以及输入端电连接所述测量电阻两端的放大电路，所述放大电路输出端用于输出所述电流检测信号。此外，在另一些实施例中所述电流检测单元22包括霍尔电流传感器。
[0060] 具体的，如图2所示，所述组件关断模块20的输出端之间还电连接有泄放单元24，所述泄放单元24用于在第一开关K1和第三开关K3断开后快速释放电路中的剩余电荷，所述泄放单元24包括第五开关K5和泄放电阻。泄放单元只需要短暂导通以释放电路中的剩余电荷，第二控制单元21在第三开关K3关断后将第五开关K5短暂导通以释放电路中的电荷，待第五开关K5关断后K5关断后，第二控制单元21再控制第四开关K4导通，以使第二信号单元23可以接收到第一信号单元12发送的电信号或第二信号单元23可以向第一信号单元12发送电信号。
[0061] 作为一种实现方式，所述第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5设为MOS管、IGBT或继电器开关中的一种，所述第一开关K1和第二开关K2的控制极电连接所述第一控制单元11，所述第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5的控制极电连接所述第二控制单元21。
[0062] 具体的，如图1所示，所述组件关断模块20的输出端之间还电连接有续流二极管D1。所述续流二极管D1用于在光伏组串的任意光伏模块30或组件关断模块20断路时，使光伏组串能正常工作。
[0063] 具体的，如图1所示，所述组件关断模块20还包括供电单元14，所述供电单元14从所述光伏模块30取电并用于给所述第二控制单元21供电，所述供电单元14输入端电连接所述光伏模块30输出端。具体的，所述供电单元14设为DC‑DC电压变换器。
[0064] 如图3所示，本实施例还提供了一种光伏系统，包括若干光伏组串和逆变器40，若干所述光伏组串并联连接于所述逆变器40输入端，所述逆变器40输出端连接电网，所述光伏组串包括若干光伏模块30和关断装置，所述关断装置设为如上述任一项技术方案中所述的关断装置，若干所述光伏模块30输出端一一对应的电连接于若干所述组件关断模块20的输入端，所述光伏模块30包括至少一个光伏组件。本实施例所述的光伏系统的有益效果于上述实施例所述的关断装置的有益效果推理过程相似，在此不在赘述。
[0065] 以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
