申请/专利权人：武汉协鑫新能源电力设计有限公司

申请日：2017-08-29

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN107492907B

主分类号：H02J3/38

分类号：H02J3/38

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2018.01.12#实质审查的生效;2017.12.19#公开

摘要：本发明公开了一种具有PID抑制及修复功能的控制装置及其控制方法，其特征在于：控制装置包括控制器、可调直流电压ACDC电源、二极管D、限流电阻R、电压传感器VT1和电压传感器VT2；在第一路光伏阵列的输出负极与所述限流电阻R之间串接开关K1，所述开关K1远离第一路光伏阵列输出负极的一端分别通过开关K2‑Kn与第2至第n路光伏阵列的输出负极连接；本发明通过一个控制装置，所有光伏阵列中的发生PID效应的光伏组件均可以得到修复和抑制，自动切换，结构简单，成本低；不需要额外增加星形接法的电容或者电阻，没有增加系统的故障点，应用前景广阔。

主权项：1.一种具有PID抑制及修复功能的控制方法，包括控制装置，所述控制装置包括控制器、可调直流电压ACDC电源、二极管D、限流电阻R、电压传感器VT1和电压传感器VT2；所述ACDC电源的三相输入端连接光伏并网逆变器的三相输出端；所述ACDC电源的直流输出端正极DC+经限流电阻R连接在光伏阵列的输出负极PV-上，所述ACDC电源的直流输出端负极DC-接地PE，所述ACDC电源的控制端与所述控制器连接，所述ACDC电源为控制器提供电源；所述二极管D的正极与所述ACDC电源的直流输出端负极DC-连接，所述二极管D的负极与所述ACDC电源的直流输出端正极DC+连接；所述电压传感器VT1正极输入端连接光伏阵列的输出正极，负极输入端接地PE；电压传感器VT2的正极输入端连接光伏阵列的输出负极，负极输入端接地PE；电压传感器VT1和电压传感器VT2的输出端分别连接控制器，用于检测当前光伏阵列输出正极PV+和负极电压PV-的对地PE电压；在第一路光伏阵列的输出负极与所述限流电阻R之间串接开关K1，所述开关K1远离第一路光伏阵列输出负极的一端分别通过开关K2-Kn与第2至第n路光伏阵列的输出负极连接，所述开关K1、K2至Kn为检修开关，当控制装置正常工作时，所有开关均闭合，当需要对控制装置进行检修时，所有开关断开，其特征是：所述控制方法包括：1）当光伏并网系统正常工作，控制器控制所有开关K1-Kn闭合，根据电压传感器VT1和VT2检测到第一路光伏阵列输出正极和负极对地PE电压为PV+和PV-，当PV+小于保护值时，控制装置正常工作，转到步骤2），否则，断开所有开关K1-Kn，进行检修；2）控制器控制可调直流电压的ACDC电源的输出电压，使得第一路光伏阵列输出负极对地PE电压≥0，进而每路光伏阵列输出负极对地PE电压≥0；3）当检测到光伏阵列输出负极对地PE电压小于0时，控制器控制可调直流电压的ACDC电源的输出电压，使得光伏阵列输出负极对地PE电压≥0，抑制PID现象产生；4）若通过电压传感器VT1和VT2检测到光伏阵列PV+和PV-之间的电压持续为0时，通过控制器调节可调直流电压的ACDC电源的输出电压大于0，即在光伏阵列负极和PE之间得到一个正向电压，修复已发生PID效应的光伏组件。

全文数据：一种具有PID抑制及修复功能的控制装置及其控制方法技术领域[0001]本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种具有PID抑制及修复功能的控制装置及其控制方法。背景技术[0002]PIDPotentialInducedDegradation潜在电势诱导哀减效应，是指光伏电池板也叫光伏组件长期在高压作用下，使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量的电荷聚集在电池表面，让电池表面钝化，导致光伏电池板性能下降的现象，常见的情况是光伏电池板的负极高压作用导致发生PID现象。[0003]目前，光伏系统防PID效应的方案分为主要分为两类:一种是在线式防PID方案，即抑制装置与光伏组件同时工作，抑制光伏组件PID效应的产生;另一种为离线式，即在光伏组件不工作的时候，修复受损的光伏组件。[0004]在线式防PID方案，对已经出现PID效应的光伏组件无法进行修复，离线式可以修复受损的光伏组件，但无法抑制PID效应的产生，如果两种防PID方案同时采用，成本高，需增加额外装置进行工作模式切换，结构复杂。[0005]现有技术文件中，专利号为201710180324.1，专利名称为:兼具PID效应抑制及修复功能的控制装置和控制方法，虽然同样具有抑制和修复功能，但是由于其通过提升交流侧中性点电位的方法间接实现负极对地电位大于或等于0,这就要求交流侧变压器要么采用星形接法，对于未采用星形接法的变压器需要额外增加星形接法的电容或者电阻以起到虚拟变压器的中性点N的作用，这增加了成本和系统的故障点，本发明所采用的方案避免了此问题。发明内容[0006]为解决现有技术中的不足，本发明提供一种具有pID抑制及修复功能的控制装置及其控制方法，解决了在线防PID方案无法修复已产生的PID效应，离线修复方案又无法抑制PID效应的产生问题，且不增加系统的故障点。[0007]为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案:一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，应用于光伏并网系统，光伏并网系统包括1-n路光伏发电逆变系统、与每路光伏发电逆变系统的输出端相连的变压器以及与变压器相连的电网，每路光伏发电逆变系统均包括相互连接的光伏阵列和逆变器，其特征在于:控制装置包括控制器、可调直流电压ACDC电源、二极管D、限流电阻R、电压传感器VT1和电压传感器VT2;所述ACDC电源的三相输入端连接光伏并网逆变器的三相输出端;所述ACDC电源的直流输出端正极DC+经限流电阻尺连接在光伏阵列的输出负极PV-上，所述ACDC电源的直流输出端负极dc-接地pe，所述ACDC电源的控制端与所述控制器连接，所述ACDC电源为控制器提供电源；[000S]所述二极管D的正极与所述ACDC电源的直流输出端负极DC—连接，所述二极管D的负极与所述ACDC电源的直流输出端正极DC+连接；[0009]所述电压传感器VT1正极输入端连接光伏阵列的输出正极，负极输入端接地PE;电压传感器VT2的正极输入端连接光伏阵列的输出负极，负极输入端接地PE;电压传感器VT1和电压传感器VT2的输出端分别连接控制器，用于检测当前光伏阵列输出正极PV+和负极电压PV-的对地PE电压；[0010]在第一路光伏阵列的输出负极与所述限流电阻R之间串接开关K1，所述开关K1远离第一路光伏阵列输出负极的一端分别通过开关K2-Kn与第2至第n路光伏阵列的输出负极连接，所述开关K1、K2至Kn为检修开关，当控制装置正常工作时，所有开关均闭合，当需要对控制装置进行检修时，所有开关断开。[0011]前述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述控制器通过无线通信接口远程控制开关Kl-Kn的通断。[0012]前述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述开关Kl-Kn为接触器或者继电器。[0013]前述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述控制装置还包括与控制器分别相连接的电流传感器CT和继电器K，所述电流传感器CT和继电器K与限流电阻R串联连接。[0014]前述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述控制装置还包括熔断器F，所述熔断器F与限流电阻R串联连接。[0015]前述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述控制装置还包括与控制器连接的GPS模块，用于实时向控制器发送时间信息。[0016]前述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述控制器为STM32微处理器。[0017]—种具有PID抑制及修复功能的控制方法，其特征是:包括步骤：[0018]1当光伏并网系统正常工作，控制器控制所有开关Kl-Kn闭合，根据电压传感器VT1和VT2检测到第一路光伏阵列输出正极和负极对地PE电压为PV+和PV-，当PV+小于保护值时，控制装置正常工作，转到步骤2，否则，断开所有开关Kl-Kn，进行检修；[0019]2控制器控制可调直流电压的ACDC电源的输出电压，使得第一路光伏阵列输出负极对地PE电压多〇，进而每路光伏阵列输出负极对地PE电压0;[0020]3当检测到光伏阵列输出负极对地PE电压小于0时，控制器控制可调直流电压的ACDC电源的输出电压，使得光伏阵列输出负极对地PE电压彡0,抑制PID现象产生；[0021]4若通过电压传感器VT1和VT2检测到光伏阵列PV+和PV-之间的电压持续为0时，通过控制器调节可调直流电压的ACDC电源的输出电压大于〇,即在光伏阵列负极和PE之间得到一个正向电压，修复己发生PID效应的光伏组件。[0022]前述的一种具有PID抑制及修复功能的控制方法，其特征是:控制装置根据GPS模块发送的时间信息自动切换进行抑制或修复PID效应。[0023]本发明所达到的有益效果：[0024]1通过一个控制装置P-B0X，所有光伏阵列（1、2……n中的发生PID效应的光伏组件均可以得到修复和抑制，结构简单，成本低；[0025]2控制装置工作模式通过电压传感器VT1和VT2以及GSP模块检测光伏阵列输出端的正负极电压和GPS时钟进行PID修复或者抑制自动切换，降低了系统成本；[0026]3本发明结构简单，成本低，不需要额外增加星形接法的电容或者电阻，没有增加系统的故障点，应用前景广阔。附图说明[0027]图1是本控制装置与光伏并网系统连接结构示意图；[0028]图2是本控制装置的具体结构示意图。具体实施方式[0029]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。[0030]如图1所示，光伏并网系统包括n路光伏发电逆变系统、与每路光伏发电逆变系统的输出端相连的变压器以及与变压器相连的电网，每路光伏发电逆变系统均包括依次连接的光伏阵列、逆变器，光伏阵列PV的输出正极为PV+，输出负极为PV-。图中的P-B0X即为本发明的控制装置。[0031]如图2所示，一种应用于上述光伏并网系统中的具有PID抑制及修复功能的控制装置，包括控制器、可调直流电压的ACDC电源、二极管D、限流电阻R、电压传感器VT1和电压传感器VT2;[0032]可调直流电压的ACDC电源的三相输入端连接逆变器的三相输出端或变压器的三相输入端;ACDC电源的直流输出端正极DC+经限流电阻R连接在光伏阵列的输出负极PV-上，ACDC电源的直流输出端负极DC-接地PE，ACDC电源的控制端与控制器连接;可调直流电压的ACDC电源为控制器提供电源，可提供一路24V直流输出给控制器作为电源。[0033]限流电阻的作用是为了防止光伏阵列的输出负极直接接地，当光伏阵列的输出正极接地短路故障时，限流电阻可以起到限制正极到负极漏电流作用，防止人员触电风险。阻值大小根据光伏阵列正负极之间的最高直流电压和正负极对地漏电流不超过3〇mANBT32〇04-2013中的安规要求的限制来决定，本实施例以光伏阵列输出正负极之间的最高直流电压1500V为例，限流电阻阻值大小应不小于1500V30mA二50kQ。[0034]二极管D的正极与ACDC电源的直流输出端负极DC-连接，二极管D的负极与ACDC电源的直流输出端正极DC+连接，当光伏阵列的输出正极接地短路故障时，通过二极管d可以避免ACDC电源的输出承受反向电压而损坏。本实施例中，二极管反向耐压值应不低于1000VDC，为安全起见，可取二极管反向耐压值1200VDC。[0035]电压传感器VT1正极输入端连接光伏阵列的输出正极，负极输入端接地PE;电压传感器VT2的正极输入端连接光伏阵列的输出负极，负极输入端接地PE;电压传感器VT1和电压传感器VT2的输出端分别连接控制器，用于分别检测当前光伏阵列输出正极PV+和负极PV-对PE的电压，电压传感器的电压量程范围应不低于光伏阵列输出正极PV+到PE*光伏阵列输出负极PV-到PE的最大电压，考虑到出现正极对地短路故障的可能，电压传感器的量程应不小于光伏阵列正负极之间的最高电压，对于直流l5〇〇V系统，电压传感器量程范围应在-1500VDC到+1500VDC，考虑安全和测量精度，量程范围可取±2000VDC。[0036]在第一路光伏阵列的输出负极与限流电阻R之间串接开关K1，开关K1远离第一路光伏阵列的输出负极的一端分别通过开关K2…Kn与第2至第n路光伏阵列的输出负极连接，开关K1、K2……Kn为检修开关，当P-BOX正常工作时，所有开关均闭合，这样，通过一个控制装置P-B0X所有光伏阵列（1、2……n中的发生PID效应的光伏组件均可以得到修复和抑制；当需要对P-B0X进行检修时，所有开关断开，以起到保护检修人员的作业安全的作用。开关Kl-Kn通过P-B0X控制装置中的控制器的无线通信接口给出通断信号控制。开关Kl-Kn为具有无线通信接口的接触器或者继电器。[0037]控制装置还包括与控制器连接的GPS模块，用于实时向控制器发送时间信息。[0038]另外，该控制装置还包括与控制器分别相连接的电流传感器CT和继电器K，电流传感器CT和继电器K与限流电阻R串联连接，连接在二极管D与保护地PE之间，控制器通过电流传感器CT实时监测光伏阵列输出负极对地的电流，当高于设定值或者出现瞬间大电流时，控制器发出控制信号分断继电器K，以迅速切除负极接地，保护人员安全。CT传感器的电流测量范围应高于30mA，但不宜过大，以免影响测量精度。继电器K为高压直流继电器，其耐压值应不低于光伏阵列正负极最大电压的一半，S卩750VDC，考虑安全裕量，耐压值可取lOOOVDCo[0039]进一步的，该装置还包括熔断器F，与限流电阻R串联连接，当电流传感器CT和继电器K都失效时，电流过大时，熔断器F熔丝熔断，保护人员安全。熔断器F的保护电流应设定在30mA以内不动作，超过30mA以上迅速断开。[0040]控制器为STM32微处理器，具体可以为STM32F103R8T6微处理器。[°041]可调直流电压的ACDC电源输出直流电压大小为0-1000V。[0042]—种具有PID抑制及修复功能的控制方法：[0043]1当光伏并网系统正常工作（即工作在并网发电模式或者通过GPS模块得知时间为白天设定的工作时间），控制器控制所有开关Kl-Kn闭合，根据电压传感器VT1和VT2检测到第一路光伏阵列输出正极和负极对地PE电压为PV+和PV-，当PV+小于保护值时保护值为光伏阵列的输出最高电压），控制装置正常工作，转到步骤2，否则，断开所有开关Kl-Kn，进4丁检修；[0044]2控制器控制可调直流电压的ACDC电源的输出电压，使得第一路光伏阵列输出负极对地PE电压多0，由于所有光伏阵列输出负极电位相同，即每路光伏阵列输出负极对地PE电压彡〇;[0045]3由于光伏阵列的对地阻抗可能存在变化，导致限流电阻R上的电压出现变化，进而影响PV-对PE的电压大小，当检测到光伏阵列输出负极对地PE电压小于0时，控制器控制可调直流电压的ACDC电源的输出电压，使得第一路光伏阵列输出负极对地PE电压彡0，抑制PID现象产生；[0046]4若通过电压传感器VT1和VT2检测到第一路光伏阵列PV+和PV-之间的电压持续为〇时一般持续10分钟以上表明光伏并网系统停止工作），或者通过GPS模块得知时间为夜晚设定的停止工作时间），由于此时光伏阵列输出电压为0,只需通过P-B0X中的控制器发出电压调节信号，调节可调直流电压的ACDC电源的输出电压大于0,即可在负极和PE之间得到一个正向电压，由于PE与光伏阵列的边框是相连的，即等同于在光伏阵列的负极与边框之间加了一个正向电压，这与造成光伏阵列PID效应的电压方向相反，根据光伏组件出现的PID效应的程度不同（根据VT1和VT2测得光伏阵列的端电压的下降程度与组件正常状态下的输出电压相比），从而判断光伏组件的PID效应程度），通过适当调节ACDC电源的输出电压值，可以修复已发生PID效应的光伏组件。、[0047]本发明结构简单，成本低，不需要额外增加星形接法的电容或者电阻，没有增加、统的故障点，应用前景广阔。[0048]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。^

权利要求：1.一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，应用于光伏并网系统，光伏并网系统包括1-n路光伏发电逆变系统、与每路光伏发电逆变系统的输出端相连的变压器以及与变压器相连的电网，每路光伏发电逆变系统均包括相互连接的光伏阵列和逆变器，其特征在于:控制装置包括控制器、可调直流电压ACDC电源、二极管D、限流电阻R、电压传感器VT1和电压传感器VT2;所述ACDC电源的三相输入端连接光伏并网逆变器的三相输出端;所述ACDC电源的直流输出端正极DC+经限流电阻R连接在光伏阵列的输出负极pV-上，所述ACDC电源的直流输出端负极DC-接地PE，所述ACDC电源的控制端与所述控制器连接，所述ACDC电源为控制器提供电源；所述二极管D的正极与所述ACDC电源的直流输出端负极DC-连接，所述二极管D的负极与所述ACDC电源的直流输出端正极DC+连接；所述电压传感器VT1正极输入端连接光伏阵列的输出正极，负极输入端接地pE;电压传感器VT2的正极输入端连接光伏阵列的输出负极，负极输入端接地PE;电压传感器VT1和电压传感器VT2的输出端分别连接控制器，用于检测当前光伏阵列输出正极PV+和负极电压PV-的对地PE电压；在第一路光伏阵列的输出负极与所述限流电阻R之间串接开关K1，所述开关K1远离第一路光伏阵列输出负极的一端分别通过开关K2-Kn与第2至第n路光伏阵列的输出负极连接，所述开关K1、K2至Kn为检修开关，当控制装置正常工作时，所有开关均闭合，当需要对控制装置进行检修时，所有开关断开。2.根据权利要求1所述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述控制器通过无线通信接口远程控制开关Kl-Kn的通断。3.根据权利要求1所述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述开关Kl-Kn为接触器或者继电器。4.根据权利要求1所述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述控制装置还包括与控制器分别相连接的电流传感器CT和继电器K，所述电流传感器CT和继电器K与限流电阻R串联连接。5.根据权利要求1所述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述控制装置还包括熔断器F，所述熔断器F与限流电阻R串联连接。6.根据权利要求1所述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述控制装置还包括与控制器连接的GPS模块，用于实时向控制器发送时间信息。7.根据权利要求1所述的一种具有PID抑制及修复功能的控制装置，其特征是:所述控制器为STM32微处理器。8.—种具有PID抑制及修复功能的控制方法，其特征是:包括步骤：1当光伏并网系统正常工作，控制器控制所有开关Kl-Kn闭合，根据电压传感器VT1和VT2检测到第一路光伏阵列输出正极和负极对地PE电压为PV+和PV-，当PV+小于保护值时，控制装置正常工作，转到步骤2，否则，断开所有开关Kl-Kn，进行检修；2控制器控制可调直流电压的ACDC电源的输出电压，使得第一路光伏阵列输出负极对地PE电压多0，进而每路光伏阵列输出负极对地PE电压多〇;3当检测到光伏阵列输出负极对地PE电压小于〇时，控制器控制可调直流电压的ACDC电源的输出电压，使得光伏阵列输出负极对地PE电压多〇，抑制PID现象产生；4若通过电压传感器VT1和VT2检测到光伏阵列PV+和PV-之间的电压持续乃训、」、，孤"~控制器调节可调直流电压的ACDC电源的输出电压大于〇,即在光伏阵列负极和兕之间得到一个正向电压，修复已发生PID效应的光伏组件。9.根据权利要求8所述的一种具有PID抑制及修复功能的控制方法，其特征是:控制装置根据GPS模块发送的时间信息自动切换进行抑制或修复PID效应。

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