CN116169650A - 无延时的光伏组件关断方法、mlpe设备与光伏逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无延时的光伏组件关断方法、MLPE设备与光伏逆变器，光伏逆变器在运行过程检测到直流电弧等故障时，控制其放电电路导通，电流流过放电电路的负温度特性热敏型功率电阻，几个毫秒内降低MLPE设备输出端电压，使MLPE设备掉电关机，其后直流总线上的MLPE设备也会断开接入的光伏发电单元与直流总线的连接，MLPE设备进入待机状态，由于光伏逆变器检测到故障后停止发送心跳包通信信号，使MLPE设备无法恢复连接进入运行状态，光伏发电单元无法恢复向外输出光伏功率与电压，本发明的关断动作为自动无延时的快速动作，无需人员操作，能够很好防止由于直流电弧故障等引发的火灾故障，确保用户人员与财产安全。
Description
技术领域
本发明涉及光伏设备保护技术领域，具体涉及一种无延时的光伏组件关断方法、MLPE设备与光伏逆变器。
背景技术
光伏发电系统的若干光伏组串相互串联构成串联线路，在正常发电状态下，该串联线路的输出电压通常超过200V，而一些大型光伏电站甚至超过1000V，而一旦安装光伏组件的屋顶起火，光伏组串的高电压将给消防人员灭火和救援造成安全危害。为了解决上述问题，2019年1月1日强制生效的美国国家电工法规（National Electrical Code，简称NEC2017），明确要求光伏组件需要具备组件级别的快速关断功能，这一要求在2019年1月1日强制生效。在最新版NEC 2017-690.12（B）条款中规定：1）安装在建筑物屋顶的光伏组件必须具备快速关断功能；2）在快速关断装置启动后30秒内，光伏阵列1英尺范围外：电压≤30V；光伏阵列1英尺范围内：电压≤80V。当前方案在事故后，存在较长时间延时后才能关断光伏组件，在2017年美国NEC公布的规则中，事故后要求在快速关断装置启动后30秒内实现“组件级关断”。
安装上述光伏系统的屋顶一旦起火，为了防止光伏组串的高电压将给消防人员灭火和救援造成安全危害，现场人员通过手动操作装置关断光伏组件，在30秒内把光伏阵列的电压降低到安全范围内，这时火灾故障已经开始形成破坏。因此，人们希望光伏逆变器能够在运行过程检测到故障，比如电弧故障，能够自动断开光伏组件，以防止火灾等灾害发生，其方案通常需要光伏逆变器停止向光伏组件关断器发送心跳信号，触光伏组件关断器快速关断，而光伏组件关断器在持续一段时间没有检测到心跳信号后，才断开与其连接的光伏组件。专利号为CN111478290A、WO2021208632A1提供一种快速关断方法、光伏组件关断器和光伏系统，该方案可以在光伏逆变器检测到故障时自动断开光伏组件，该快速关断方法包括：通过检测自身的状态参数，来判断光伏系统中对应逆变器通道是否出现故障；若光伏系统中对应逆变器通道出现故障，则控制自身关断，使自身所连接的光伏组件停止电能输出；光伏组件关断器在接收启动信号后，控制自身开通使所连接的光伏组件实现电能输出。其光伏系统中对应逆变器通道若未出现故障，则一直维持自身开通；从而无需中央控制器持续发送信号或脉冲来控制光伏组件关断器开通，降低了中央控制器的软件资源占用和电力损耗，然而其对光伏组件关断器与光伏逆变器设备都提出较高要求，要求光伏组件关断器具有自身状态检测功能，且能够根据自身状态参数的变化判定对应逆变器通道是否出现故障；对应的光伏逆变器亦需对光伏系统中直流总线施加电压扰动，以改变光伏组件关断器的状态参数、保持光伏组件关断器能够持续检测到自身状态参数的变化符合要求，避免光伏组件关断器误关断,因而该方案不但对光伏组件关断器与光伏逆变器设备都提出了较高要求，而且需要光伏组件关断器持续检测被光伏逆变器正常时施加的电压扰动的自身的状态参数变化，且为了避免光伏组件关断器由于检测及电压扰动丢失等原因误关断，需要检测持续出现故障的时间长达预设时间，才能控制自身关断，使自身所连接的光伏组件停止电能输出。所以虽然该方案能够在光伏逆变器故障时自动断开光伏组件，然而其对组件关断器与光伏逆变器的功能都有较高要求，且会存在较长时间的关断延迟，仍然会出现延迟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，严重的会引起火灾事故扩大，对人员及财产造成不可逆的伤害与风险。
发明内容
本发明以预防光伏系统由直流电弧等原因引起的火灾故障为目的，提升自动对光伏组件的“组件级快速关断”能力为目的，提供了一种无延时的光伏组件关断方法、MLPE设备与光伏逆变器。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种无延时的光伏组件关断方法，包括：
提供MLPE光伏组件和光伏逆变器，所述MLPE光伏组件由光伏发电单元与MLPE设备组成，至少两个所述MLPE光伏组件串联形成MLPE光伏组串直流总线，所述MLPE光伏组串直流总线与所述光伏逆变器构成光伏系统；
光伏系统中的所述MLPE设备的工作状态包括运行状态、关机状态、待机状态；
所述光伏系统中的MLPE设备接受所述光伏系统中所述光伏逆变器发送的心跳包信号；
当光伏逆变器检测到故障或关机时，所述光伏逆变器控制其放电电路导通，所述放电电路包括并联开关和功率电阻，所述放电电路导通后，接入所述光伏逆变器的光伏组串的输出电压快速减小，进而使得所述光伏组串中的MLPE设备从辅助电源取电的取电电压低于其维持正常工作的工作电压，所述MLPE设备因而关机，把其对应接入的光伏发电单元从所述直流总线中断开，其后MLPE设备进入待机状态，所述光伏系统中的MLPE设备未接受所述光伏系统中光伏逆变器发送的所述心跳包信号，则维持待机状态，所述MLPE设备维持把接入的光伏发电单元从直流总线中断开；
若未发生故障或故障解除，所述光伏系统中的MLPE设备接受所述光伏系统中光伏逆变器发送的所述心跳包信号正常后，光伏系统中的MLPE设备的工作状态才会从待机状态进入运行状态，所述MLPE设备恢复接入的光伏发电单元与直流总线之间的连接。
作为优选，在所述光伏逆变器控制导通所述放电电路的同时，其同时停止向光伏发电系统中的各所述光伏组串中的所述MLPE设备发送心跳包信号。
作为优选，当所述光伏逆变器检测到故障或关机时，所述光伏逆变器控制所述并联开关持续闭合，或控制闭合达到预设时长后控制断开，或检测到故障解除或重新开机后控制所述并联开关断开。
作为优选，所述光伏逆变器检测到的所述故障包括直流电弧故障、接入的所述光伏组串的输出电压高于预设电压阈值以及所述光伏逆变器接入的电网掉电。
作为优选，所述光伏逆变器中的所述放电电路导通后，配置在所述光伏逆变器的输入端的输入电容Cin以及各所述光伏组串中接入对应光伏发电单元的所述MLPE设备中的输入电容C1、输出电容C2通过所述放电电路放电，当所述所述光伏组串的输出电压低于阈值电压时，各所述MLPE设备因无法从其内部配置的所述辅助电源处获取维持其正常工作的工作电压而掉电关机，进而断开与其接入的所述光伏发电单元与所述直流总线之间的电路。
作为优选，所述MLPE设备断开与其连接的光伏发电单元的电路后，若所述MLPE设备有所述辅助电源供电，所述MLPE设备进入待机状态，所述MLPE设备检测所述光伏逆变器向所述MLPE设备发送的心跳包信号是否正常，
若正常，所述MLPE设备进入运行状态，恢复与其连接的所述光伏发电单元的电路导通，且连接的所述光伏发电单元向外输出光伏功率与电压；
若异常，所述MLPE设备维持待机状态，维持与其连接的所述光伏发电单元的电路断开，所述光伏发电单元不向外输出光伏功率与电压。
作为优选，所述MLPE设备的工作状态包括运行状态、关机状态、待机状态，所述MLPE设备运行在所述运行状态下，所述MLPE设备维持接入其的所述光伏发电单元与所述直流总线的连接，所述MLPE设备的串联开关管处于连接状态，直到当所述MLPE设备的所述辅助电源掉电后进入关机状态，所述MLPE设备中的所述串联开关管关断；当所述MLPE设备进入所述关机状态后，若所述辅助电源恢复供电，所述MLPE设备进入待机状态，若所述辅助电源没有恢复供电，所述MLPE设备维持在关机状态；所述MLPE设备运行在所述待机状态下，所述MLPE设备中的所述串联开关管处于关断状态，此时若所述MLPE设备检测到所述光伏逆变器发送的心跳包通信信号正常，所述MLPE设备从所述待机状态进入所述运行状态，恢复对接入所述MLPE设备的所述光伏发电单元与所述直流总线的电连接，若检测到所述光伏逆变器发送的所述心跳包信号异常，所述MLPE设备维持自身处于所述待机状态，继续维持所述串联开关管的关断；MLPE设备在所述待机状态下，所述辅助电源失去供电，所述MLPE设备进入所述关机状态，直到所述辅助电源恢复供电，所述MLPE设备再次进入所述待机状态。
本发明还提供了一种MLPE设备，所述MLPE设备包括光伏关断器与光伏功率优化器，所述光伏关断器用于接入其的光伏发电单元与直流总线之间的电路关断或连接，所述功率优化器用于对其接入的所述光伏发电单元与直流总线之间的电路关断或连接，并用于对接入的所述光伏发电单元进行功率优化。
作为优选，所述MLPE设备内部包括串联开关管、通讯模块、本地控制器和辅助电源，所述辅助电源的正输入端、负输入端分别连接所接入的所述光伏发电单元的正极电输出端和负极电输出端，所述串联开关管串联连接在所述光伏发电单元与由光伏组串构成的直流总线的路径上，所述辅助电源为所述本地控制器、所述通讯模块供电，所述本地控制器与所述串联开关管、所述通讯模块通信连接，所述辅助电源从所述光伏发电单元取电并为所述本地控制器供电；所述本地控制器用于驱动所述串联开关管的通断；当所述光伏发电单元输出电压低于阈值电压时，所述MLPE设备因所述辅助电源失去供电能力而关机，所述MLPE设备中的所述串联开关管将关断，断开所述光伏发电单元与直流总线之间的连接。
本发明还提供了一种光伏逆变器，所述光伏逆变器包括放电电路，所述放电电路包括并联开关、功率电阻，所述并联开关与所述功率电阻串联后连接在所述光伏逆变器的直流端的正输入端和负输入端之间；
所述光伏逆变器还包括中央控制器，用于检测光伏发电系统是否出现故障，并向放电电路控制器发送故障信息；
所述光伏逆变器还包括用于与MLPE设备建立通信连接的中央通讯模块，所述中央通讯模块用于向所述光伏发电系统中接入光伏发电单元的所述MLPE设备发送心跳包通信信号，所述中央通讯模块由所述中央控制器或所述放电电路控制器控制是否向外发送所述心跳包通信信号；
所述光伏逆变器还包括所述放电电路控制器，所述放电电路控制器用于根据从所述中央控制器处接收的所述故障信息，驱动所述放电电路中的所述并联开关的通断；
所述光伏逆变器还包括第一辅助电源，所述第一辅助电源从所述光伏逆变器的交流端取电，并为所述放电电路控制器和所述中央通讯模块供电。
作为优选，所述放电电路中的所述功率电阻为NTC热敏型功率电阻。
作为优选，所述放电电路控制器设置在所述光伏逆变器的所述中央控制器内，或作为独立体设置在所述光伏逆变器内。
作为优选，所述放电电路中的所述并联开关为常闭型；所述MLPE设备中的所述串联开关管为常开型。
本发明具有以下有益效果：
1、现有技术方案是基于看门狗技术，为了防止由于信号丢失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，TigoEnergy公司的产品需要持续对上级的心跳信号进行检测，只有在连续丢失7个心跳信号（约7.5秒时间内）后才能关断太阳能模块。而本发明提供的方案，光伏逆变器在运行过程检测到直流电弧等故障时，光伏逆变器控制其放电电路导通，随后MLPE设备输出端电压降低，MLPE设备掉电关机，直流总线上的MLPE设备也会断开接入的光伏发电单元与直流总线的连接，此过程无延时（几个毫秒内）的断开了光伏发电单元与直流总线的连接，同时由于光伏逆变器停止发送心跳包通信信号，使MLPE设备无法恢复连接，光伏发电单元无法恢复向外输出光伏功率与电压，本发明的关断动作为自动无延时的快速动作,无需人员操作，能够很好防止由于直流电弧故障等引发的火灾故障，确保用户人员与财产安全。
2、本发明利用了NTC热敏型功率电阻的负温度特性，在放电电路导通前其处于低温高阻状态，有较高阻值，放电电路导通后，其电阻值随着温度上升逐渐降低，此亦将MLPE光伏组件的输出电压逐渐减小，可以有效应对由光伏逆变器输入电容及光伏组件内等效电容电压在放电电路导通瞬间的突变生成的冲击电流产生的潜在隐患，防止其对MLPE设备串联开关管及光伏逆变器放电电路并联开关管的浪涌冲击，增强了装置的可靠性；同时本发明提供的放电电路导通动作时间短，NTC热敏型功率电阻的升温在毫秒级别即可把MLPE光伏组件的输出电压降低到其MLPE设备辅助电源最低取电电压以下而使MLPE设备的关断，然后连接MLPE设备的光伏发电单元就无法恢复向外输出光伏功率与电压，随后NTC热敏型功率电阻的阻值随着自身的冷却恢复到低温高阻状态，NTC热敏型功率电阻不会在放电电路中持续工作，且只是在光伏逆变器检测到故障后短暂工作，因而有较长寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种无延时的MLPE设备关断系统的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种无延时的MLPE设备关断系统的架构详图；
图3是内部的放电电路导通后的无延时的MLPE设备关断系统的架构详图；
图4是放电电路导通后MLPE设备短路瞬间示意图；
图5是放电电路导通后接入MLPE设备的光伏组件的工作点随功率型热敏电阻的阻值变化的示意图；
图6是MLPE设备在放电电路导通或关断后的工作状态变化示意图；
图7是接入有光伏发电单元的作为MLPE设备的光伏关断器的内部结构示意图；
图8是接入有光伏发电单元的作为MLPE设备的功率优化器的内部结构示意图；
图9是接入有光伏发电单元的作为MLPE设备的光伏关断器处于关断状态的结构示意图；
图10是接入有光伏发电单元的作为MLPE设备的功率优化器处于关断状态的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供的一种无延时的MLPE设备关断系统，配置于光伏发电系统中，如图1-3所示，该关断系统包括配置于光伏组串输出侧的光伏逆变器中的放电电路100和接入光伏发电单元的本地MLPE设备（包括光伏关断器、功率优化器），本地MLPE设备接入光伏发电单元后构成光伏组件，若干光伏组件串联构成光伏组串，光伏逆变器放电电路包括放电电路控制器2、第一辅助电源3和并联开关1，并联开关1连接在光伏逆变器的直流端的正输入端和负输入端之间，第一辅助电源3的电输入端连接光伏逆变器的交流端，电输出端分别连接并联开关1和放电电路控制器2的电输入端，为并联开关1和放电电路控制器2供电；
当安装光伏发电系统的建筑或住宅发生火灾等紧急故障，用户关掉图1-3中所示的安装在光伏逆变器并网点的并网开关6或安装在住宅与电网间的连接电缆上的入户开关时，从光伏逆变器的交流端取电的第一辅助电源3将失去电力供应而关闭，通过放电电路控制器2驱动断开的常闭型的并联开关1由于放电安全控制器2失电而闭合，光伏发电系统中的各光伏组串的电路因并联开关1闭合而被短路，同时放电电路控制器2中的中央通讯模块22同样因失电而停止向本地MLPE设备发送心跳包通信信号；
如图7-10所示，本地MLPE设备内部包括串联开关管11、通讯模块12、本地控制器13和辅助电源14，辅助电源14的正输入端、负输入端分别连接所接入的光伏发电单元的正极电输出端和负极电输出端，串联开关管11连接在光伏发电单元的光伏功率输出路径上，辅助电源14为本地控制器13、通讯模块12供电，本地控制器13与串联开关管11、通讯模块12通信连接，因并联开关1闭合而光伏组串被短路后，图7-图10中的辅助电源14失去所接入的光伏发电单元的电力供应而关闭，本地控制器12因失去辅助电源14的电力供应而无法继续驱动常闭型的串联开关管11保持常闭状态，串联开关管11因此而断开，最终本地MLPE设备接入的光伏发电单元因串联开关管11的断开而停止向外输出光伏功率。本实施例提供的关断电路通过上述原理实现了对本地MLPE设备的无延时关断。
如上图9和10所示，本地MLPE设备内部包括串联开关管11、通讯模块12、本地控制器13和辅助电源14，辅助电源14的正输入端、负输入端分别连接所接入的光伏发电单元的正极电输出端和负极电输出端，串联开关管11连接在光伏发电单元的光伏功率输出路径上，辅助电源14为本地控制器13、通讯模块12供电，本地控制器13与串联开关管11、通讯模块12通信连接，因图1-3中所示的并联开关1闭合而光伏组串被短路后，当光伏组串短路的瞬间，如上图9和10所示，所述光伏发电单元亦被短路，由于辅助电源14的正输入端、负输入端分别连接所接入的光伏发电单元的正极电输出端和负极电输出端，短路时，输入电压C1被放电，其两端电压降低，当降低到一定阶段后，辅助电源亦无法从光伏发电单元取电。由辅助电源提供电力的本地控制器失去电力供应，所述常开型的串联开关管11由于失去本地控制器的驱动而断开。常开型的串联开关管11闭合后，所述光伏发电单元5恢复向输入电容C1充电，等其电压上升到一定阶段后，所述辅助电源恢复电力供应，所述MLPE设备本地控制器再次上电后，所述MLPE设备本地控制器需要完成安全启动检查，由于所述中央通讯模块因失电而停止向所述MLPE设备本地MLPE设备发送心跳包通信信号，所述MLPE设备本地控制器无法检测到远端安全控制器发送的心跳包通信信号，本地控制器维持MLPE设备的所述串联开关管断开，所述光伏发电单元不向外输出光伏功率与电压。
当安装光伏发电系统的建筑或住宅发生的火灾紧急故障解除时，用户重新合上图1-3中的安装在光伏逆变器的并网点的并网开关6时，从光伏逆变器的交流端取电的第一辅助电源3将恢复电力供应，第一辅助电源3从光伏逆变器的交流端电网侧取电，并进行AC-DC功率变换，第一辅助电源3恢复供电后向远端安全控制器2、中央通讯模块22供电。放电电路控制器2恢复供电后，放电电路控制器2的控制模块驱动常闭型的并联开关1断开，光伏组串的短路环境解除，同时放电电路控制器2的中央通讯模块22恢复向本地MLPE设备发送心跳包通信信号。如图3以及图7-10所示，当本地MLPE设备中的本地控制器13检查到中央通讯模块22发送的心跳包通信信号恢复正常后，本地控制器13将驱动串联开关管11恢复导通，接入本地MLPE设备的光伏发电单元5因此而恢复向外输出光伏功率。
另外，本发明还利用了如图2、3所示的放电电路中的NTC热敏型功率电阻的负温度特性来有效应对由光伏逆变器输入电容及光伏组件内等效电容电压在放电电路导通瞬间的突变生成的冲击电流产生的潜在隐患，增加了光伏发电系统的安全可靠性。同时，本发明提供的放电电路导通动作时间短，NTC热敏型功率电阻的升温在毫秒级别即可把MLPE光伏组件的输出电压降低到其MLPE设备辅助电源最低取电电压以下而使得MLPE设备实现组件级关断，具体原理如下：
在放电电路导通前，NTC热敏型功率电阻处于低温高阻状态，有较高阻值，放电电路导通后，其电阻值随着温度上升逐渐降低，此亦将MLPE光伏组件的输出电压逐渐减小，可以有效应对由光伏逆变器输入电容及光伏组件内等效电容电压在放电电路导通瞬间的突变生成的冲击电流产生的潜在隐患，防止其对MLPE设备串联开关管及光伏逆变器放电电路并联开关管的浪涌冲击，增强了装置的可靠性；同时本发明提供的放电电路导通动作时间短，NTC热敏型功率电阻的升温在毫秒级别即可把MLPE光伏组件的输出电压降低到其MLPE设备辅助电源最低取电电压以下而使MLPE设备的关断，然后连接MLPE设备的光伏发电单元就无法恢复向外输出光伏功率与电压，随后NTC热敏型功率电阻的阻值随着自身的冷却恢复到低温高阻状态，NTC热敏型功率电阻不会在放电电路中持续工作，且只是在光伏逆变器检测到故障后短暂工作，因而有较长寿命。
放电电路导通后接入MLPE设备的光伏组件的工作点随功率型热敏电阻的阻值变化的示意图请参照图5。如图5所示，本发明利用了NTC热敏型功率电阻的负温度特性，在放电电路导通前其处于低温高阻状态，有较高阻值，放电电路导通后，MLPE光伏组件的工作点在B点，其后随着放电电路的导通，电流流过NTC热敏型功率电阻，NTC热敏型功率电阻的温度将上升，其电阻值亦将下降，MLPE光伏组件的工作点也将从B点经过C点、D点，逐渐向E点（MLPE组件短路）移动，而当MLPE光伏组件移动到B点时，MLPE光伏组件工作点输出电压可能就低于MLPE设备本地辅助电源最低取电电压而使MLPE设备掉电关机，MLPE设备因此而关断，然后连接MLPE设备的光伏发电单元就无法恢复向外输出光伏功率与电压。MLPE设备关断后，MLPE光伏组件的工作点将移动到A点，MLPE光伏组件进入开路状态。此过程利用了NTC热敏型功率电阻的负温度特性，在放电电路导通前其处于低温高阻状态，有较高阻值，放电电路导通后，其电阻值随着温度上升逐渐降低，此亦将MLPE光伏组件的输出电压逐渐减小，可以有效应对由光伏逆变器输入电容及光伏组件内等效电容电压在放电电路导通瞬间的突变生成的冲击电流产生的潜在隐患，防止其对MLPE设备串联开关管及光伏逆变器放电电路并联开关管的浪涌冲击，增强了装置的可靠性。
举例而言，MLPE光伏组串的输出电流假设为15A。本发明选型的NTC热敏型功率电阻在在25°C常温下，NTC热敏型功率电阻具有30欧姆的较高电阻值；光伏逆变器在运行过程检测到直流电弧等故障时，光伏逆变器控制其放电电路导通。光伏逆变器放电电路导通后，初始NTC热敏型功率电阻的阻值较高，MLPE光伏组件的工作点电压仍然维持在较高的15V，MLPE设备辅助电源继续供电，维持MLPE设备串联开关导通，其后随着电流流过NTC热敏型功率电阻，其迅速发热、温度升高，电阻值快速降低，其电阻值会在3-4毫秒的时间内迅速由常温下20欧姆电阻下降到160°C下的0.1欧姆。如图5和图6所示，MLPE光伏组件的工作点也将从当前的B点经过C点、D点，逐渐向E点（MLPE组件短路）移动。而在1毫秒后，NTC热敏型功率电阻的工作温度上升到60°C时，NTC热敏型功率电阻的阻值下降到9欧时，MLPE光伏组件的工作点电压只有4.8V,已经低于MLPE设备的辅助电源从光伏发电单元处的最低取电电压，辅助电源无法正常给MLPE设备的本地控制器供电，MLPE设备的常开型串联开关管将由于掉电关机而关断，其后直流总线上的MLPE设备也会断开接入的光伏发电单元与直流总线的连接，MLPE设备串联开关断开后，所述光伏发电单元输出电压上升，由辅助电源供电，所述MLPE设备进入待机状态，若MLPE设备要进入运行状态，需完成安全启动检查，检测到所述光伏逆变器发送的心跳包通信信号正常，所述MLPE设备从待机状态进入运行状态，恢复对接入所述MLPE设备的光伏发电单元的连接；若检测光伏逆变器心跳包信号异常，维持MLPE设备处于待机状态，维持串联开关管关断；在关机状态下，辅助电源失去供电，MLPE设备进入关机状态，所述MLPE设备的串联开关管关断，随后辅助电源恢复，所述MLPE设备进入待机状态，而由于光伏逆变器检测到故障后停止发送心跳包通信信号，使MLPE设备无法恢复连接进入运行状态，光伏发电单元无法恢复向外输出光伏功率与电压。
NTC热敏型功率电阻在放电电路导通前其处于低温高阻状态，有较高阻值，放电电路导通后，其电阻值随着温度上升逐渐降低，此亦将MLPE光伏组件的输出电压逐渐减小，可以有效应对由光伏逆变器输入电容及光伏组件内等效电容电压在放电电路导通瞬间的突变生成的冲击电流产生的潜在隐患，防止其对MLPE设备串联开关管及光伏逆变器放电电路并联开关管的浪涌冲击，增强了装置的可靠性；同时本案放电电路导通动作时间短，NTC热敏型功率电阻的升温在毫秒级别即可把MLPE光伏组件的输出电压降低到其MLPE设备辅助电源最低取电电压以下而使MLPE设备的关断，然后连接MLPE设备的光伏发电单元就无法恢复向外输出光伏功率与电压，随后NTC热敏型功率电阻的阻值随着自身的冷却恢复到低温高阻状态，NTC热敏型功率电阻不会在放电电路中持续工作，且只是在光伏逆变器检测到故障后短暂工作，上述过程在1毫秒的时间内完成MLPE设备的关断，而且 NTC热敏型功率电阻的工作温度上升幅度很小因而有较长寿命。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。
Claims (10)
1.一种无延时的光伏组件关断方法，其特征在于，包括：
提供MLPE光伏组件和光伏逆变器，所述MLPE光伏组件由光伏发电单元与MLPE设备组成，至少两个所述MLPE光伏组件串联形成MLPE光伏组串直流总线，所述MLPE光伏组串直流总线与所述光伏逆变器构成光伏系统；
光伏系统中的所述MLPE设备的工作状态包括运行状态、关机状态、待机状态；
所述光伏系统中的MLPE设备接受所述光伏系统中所述光伏逆变器发送的心跳包信号；
当光伏逆变器检测到故障或关机时，所述光伏逆变器控制其放电电路导通，所述放电电路包括并联开关和功率电阻，所述放电电路导通后，接入所述光伏逆变器的光伏组串的输出电压快速减小，进而使得所述光伏组串中的MLPE设备从辅助电源取电的取电电压低于其维持正常工作的工作电压，所述MLPE设备因而关机，把其对应接入的光伏发电单元从所述直流总线中断开，其后MLPE设备进入待机状态，所述光伏系统中的MLPE设备未接受所述光伏系统中光伏逆变器发送的所述心跳包信号，则维持待机状态，所述MLPE设备维持把接入的光伏发电单元从直流总线中断开；
若未发生故障或故障解除，所述光伏系统中的MLPE设备检查到所述光伏系统中光伏逆变器发送的所述心跳包信号正常后，光伏系统中的MLPE设备的工作状态才会从待机状态进入运行状态，所述MLPE设备恢复接入的光伏发电单元与直流总线之间的连接。
2.根据权利要求1所述的无延时的光伏组件关断方法，其特征在于，在所述光伏逆变器控制导通所述放电电路的同时，其同时停止向光伏发电系统中的各所述光伏组串中的所述MLPE设备发送心跳包信号。
3.根据权利要求1所述的无延时的光伏组件关断方法，其特征在于，当所述光伏逆变器检测到故障或关机时，所述光伏逆变器控制所述并联开关持续闭合，或控制闭合达到预设时长后控制断开，或检测到故障解除或重新开机后控制所述并联开关断开。
4.根据权利要求1所述的无延时的光伏组件关断方法，其特征在于，所述光伏逆变器检测到的所述故障包括直流电弧故障、接入的所述光伏组串的输出电压高于预设电压阈值以及所述光伏逆变器接入的电网掉电。
5.根据权利要求1所述的无延时的光伏组件关断方法，其特征在于，所述光伏逆变器中的所述放电电路导通后，配置在所述光伏逆变器的输入端的输入电容Cin以及各所述光伏组串中接入对应光伏发电单元的所述MLPE设备中的输入电容（C1）、输出电容（C2）通过所述放电电路放电，当所述光伏组串的输出电压低于阈值电压时，各所述MLPE设备因无法从其内部配置的所述辅助电源处获取维持其正常工作的工作电压而掉电关机，进而断开与其接入的所述光伏发电单元与所述直流总线之间的电路。
6.根据权利要求1所述的无延时的光伏组件关断方法，其特征在于，所述MLPE设备断开与其连接的光伏发电单元的电路后，若所述MLPE设备有所述辅助电源供电，所述MLPE设备进入待机状态，所述MLPE设备检测所述光伏逆变器向所述MLPE设备发送的心跳包信号是否正常，
若正常，所述MLPE设备进入运行状态，恢复与其连接的所述光伏发电单元的电路导通，且连接的所述光伏发电单元向外输出光伏功率与电压；
若异常，所述MLPE设备维持待机状态，维持与其连接的所述光伏发电单元的电路断开，所述光伏发电单元不向外输出光伏功率与电压。
7.根据权利要求1所述的无延时的光伏组件关断方法，其特征在于，所述MLPE设备的工作状态包括运行状态、关机状态、待机状态，所述MLPE设备运行在所述运行状态下，所述MLPE设备维持接入其的所述光伏发电单元与所述直流总线的连接，所述MLPE设备的串联开关管处于连接状态，直到当所述MLPE设备的所述辅助电源掉电后进入关机状态，所述MLPE设备中的所述串联开关管关断；当所述MLPE设备进入所述关机状态后，若所述辅助电源恢复供电，所述MLPE设备进入待机状态，若所述辅助电源没有恢复供电，所述MLPE设备维持在关机状态；所述MLPE设备运行在所述待机状态下，所述MLPE设备中的所述串联开关管处于关断状态，此时若所述MLPE设备检测到所述光伏逆变器发送的心跳包通信信号正常，所述MLPE设备从所述待机状态进入所述运行状态，恢复对接入所述MLPE设备的所述光伏发电单元与所述直流总线的电连接，若检测到所述光伏逆变器发送的所述心跳包信号异常，所述MLPE设备维持自身处于所述待机状态，继续维持所述串联开关管的关断；MLPE设备在所述待机状态下，所述辅助电源失去供电，所述MLPE设备进入所述关机状态，直到所述辅助电源恢复供电，所述MLPE设备再次进入所述待机状态。
8.一种MLPE设备，其特征在于，所述MLPE设备包括光伏关断器与光伏功率优化器，所述光伏关断器用于接入其的光伏发电单元与直流总线之间的电路关断或连接，所述功率优化器用于对其接入的所述光伏发电单元与直流总线之间的电路关断或连接，并用于对接入的所述光伏发电单元进行功率优化。
9.根据权利要求8所述的MLPE设备，其特征在于，所述MLPE设备内部包括串联开关管、通讯模块、本地控制器和辅助电源，所述辅助电源的正输入端、负输入端分别连接所接入的所述光伏发电单元的正极电输出端和负极电输出端，所述串联开关管串联连接在所述光伏发电单元与由光伏组串构成的直流总线的路径上，所述辅助电源为所述本地控制器、所述通讯模块供电，所述本地控制器与所述串联开关管、所述通讯模块通信连接，所述辅助电源从所述光伏发电单元取电并为所述本地控制器供电；所述本地控制器用于驱动所述串联开关管的通断；当所述光伏发电单元输出电压低于阈值电压时，所述MLPE设备因所述辅助电源失去供电能力而关机，所述MLPE设备中的所述串联开关管将关断，断开所述光伏发电单元与直流总线之间的连接。
10.一种光伏逆变器，其特征在于，所述光伏逆变器包括放电电路，所述放电电路包括并联开关、功率电阻，所述并联开关与所述功率电阻串联后连接在所述光伏逆变器的直流端的正输入端和负输入端之间；
所述光伏逆变器还包括中央控制器，用于检测光伏发电系统是否出现故障，并向放电电路控制器发送故障信息；
所述光伏逆变器还包括用于与MLPE设备建立通信连接的中央通讯模块，所述中央通讯模块用于向所述光伏发电系统中接入光伏发电单元的所述MLPE设备发送心跳包通信信号，所述中央通讯模块由所述中央控制器或所述放电电路控制器控制是否向外发送所述心跳包通信信号；
所述光伏逆变器还包括所述放电电路控制器，所述放电电路控制器用于根据从所述中央控制器处接收的所述故障信息，驱动所述放电电路中的所述并联开关的通断；
所述光伏逆变器还包括第一辅助电源，所述第一辅助电源从所述光伏逆变器的交流端取电，并为所述放电电路控制器和所述中央通讯模块供电；
所述放电电路中的所述功率电阻为NTC热敏型功率电阻；
所述放电电路控制器设置在所述光伏逆变器的所述中央控制器内，或作为独立体设置在所述光伏逆变器内；
所述放电电路中的所述并联开关为常闭型；所述MLPE设备中的串联开关管为常开型。
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- 2023-04-24 CN CN202310446011.1A patent/CN116169650A/zh active Pending
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