一種光伏組件接地裝置、監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種光伏組件接地裝置，所述接地裝置的一端連接光伏發(fā)電系統(tǒng)直流母線負極，另一端接地，所述接地裝置采用導(dǎo)線、電阻、電感、電阻與電感的串聯(lián)結(jié)構(gòu)或電阻與電感的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。此種接地裝置可實現(xiàn)對光伏組件的電位誘發(fā)衰減（PID）效應(yīng)的抑制。本發(fā)明還公開一種光伏組件接地監(jiān)測裝置，包括接地電阻和電流檢測器，所述電流檢測器包括依次連接的漏電流監(jiān)測元件、控制單元及信號發(fā)送單元；所述接地裝置與漏電流監(jiān)測元件串聯(lián)后，一端連接光伏發(fā)電系統(tǒng)直流母線負極，另一端接地。此種接地監(jiān)測裝置可實現(xiàn)對光伏組件的接地故障監(jiān)測。本發(fā)明還公開一種基于前述光伏組件接地監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法。
【專利說明】一種光伏組件接地裝置、監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種保護電路裝置，特別涉及一種光伏組件接地裝置、對該接地裝置的監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于光伏組件通常通過串聯(lián)之后接入逆變器，串聯(lián)后輸出電壓最高可達1000V。而光伏組件邊框、支架通常由于防雷、安全保護等因素考慮需要接地，這樣造成同一串聯(lián)的光伏組件中，串聯(lián)電位較低的部分光伏組件電極(負電位)與組件邊框(地電位)之間存在一個負電位差。這個通常高達數(shù)百伏的負電位將導(dǎo)致光伏組件中電極與邊框之間泄露電流的產(chǎn)生，泄露電流的存在將大大加速光伏組件的衰減速率，即為光伏組件的電位誘發(fā)衰減效應(yīng)，簡稱光伏組件的PID (Potential Induced Degradation)效應(yīng)。
[0003]近年來，隨著西部荒漠地區(qū)大型地面光伏電站的蓬勃發(fā)展，大型地面光伏電站規(guī)模和數(shù)量均大幅增加。由于荒漠光伏電站電纜通常采用直埋方式，受電纜絕緣破壞影響，光伏陣列正、負極接地故障時有發(fā)生。光伏電站一旦發(fā)生正極接地故障，將很難避免光伏組件PID效應(yīng)的發(fā)生，進而導(dǎo)致光伏組件大量快速衰減，使光伏電站投資方遭受嚴重損失。
[0004]根據(jù)以上敘述，光伏組件的PID效應(yīng)及接地故障均是阻礙光伏系統(tǒng)正常使用的因素，需要采用相應(yīng)的解決方案來積極應(yīng)對。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的，在于提供一種光伏組件接地裝置，其可實現(xiàn)對光伏組件的電位誘發(fā)衰減(PID)效應(yīng)的抑制。
[0006]本發(fā)明的另一目的，在于提供一種光伏組件接地監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，其可實現(xiàn)對光伏組件的接地故障監(jiān)測。
[0007]為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0008]一種光伏組件接地裝置，所述接地裝置的一端連接光伏發(fā)電系統(tǒng)直流母線負極，另一端接地，所述接地裝置采用導(dǎo)線、電阻、電感、電阻與電感的串聯(lián)結(jié)構(gòu)或電阻與電感的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0009]上述電阻采用阻值不小于IkQ且功率不小于300W的電阻。
[0010]上述電阻采用6kQ/300W的電阻。
[0011]一種光伏組件接地監(jiān)測裝置，包括接地電阻和電流檢測器，所述電流檢測器包括依次連接的漏電流監(jiān)測元件、控制單元及信號發(fā)送單元；所述接地裝置與漏電流監(jiān)測元件串聯(lián)后，一端連接光伏發(fā)電系統(tǒng)直流母線負極，另一端接地；所述漏電流監(jiān)測元件將監(jiān)測到的實際漏電流送入控制單元，由控制單元將該實際漏電流與預(yù)存的漏電流保護門檻值進行比較，并在實際漏電流超過門檻值時產(chǎn)生接地故障信號，控制信號發(fā)送單元將該接地故障信號上送至光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。
[0012]上述漏電流保護門檻值設(shè)置為IOmA?50mA。[0013]上述信號發(fā)送單元通過遙信或通訊方式與光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)進行信號傳輸。
[0014]一種基于如前所述的一種光伏組件接地監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，包括如下步驟:
[0015](I)通過漏電流監(jiān)測元件監(jiān)測流過接地電阻的實際漏電流；
[0016](2)控制單元將所述實際漏電流與漏電流保護門檻值進行比較，當所述實際漏電流超過門檻值時，產(chǎn)生接地故障信號；
[0017](3)信號發(fā)送單元將前述接地故障信號上送至光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。
[0018]上述信號發(fā)送單元通過遙信或通訊方式將所述接地故障信號上送至光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。
[0019]上述漏電流保護門檻值設(shè)置為IOmA?50mA。
[0020]采用上述方案后，本發(fā)明通過采用接地裝置，通過上述技術(shù)方案，通過采用接地裝置，實現(xiàn)對接入光伏逆變器所有匯流箱前端的光伏組件PID效應(yīng)抑制功能，原理簡單、實現(xiàn)方便。
[0021]本發(fā)明監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法不影響光伏逆變器的正常運行，不會減少光伏發(fā)電量，保障光伏陣列安全，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明光伏組件接地裝置的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2是本發(fā)明光伏組件接地監(jiān)測裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0024]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0025]本發(fā)明提供一種光伏組件接地裝置，用以抑制光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏組件的PID效應(yīng)，所述接地裝置的一端連接光伏發(fā)電系統(tǒng)直流母線負極，另一端接地，所述接地裝置可采用導(dǎo)線、電阻、電感，或者是電阻與電感的串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)；圖1所示是采用電阻的結(jié)構(gòu)示意圖，其中僅示出了直流母線分別連接數(shù)個光伏匯流箱及光伏逆變器(DC/AC)的結(jié)構(gòu)，太陽能電池等組件并未示出；電阻的一端連接直流母線負極，另一端接地，在實際的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可以在匯流箱、直流配電柜或光伏逆變器直流母線進行接地。此種接地結(jié)構(gòu)可將接入光伏逆變器的所有光伏組件串聯(lián)結(jié)構(gòu)中最低電位光伏組件的負極與大地之間的電位差鉗位在較低的電壓值以下，該電壓值是造成PID效應(yīng)的根本原因。只要選取合適的電阻值，即可有效避免光伏組件電極與接地邊框之間形成較大的負偏電位差，從而抑制光伏組件PID效應(yīng)。
[0026]電阻的選型一方面需要確保光伏逆變器正常運行時，將光伏逆變器直流負極電位與大地電位鉗位，消除接入光伏逆變器的所有光伏組件電極與接地邊框之間的負偏電位差；另一方面在出現(xiàn)光伏正極接地故障時，電阻可以限制故障電流，并且可以耐受故障電流而不出現(xiàn)過熱損壞問題，確保接地支路電流檢測及故障告警功能正常動作。
[0027]基于以上選型原則，電阻可選用阻值不小于IkQ且功率不小于300W的電阻，在本實施例中，以6kQ/300W的電阻進行設(shè)計計算:
[0028]正常運行時，由于太陽能電池的半導(dǎo)體特性，光伏逆變器負極接地支路漏電流小于0.12mA。以漏電流為0.12mA計算，電阻上的壓降為:[0029]AU=IR=0.12mAX 6000 Ω=0.72V
[0030]一旦發(fā)生光伏組件正極接地故障，假設(shè)單個光伏組串最大電壓為800V，根據(jù)接地系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范取光伏逆變器接地回路其他阻抗為10 Ω，在最嚴重的故障狀況下，故障電壓降落在光伏逆變器直流負極接地回路上，則光伏逆變器直流負極接地支路故障電流為:
[0031]I=U/R=800V/ (6000+10) Ω=133.1mA
[0032]此時電阻的最大功耗為:
[0033]P=U2/R=8002/60 00=106.7W
[0034]因此，對于選型規(guī)格為6kQ/300W左右的電阻，具有如下優(yōu)勢:
[0035](I)正常運行時，提供良好的抑制光伏組件PID效應(yīng)的作用；
[0036](2)發(fā)生正極接地故障時，接地電阻可將最大故障電流限制在133mA左右，避免接地回路過流造成其他設(shè)備損壞；
[0037](3)發(fā)生正極接地故障時，不會因電阻過熱損壞導(dǎo)致接地回路斷線，影響接地故障的監(jiān)測功能。
[0038]基于前述采用電阻接地的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供一種光伏組件接地監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置包括接地電阻和電流檢測器，其中，接地電阻的一端連接光伏發(fā)的系統(tǒng)直流母線負極，另一端接地；電流檢測器包括依次連接的漏電流監(jiān)測元件、控制單元及信號發(fā)送單元，漏電流監(jiān)測元件與前述接地電阻串接，監(jiān)測線路中的實際漏電流，并將監(jiān)測到的漏電流數(shù)據(jù)送入控制單元；所述控制單元將前述接收到的實際漏電流數(shù)據(jù)與預(yù)存的漏電流保護門檻值進行比較，當實際漏電流超過該門檻值時，產(chǎn)生接地故障信號，并由信號發(fā)送單元通過遙信或通訊方式將該接地故障信號上送至光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。
[0039]本實施例提供的這種接地監(jiān)測裝置，將接地故障監(jiān)測及告警功能與光伏組件PID效應(yīng)抑制功能相結(jié)合，避免重復(fù)投資，降低光伏電站運行成本。
[0040]基于前述接地監(jiān)測裝置，本發(fā)明還提供一種光伏組件接地監(jiān)測方法，包括如下步驟:
[0041](I)通過漏電流監(jiān)測元件監(jiān)測流過接地電阻的實際漏電流；
[0042](2)控制單元比較前述實際漏電流與漏電流保護門檻值的大小，當實際漏電流超過漏電流門檻值時，產(chǎn)生接地故障信號；
[0043](3)信號發(fā)送單元將前述接地故障信號上送給光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。
[0044]如圖2所示，光伏逆變器直流母線負極通過接地電阻接地，將接地故障保護漏電流保護門檻值設(shè)置為IOmA?50mA。正常運行時，光伏逆變器負極接地支路漏電流小于
0.12mA，在提供光伏組件PID抑制作用的同時，不會引起接地故障誤動。而一旦發(fā)生接地故障，光伏逆變器直流負極接地回路漏電流將增大，越過接地故障保護漏電流保護門檻值，從而觸發(fā)接地故障告警。當監(jiān)測到接地支路漏電流越限，可通過遙信或通訊方式將接地故障信號上送至光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)接地故障監(jiān)測及告警功能。
[0045]本實施例提供的這種接地監(jiān)測方法，將接地故障監(jiān)測及告警功能與光伏組件PID效應(yīng)抑制功能相結(jié)合，避免重復(fù)投資，降低光伏電站運行成本。
[0046]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏組件接地裝置，其特征在于:所述接地裝置的一端連接光伏發(fā)電系統(tǒng)直流母線負極，另一端接地，所述接地裝置采用導(dǎo)線、電阻、電感、電阻與電感的串聯(lián)結(jié)構(gòu)或電阻與電感的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光伏組件接地裝置，其特征在于:所述電阻采用阻值不小于IkQ且功率不小于300W的電阻。
3.如權(quán)利要求2所述的一種光伏組件接地裝置，其特征在于，所述電阻采用6kQ/300W的電阻。
4.一種光伏組件接地監(jiān)測裝置，其特征在于:包括接地電阻和電流檢測器，所述電流檢測器包括依次連接的漏電流監(jiān)測元件、控制單元及信號發(fā)送單元；所述接地裝置與漏電流監(jiān)測元件串聯(lián)后，一端連接光伏發(fā)電系統(tǒng)直流母線負極，另一端接地；所述漏電流監(jiān)測元件將監(jiān)測到的實際漏電流送入控制單元，由控制單元將該實際漏電流與預(yù)存的漏電流保護門檻值進行比較，并在實際漏電流超過門檻值時產(chǎn)生接地故障信號，控制信號發(fā)送單元將該接地故障信號上送至光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種光伏組件接地監(jiān)測裝置，其特征在于:所述漏電流保護門檻值設(shè)置為IOmA?50mA。
6.如權(quán)利要求4或5所述的一種光伏組件接地監(jiān)測裝置，其特征在于:所述信號發(fā)送單元通過遙信或通訊方式與光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)進行信號傳輸。
7.一種基于如權(quán)利要求4所述的一種光伏組件接地監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，其特征在于包括如下步驟: (1)通過漏電流監(jiān)測元件監(jiān)測流過接地電阻的實際漏電流； (2)控制單元將所述實際漏電流與漏電流保護門檻值進行比較，當所述實際漏電流超過門檻值時，產(chǎn)生接地故障信號； (3)信號發(fā)送單元將前述接地故障信號上送至光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求7所述的一種光伏組件接地監(jiān)測方法，其特征在于:所述信號發(fā)送單元通過遙信或通訊方式將所述接地故障信號上送至光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的一種光伏組件接地監(jiān)測方法，其特征在于:所述漏電流保護門檻值設(shè)置為IOmA?50mA。
【文檔編號】H02H9/04GK103490402SQ201310398048
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】米高祥, 郭勇, 李旭, 方太勛, 劉為群 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司