一种光伏关断器电路及光伏系统

技术领域

本发明涉及光伏系统设备领域，尤其是一种光伏关断器电路及光伏系统。

背景技术

全球对清洁可再生能源的需求日益增大，尤其我国双碳目标提出后，光伏发电得到了迅猛发展。但随之而来的安全问题不可忽视，光伏火灾时有发生！因组件串电压高达上千伏给消防带来危害，美国在14年率先颁布屋顶光伏电站安全法规，随后日本、欧洲等国陆续颁布与实施相关法规。法规要求屋顶光伏电站应具备在异常或火灾情形下能快速切断组件间连接的装置，使系统电压降到安全电压范围内，这种装置称为光伏关断器，简称RSD。

目前成熟的技术方案以TI的9361为主，采用基于SUNSPEC协议的PLC单向通讯方式，国内针对光伏直流的PLC芯片正处于研制和试验阶段。由于TI的专用芯片的购买具有资金和订量门槛，且成本较高，所以目前国内多种方案皆有出现，如基于协议的国产PLC_SOC方案，PLC_SOC+MCU方案，MCU方案，和无协议的纯模拟方案。其中无协议的模拟方案技术难度最大，正因为没有协议就无法直接屏蔽光伏组件和逆变器的纹波对PLC信号的干扰。对于商用屋顶电站，直流断PLC通讯距离最远可达到300米，必须具备300米以上的通讯性能，300米后PLC的信号是十分微弱的，所以直流母线上的组件纹波尤其是逆变器纹波对PLC信号会产生严重的干扰。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种光伏关断器电路，能够使得光伏关断器电路正确识别距离其300米以上的控制信号发生器所发出的控制信号，有效避免干扰信号对光伏关断器电路控制的影响，保证光伏关断器电路的稳定可靠运行。本发明还提供了一种光伏系统。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种光伏关断器电路，包括关断器电力线路、信号接收模块、信号处理模块、以及可控开关模块；所述信号处理模块包括信号调制单元和阈值比较单元；

所述可控开关模块的开关端串联在关断器电力线路中以控制其通断；

所述信号接收模块与关断器电力线路连接以用于接收关断器电力线路中带有控制信号的第一信号；且所述信号接收模块的输出端与所述信号调节模块连接以将所述第一信号耦合至所述信号调制单元中；

所述信号调制单元用于将所述第一信号中的控制信号还原，所述阈值比较单元的输入端与所述信号调制单元的输出端连接以接收处理后的控制信号并与设定的阈值比较以输出驱动信号，

所述可控开关模块与所述阈值比较单元连接以接收驱动信号并根据驱动信号控制其通断。

使用时，所述光伏关断器电路用于连接光伏模块和逆变器；所述光伏关断器电路与逆变器之间的总线上设置有控制信号发生器，控制信号发生器通过总线向光伏关断器电路发送控制信号；

采用上述结构，控制信号发生器通过总线向光伏关断器电路发送控制信号后，控制信号就会被输出至所述关断器电力线路中，且在控制信号传送过程中会有其他电子组件产生的纹波对其产生干扰，所述信号接收模块用于接收关断器电力线路中的第一信号即包括控制信号和干扰信号，所述信号调制单元接收第一信号后将控制信号进行还原，阈值比较单元根据处理后的控制信号与设定的阈值比较以控制可控开关模块实现光伏模块和逆变器之间的通断；

上述结构，能够使得光伏关断器电路正确识别距离其300米以上的控制信号发生器所发出的控制信号，有效避免干扰信号对光伏关断器电路控制的影响，保证光伏关断器电路的稳定可靠运行。

进一步地，所述关断器电力线路包括关断器正极线路和关断器负极线路，所述关断器负极线路接地；具体的，所述可控开关模块的开关端串联在关断器负极线路中以控制其通断；所述信号接收模块设置在所述关断器正极线路和关断器负极线路之间。

进一步地，所述信号处理模块包括用于将信号进行放大的放大单元，所述信号调制单元的输出端通过所述放大单元与所述阈值比较单元连接。

采用上述结构，所述信号调制单元还原后的控制信号通过所述放大单元的放大后输送至所述阈值比较单元中，使得所述阈值比较单元能够更好的还原后的控制信号进行识别。

进一步地，所述信号处理模块包括用于将信号进行延迟处理的延时单元，所述阈值比较单元通过所述延时单元与所述可控开关模块连接。

采用上述结构，延时单元能够对所述阈值比较单元输出的驱动信号加以延时，以屏蔽周期内脉冲干扰信号，同时能够加速关断所述可控开关模块的功能，以防止早晚光伏模块衰弱引起可控开关模块频繁开关，或防止大电流下启动快速关断功能或短路瞬间而造成可控开关模块发热严重，甚至击穿损坏现象的发生；

具体的，所述延时单元对输入信号加以20毫秒至500毫秒的延时。

进一步地，所述光伏关断器电路包括线性电源模块，所述线性电源模块的输入端与所述关断器电力线路连接，输出端与所述信号处理模块和/或可控开关模块连接以为其供电；具体的，所述线性电源模块的输入端与所述关断器正极线路连接。

采用上述结构，保证所述光伏关断器电路运行的稳定性。

进一步地，所述线性电源模块的输入端通过第一电阻与所述关断器正极线路连接。

采用上述结构，所述第一电阻能够以阻尼对控制信号进行吸收；具体的，所述第一电阻的阻值范围为2.2Ω至499Ω。

进一步地，所述信号接收模块包括第一电容、第二电容、以及第一电感，所述第一电容的一端与所述关断器负极线路连接、另一端与所述第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述关断器正极线路连接，所述第一电容与所述第一电感连接的一端接地，所述第二电容和第一电感连接的一端形成为所述信号接收模块的输出端。

采用上述结构，经过所述第一电容耦合，并通过所述第一电感和第二电容谐振选频，将关断器电力线路中的第一信号耦合至信号调制单元中。

进一步地，所述信号调制单元采用带阻滤波器。

采用上述结构，带阻滤波器能够对第一信号进行衰减，再将控制信号进行还原，以到达对高频纹波信号衰减对控制信号还原的调制目的。

进一步地，所述阈值比较单元采用门限比较器，所述门限比较器的门限电压取值范围为0.1V至12V。

进一步地，所述放大单元采用运算放大器。

进一步地，所述可控开关模块包括具有控制端和所述开关端的可控开关、以及用于驱动所述可控开关通断的驱动单元，所述驱动单元的输入端与所述阈值比较单元连接、输出端与所述可控开关的控制端连接。

进一步地，所述可控开关采用MOS管，所述MOS管的漏极和源极形成为所述可控开关的开关端，所述MOS管的栅极形成为所述可控开关的控制端。

进一步地，所述光伏关断器电路包括旁路二极管，所述旁路二极管的正极与所述关断器负极线路连接、负极与所述关断器正极线路连接。

一种光伏系统，包括正极总线、负极总线、逆变器、控制信号发生器、N个个光伏模块、以及N个光伏关断器，N为正整数，所述光伏关断器包括上述光伏关断器电路；

所述光伏关断器电路中关断器电力线路的一端形成为所述光伏关断器电路的输出端、另一端形成为所述光伏关断器电路的输入端；

各个所述光伏关断器电路的输出端串联，且各个所述光伏关断器电路的输出端串联后的正极与所述正极总线连接，各个所述光伏关断器电路的输出端串联后的负极与所述负极总线连接；

各个所述光伏关断器电路的输入端分别与各个光伏模块一一对应连接；

所述正极总线与所述逆变器直流侧的正极连接，所述负极总线与所述逆变器直流侧的负极连接；所述控制信号发生器与所述负极总线连接以输出控制信号。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的光伏关断器电路，其具有信号处理模块，能够使得光伏关断器电路正确识别距离其300米以上的控制信号发生器所发出的控制信号，有效避免干扰信号对光伏关断器电路控制的影响，保证光伏关断器电路的稳定可靠运行。

(2)本发明的光伏关断器电路，其结构设计合理。

附图说明

图1为本发明光伏关断器电路的结构示意图；

图2为本发明光伏系统的结构示意图；

附图标记：1关断器电力线路；101关断器正极线路；102关断器负极线路；2信号接收模块；201第一电容；202第二电容；203第一电感；3信号处理模块；301信号调制单元；302阈值比较单元；303放大单元；304延时单元；4可控开关模块；401驱动单元；402可控开关；5线性电源模块；6第一电阻；7旁路二极管；8正极总线；9负极总线；10逆变器；11控制信号发生器；12光伏模块；13光伏关断器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种光伏关断器电路，包括关断器电力线路1、信号接收模块2、信号处理模块3、以及可控开关模块4；所述信号处理模块3包括信号调制单元301和阈值比较单元302；

所述可控开关模块4的开关端串联在关断器电力线路1中以控制其通断；

所述信号接收模块2与关断器电力线路1连接以用于接收关断器电力线路1中带有控制信号的第一信号；且所述信号接收模块2的输出端与所述信号调节模块连接以将所述第一信号耦合至所述信号调制单元301中；

所述信号调制单元301用于将所述第一信号中的控制信号还原，所述阈值比较单元302的输入端与所述信号调制单元301的输出端连接以接收处理后的控制信号并与设定的阈值比较以输出驱动信号，

所述可控开关模块4与所述阈值比较单元302连接以接收驱动信号并根据驱动信号控制其通断。

使用时，所述光伏关断器电路用于连接光伏模块12和逆变器10；所述光伏关断器电路与逆变器10之间的总线上设置有控制信号发生器11，控制信号发生器11通过总线向光伏关断器电路发送控制信号；

采用上述结构，控制信号发生器11通过总线向光伏关断器电路发送控制信号后，控制信号就会被输出至所述关断器电力线路1中，且在控制信号传送过程中会有其他电子组件产生的纹波对其产生干扰，所述信号接收模块2用于接收关断器电力线路1中的第一信号即包括控制信号和干扰信号，所述信号调制单元301接收第一信号后将控制信号进行还原，阈值比较单元302根据处理后的控制信号与设定的阈值比较以控制可控开关模块4实现光伏模块12和逆变器10之间的通断；

上述结构，能够使得光伏关断器电路正确识别距离其300米以上的控制信号发生器所发出的控制信号，有效避免干扰信号对光伏关断器电路控制的影响，保证光伏关断器电路的稳定可靠运行。

进一步地，所述关断器电力线路1包括关断器正极线路101和关断器负极线路102，所述关断器负极线路102接地；具体的，所述可控开关模块4的开关端串联在关断器负极线路102中以控制其通断；所述信号接收模块3设置在所述关断器正极线路101和关断器负极线路102之间。

进一步地，所述信号处理模块3包括用于将信号进行放大的放大单元303，所述信号调制单元301的输出端通过所述放大单元303与所述阈值比较单元302连接。

采用上述结构，所述信号调制单元301还原后的控制信号通过所述放大单元303的放大后输送至所述阈值比较单元302中，使得所述阈值比较单元302能够更好的还原后的控制信号进行识别。

进一步地，所述信号处理模块3包括用于将信号进行延迟处理的延时单元304，所述阈值比较单元302通过所述延时单元304与所述可控开关模块4连接。

采用上述结构，延时单元304能够对所述阈值比较单元302输出的驱动信号加以延时，以屏蔽周期内脉冲干扰信号，同时能够加速关断所述可控开关模块4的功能，以防止早晚光伏模块12衰弱引起可控开关模块4频繁开关，或防止大电流下启动快速关断功能或短路瞬间而造成可控开关模块4发热严重，甚至击穿损坏现象的发生；

具体的，所述延时单元304对输入信号加以20毫秒至500毫秒的延时。

进一步地，所述光伏关断器电路包括线性电源模块5，所述线性电源模块5的输入端与所述关断器电力线路1连接，输出端与所述信号处理模块3和/或可控开关模块4连接以为其供电；具体的，所述线性电源模块5的输入端与所述关断器正极线路101连接。

采用上述结构，保证所述光伏关断器电路运行的稳定性。

进一步地，所述线性电源模块5的输入端通过第一电阻6与所述关断器正极线路101连接。

采用上述结构，所述第一电阻6能够以阻尼对控制信号进行吸收；具体的，所述第一电阻6的阻值范围为2.2Ω至499Ω。

进一步地，所述信号接收模块2包括第一电容201、第二电容202、以及第一电感203，所述第一电容201的一端与所述关断器负极线路102连接、另一端与所述第一电感203的一端连接，所述第一电感203的另一端与所述第二电容202的一端连接，所述第二电容202的另一端与所述关断器正极线路101连接，所述第一电容201与所述第一电感203连接的一端接地，所述第二电容202和第一电感203连接的一端形成为所述信号接收模块2的输出端。

采用上述结构，经过所述第一电容201耦合，并通过所述第一电感203和第二电容202谐振选频，将关断器电力线路1中的第一信号耦合至信号调制单元301中。

进一步地，所述信号调制单元301采用带阻滤波器。

采用上述结构，带阻滤波器能够对第一信号进行衰减，再将控制信号进行还原，以到达对高频纹波信号衰减对控制信号还原的调制目的。

进一步地，所述阈值比较单元302采用门限比较器，所述门限比较器的门限电压取值范围为0.1V至12V。

进一步地，所述放大单元303采用运算放大器。

进一步地，所述可控开关模块4包括具有控制端和所述开关端的可控开关402、以及用于驱动所述可控开关402通断的驱动单元401，所述驱动单元401的输入端与所述阈值比较单元302连接、输出端与所述可控开关402的控制端连接。

进一步地，所述可控开关402采用MOS管，所述MOS管的漏极和源极形成为所述可控开关402的开关端，所述MOS管的栅极形成为所述可控开关402的控制端。

进一步地，所述光伏关断器电路包括旁路二极管7，所述旁路二极管7的正极与所述关断器负极线路102连接、负极与所述关断器正极线路101连接。

如图1、2所示，一种光伏系统，包括正极总线8、负极总线9、逆变器10、控制信号发生器11、N个个光伏模块12、以及N个光伏关断器13，N为正整数，所述光伏关断器13包括上述光伏关断器电路；

所述光伏关断器电路中关断器电力线路1的一端形成为所述光伏关断器电路的输出端、另一端形成为所述光伏关断器电路的输入端；

各个所述光伏关断器电路的输出端串联，且各个所述光伏关断器电路的输出端串联后的正极与所述正极总线8连接，各个所述光伏关断器电路的输出端串联后的负极与所述负极总线9连接；

各个所述光伏关断器电路的输入端分别与各个光伏模块12一一对应连接；

所述正极总线8与所述逆变器10直流侧的正极连接，所述负极总线9与所述逆变器10直流侧的负极连接；所述控制信号发生器11与所述负极总线9连接以输出控制信号。

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润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。