太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路及其检测方法

太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路及其检测方法。
【背景技术】
[0002]在专利名称为一种可变拓扑结构的太阳能光伏组件集成单元，专利号:ZL2013208161.6和专利名称:与一种可变拓扑结构的太阳能光伏发电系统，专利号:ZL2012083625.1中分别介绍了一种可变拓扑结构的太阳能光伏阵列。应用于常规拓扑结构固定的光伏阵列故障检测电路，面对现有上述可变光伏阵列的串并联结构，不能快速检测出其故障位置，故不能对其进行故障检测。
[0003]在已有的太阳能光伏阵列故障检测电路中，还没有对太阳能光伏阵列的故障检测电路及检测方法的发明。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路及其检测方法，能检测并诊断出太阳能光伏阵列产生故障的位置。
[0005]为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路，包括6个光伏组件，3个电流传感器，3个继电器常闭触点，3个继电器常开触点，集成单元正极端和集成单元负极端，
[0007]第一光伏组件与第二光伏组件串联，第三光伏组件与第四光伏组件串联，然后第一光伏组件的正极与第三光伏组件的正极相连，第一光伏组件与第三光伏组件之间连接有第二电流传感器，第二光伏组件的负极与第四光伏组件的负极相连，
[0008]第一光伏组件与第三光伏组件正极通过第一继电器常闭触点连接到集成单元正极端，第一继电器常闭触点与集成单元正极端之间连接有第一电流传感器；
[0009]第三光伏组件正极又通过第一继电器常开触点连接到第六光伏组件的负极；
[0010]第六光伏组件的负极通过第三继电器常开触点连接第五光伏组件的负极；
[0011]第六光伏组件的的正极通过第二继电器常开触点连接到集成单元正极端；
[0012]所述第六光伏组件的正极紧密连接有第三电流传感器；
[0013]第二光伏组件负极连接到集成单元的负极端；
[0014]第二光伏组件负极还能通过第二继电器常闭触点连接到第六光伏组件的的负极。
[0015]在本发明中，作为进一步说明，第一光伏组件、第二光伏组件、第三光伏组件、第四光伏组件、第五光伏组件与第六光伏组件分别由单个光伏组件构成，或由数量相同的多个光伏组件串联而成的组件串构成。
[0016]在本发明中，作为进一步说明，所述的3个继电器常闭触点可用3个继电器常开触点代替，同时3个继电器常开触点也可用3个继电器常闭触点代替。采用这一方式，与现有技术相比较，通过将继电器常闭触点与常开触点进行灵活替换，使得本发明具有灵活变动性的优点。
[0017]如上所述太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路的检测方法，具体步骤如下:
[0018](I)、将第一继电器常闭触点、第二继电器常闭触点与第三继电器常闭触点闭合，同时将第一继电器常开触点、第二继电器常开触点与第三继电器常开触点断开，若电路发生故障，检测第二电流传感器、第三电流传感器的电流值并作比较判断发生故障的支路；
[0019](2)、将第一继电器的常闭触点、第二继电器常闭触点与第三继电器常闭触点断开，同时将第一继电器常开触点、第二继电器常开触点与第三继电器常开触点闭合，若电路发生故障，检测第一电流传感器与第三电流传感器的电流值并作比较判断发生故障的支路。
[0020]本发明的有益效果:
[0021]本发明的电路结构简单、设计巧妙，通过调节3个继电器常闭触点和3个继电器常开触点的闭合与断开状态，检测比较第一电流传感器与第三电流传感器的电流值、第二电流传感器与第三电流传感器的电流值及改变太阳能光伏阵列结构来定位故障发生的位置，测定结果准确，简单，在本领域内具有极大的推广价值。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的结构连接示意图；
[0023]附图2为太阳能光伏发电系统的故障检测电路示意图；
[0024]附件标记:
[0025]第一光伏组件I，第二光伏组件2，第三光伏组件3，第四光伏组件4，第五光伏组件5，第六光伏组件6，
[0026]第一电流传感器7，第二电流传感器8，第三电流传感器9，
[0027]第一继电器常闭触点10，第二继电器常闭触点11，第三继电器常闭触点12，
[0028]第一继电器常开触点13，第二继电器常开触点14，第三继电器常开触点15，
[0029]集成单元正极端16，集成单元负极端17 ；
[0030]逆变器18。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。
[0032]实施例1:
[0033]如图1所示，一种太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路，它包括6个光伏组件，3个电流传感器，3个继电器常闭触点，3个继电器常开触点，集成单元正极端16和集成单元负极端17，
[0034]第一光伏组件I与第二光伏组件2串联，第三光伏组件3与第四光伏组件4串联，然后第一光伏组件I的正极与第三光伏组件3的正极相连，第一光伏组件I与第三光伏组件3之间连接有第二电流传感器8，第二光伏组件2的负极与第四光伏组件4的负极相连，
[0035]第一光伏组件I与第三光伏组件3正极通过第一继电器常闭触点10连接到集成单元正极端16，第一继电器常闭触点10与集成单元正极端16之间连接有第一电流传感器7 ；
[0036]第三光伏组件3正极又通过第一继电器常开触点13连接到第六光伏组件6的负极；
[0037]第六光伏组件6的负极通过第三继电器常开触点15连接第五光伏组件5的负极；
[0038]第六光伏组件6的的正极通过第二继电器常开触点14连接到集成单元正极端16 ；
[0039]所述第六光伏组件6的正极紧密连接有第三电流传感器9 ;
[0040]第二光伏组件2的负极连接到集成单元的负极端17 ;
[0041]第二光伏组件2的负极还能通过第二继电器常闭触点11连接到第六光伏组件6的的负极。
[0042]太阳能光伏组件集成单元具有两种工作状态:
[0043]第一种是第一继电器常闭触点10、第二继电器常闭触点11与第三继电器常闭触点12处于闭合状态，同时第一继电器常开触点13、第二继电器常开触点14与第三继电器常开触点15处于断开状态；
[0044]第二种是第一继电器常闭触点10、第二继电器常闭触点11与第三继电器常闭触点12处于断开状态，同时第一继电器常开触点13、第二继电器常开触点与第三继电器常开触点15处于闭合状态。
[0045]本发明的工作原理为:
[0046]针对不同环境温度、太阳光辐照度和光伏组件的倾斜角度，分别测量出光伏组件两种工作状态下正常工作时的电流值，根据下列方法拟定具体范围:
[0047]如图2所示将集成单元正极端16和集成单元负极端17通过逆变器18连接，由于集成单元中光伏组件在统一安装环境下的发电性能与参数是接近的，可将组件视为等效单元。在此定义如下山#为逆变器18的并网电压值；Uis为逆变器18要求的最低输入电压；U?为逆变器18要求的最高输入电压；1。为并网后的总电流；U i为第一种工作状态下单个光伏组件的电压值山为第一种工作状态下U i对应的电流值；1 17为第一种工作状态下第一电流传感器7的电流值；118为第一种工作状态下第二电流传感器8的电流值；1 19为第一种工作状态下第三电流传感器9的电流值；Ilis为第一种工作状态下单个光伏组件保证正常工作要求的最低电流值；U2为第二种工作状态下单个光伏组件的电压值；12为第二种工作状态下U2对应的电流值；1 27为第二种工作状态下第一电流传感器7的电流值；1 28为第二种工作状态下第二电流传感器8的电流值；129为第二种工作状态下第三电流传感器9的电流值；I2is为第二种工作状态下单个光伏组件保证正常工作要求的最低电流值。
[0048]基于此，我们可以得出基本关系式:
[0049]U低 < U并 < U高；
[0050]对于第一种工作状态的无故障情况:
[0051]
[0052]10= I 17= 31 18= 31 19= 31 ^ I !低
[0053]对于第二种工作状态的无故障情况:
[0054]U并= 3U2;U 低彡 3U2彡 U 高；
[0055]10= I 27 = 2 1 28 = 2 1 29 = 2 1 2；I ^ I !低
[0056]本发明经反复推导和实际测试证明后，在此给出的具体范围的计算方法:光伏组件在第一种工作状态下，逆变器18处电压值^^为单个光伏组件的电压值仏的2倍，并网后的总电流10= 31 i，若要满足正常运行，则U低^ 2U1^Ua,那么电流值范围为此时U1对应的电流值范围；光伏组件在第二种工作状态下，逆变器18处电压值^^为单个光伏组件的电压值仏的2倍，并网后的总电流I。= 212，若要满足正常运行，则Uis彡3U2彡Us，那么电流值范围为此时U2对应的电流值范围。
[0057]光伏组件正常工作时的电流值范围先由安装前针对不同的环境条件测出，本发明在此给出一种校验的方法可直接判断在两种工作状态下是否发生故障。以下几个条件只要任何一个发生即认定第一种工作状态下发生故障:第二电流传感器8的值I18低于第一种工作状态下单个光伏组件保证正常工作要求的最低电流值11<￡;第三电流传感器9的值I 19低于第一种工作状态下单个光伏组件保证正常工作要求的最低电流值Ius;第二电流传感器8的值I18明显小于第一电流传感器7的值I 17的三分之一；第三电流传感器9的值119明显小于第一电流传感器7的值I17的三分之一；第一电流传感器7的值I 17未达到第一种工作状态下单个光伏组件保证正常工作要求的最低电流值11<￡的三倍，即3Ilis。
[0058]以下几个条件只要任何一个发生即认定第二种工作状态下发生故障:第二电流传感器8的值I28低于第二种工作状态下单个光伏组件保证正常工作要求的最低电流值12te;第三电流传感器9的值I29低于第一种工作状态下单个光伏组件保证正常工作要求的最低电流值I2is;第二电流传感器8的值I 28明显小于第一电流传感器7的值127的二分之一；第三电流传感器9的值I29明显小于第一电流传感器7的值I 27的二分之一；第一电流传感器7的值127未达到第一种工作状态下单个光伏组件保证正常工作要求的最低电流值12is的二倍，即212低。
[0059]光伏组件在第一种工作状态下发生故障，检测第二电流传感器8、第三电流传感器9的电流值，若第二电流传感器8、第三电流传感器9的电流值近似相等，则第三光伏组件3、第四光伏组件4支路发生故障；若第二电流传感器8的电流值比第三电流传感器9的电流值小，则第一光伏组件1、第二光伏组件2支路发生故障；若第三电流传感器9的电流值比第二电流传感器8的电流值小，则第五光伏组件5、第六光伏组件6支路发生故障，然后将第一继电器常闭触点10、第二继电器常闭触点11与第三继电器常闭触点12断开，第一继电器常开触点13、第二继电器常开触点14与第三继电器常开触点15闭合，光伏组件集成单元进入第二种工作状态，再比较第一电流传感器7与第三电流传感器9的电流值，若第一电流传感器7与第三电流传感器9的电流值相等，则第五光伏组件5支路发生故障，若第三电流传感器9的电流值小于第一电流传感器7的电流值，则第六光伏组件6支路发生故障。
[0060]光伏组件在第二种工作状态下发生故障，比较第一电流传感器7与第三电流传感器9的电流值，若第一电流传感器7与第三电流传感器9的电流值相等，则第五光伏组件5支路发生故障；若第三电流传感器9的电流值小于第一电流传感器7的电流值的1/2，则第六光伏组件6支路发生故障；若第三电流传感器9的电流值是第一电流传感器7的电流值的1/2，则故障发生在第一光伏组件1、第二光伏组件2支路或第三光伏组件3、第四光伏组件4支路。此时将第一继电器常闭触点10、第二继电器常闭触点11与第三继电器常闭触点12闭合，第一继电器常开触点13、第二继电器常开触点14与第三继电器常开触点15断开，光伏组件集成单元进入第一种工作状态，再比较第二电流传感器8与第三电流传感器9的电流值，若第二电流传感器8与第三电流传感器9的电流值相等，则第三光伏组件3、第四光伏组件4支路发生故障；若第二电流传感器8的电流值比第三电流传感器9的电流值小，则第一光伏组件1、第二光伏组件2支路发生故障。
[0061]实施例2:
[0062]与实施例1不同的是:第一光伏组件1、第二光伏组件2、第三光伏组件3、第四光伏组件4、第五光伏组件5与第六光伏组件6分别由数量相同的多个光伏组件串联而成的组件串构成；所述的3个继电器常闭触点用3个继电器常开触点代替，同时3个继电器常开触点也用3个继电器常闭触点代替。
[0063]最后应说明的是:显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，例如调控继电器常闭触点、继电器常开触点的连接状态的方式等。这里无需也无法对所有的实施方式子与以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1.一种太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路，其特征在于:包括6个光伏组件，3个电流传感器，3个继电器常闭触点，3个继电器常开触点，集成单元正极端16和集成单元负极端17， 第一光伏组件(I)与第二光伏组件(2)串联，第三光伏组件(3)与第四光伏组件(4)串联，然后第一光伏组件(I)的正极与第三光伏组件(3)的正极相连，第一光伏组件(I)与第三光伏组件(3)之间连接有第二电流传感器(8)，第二光伏组件(2)的负极与第四光伏组件(4)的负极相连， 第一光伏组件(I)与第三光伏组件(3)正极通过第一继电器常闭触点(10)连接到集成单元正极端(16)，第一继电器常闭触点(10)与集成单元正极端(16)之间连接有第一电流传感器(7)； 第三光伏组件(3)正极又通过第一继电器常开触点(13)连接到第六光伏组件(6)的负极； 第六光伏组件￠)的负极通过第三继电器常开触点(15)连接第五光伏组件(5)的负极； 第六光伏组件(6)的的正极通过第二继电器常开触点(14)连接到集成单元正极端(16)； 所述第六光伏组件出)的正极紧密连接有第三电流传感器(9); 第二光伏组件(2)负极连接到集成单元的负极端(17); 第二光伏组件(2)负极还能通过第二继电器常闭触点(11)连接到第六光伏组件(6)的的负极。2.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路，其特征在于，第一光伏组件(I)、第二光伏组件(2)、第三光伏组件(3)、第四光伏组件(4)、第五光伏组件(5)与第六光伏组件(6)分别由单个光伏组件构成，或由数量相同的多个光伏组件串联而成的组件串构成。3.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路，其特征在于，所述的3个继电器常闭触点可用3个继电器常开触点代替，同时3个继电器常开触点也可用3个继电器常闭触点代替。4.如权利要求1-2任意一项所述太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路的检测方法，其特征在于，具体步骤如下: (1)、将第一继电器常闭触点(10)、第二继电器常闭触点(11)与第三继电器常闭触点(12)闭合，同时将第一继电器常开触点(13)、第二继电器常开触点(14)与第三继电器常开触点(15)断开，若电路发生故障，检测第二电流传感器⑶和第三电流传感器(9)的电流值并作比较判断发生故障的支路； (2)、将第一继电器(10)的常闭触点、第二继电器常闭触点(11)与第三继电器常闭触点(12)断开，同时将第一继电器常开触点(13)、第二继电器常开触点(14)与第三继电器常开触点(15)闭合，若电路发生故障，检测第一电流传感器(7)与第三电流传感器(9)的电流值并作比较判断发生故障的支路。
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能光伏组件集成单元的故障检测电路及其检测方法，电路包括6个光伏组件，3个电流传感器，3个继电器常闭触点，3个继电器常开触点，集成单元正极端和集成单元负极端，第一、二光伏组件与第三、四光伏组件先串联后并联，第五、六光伏组件与第一～四光伏组件分别与3个继电器的常开触点和3个继电器的常闭触点、第一～第三电流传感器连接的位置如附图所示连接。检测方法是通过控制3个继电器常闭触点和3个继电器常开触点的闭合与断开状态，比较第一电流传感器与第三电流传感器、第二电流传感器与第三电流传感器的电流值并作比较判断发生故障的支路。
【IPC分类】H02S50/10
【公开号】CN104883127
【申请号】CN201510303861
【发明人】海涛, 闻科伟, 张朝, 林波, 胡翔
【申请人】广西大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月5日