一種光伏直流側短路保護裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及直流供電保護技術領域，具體涉及一種光伏直流側短路保護裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]光伏發電直流側電流與太陽輻照度成正比，直流側短路電流大小即與太陽輻照度，又與太陽能光伏電池組件自身固有短路電流有關，按照傳統電氣設計選擇和設置熔斷器的熔絲電流與斷路器的脫扣電流，由于伏系統直流側的工作電流和短路電流值接近，傳統保護器件的靈敏度較低無法區分，二者還會根據光照條件和環境溫度發生變化，保護定值亦難以整定，當線路出現短路故障時，瞬時脫扣器因達不到動作條件(10倍額定電流)而不會動作，其熱脫扣器由于其反時限的特征，動作時間較長，這在光伏系統直流側的線路保護上是不可取的，因為光伏系統直流側的短路會在短路點產生直流電弧，電弧的高溫極易導致嚴重的電氣火災。
【發明內容】
[0003]本發明的目的一，提供一種光伏直流短路保護裝置，用于解決上述問題，具有
一種光伏直流側短路保護裝置，包括與光伏直流電源的輸入端相連的斷路器，所述斷路器的母線上設有用于采集所述斷路器前端直流母線的電流值的電流采集裝置，所述斷路器的正、負極之間連接有用于采集所述斷路器前端線路正、負極之間的電壓值的電壓采集裝置，所述電流采集裝置和所述電壓采集裝置分別連接控制器，所述控制器的輸出端連接所述斷路器的分勵線圈用于控制所述斷路器動作，該短路保護裝置還包括電源模塊，所述電源模塊接入所述斷路器的進線端。
[0004]優選的，所述電流采集裝置為設置于所述斷路器前端直流母線上的電流傳感器，所述電壓采集裝置為設置于所述斷路器或負荷開關的正、負極之間的電壓送變器，所述電流傳感器的輸出端和所述電壓送變器的輸出端分別連接所述控制器。
[0005]進一步的，該保護裝置還包括人機界面和監控室，所述控制器的通過通信接口分別連接人機界面和監控室。
[0006]所述電流采集裝置為電流傳感器，所述電壓采集裝置為電壓變送器。
[0007]本發明的目的二，提供一種光伏直流側短路保護裝置的控制方法，該控制方法如下所示，
首先，根據1-V特性曲線設置控制器內的設定電流值Itl和設定電壓值U ^，設定電壓值U。的取值界限小于光伏直流側后端所接逆變器或控制器設定的最低工作電壓，設定電流值I。為光伏直流側后端所接逆變器或控制器待機時光伏直流供電的最大電流值；
其次，電流采集裝置實時采集斷路器母線上的電流值I1,電壓采集裝置實時采集斷路器前端正、負極的電壓值U1，將電流值I1和電壓值1送入控制器；
再次，控制器判斷電流值I1是否大于預設于控制器內的設定電流值IC1,電壓值U1是否小于預設于控制器內的設定電壓值Utl;
最后，若電流采集裝置采集的電流值^大于設定電流值I O，同時電壓采集裝置采集的電壓值U/j、于設定電壓值Utl，則控制器檢測出光伏直流側的正、負極之間出現短路故障，控制器發出斷路器分閘指令，斷路器的分勵線圈動作，斷路器斷開；反之，則繼續檢測電流值和電壓值。
[0008]優選的，所述設定電壓值Uci取n*Vmp值的一半，其中Vmp值表示標準測試條件下光伏組件的最佳工作電壓值，η表示該光伏直流側的組件串聯數。
[0009]優選的，所述電流采集裝置為電流傳感器，所述電壓采集裝置為電壓變送器。
[0010]本發明的目的三，提供一種光伏直流側短路保護裝置的控制方法，該控制方法如下所示，
首先，根據1-V特性曲線，設置控制器內的設定電流值Itl和設定電壓值U ^，并設定采樣間隔時間t，其中設定電流值IciS光伏直流側后端所接逆變器或控制器待機時光伏直流供電的最大電流值；
其次，電流采集裝置實時采集斷路器母線上的電流值I1,電壓采集裝置實時采集斷路器前端正、負極的電壓值仏，并根據采樣間隔時間t將電流值I1和電壓值1送入控制器；再次，控制器判斷電流采集裝置采集的電流值^是否大于預設于控制器內的設定電流值Ici,控制器比較采樣間隔時間t前后采集的電壓值U1,降幅是否超過(H)/V。。的值，其中，V。。為被保護線路所對應的光伏直流側最大開路電壓，V。為被保護的光伏直流側后端所接逆變器或控制器設定的最低工作電壓；
最后，若電流采集裝置采集的電流值^大于設定電流值I O，同時電壓采集裝置在采集間隔時間t前后的電壓值仏降幅超過(V。。；。)/V。。的值，則控制器檢測出直流側的正、負極之間出現短路故障，控制器發出斷路器分閘指令，斷路器的分勵線圈動作，斷路器斷開；反之，則繼續檢測電流值和電壓值。
[0011]進一步的，所述電流采集裝置為電流傳感器，所述電壓采集裝置為電壓變送器。
[0012]優選的，所述采樣間隔時間t為1ms。
[0013]本發明的有益效果在于:
I )、本發明的保護裝置可安裝于匯流箱和直流配電柜內，通過電流采集裝置和電壓采集裝置采集斷路器前端的電流和電壓的大小，然后將檢測結果送入控制器，控制器進行邏輯運算，控制器根據運算結果控制斷路器動作。本發明的保護裝置，能夠準確區分短路故障，瞬時作用斷路器跳閘，有效避免線路因短路產生的直流電弧所述導致的電氣火災，進一步解決傳統斷路器和熔絲在光伏系統直流側線路保護方便不足的問題。
[0014]2)、本發明通過采集斷路器前端的電壓、電流值，并根據光伏組件的1-V特性曲線，當線路出現短路時，電流會小幅增加，電壓會出現明顯跌落，控制器根據短路時線路上電壓、電流的這一變化情況，判定線路是否出現短路故障，從而發出分閘信號作用于斷路器或負荷開關跳閘以保護線路。
[0015]3)本發明的保護裝置采用軟硬件結合的方式實現，保護定值由軟件設定，能根據光伏組件的特性和安裝環境進行調整，適用性好，可靠性高，通過對軟件進行編寫，還能在遠端進行直流側發電量的統計。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為本發明的保護裝置原理圖。
[0018]圖2為本發明的1-V特性曲線。
[0019]圖3為本發明的第一種控制方法的流程圖。
[0020]圖4為本發明的第二種控制方法的流程圖。
[0021]10一一保護裝置 11一一斷路器 12—一電流傳感器 13—一電壓變送器14一一控制器15—一人機界面16—一監控室17—一電源模塊。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0023]參照圖1，一種光伏直流側短路保護裝置，包括與光伏直流電源的輸入端相連的斷路器11，所述斷路器11的母線上設有用于采集所述斷路器11前端直流母線的電流值的電流傳感器12，所述斷路器11的正、負極之間連接有用于采集所述斷路器11前端線路正、負極之間的電壓值的電壓送變器13，所述電流傳感器12和所述電壓送變器13分別連接控制器14，所述控制器14的輸出端連接所述斷路器11的分勵線圈用于控制所述斷路器11動作，該保護裝置10還包括電源模塊17，所述電源模塊17接入所述斷路器11的進線端。
[0024]其中電流傳感器12為霍爾電流傳感器，斷路器11為QF光伏直流短路器。
[0025]該保護裝置10還包括人機界面15和監控室16，所述控制器14的通過通信接口分別連接人機界面15和監控室16。
[0026]如圖2所示為光伏組件1-V特性曲線，縱軸表示電流，橫軸表示電壓，曲線是將光伏組件中串入可變電子負載，使光伏組件逐漸從短路狀態向開路狀態變化，從而對光伏組件的1-V特性進行掃描。根據光伏組件的1-V特性曲線，當線路出現短路時，電壓會出現明顯跌落，即使經過串、并聯組合后，該特性依然存在。控制器根據短路時線路上電壓、電流的這一變化情況，判定光伏系統直流側是否出現短路故障。
[0027]如圖3所示，以大型光伏電站使用的500KW等級光伏并網逆變器為例，其MPPT電壓范圍為460V-850V，最小啟動電壓一般在460V左右，低于該值逆變器進入待機模式，光伏直流側切換至開路狀態，這時該段線路流過的電流為零。如果線路出現正、負極直接短路，短路點瞬時接通時線路兩端的電壓會跌落至零，當出現放電間隙時，線路兩端的電壓會隨著間隙長度波動，其值一般維持在幾十伏，遠小于逆變器最小啟動電壓。對于短路狀態判斷的電壓取值上限可設為標準測試條件下組件最大功率點電壓Vmp的一半，如直流側采用260Wp多晶硅組件，標準測試環境下Vmp=30.77，光伏組件每21塊一串聯，那么短路狀態判斷所須設定的