[发明专利]一种应用于光伏汇流箱中的灭弧装置和灭弧方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于光伏发电领域，特别是应用于光伏发电汇流箱中的安全保护。

背景技术

在传统能源日益枯竭的情况下，光伏发电技术得到了广泛的应用和长足的发展。光伏汇流箱在光伏电站现场实现了汇流、保护、电压电流采集、数据通讯等功能，是光伏电站中的重要前端设备。光伏汇流箱从只有汇流、防雷等简单功能发展到具有数据采集、通讯等功能取得了巨大的进步。

  大型光伏电站中的光伏汇流箱主要承担光伏方阵汇流的功能，工作在高压直流的环境中。在正常运行时，如果汇流支路中的一路光伏阵列线端由于电缆线老化、破裂等发生火花型尖端放电，导致产生持续直流电弧，这种直流电弧能量比较大，能轻易烧坏线缆甚至金属物。

随着光伏汇流箱频频起火，极大地威胁光伏电站的资产安全，其上述所述功能已不能满足光伏发电的安全要求，光伏汇流箱需要更加智能的“灭火”能力。而目前还未有应用于光伏发电中的，能够智能地保护汇流箱，消除电火花的装置公开。

发明内容

为了解决汇流箱中智能保护的技术问题，本发明提供了一种应用于光伏汇流箱中的高压直流保护装置。

一种应用于光伏汇流箱中的高压直流灭弧装置，

包括光伏负极汇流排、光伏专用熔断器、光伏专用二极管、光伏正极汇流排依次电气连接构成了汇流支路；

包括电阻分压模块、电压比较模块、定时器模块、信号处理模块、RS485通讯模块、二输入或门、驱动电路模块、IGBT模块构成了检测和控制电路；

该灭弧装置的连接方式为：

光伏负极汇流排与汇流支路光伏方阵负极连接；

汇流支路光伏方阵正极依次与光伏专用熔断器、光伏专用二极管的正极连接，光伏专用二极管的负极与光伏正极汇流排连接；

电阻分压模块的两个输入端分别连接光伏专用二极管的正、负极，输出端连接电压比较模块；

电压比较模块的一个输出端连接定时器模块，另一个输出端连接信号处理模块的一个输入端；定时器模块的输出端和信号处理模块的一个输出端分别接入二输入或门的两个输入端；

二输入或门的输出端连接驱动电路模块，驱动电路模块输出端与IGBT模块连接，IGBT的两个输出端分别连接汇流支路光伏方阵的正极和负极；

信号处理模块的另一个输入端和另一个输出端分别与RS485通讯模块连接，实现双向通讯；

RS485通讯模块与上位机连接。

所述电阻分压模块包括大功率电阻、防反二极管，利用电阻分压原理分别对光伏专用二极管的阳极、阴极进行电压采集。

所述电压比较模块包括电压比较器、二极管、三极管及电压比较模块中的相关电阻电容，将电阻分压模块采样的电压与预先设定的阈值电压进行比较。

所述定时器模块包括555定时芯片、二极管、三极管、及定时器模块中的相关电阻电容，电压比较器模块输出高电平触发使能定时器模块，定时器模块启动并启用定时功能，定时器模块保持输出方波；电压比较器模块输出低电平禁止触发定时器模块，定时器模块保持输出低电平。

所述信号处理模块包括DSPIC33系列数字信号控制器、光耦、TTL逻辑电平转换芯片及信号处理模块中的相关电阻电容。

二输入或门包括二极管、二输入或门中的电阻电容。

驱动电路模块包括由NPN、PNP三极管，二极管，驱动电路模块中的电阻构成的图腾柱输出电路。

IGBT模块包括绝缘栅双极晶体管、稳压管及IGBT模块中的相关电阻电容。

RS485通讯模块以MAX485收发器为处理中心，MAX485收发器在信号处理模块的控制下按照RS485串行通讯协议标准完成通讯信号收发功能。

一种使用高压直流灭弧装置进行高压直流灭弧的方法，步骤包括：

光伏方阵在正常运行时，汇流支路中光伏专用二极管正常导通，光伏专用二极管阳极电压，即汇流支路光伏方阵正极电压高于光伏专用二极管阴极电压，即光伏正极汇流排电压，电压比较器输出低电平，禁止触发定时器模块；

相反，汇流支路光伏方阵出现电弧，光伏专用二极管阳极电压，即汇流支路光伏方阵正极电压低于光伏专用二极管阴极电压，即光伏正极汇流排电压，电压比较模块输出高电平；电压比较模块输出的高电平触发使能定时器模块，定时器模块启动并启用定时功能，定时器输出方波，且在高电平时通过二输入或门、驱动电路模块控制IGBT模块处于开通状态，汇流支路光伏方阵正极与负极短路，光伏专用二极管处于反向截止状态，汇流支路光伏方阵输出电压迅速下降接近0V，不能维持火花型尖端放电状态。