[发明专利]一种快速关断系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种快速关断系统及其控制方法，涉及光伏并网发电技术领域。本发明主要包括配置在光伏组件输出侧的短路关断电路和配置在光伏组串输出侧的直流旁路电路，通过主要包括第一开关件、第二开关件、储能元件、第一控制模块和第一辅助电源的短路关断电路，在短路时自动关断光伏组件与光伏组串的连通，并在关断后须通过短路检测才能重新连通，而通过包括第三开关件和电阻元件的直流旁路电路，对各组件的短路关断电路进行短路或降压，以实现快速关断，可满足光伏系统关于快速关断的安规要求，且成本低，可靠性和安全性高。

技术领域

本发明涉及光伏并网发电技术领域，特别是涉及一种光伏并网发电系统中对光伏组件的快速关断系统，以及快速关断的控制方法。

背景技术

近年来，光伏发电在全世界包括中国都获得了前所未有的快速发展，被广泛的安装在居民住宅、工商业建筑的屋顶上。光伏组件在有光照的情况下组串内存在直流高压，在建筑发生火灾时消防员无法喷水灭火，只能等组件全部烧完后才能救灾，造成财产损失或威胁人身安全。

基于安全的考虑，意大利安全告诫，消防员在建筑物带电压的情况下是绝对不允许进行灭火操作；德国也率先执行防火安全标准并且还明文规定：在光伏发电系统中逆变器与组件之间需要增加额外的直流电切断装置，此外，德国保险公司也有明确的规定，对于消防员在灭火过程中由于光伏电站带电造成的人身伤害不予赔付；美国防火协会已经修改国家电气规范，要求住宅用的光伏发电系统中：在发生紧急情况时限制光伏发电系统交流并网端口断开后，直流端的电压最大不得超过80V。

欧美国家配套安全用电的法规法已经延伸到光伏发电领域，以美国国家电工法规(National Electrical Code，简称NEC)NEC2017--690.12(B)为例，其要求安装在建筑物顶或上的光伏系统必须具备快速关断功能；对关断的速度及关断后光伏阵列内、外部导体之间及导体与大地之间的电压都提出了要求，具体要求在快速关断装置启动后30秒内，光伏阵列1米范围外：电压≤30V，光伏阵列1英尺(30.5厘米)范围内：电压≤80V。

为了满足以上NEC2017--690.12(B)条款的要求，光伏系统需要具备组件级别的快速关断功能。现有技术中，为了实现组件级别的快速关断功能，需要关断控制器持续发送心跳通讯信号，或者，需要位于直流总线上的关断控制模块发送周期性激励脉冲源；而这两种方案中，不但在光伏逆变系统中需要增加相应的发送模块，并且在光伏组件的关断器或功率优化器也需要设置额外的接收模块，由于以上快速关断装置依赖于电力载波通信(PLC)，受制于电力载波通信的信号传输的衰减问题，每套快速关断装置作用于光伏组件串的数量与串长度有限，从而不但增加了光伏系统的成本与系统自耗电，同时增加了更多的信号源发送与接收模块的故障点。

由于上述问题的存在，导致要实现光伏组件级别关断时，必然面临成本高、可靠性等问题，同时，单纯的关断功能又会产生关断器的自耗电，因此目前在国内难以商业化应用，致使我国光伏发电行业至今存在安全生产隐患。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种光伏并网发电系统中对光伏组件的快速关断系统以及快速关断的控制方法。在一方面地，本发明实现减少了光伏关断器与功率优化器中的心跳或周期性激励脉冲信号源接收模块、光伏逆变系统中的信号源发送模块，低成本、高可靠的实现对光伏系统的组件级关断，在极短的时间内把光伏阵列内、外部的电压降低到安全范围内。在另一方面地，本发明可利用步骤简单，实施可靠，在故障解除后，可以方便、快递的恢复光伏发电，且在应用于光伏功率优化器时还能为光伏系统提供遮挡发电损失挽回及防止组件热斑、直流电弧的故障点，解决了当前光伏组件级关断难以大规模商业化的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：