一种汇流箱保护装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种汇流箱保护装置及方法，所述汇流箱包括光伏电缆、直流电缆和断路器，所述汇流箱保护装置包括采集单元、逻辑单元以及执行单元；所述采集单元采集直流电缆的电压信号及光伏电缆支路上的电压信号；所述的逻辑单元包括并联的比较模块，比较模块与所述采集单元电连接，比较模块均包括窗口比较器和二极管，窗口比较器接入电压信号以及比较电压，输出端串联二极管。本发明专利技术的有益效果是同时对光伏电缆和直流电缆进行短路故障的监控，当其中任一发生短路故障时，能够有效识别并分别发出跳闸指令，从而实现故障切除，对电缆形成了多重保护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏发电领域，具体涉及一种汇流箱保护装置。
技术介绍
汇流箱是一种应用在光伏发电系统的电气设备，其负责将光伏组件产生的直流电，经过其一次汇流后，传送到光伏逆变器。为了保证发电的可靠性、安全性，汇流箱配有防雷、过电流和过负荷等保护。但是，与汇流箱连接的光伏电缆出现故障率最高的是单极接地故障(正极接地或负极接地)，此类故障引发非故障极的电压升高，汇流箱内部的器件在高压的情况下被击穿，从而引发火灾。由于传统汇流箱的电流检测精度仅为3％～5％，无法精确检测到组串支路，而且电流的大小受周围光照和环境温度影响比较大。因此这是汇流箱设计中的一类缺陷。本专利技术人曾就此问题申请过专利文件，申请号为“CN201521132948.9”、专利号为“CN205509468U”，名为汇流箱保护装置的技术。该技术提出了采集单元、逻辑单元及执行单元的结构，逻辑单元与采集单元电连接从而接收从采集单元传来的电压信号，然后将该电信号与比较电压进行比较，当该电压信号与比较电压的差的绝对值大于或等于设定值时逻辑单元向执行单元发送指令；以及执行单元与逻辑单元电连接并根据从逻辑单元传来的指令控制断路器分闸。该专利技术解决了短路检测保护问题。但是，原有专利提及的汇流箱是通过继电器控制接触器通断来实现直流断路器合分闸功能。它的机械动作频繁，故障率高，使用寿命短。在光伏应用过程中，汇流箱通常采用16进1和10进1两种形式。由于每汇流箱分别串接16或10支路的光伏组件，因此，汇流箱保护有多支路同时检测的要求。传统汇流箱的光伏支路采用熔丝相当于增加了直流节点，由于昼夜温差的影响，加速熔丝的热疲劳效应，当熔丝节点接触不良时，其熔断时间变长。在这种“将断未断”的情况下，会破坏线缆和熔丝盒的绝缘，最终引发着火事故。汇流箱内部螺栓松动，与其情况类似。当直流电缆发生接地故障时，正常电缆上流经的电流会经过光伏逆变器直流柜上母线出汇流后“反灌”到故障电缆。故障电缆上连接光伏逆变器的断路器由于电流过大而跳闸。但是，汇流箱中断路器的电流并没有增大，此时，汇流箱设备出现接地极电压低，非接地极电压抬高。这是光伏发电系统本身存在的一种隐患，应予以考虑可以采取措施加以控制。鉴于上述的缺陷，本专利技术人积极研究创新，提出一种适应于光伏发电系统的汇流箱保护装置，能够有效地防止故障进一步扩大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够多线、多点保护的汇流箱保护装置，有效排查、检测、控制汇流箱可能出现的各种电路问题。为了达到上述目的，提供一种汇流箱保护装置，所述汇流箱包括光伏电缆、直流电缆和断路器，所述汇流箱保护装置包括采集单元、逻辑单元以及执行单元；和所述采集单元采集直流电缆的电压信号及至少一条光伏电缆支路上的电压信号；和所述的逻辑单元包括至少两个并联的比较模块，比较模块与所述采集单元电连接，其中一个比较模块接收所述直流电缆上的电压信号，其他比较模块接收所述光伏电缆支路的电压信号，比较模块均包括窗口比较器和二极管，窗口比较器接入电压信号以及比较电压，输出端串联二极管，各二极管的输出端接入执行单元，任一比较模块的电压信号与比较电压差的绝对值大于或等于设定值时向所述执行单元发送断路器跳闸指令；和所述执行单元与所述逻辑单元电连接并根据所述逻辑单元传来的指令控制所述断路器分闸。本专利技术中对针对逻辑单元进行改进，主要对比较模块进行并联，即模块的输入端分别接入采集的电压，但输出端合流。采集单元采集多个电压值，这个电压值包括直流电缆上的电压信号和光伏电缆上的电压信号，其中一个比较模块接入直流电缆上的电压信号，其余比较模块接入光伏电缆上的电压信号进行逻辑判断，当任一比较模块的电压信号与比较电压的差的绝对值大于或等于设定值时，说明电缆发生短路故障，向执行单元发送指令从而控制断路器。可认为，至少有一个用于直流电缆监控的比较模块和一个用于光伏电缆监控的比较模块，在本专利技术中，实际上可以是多个用于光伏电缆监控的比较模块，其连接形式仍然是并联，这样是可实现多路线的监控。优选的，还包括导引线；所述采集单元还采集光伏逆变器侧的电压信号；和所述的逻辑单元还包括直流电缆故障识别模块，直流电缆识别模块与比较模块并联，所述的逻辑单元还包括直流电缆故障识别模块，直流电缆识别模块与比较模块并联，所述直流电缆故障识别模块接收光伏逆变器侧的电压信号、直流电缆上电压信号和比较电压，光伏逆变器侧的电压信号与直流电缆上电压信号的差的绝对值大于比较电压的阈值时，输出汇流箱跳闸信号，汇流箱跳闸信号通过导引线传送至光伏逆变器，控制光伏逆变器侧的直流断路器跳闸。由于直流电缆上电压差值绝对值大于或等于设定值的情况存在两种可能，即直流电缆故障和光伏逆变器直流侧故障，为了识别故障，本专利技术增设了直流电缆故障识别模块，取光伏逆变器侧的电压信号、直流电缆上的信号做差与比较电压进行比较，从而判断是否是直流电缆故障。当属于直流电缆故障时，输出汇流箱跳闸信号，汇流箱跳闸信号通过导引线传送至光伏逆变器，控制光伏逆变器侧的直流断路器跳闸。优选的，所述逻辑单元还包括三极管T3，接收直流电缆电压信号的比较模块中的窗口比较器的输出端接入所述三极管T3的集电极，所述直流电缆故障识别模块的输出端接入所述三极管T3的基极，所述三极管T3的发射极与导引线相连,当光伏逆变器的电压信号与直流电缆上电压信号的差大于比较器电压的阈值，且接收直流电缆的比较模块的电压信号与比较电压差的绝对值大于或等于设定值时向执行单元发送指令。进一步地，所述逻辑单元还包括三极管T2，并联的比较模块输出的信号所述三极管T2的集电极，三极管T3的发射极接入三极管T2的基极，所述三极管T2的发射极连接导引线。优选的，所述的导引线为RS485导引线。优选的，所述的直流电缆故障识别模块包括运算放大器和比较器，所述运算放大器接入光伏逆变器侧的电压信号和直流电缆上的电压信号，比较器的输入端分别接入运算放大器的输出端和比较电压。进一步地，所述的直流电缆故障识别模块包括并联的正极直流电缆识别模块和负极直流电缆识别模块，所述的正极直流电缆识别模块接入光伏逆变器侧和直流电缆上的正电压，正极直流电缆识别模块中的比较器输出端接入二极管；和所述的负极直流电缆识别模块接入光伏逆变器侧和直流电缆上的负电压，负极直流电缆识别模块的比较器输出端接入二极管，任一识别模块中的光伏逆变器侧的电压信号与直流电缆上电压信号的差大于比较电压的阈值时，输出汇流箱跳闸信号。优选的，所述逻辑单元还包括熔丝识别模块，熔丝识别模块与比较模块并联，所述熔丝识别模块接收直流电缆的电压信号、光伏电缆的电压信号和比较电压，当直流电缆的电压信号与光伏电缆的电压信号的差大于比较电压，向所述执行单元发送指令。熔丝识别模块又可作为螺栓松动识别模块。优选的，所述的熔丝识别模块包括运算放大器、比较器和二极管，所述运算放大器分别接入光伏逆变器的电压信号和直流电缆的电压信号，所述比较器分别接入运算放大器的输出端和比较电压。进一步地，所述的熔丝识别模块包括并联的正极熔丝识别模块和负极熔丝识别模块，所述的正极熔丝识别模块接入光伏电缆和直流电缆的正电压，所述的负极熔丝识别模块接入光伏电缆和直流电缆的负电压，任一识别模块的直流的电缆电压信号与光伏电缆的差大于比较电压，向所述执行单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汇流箱保护装置，所述汇流箱包括光伏电缆、直流电缆和断路器，其特征在于，所述汇流箱保护装置包括采集单元、逻辑单元以及执行单元；和所述采集单元采集直流电缆的电压信号及至少一条光伏电缆支路上的电压信号；和所述的逻辑单元包括至少两个并联的比较模块，比较模块与所述采集单元电连接，其中一个比较模块接收所述直流电缆上的电压信号，其他比较模块接收所述光伏电缆支路的电压信号，比较模块均包括窗口比较器和二极管，窗口比较器接入电压信号以及比较电压，输出端串联二极管，各二极管的输出端接入执行单元，任一比较模块的电压信号与比较电压差的绝对值大于或等于设定值时向所述执行单元发送断路器跳闸指令；和所述执行单元与所述逻辑单元电连接并根据所述逻辑单元传来的指令控制所述断路器分闸。

【技术特征摘要】
1.一种汇流箱保护装置，所述汇流箱包括光伏电缆、直流电缆和断路器，其特征在于，所述汇流箱保护装置包括采集单元、逻辑单元以及执行单元；和所述采集单元采集直流电缆的电压信号及至少一条光伏电缆支路上的电压信号；和所述的逻辑单元包括至少两个并联的比较模块，比较模块与所述采集单元电连接，其中一个比较模块接收所述直流电缆上的电压信号，其他比较模块接收所述光伏电缆支路的电压信号，比较模块均包括窗口比较器和二极管，窗口比较器接入电压信号以及比较电压，输出端串联二极管，各二极管的输出端接入执行单元，任一比较模块的电压信号与比较电压差的绝对值大于或等于设定值时向所述执行单元发送断路器跳闸指令；和所述执行单元与所述逻辑单元电连接并根据所述逻辑单元传来的指令控制所述断路器分闸。2.根据权利要求1所述的汇流箱保护装置，其特征在于，还包括导引线；所述采集单元还采集光伏逆变器侧的电压信号；和所述的逻辑单元还包括直流电缆故障识别模块，直流电缆识别模块与比较模块并联，所述直流电缆故障识别模块接收光伏逆变器侧的电压信号、直流电缆上电压信号和比较电压，光伏逆变器侧的电压信号与直流电缆上电压信号的差的绝对值大于比较电压的阈值时，输出汇流箱跳闸信号，汇流箱跳闸信号通过导引线传送至光伏逆变器，控制光伏逆变器侧的直流断路器跳闸。3.根据权利要求2所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述逻辑单元还包括三极管T3，接收直流电缆电压信号的比较模块中的窗口比较器的输出端接入所述三极管T3的集电极，所述直流电缆故障识别模块的输出端接入所述三极管T3的基极，所述三极管T3的发射极与导引线相连,当光伏逆变器的电压信号与直流电缆上电压信号的差大于比较器电压的阈值，且接收直流电缆的比较模块的电压信号与比较电压差的绝对值大于或等于设定值时向执行单元发送指令。4.根据权利要求3所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述逻辑单元还包括三极管T2，并联的比较模块输出的信号接入所述三极管T2的集电极，三极管T3的发射极接入三极管T2的基极，所述三极管T2的发射极连接导引线。5.根据权利要求3所述的汇流箱保护装置，其特征在于，所述的直流电缆故障识别模块包括运算放大器和比较器，所述运算放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31