一种光伏逆变器以及光伏组串的保护方法与流程

本技术涉及新能源发电领域，尤其涉及一种光伏逆变器、光伏系统以及光伏组串的保护方法。

背景技术：

1、近年来，太阳能作为清洁型可再生能源，被广泛地应用。在光伏电站中，光伏组件通过光生伏特效应，将太阳能变为直流电，并将直流电传输至光伏逆变器，光伏逆变器进一步将直流电转换为与市电频率相同的交流电。在光伏逆变器首次并网时，用户将光伏列阵的组串接入光伏逆变器，可能会因操作不当而出现部分光伏组串反接或者全部光伏组串反接的情况。若光伏逆变器的控制器无法及时通过采样信息获取到光伏组串反接的异常情况，可能导致光伏组串甚至逆变器的烧毁，严重影响光伏电站的安全性。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本技术实施例提供了一种光伏逆变器以及光伏组串的保护方法，以在出现光伏组串部分反接或光伏组串全部反接的情况时，及时识别反接故障并断开光伏组串的短路回路，进而提高光伏电站的安全性和可靠性。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种光伏逆变器，包括第一开关组、第二开关组、dc/dc功率变换电路、母线电容以及控制器。其中，第一开关组的一端用于与第一光伏组串相连，第一开关组的另一端用于与母线电容相连，以在第一开关组闭合时，使母线电容为控制器供电。第二开关组的一端与第二光伏组串相连，第二开关组的另一端与dc/dc功率变换电路相连。在控制器已上电且第二开关组已闭合后，控制器用于，响应于流经第二开关组的电流出现过流，断开第二开关组中出现过流的开关，或者，在控制器已上电且第二开关组已闭合后，控制器用于，响应于流经第二开关组中的电流包括反向电流，断开第二开关组中出现反向电流的开关。

3、如此设置，可以在第二开关组闭合前，保证控制器能够正常工作，进而在第二开关组闭合后，使控制器能够及时识别第二光伏组串中，是否出现了光伏组串反接、光伏组件短路等故障，并在上述故障出现时，及时通过断开第二开关组中出现反向电流或过流的开关，而排除故障。

4、值得一提的是，第一开关组的另一端用于与母线电容相连指的是：第一光伏组串产生的电能可以通过第一开关组为母线电容充电，进而使母线电容为控制器供电。在实际应用中，第一开关组与母线电容之间还可以存在其他部件，比如dc/dc功率变换器等，本技术对此不做限制。

5、另外，第一光伏组串可以是一路光伏组串，一路光伏组串包括多个串联连接的光伏组件，第一光伏组串也可以是两路或三路并联连接的光伏组串。第二光伏组串为多路光伏组串，每路光伏组串包括串联连接的多个光伏组件，其中，一路、两路或三路光伏组串的输出端并联连接至光伏逆变器的一个直流端子上，并通过直流端子与第二开关组相连。实际应用中，光伏逆变器上一般会设置多个直流端子，每个直流端子均可以连接一路、两路或三路光伏组串，本技术对此不做限制。值得一提的是，第一光伏组串可以是第二光伏组串的一部分。

6、在一种可能的实现方式中，光伏逆变器包括防反电路，其中，防反电路位于第一光伏组串与母线电容的连接线路上。示例地，防反电路的一端用于与第一开关组相连，防反电路的另一端用于与母线电容相连，或者，防反电路的一端用于与第一光伏组串相连，防反电路的另一端用于与第一开关组相连。通过防反电路的设置，可以保证第一光伏组件可以正确接入光伏逆变器，以为直流母线充电。

7、具体而言，在光伏逆变器并网之前，用户可先手动闭合第一开关组，使第一光伏组件为直流母线或母线电容上电，如此设置，辅源可进一步从直流母线或母线电容取电，并为控制器供电，使控制器正常工作。控制器正常工作后，通过闭合第二开关组，使多路光伏组串的电能输入光伏逆变器。其中，第二开关组可以由控制器控制闭合，也可以由用户手动闭合。在第二开关组闭合后，若连接光伏逆变器的多路光伏组串中出现了部分组串反接，或者，若连接光伏逆变器的多路光伏组串全部出现了组串反接的故障，或者，若流经第二开关组中部分开关的电流出现过流时，控制器能够及时识别，并断开与反接光伏组串串联的第二开关组中相应的开关。因此，如此设置，可显著提高光伏组串反接故障的识别率，提高光伏电站的可靠性。

8、值得一提的是，在实际应用时，可以改变第一光伏组串中光伏组串的数量，本技术对此不做限制，例如，第一光伏组串包含n路光伏组串，n路光伏组串的输出端并联接入光伏逆变器，并与第一开关组串联。另外，在实际应用中，每路光伏组串中光伏单元的数量不限，比如，一路光伏组串中光伏单元的数量可以为一个也可以为多个。

9、值得一提的是，在实际应用时，与第二开关组相串联的多路光伏组串一般通过设置在光伏逆变器上的端口与第二开关组串联，例如，与第二开关组相串联的多路光伏组串通过m个端口与第二开关组串联，其中，与第二开关组相串联的多路光伏组串的路数可以为大于或等于m的整数。当与第二开关组相串联的多路光伏组串的路数为m时，一路光伏组串通过一个端口与第二开关组中的部分开关串联，当与第二开关组相串联的多路光伏组串的路数大于m时，可以存在至少两路光伏组串通过一个端口与第二开关组中的部分开关串联的情况，本技术对此不做限制。值得一提的是，本技术中一个端口为功能上的统称，实际应用时，一个端口可以被进一步分为正极端口和负极端口，其中，正极端口用于连接光伏组串的正极，负极端口用于连接光伏组串的负极。

10、值得一提的是，在实际应用时，本技术对第一开关组中开关的数量不做限定，即在第一光伏组串与dc/dc功率变换器的连接线路上，至少存在一个开关，该开关能够实现第一光伏组串接入和分断的效果即可。比如，可以在第一光伏组串的正输出端串联开关，或者，在第一光伏组串的负输出端串联开关，当然，也可以在第一光伏组串的正输出端以及第一光伏组串的负输出端均串联开关，本技术对此不做限制。

11、值得一提的是，在实际应用时，本技术对第二开关组中开关的数量也不做限定，即在每个端口与dc/dc功率变换器的连接线路上，至少存在一个开关，具体不做赘述。

12、在一种可能的实现方式中，在控制器已上电且第二开关组已闭合后，若流经第二开关组的电流未出现过流且流经第二开关组的电流未出现反向电流，控制器用于，断开第一开关组。若控制器没有识别到光伏组串的反接故障，说明第二光伏组串的连接状态正常，因此，为了使多路光伏组串更好地为光伏逆变器输送能量，可断开第一开关组，进而使多路光伏组串正常供电。具体而言，当第二光伏组串的连接状态正常时，第二光伏组串的直流电可以顺利输送至光伏逆变器，并为母线电容充电，也就是说，此时即使第一开关组断开，控制器也能够正常工作。进一步地，当第一光伏组串是第二光伏组串的一部分时，由于第一开关组与防反电路串联，而防反电路通常包括电阻或二极管等器件，因此，若长期不断开第一开关组，第一光伏组串为光伏逆变器传输的能量会因防反电路中二极管或电阻而出现损耗。因此，如此设置，可以提高光伏组串的能量利用效率，提升光伏发电系统的整体发电量。更重要的是，在实际应用中，出于成本考虑，即使第一开关组具有远程分断机构，第一开关组通常也没有配备自由脱扣机构或者灭弧室，而第二开关通常具有远程分断机构或者自由脱扣机构以及灭弧室。对于没有配备自由脱扣机构的第一开关组而言，若第一光伏组串出现了短路或过流等故障，当第一开关组对应的手柄出现卡滞时，即使控制器发出了远程分断的信号，第一开关组也不能顺利断开，难以可靠排除故障。对于没有配备灭弧室的第一开关组而言，若第一光伏组串出现了短路或过流等故障，第一开关组断开时产生的电弧难以及时冷却，进而容易导致第二开关组的烧毁，严重时甚至会导致光伏逆变器和整个光伏系统的着火和爆炸。因此，当第一光伏组串是第二光伏组串的一部分时，在第二开关组已闭合且第二光伏组串与光伏逆变器间连接状态正常的情况下，若控制器能够及时控制第一开关断开，即使后期第一光伏组串出现了过流或反向电流等故障，第二开关组也能够安全地、可靠地排除故障。

13、在一种可能的实施方式中，光伏逆变器包括指示灯，若第一开关组闭合使控制器从母线电容获得供电而上电，指示灯亮起，指示灯亮起用于指示用户闭合第二开关组。如此设置，用户能够更直观地感知到控制器的状态，并在控制器正常工作的状态下手动闭合第二开关组，以使第二光伏组串的能量顺利传输给光伏逆变器。

14、在一种可能的实施方式中，在第二开关组闭合后，指示灯保持亮起，指示灯保持亮起用于指示用户在闭合第二开关组后再断开第一开关组。实际应用中，出于成本的考虑，第一开关组还可以被设置为不控开关，也就是说，只能手动调整而不能通过控制器调整第一开关组的闭合或断开状态。如上所述，第一开关组通常也没有配备自由脱扣机构和灭弧室，而第二开关组通常具有远程分断机构或者自由脱扣机构以及灭弧室。因此，在第二开关组闭合后，也就是光伏逆变器正常并网工作后，若第一开关组仍保持闭合，当第一光伏组串出现短路故障时，控制器不能及时地识别并断开第一开关组，导致第一光伏组串长期存在短路故障，严重时甚至会导致第一光伏组串和光伏逆变器的着火和爆炸。基于此，通过设置指示灯，用户能够更直观地感知到控制器的状态，进而在第二开关组闭合后，手动地断开第一开关组，后期，即使第一光伏组串出现了短路或过流故障，第二开关组也能及时地、可靠地排除故障，提高了光伏系统的安全性和可靠性。

15、在一种可能的实施方式中，光伏逆变器包括指示灯，若第一开关组闭合未使控制器从母线电容获得供电而未上电，指示灯不亮，指示灯不亮用于指示存在故障，例如，提醒用户排查第一光组串是否出现反接或故障。如上所述，当第一光伏组串的连接状态正常即没有出现反接时，第一光伏组串输出的直流电能顺利地输送至直流母线或母线电容，进而使控制器上电。通过设置指示灯，用户能够更直观地感知到控制器的状态，进而在开关不亮的情况下，得知第一光伏组串很可能出现反接或者其他故障，并针对性地对第一光伏组串进行排查，保证了光伏逆变器的可靠上电和并网。

16、在一种可能的实现方式中，防反电路包括电阻和二极管，其中，电阻的一端用于与第一光伏组串的正极相连，电阻的另一端用于与dc/dc功率变换电路相连，二极管的阴极用于与第一光伏组串的负极相连，二极管的阳极用于与dc/dc功率变换电路相连。通过防反电路的设置，可以保证第一光伏组串的连接状态正常，因此第一光伏组串输送的能量能够顺利为控制器供电，进而使控制器具有识别故障、排除故障的能力。在实际应用中，还可为光伏逆变器设置指示灯。若控制器正常接通，指示灯亮起，若控制器没有正常接通，指示灯不亮，如此设置，能够及时告知用户控制器的状态，进而在控制器无法上电时，提醒用户排查第一光伏组串是否出现反接或者其他故障，提高光伏逆变器的可靠性和安全性。

17、值得一提的是，电阻的一端用于与第一光伏组串的正极相连指的是，第一光伏组串可以直接与电阻的一端相连，第一光伏组串也可以通过其他部件与电阻的一端相连，本技术对比不做限制，同理，电阻的另一端用于与dc/dc功率变换电路相连指的也是，电阻的另一端可以直接与dc/dc功率变换电路相连，电阻的另一端也可以通过其他部件与dc/dc功率变换电路相连。以下防反电路中具体部件与第一光伏组串以及dc/dc功率变换电路的连接关系与上述关系相同，在此不做赘述。

18、在一种可能的实现方式中，防反电路包括电阻和二极管，其中，电阻的一端用于与第一光伏组串的负极相连，电阻的另一端用于与dc/dc功率变换电路相连，二极管的阳极用于与第一光伏组串的正极相连，二极管的阴极用于与dc/dc功率变换电路相连。基于相同原理，通过将防反电路中电阻和二极管的位置互换，同样可以起到防止第一光伏组串反接的效果，在此不做赘述。当电阻和二极管的位置互换时，二极管的阴极和阳极也需要翻转。

19、在一种可能的实现方式中，防反电路包括第一二极管和第二二极管，其中，第一二极管的阳极用于与第一光伏组串的正极相连，第一二极管的阴极用于与dc/dc功率变换电路相连，第二二极管的阴极用于与第一光伏组串的负极相连，第二二极管的阳极用于与dc/dc功率变换电路相连。如此设置，可以在防反电路中其一二极管出现短路故障时，使防反电路仍然可以防止第一光伏组串反接，进而提高了防反电路的稳定性。

20、在一种可能的实现方式中，防反电路包括并联的第一桥臂和第二桥臂，其中，第一桥臂包括串联的第一二极管和第二二极管，第二桥臂包括串联的第三二极管和第四二极管，第一二极管的阴极与第三二极管的阴极相连，第二二极管的阳极与第四二极管的阳极相连。第一二极管与第二二极管的串联连接点用于第一光伏组串的正极相连，第三二极管和第四二极管的串联连接点用于与dc/dc功率变换电路相连。基于相同原理，如此设置，也可以在防反电路中部分二极管出现短路故障时，使防反电路仍然可以防止第一光伏组串反接，进而提高了防反电路的稳定性。

21、在一种可能的实现方式中，防反电路与dc/dc功率变换电路的直流输入侧相连，或者，防反电路与dc/dc功率变换电路的直流输出侧相连。当防反电路与dc/dc功率变换电路的直流输入侧相连时，可复用dc/dc功率变换电路的部分电路，进而减少用线，优化光伏逆变器内部空间。

22、在一种可能的实现方式中，第二开关组中开关的数量小于或等于与光伏逆变器相连的第二光伏组串的数量，第二光伏组串中每路光伏组串至少通过一个第二开关组中的开关与dc/dc功率变换电路相连。也就是说，多路光伏组串中每路光伏组串都至少通过一个开关与光伏逆变器的dc/dc变换电路相连，进而在控制器识别到光伏组串反接的故障时，能够及时切断反向电流或者过流电流的传输路径，使故障排除。

23、第二方面，本技术提供了一种光伏系统，包括第一方面任一项所述的光伏逆变器以及多路光伏组串，多路光伏组串与光伏逆变器的直流输入端相连，用于为光伏逆变器输入直流电。

24、第三方面，本技术提供了一种光伏组串的保护方法，方法包括：闭合第二开关组中全部开关，并在流经第二开关组中部分开关的电流出现过流时，断开出现过流的第二开关组中部分开关；或者，闭合第二开关组中全部开关，并在流经第二开关组中部分开关的电流为反向电流时，断开出现反向电流的第二开关组中部分开关。第二开关组的一端用于与光伏组件相连，第二开关组的另一端用于与dc/dc功率变换电路相连。

25、在一种可能的实现方式中，闭合第二开关组中全部开关，在间隔预设时间后，若流经第二开关组的电流未出现过流且流经第二开关组的电流未出现反向电流时，断开第一开关组。第一开关组的一端用于与至少一路光伏组串相连，第一开关组的另一端用于与dc/dc功率变换电路相连。

26、总的来说，本技术提供的光伏逆变器通过简单的电路设置，便可及时识别并排除光伏组件的反接故障，进而显著提高了光伏电站的安全性和可靠性。