[发明专利]一种光伏发电系统保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏发电系统保护装置。

背景技术

光伏逆变器是一种将太阳能电池板的直流电能转换为交流电能的设备。在能源日益紧缺、需求日渐增大、环保概念深入人心的今天，太阳能以其获取简单、清洁无污染、取之不尽等优点受到广泛的关注，也在全世界各国得到了广泛应用。太阳能光伏发电就是将太阳能电池板所产生的直流电能通过逆变器等转换装置变换成交流电能输送给电网的一个过程。如图1所示，从太阳能电池板的伏安曲线特性上看，有四个主要特性：一、在特定的光照条件下，输出电流在一段电压区间，其输出电流大小几乎恒定，从而对外呈现出典型的电流源的特性。二、电池板在输出电压为0，即输出短路的情况下，其最大电流相比其最大功率输出点电流值（Impp）相差也不是很大，通常情况下，约为Impp电流的1.2倍左右。三、在输出开路情况下，端口电压也并不无限升高，其开路电压约为最大功率输出点电压值（Vmpp）的1.25倍左右。四、电池板的输出功率存在最大功率点，离开最大功率点的两侧，其输出功率均比最大功率点位置的输出功率要小。如图2所示，对于传统的输入为电压源的应用中，通常采用在输入电源和变换器之间加装过流保护器件如熔断器、空开等保护装置实现电源的过流保护，比如在后级电源出现短路等故障时，由于输入电压源的内阻很小，瞬间可以提供很大的电流通过过流保护器件，足以保证熔断器熔断或空开热磁机构动作跳闸，从而实现故障的分离。

但是，对于输入为电流源应用中，即使在后级短路的情况下，其最大输出电流也不会很大，如上面提到的太阳能电池板，可以近似看作是电流源，因为电池板最大可输出的电流仅有1.2倍的最大额定电流，一般情况下很难使熔断器熔断或者开关跳闸。特别是在太阳光线较弱的情况下，其短路电流更是小于最大的额定电流，因而给这种电流源的应用造成了很大的困难。如图3所示，假定汇流箱内部A、B两点出现短路，或者汇流箱输出端出现短路情况（如后级逆变器的前级出现短路等工况），由于每路太阳能电池板的电流源特性，即使在光线最好的工况下，汇流箱内的各路熔断器仍然不能达到熔断条件，所以对于这种工况，安装在汇流箱的熔断器（或者说逆变器直流输入及前级的所有熔断器）就不能起到有效的保护作用，电流会持续维持在一定数值，并最终可能导致故障的持续扩大。当汇流箱的输入端C、D两点发生短路时，可以依靠其它组串的“倒灌”电流，来熔断熔断器。通常情况下只有并联串数大于等于三串时这种保护才会有效。同样道理，可以分析在逆变器输入端使用熔断器的情况，由于电池组件输入的“限流”特性，这种使用方式在大多数工况下将不能起到保护作用。综上可知，由于太阳能电池板呈现的电流源特性，使得传统电源采用熔断器或者空气开关进行保护的方法近乎于失效，因而对系统正常应用产生很大的安全隐患。需要采取特殊的保护手段，如使用带分励脱扣功能的空气开关等，通过控制电路的辅助判断来达到系统保护的目的，成本高。

发明内容

本发明的目的在于通过一种光伏发电系统保护装置，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种光伏发电系统保护装置，包括过流保护器件和储能元件；其中，所述过流保护器件串接在光伏组件与光伏逆变器直流侧之间；所述储能元件并接在光伏组件与光伏逆变器直流侧之间。

特别地，所述储能元件加装在光伏组件与汇流箱输入端之间。

特别地，所述储能元件加装在汇流箱输出端与光伏直流配电柜输入端之间。

特别地，所述储能元件加装在光伏直流配电柜的输出端与光伏逆变器的直流侧之间。

特别地，所述过流保护器件包括熔断器、空气开关。

特别地，所述储能元件包括电容元件、储能电池。

本发明提供的光伏发电系统保护装置在光伏组件与光伏逆变器直流侧之间并联储能元件（例如电容等），由于储能元件的内阻很小，瞬间可以看作是一电压源，从而将太阳能电池板的电流源特性转换为电压源特性，当光伏发电系统出现短路故障时，通过储能元件提存储的能量将过流保护器件（例如熔断器等）可靠熔断，这种保护几乎不受输入太阳能电池板能量的限制，在非常弱的光线仍然可以实现可靠保护，另外，在光伏逆变器前端增加储能元件后，还可以提高光伏发电系统抑制浪涌冲击的能力，同时还可以减小光伏逆变器侧反馈到太阳能电池板端口的高频纹波电压，以提高电池板的工作寿命。

附图说明

图1为太阳能电池板典型的伏安特性曲线图；

图2为电压源应用典型保护原理示意图；