本發(fā)明涉及一種用用于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中以抑制pid效應(yīng)和對(duì)pid效應(yīng)進(jìn)行修復(fù)的控制裝置和控制方法。

背景技術(shù)：

pid（potentialinduceddegradation）效應(yīng)，是指光伏電池板對(duì)地長(zhǎng)期處于高壓，導(dǎo)致光伏電池板性能下降的現(xiàn)象，常見的情況是光伏電池板的負(fù)極對(duì)地負(fù)高壓作用導(dǎo)致發(fā)生pid現(xiàn)象。

常見的pid抑制方案有以下幾種：1、夜間反壓，即夜間通過給光伏電池板負(fù)極對(duì)地一個(gè)正電壓，來修復(fù)白天工作時(shí)刻因?yàn)楣夥姵匕遑?fù)極對(duì)地的負(fù)壓產(chǎn)生的pid效應(yīng)，如德國(guó)sma公司pidbox設(shè)備。這種方案只能發(fā)生pid效應(yīng)后進(jìn)行修復(fù)，并且每臺(tái)逆變器配一個(gè)修復(fù)設(shè)備成本偏高，光伏設(shè)備夜間帶電，也會(huì)增加人員誤觸電的風(fēng)險(xiǎn)；2、光伏電池板負(fù)極接地，通過接地保證光伏電池板負(fù)極和地之間不存在負(fù)壓，以此抑制pid效應(yīng)的發(fā)生。但接地會(huì)增加觸電的風(fēng)險(xiǎn)，并且在多機(jī)并聯(lián)時(shí)刻，只能有一臺(tái)逆變器接地，否則會(huì)產(chǎn)生對(duì)地環(huán)流，如何選擇接地的一臺(tái)逆變器是一個(gè)問題，通常的處理是人為選中一臺(tái)逆變器接地，該接地逆變器要保持內(nèi)部母線電壓高于其他逆變器，這樣才能確保其他逆變器的負(fù)極對(duì)地正壓，但這樣勢(shì)必影響接地逆變器的轉(zhuǎn)化效率和mppt追蹤精度；3、交流側(cè)中性點(diǎn)虛擬抬升，該方案通過抬升交流側(cè)中性點(diǎn)對(duì)地電壓，間接抬升光伏電池板負(fù)極對(duì)地電壓，但在交流側(cè)中性點(diǎn)對(duì)地之間加一個(gè)電壓源，因?yàn)橄到y(tǒng)寄生電容的影響，會(huì)產(chǎn)生對(duì)地的漏電流流過，增加觸電風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種成本偏低、兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)、降低觸電風(fēng)險(xiǎn)的控制裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置，應(yīng)用于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，所述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)包括若干路光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)以及輸入側(cè)與各路所述光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)相連接的變壓器，所述變壓器的輸出側(cè)與電網(wǎng)相連接，每路所述光伏發(fā)電系統(tǒng)均包括光伏電池板、與所述光伏電池板相連接的dc/dc變換器、與所述dc/dc變換器相連接的直流母線、與所述直流母線相連接的dc/ac逆變器，所述兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置包括若干個(gè)與各路所述光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)一一對(duì)應(yīng)的分控開關(guān)、一個(gè)總控開關(guān)、輸出電壓可調(diào)的隔離電壓源，所述總控開關(guān)的一端與所述變壓器的中性點(diǎn)相連接，所述總控開關(guān)的另一端與所述隔離電壓源的正輸出端相連接，所述隔離電壓源的負(fù)輸出端連接保護(hù)地，各所述分控開關(guān)的一端與其所對(duì)應(yīng)的所述光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)中的光伏電池板的輸出負(fù)極相連接，各所述分控開關(guān)的另一端與所述隔離電壓源的正輸出端相連接。

優(yōu)選的，所述兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置還包括連接于所述隔離電壓源的負(fù)輸出端與所述保護(hù)地之間的限流電阻。

優(yōu)選的，所述兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置還包括與所述隔離電阻相串聯(lián)的電流傳感器。

優(yōu)選的，所述兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置還包括與所述限流電阻相串聯(lián)的熔絲。

優(yōu)選的，各所述分控開關(guān)和所述總控開關(guān)均為遠(yuǎn)程通信控制開關(guān)，各所述分控開關(guān)和所述總控開關(guān)均連接至遠(yuǎn)程控制其斷開或閉合的控制器。

本發(fā)明還提供一種基于上述兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置的控制方法，該控制方法應(yīng)用于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，所述兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制方法為：在所述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中接入上述兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置；當(dāng)所述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的各所述dc/ac逆變器工作后，控制斷開各所述分控開關(guān)、閉合所述總控開關(guān)，調(diào)節(jié)所述隔離電壓源的輸出電壓，使所述隔離電壓源的輸出電壓先大于所述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的直流母線的中點(diǎn)對(duì)直流母線負(fù)極的電壓最大值，再等于所述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的直流母線的中點(diǎn)對(duì)直流母線負(fù)極的電壓最大值；當(dāng)所述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的各所述dc/ac逆變器停止工作后，控制閉合各所述分控開關(guān)、斷開所述總控開關(guān)，調(diào)節(jié)所述隔離電壓源的輸出電壓大于0。

優(yōu)選的，通過控制器遠(yuǎn)程控制所述分控開關(guān)和所述總控開關(guān)的閉合和斷開。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置及其控制方法能夠同時(shí)解決夜間反壓方案成本偏高與觸電風(fēng)險(xiǎn)大的問題，以及交流中性點(diǎn)抬升所帶來的觸電風(fēng)險(xiǎn)，能夠較好地解決光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中對(duì)pid效應(yīng)的抑制和修復(fù)問題，具有較好的應(yīng)用前景。

附圖說明

附圖1為應(yīng)用本發(fā)明的兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)示意圖。

附圖2為應(yīng)用本發(fā)明的兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)示意圖。

附圖3為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中漏電流示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例一：參見附圖1所示，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)包括若干路（y路）并聯(lián)的光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)和變壓器。各路光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)據(jù)有相同的結(jié)構(gòu)，每路光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)均包括光伏電池板pv、dc/dc變換器、直流母線和dc/ac逆變器。光伏電池板pv具有兩個(gè)輸出端——輸出正極pv+和輸出負(fù)極pv-，dc/dc變換器的輸入端與光伏電池板pv的兩個(gè)輸出端相連接，且dc/dc變換器也具有兩路輸出端。直流母線與dc/dc變換器的輸出端相連接，即連接于dc/dc變換器的兩路輸出端之間，從而分別構(gòu)成了直流母線正極bus+和直流母線負(fù)極bus-。直流母線上串接有兩個(gè)電容，兩個(gè)電容的中點(diǎn)構(gòu)成直流母線的中點(diǎn)mid。dc/ac逆變器的兩個(gè)輸入端與直流母線相連接，即分別連接直流母線正極bus+和直流母線負(fù)極bus-。變壓器的輸入側(cè)與各路光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)相連接，即各路光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)中的dc/ac逆變器的三相輸出并接后接入變壓器的輸入側(cè)。變壓器輸入側(cè)包括采用星形接法的三相線圈組，從而線圈組的公共接點(diǎn)構(gòu)成變壓器的中性點(diǎn)n。變壓器的輸出側(cè)連接至電網(wǎng)。

一種應(yīng)用于上述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置，包括若干個(gè)分控開關(guān)s1~sy、一個(gè)總控開關(guān)sn和隔離電壓源?？偪亻_關(guān)sn的一端與變壓器的中性點(diǎn)n相連接，另一端與隔離電壓源的正輸出端相連接。而隔離電壓源的負(fù)輸出端則連接保護(hù)地pe。分控開關(guān)s1~sy的數(shù)量與該光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中所包含的光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)的數(shù)量相同，且分控開關(guān)s1~sy與各路光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)一一對(duì)應(yīng)。每個(gè)分控開關(guān)s1~sy的一端分別經(jīng)二極管d1~dy而與其所對(duì)應(yīng)的光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)中的光伏電池板pv的輸出負(fù)極pv-相連接，另一端與隔離電壓源的正輸出端相連接。隔離電壓源的輸出電壓可調(diào)節(jié)。

基于上述兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置的控制方法為：首先在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中接入上述兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置，然后按照各dc/ac逆變器的工作狀態(tài)控制各分控開關(guān)s1~sy和總控開關(guān)sn的斷開或閉合狀態(tài)。具體為：

1、白天時(shí)，dc/ac逆變器工作，向電網(wǎng)輸送能量。（1）dc/ac逆變器工作后，因?yàn)槿嗳€制逆變器工作原理，變壓器的中性點(diǎn)n的電壓和dc/ac逆變器內(nèi)部的直流母線中點(diǎn)電壓相同，此時(shí)控制斷開各分控開關(guān)s1~sy、閉合總控開關(guān)sn，隔離電壓源所輸出的電壓加在變壓器的中性點(diǎn)n到保護(hù)地pe之間。調(diào)節(jié)隔離電壓源的輸出電壓，使隔離電壓源的輸出電壓大于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的直流母線的中點(diǎn)mid對(duì)直流母線負(fù)極bus-的電壓最大值。例如對(duì)于1000v光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其直流母線的最高電壓為1000v，因此直流母線的中點(diǎn)mid對(duì)直流母線負(fù)極bus-的電壓最高為500v，即umidbus-≤500v，則調(diào)節(jié)隔離電壓源的輸出電壓大于500v；（2）再調(diào)節(jié)隔離電壓源的輸出電壓，使隔離電壓源的輸出電壓等于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的直流母線的中點(diǎn)mid對(duì)直流母線負(fù)極bus-的電壓最大值，即等于500v，此時(shí)變壓器的中性點(diǎn)n對(duì)地電壓為500v，即unpe=500v；（3）因?yàn)樽儔浩鞯闹行渣c(diǎn)n電位和直流母線的中點(diǎn)mid電位相同，則直流母線的中點(diǎn)mid對(duì)地電壓為500v，即umidpe=500v；（4）因?yàn)閡midbus-≤500v，而umidpe=500v，則直流母線負(fù)極bus-到保護(hù)地pe之間電壓大于或等于0，即ubus-pe≥0；（5）因dc/ac逆變器內(nèi)部直流母線的負(fù)極和輸入的光伏電池板pv的輸出負(fù)極pv-直接相連接，即upv-=ubus-，因此光伏電池板pv的輸出負(fù)極pv-對(duì)保護(hù)地pe之間的電壓大于或等于0，即upv-pe≥0。光伏電池板pv的負(fù)輸出端對(duì)地正壓，即實(shí)現(xiàn)了pid抑制功能。

此外，該兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置還包括限流電阻r，該限流電阻r連接于隔離電壓源的負(fù)輸出端與保護(hù)地pe之間。在隔離電壓源工作后，因光伏電池板pv的寄生電容的影響，會(huì)有漏電流通過dc/ac逆變器和大地，如附圖3所示，會(huì)增加人員觸電風(fēng)險(xiǎn)，因此而增設(shè)上述限流電阻r。限流電阻r的阻值根據(jù)隔離電壓源所輸出的電壓值和安規(guī)要求值而確定，典型值可取100k，在500v電壓的情況下，能夠限制電流在5ma以下，保證人員安全。通知，為了防止在限流電阻r失效情況下人員誤觸電無法保護(hù)，該兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置還增設(shè)電流傳感器ct來檢測(cè)流過的電流，該電流傳感器ct與隔離電阻相串聯(lián)。當(dāng)電流傳感器ct檢測(cè)到流過的電流大于安全值時(shí)，則斷開隔離電壓源的輸出和總控開關(guān)sn，切斷漏電流路徑，保障人員安全。更進(jìn)一步的，該兼具pid效應(yīng)抑制及修復(fù)功能的控制裝置還包括熔絲fuse，熔絲fuse與限流電阻r相串聯(lián)而作為冗余保護(hù)措置，當(dāng)限流電阻r和電流傳感器ct都失效的情況下，電流過大時(shí)熔絲fuse熔斷，保護(hù)人員安全。

2、夜間時(shí)，光伏電池板pv沒有電，dc/ac逆變器停止工作。①此時(shí)控制閉合各分控開關(guān)s1~sy、斷開總控開關(guān)sn，則所有光伏電池板pv的輸出負(fù)極pv-都接到了隔離電壓源的正輸出端；②因光伏電池板pv的輸出負(fù)極pv-接隔離電壓源的正輸出端，光伏電池板pv的輸出負(fù)極pv-對(duì)地電壓等于隔離電壓源的輸出電壓，即upv-pe=u；③調(diào)節(jié)隔離電壓源的輸出電壓u使其大于0，該輸出電壓u可以根據(jù)光伏電池板pv發(fā)生pid的程度不同而調(diào)節(jié)；④此時(shí)所有的光伏電池板pv的輸出負(fù)極pv-對(duì)地電壓都等于隔離電壓源的輸出電壓，即upv-pe=u＞0，即實(shí)現(xiàn)夜間反壓功能，對(duì)于那些已經(jīng)發(fā)生pid效應(yīng)的光伏電池板pv可以起到修復(fù)作用。此時(shí)，只需要有一臺(tái)控制裝置即可實(shí)現(xiàn)所有dc/ac逆變器的夜間反壓功能。并且前述的限流電阻r、電流傳感器ct和熔絲fuse可以很好地起到漏電保護(hù)作用，有效降低人員誤觸電風(fēng)險(xiǎn)。因此，相比于現(xiàn)有的一臺(tái)逆變器配一臺(tái)修復(fù)設(shè)備的方案，本方案的成本更低，安全性和可靠性都大為提高。

當(dāng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的變壓器輸入側(cè)未采用星形接法時(shí)，可以通過向變壓器輸入側(cè)接入星形接法的電容組而造出一個(gè)虛擬的變壓器的中性點(diǎn)n，即將星形接法的電容組的公共接點(diǎn)構(gòu)成虛擬的變壓器的中性點(diǎn)n，如附圖2所示。此時(shí)，通過抬升虛擬的變壓器的中性點(diǎn)n的電壓，可以起到和附圖1所示的星形接法變壓器相同的pid抑制和修復(fù)效果。

上述方案中，各分控開關(guān)s1~sy和總控開關(guān)sn可以采用遠(yuǎn)程通信控制開關(guān)，各分控開關(guān)s1~sy和總控開關(guān)sn均連接至遠(yuǎn)程控制其斷開或閉合的控制器，從而通過控制器來遠(yuǎn)程控制分控開關(guān)s1~sy和總控開關(guān)sn的閉合和斷開。此時(shí)，還可以將電流傳感器ct檢測(cè)到的電流信號(hào)反饋至控制器、將隔離電壓源連接至控制器，使得在電流過大時(shí)控制器能夠及時(shí)控制斷開總控開關(guān)sn并斷開隔離電壓源的輸出。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。