本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種防PID匯流箱系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

如圖1所示，目前的大功率光伏發(fā)電系統(tǒng)直流側(cè)通常是將多個(gè)光伏基板組串（如圖所示，基板組1、基板組2……基板組n）的輸出通過電纜連接到匯流箱，多個(gè)匯流箱通過電纜連接到總匯流箱（也稱直流柜），而總匯流箱通常放置在逆變器附近，通過逆變器連接電網(wǎng)。當(dāng)白天光伏基板發(fā)電時(shí)，光伏基板產(chǎn)生的電能通過電纜傳遞到匯流箱，匯流箱再通過電纜將電能傳遞到總匯流箱，總匯流箱將電能傳遞到逆變器，逆變器將電能變換后傳遞到電網(wǎng)上。

為防止因PID(potential Induced Degradation，電勢(shì)誘導(dǎo)衰減 )效應(yīng)造成的基板性能下降，通常需要采用防PID設(shè)備。目前通常有兩種形式：采用單獨(dú)的防PID設(shè)備或采用與匯流箱集成在一起PID設(shè)備，但這兩種方式都存在一個(gè)問題，防PID設(shè)備通常是在夜間工作，光伏基板在夜間不發(fā)電，防PID設(shè)備無法從光伏基板取電。為此，需要為每個(gè)匯流箱連接交流線纜用于供電。另外，由于匯流箱數(shù)量多，且布置比較分散，特別是原有光伏電站增設(shè)防PID設(shè)備，新增布線非常困難，同時(shí)增加交流線纜也增加了電站初始投資和維護(hù)費(fèi)用。

有鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種防PID匯流箱系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，無須增加交流線纜，在檢測(cè)到光伏基板不發(fā)電時(shí)，在總匯流箱將交流電加載到直流電纜上，通過直流電纜為防PID設(shè)備供電。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種防PID匯流箱系統(tǒng)，用于防止光伏發(fā)電系統(tǒng)因PID效應(yīng)造成性能下降；其中，所述防PID匯流箱系統(tǒng)包括：一總匯流箱；所述總匯流箱內(nèi)部設(shè)置有用于接入單相交流電的單相交流電輸入端口、用于連接匯流箱輸出的直流電纜的正匯流排、負(fù)匯流排、用于控制單相交流電的供電狀態(tài)的第一開關(guān)器件、用于檢測(cè)光伏組件的發(fā)電狀態(tài)，并根據(jù)發(fā)電狀態(tài)控制第一開關(guān)器件的導(dǎo)通狀態(tài)的檢測(cè)控制模塊；

所述正匯流排、負(fù)匯流排通過電纜連接所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器的輸入端，所述正匯流排、負(fù)匯流排還連接檢測(cè)控制模塊，也通過第一開關(guān)器件連接單相交流電輸入端口，所述檢測(cè)控制模塊連接第一開關(guān)器件；

所述檢測(cè)控制模塊檢測(cè)光伏組件未發(fā)電時(shí)，控制第一開關(guān)器件導(dǎo)通，使單相交流電輸入端口中輸入單相交流電，并將交流電加載到總匯流箱的正、負(fù)匯流排上，再通過直流電纜將交流電傳遞到各匯流箱；所述檢測(cè)控制模塊檢測(cè)光伏組件發(fā)電時(shí)，控制第一開關(guān)器件關(guān)斷，使光伏組件輸出的直流電輸入逆變器中。

所述的防PID匯流箱系統(tǒng)，其中，還包括第二開關(guān)器件，所述第二開關(guān)器件設(shè)置在正匯流排、負(fù)匯流排與連接逆變器電纜的接線端之間。

所述的防PID匯流箱系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)控制模塊包括用于檢測(cè)光伏組件的發(fā)電狀態(tài)的電壓采樣單元和用于根據(jù)光伏組件的發(fā)電狀態(tài)控制第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件的導(dǎo)通狀態(tài)的控制單元；由電壓采樣單元檢測(cè)直流電、交流電及疊加直流電的交流電，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出給控制單元，所述控制單元根據(jù)電壓采樣單元根檢測(cè)結(jié)果控制第一開關(guān)器件導(dǎo)通、第二開關(guān)器件關(guān)斷，使單相交流電輸入正匯流排、負(fù)匯流排上，或者控制第二開關(guān)器件導(dǎo)通、第一開關(guān)器件關(guān)斷，使光伏組件輸出的直流電輸入逆變器中。

所述的防PID匯流箱系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)控制模塊還包括用于采樣交流輸出電流的電流采樣單元，所述電流采樣單元設(shè)置在第一開關(guān)器件和控制單元之間。

所述的防PID匯流箱系統(tǒng)，其中，所述控制單元包括控制芯片、第一電阻、第二電阻、第一三極管和第二三極管；所述控制芯片的第一IO口通過第一電阻連接第一三極管的基極，所述第一三極管的集電極連接第一開關(guān)器件，第一三極管的發(fā)射極接地；所述控制芯片的第二IO口通過第二電阻連接第二三極管的基極，所述第二三極管的集電極連接第二開關(guān)器件，第二三極管的發(fā)射極接地。

所述的防PID匯流箱系統(tǒng)，其中，所述電壓采樣單元包括運(yùn)放芯片、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻和第一電容，所述運(yùn)放芯片的第5腳通過第三電阻連接第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和正匯流排，也通過第四電阻接地，運(yùn)放芯片的第6腳通過第五電阻連接第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和負(fù)匯流排，也通過第六電阻連接運(yùn)放芯片的第7腳和第七電阻的一端，所述第七電阻的另一端連接運(yùn)放芯片的第3腳，也通過第八電阻+3.3V供電端，所述運(yùn)放芯片的第2腳連接運(yùn)放芯片的第1腳，所述運(yùn)放芯片的第1腳通過第九電阻連接控制芯片的AD1管腳，也通過第一電容接地。

一種上述的防PID匯流箱系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述方法包括以下步驟：

通過閉合第一開關(guān)器件將交流電加載到總匯流箱的正、負(fù)匯流排上，再通過直流電纜將交流電傳遞到各匯流箱，從而為防PID設(shè)備進(jìn)行供電；

當(dāng)直流電纜有直流電壓信號(hào)時(shí)，斷開第一開關(guān)器件關(guān)閉交流電供電，使光伏組件輸出的直流電輸入逆變器中。

所述的防PID匯流箱系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其中，還包括：通過電壓采樣單元對(duì)正、負(fù)匯流排電壓信號(hào)的進(jìn)行采樣，并將采樣結(jié)果發(fā)送至控制芯片，由控制芯片根據(jù)采樣結(jié)果來控制第一、第二開關(guān)器件的關(guān)斷。

所述的防PID匯流箱系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述電壓采樣單元對(duì)正、負(fù)匯流排電壓信號(hào)的進(jìn)行采樣具體包括：

當(dāng)采樣不過零點(diǎn)，第一開關(guān)器件處于斷開狀態(tài)，則無交流電加載到正、負(fù)匯流排上；

當(dāng)采樣過零點(diǎn)時(shí)，在正半周期內(nèi)，在距離過零點(diǎn)的n個(gè)時(shí)刻分別采樣匯流排電壓V_m，可以獲得n個(gè)值，標(biāo)記為V_+m；同樣在負(fù)半周期內(nèi)，在距離過零點(diǎn)的n個(gè)時(shí)刻分別采樣匯流排電壓V_m，也可以獲得n個(gè)值，標(biāo)記為V_-m；則交流分量Vac和直流分量Vdc通過下列公式計(jì)算得到：

Vac=V_+m- V_-m

Vdc= (V_+m+ V_-m)/2。

優(yōu)選的，所述的防PID匯流箱系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述控制芯片根據(jù)采樣結(jié)果來控制第一、第二開關(guān)器件的關(guān)斷具體包括：

當(dāng)直流分量Vdc大于預(yù)先設(shè)定的第一閾值電壓時(shí)，基板處于發(fā)電狀態(tài)，則控制芯片令第一開關(guān)器件斷開，第二開關(guān)器件閉合；

當(dāng)直流分量Vdc小于預(yù)先設(shè)定的第一閾值電壓時(shí)，則延遲一定時(shí)間后，再判斷直流分量Vdc與第二閾值電壓的大?。喝糁绷鞣至縑dc小于第二閾值電壓，光伏基板處于非發(fā)電狀態(tài)，則控制芯片令第一開關(guān)器件閉合，第二開關(guān)器件斷開。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的防PID匯流箱系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，無須增加交流線纜，在檢測(cè)到光伏基板不發(fā)電時(shí)，在總匯流箱將交流電加載到直流電纜上，通過直流電纜為防PID設(shè)備供電，同時(shí)采樣線纜電壓，當(dāng)檢測(cè)到線纜上疊加有直流電壓時(shí)關(guān)閉交流供電，不影響光伏系統(tǒng)正常發(fā)電。本方案使交流電和直流電分時(shí)段使用現(xiàn)有電纜，減少了交流線纜投產(chǎn)，降低了電站建設(shè)成本。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光伏發(fā)電系統(tǒng)直流側(cè)的示意圖。

圖2為本發(fā)明防PID匯流箱系統(tǒng)的較佳實(shí)施例的電路示意圖。

圖3為本發(fā)明防PID匯流箱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法中控制芯片根據(jù)采樣電壓來控制第一、第二開關(guān)器件的關(guān)斷的流程圖。

圖4為疊加直流電壓后的交流電壓的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種防PID匯流箱系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的防PID匯流箱系統(tǒng)用于防止光伏發(fā)電系統(tǒng)因PID效應(yīng)造成性能下降；其中，所述防PID匯流箱系統(tǒng)包括：一總匯流箱和防PID設(shè)備；如圖2所示，所述總匯流箱內(nèi)部設(shè)置有用于接入單相交流電的單相交流電輸入端口J1、用于連接匯流箱輸出的直流電纜的正負(fù)匯流排100、負(fù)匯流排200和用于控制單相交流電的供電狀態(tài)的第一開關(guān)器件K1、用于檢測(cè)光伏組件的發(fā)電狀態(tài)，并根據(jù)發(fā)電狀態(tài)控制第一開關(guān)器件的導(dǎo)通狀態(tài)的檢測(cè)控制模塊（圖中未標(biāo)號(hào)）。

所述正、負(fù)匯流排分別由正、負(fù)輸入端口PV+、PV-通過電纜連接所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器的輸入端，單相交流電輸入端口通過第一開關(guān)器件連接正、負(fù)匯流排，用于通過閉合第一開關(guān)器件將交流電加載到總匯流箱的正、負(fù)匯流排上，再通過直流電纜將交流電傳遞到各匯流箱。即當(dāng)光伏基板不發(fā)電時(shí)，單相交流電輸入端口在總匯流箱將交流電通過正、負(fù)匯流排加載到直流電纜上，通過直流電纜為防PID設(shè)備供電，當(dāng)直流線纜上疊加有直流電壓時(shí)，第一開關(guān)器件斷開，關(guān)閉交流供電，不影響光伏系統(tǒng)正常發(fā)電。

具體來說，所述正匯流排、負(fù)匯流排通過電纜連接所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器的輸入端，所述正匯流排、負(fù)匯流排還連接檢測(cè)控制模塊，也通過第一開關(guān)器件連接單相交流電輸入端口，所述檢測(cè)控制模塊連接第一開關(guān)器件。

所述檢測(cè)控制模塊檢測(cè)光伏組件未發(fā)電時(shí)，控制第一開關(guān)器件導(dǎo)通，使單相交流電輸入端口中輸入單相交流電，并將交流電加載到總匯流箱的正、負(fù)匯流排上，再通過直流電纜將交流電傳遞到各匯流箱；所述檢測(cè)控制模塊檢測(cè)光伏組件發(fā)電時(shí)，控制第一開關(guān)器件關(guān)斷，使光伏組件輸出的直流電輸入逆變器中。

下面通過一具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明的防PID匯流箱系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)的。

請(qǐng)參閱圖2，其為本發(fā)明防PID匯流箱系統(tǒng)的較佳實(shí)施例的電路示意圖。如圖所示，總匯流箱的正輸入端口PV+和負(fù)輸入端口PV-外接逆變器的輸入端，并在總匯流箱內(nèi)通過第二開關(guān)器件K2(在本實(shí)施例中，所述第二開關(guān)器件K2為雙刀雙擲開關(guān)、繼電器等)連分別接到正匯流排100和負(fù)匯流排200上，正、負(fù)匯流排連接各匯流箱輸出的直流電纜。單相交流電輸入端口J1（如圖所示，交流電源U4通過L、N腳位輸入單相交流電）通過第一開關(guān)器件K1(在本實(shí)施例中，所述第一開關(guān)器件K1為繼電器等)連接到正、負(fù)匯流排上；用于當(dāng)光伏基板不發(fā)電時(shí)，閉合第一開關(guān)器件將交流電加載到總匯流箱的正、負(fù)匯流排上，再通過直流電纜將交流電傳遞到各匯流箱，從而為防PID設(shè)備進(jìn)行供電。

在本實(shí)施例中，所述第二開關(guān)器件K2為可選器件，也可以采用其他接觸器等器件來實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，所述檢測(cè)控制模塊包括用于檢測(cè)光伏組件的發(fā)電狀態(tài)的電壓采樣單元10和用于根據(jù)光伏組件的發(fā)電狀態(tài)控制第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件的導(dǎo)通狀態(tài)的控制單元30。電壓采樣單元10的作用是能檢測(cè)直流電、交流電及疊加直流電的交流電等電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制芯片U1能夠識(shí)別的信號(hào)。

具體實(shí)施時(shí)，由電壓采樣單元10檢測(cè)直流電、交流電及疊加直流電的交流電，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出給控制單元30，所述控制單元30根據(jù)電壓采樣單元根檢測(cè)結(jié)果控制第一開關(guān)器件K1導(dǎo)通、第二開關(guān)器件K2關(guān)斷，使單相交流電輸入正匯流排100、負(fù)匯流排200上，或者控制第二開關(guān)器件K2導(dǎo)通、第一開關(guān)器件K1關(guān)斷，使光伏組件輸出的直流電輸入逆變器中。

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1，所述控制單元包括控制芯片U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第一三極管Q1和第二三極管Q2；所述控制芯片的第一IO口通過第一電阻連接第一三極管的基極，所述第一三極管的集電極連接第一開關(guān)器件，第一三極管的發(fā)射極接地；所述控制芯片的第二IO口通過第二電阻連接第二三極管的基極，所述第二三極管的集電極連接第二開關(guān)器件，第二三極管的發(fā)射極接地。當(dāng)?shù)谝籌O口輸出高電平時(shí)，第一三極管開啟，使第一開關(guān)器件K1導(dǎo)通，當(dāng)?shù)诙蘒O口輸出高電平時(shí)，第二三極管開啟，使第二開關(guān)器件K2導(dǎo)通，當(dāng)?shù)谝籌O口、第二IO口輸出低電平時(shí)，相應(yīng)的三極管截止。

控制芯片U1可以采用MCU或DSP，在本實(shí)施例中采用STM32F107芯片。所述控制芯片U1分別連接第一開關(guān)器件K1和第二開關(guān)器件K2（如圖所示，U1的CON1腳連接K1，U1的CON2腳連接K2）。通過控制芯片發(fā)送的高低電平信號(hào)來控制K1和K2的關(guān)斷。

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖2，所述電壓采樣單元包括運(yùn)放芯片（運(yùn)放芯片由圖2中的U1A和U1B集成，如型號(hào)為：LM258運(yùn)放芯片）、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9和第一電容C1。

所述運(yùn)放芯片的第5腳通過第三電阻連接第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和正匯流排，也通過第四電阻接地，運(yùn)放芯片的第6腳通過第五電阻連接第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和負(fù)匯流排，也通過第六電阻連接運(yùn)放芯片的第7腳和第七電阻的一端，所述第七電阻的另一端連接運(yùn)放芯片的第3腳，也通過第八電阻+3.3V供電端，所述運(yùn)放芯片的第2腳連接運(yùn)放芯片的第1腳，所述運(yùn)放芯片的第1腳通過第九電阻連接控制芯片的AD1管腳，也通過第一電容接地。由第三電阻和第五電阻采樣直流電、交流電及疊加直流電的交流電，并將電流直轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓，由運(yùn)放芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)控制芯片處理通過I0控制相應(yīng)的三極管導(dǎo)通。

同樣的，所所述檢測(cè)控制模塊還包括用于采樣交流輸出電流的電流采樣單元，所述電流采樣單元設(shè)置在第一開關(guān)器件和控制單元之間，作用是采樣交流輸出電流，用于過流保護(hù)。由于電流采樣單元的電路結(jié)構(gòu)和工作原理與電壓采樣單元相同，此處不再贅述。

本發(fā)明還提供了一種防PID匯流箱系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，所述方法包括以下步驟：

通過閉合第一開關(guān)器件將交流電加載到總匯流箱的正、負(fù)匯流排上，再通過直流電纜將交流電傳遞到各匯流箱，從而為防PID設(shè)備進(jìn)行供電；

當(dāng)直流電纜有直流電壓信號(hào)時(shí)，斷開第一開關(guān)器件關(guān)閉交流電供電，使光伏組件輸出的直流電輸入逆變器中。

進(jìn)一步的，所述的防PID匯流箱系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法中，還包括：通過電壓采樣單元對(duì)正、負(fù)匯流排電壓信號(hào)的進(jìn)行采樣，并將采樣結(jié)果發(fā)送至控制芯片，由控制芯片根據(jù)采樣結(jié)果來控制第一、第二開關(guān)器件的關(guān)斷。

具體來說，所述的防PID匯流箱系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法中，所述電壓采樣單元對(duì)正、負(fù)匯流排電壓信號(hào)的進(jìn)行采樣具體包括：

當(dāng)采樣不過零點(diǎn)，第一開關(guān)器件處于斷開狀態(tài)，則無交流電加載到正、負(fù)匯流排上；

當(dāng)采樣過零點(diǎn)時(shí)，在正半周期內(nèi)，在距離過零點(diǎn)的n個(gè)時(shí)刻分別采樣匯流排電壓V_m，可以獲得n個(gè)值，標(biāo)記為V_+m；同樣在負(fù)半周期內(nèi)，在距離過零點(diǎn)的n個(gè)時(shí)刻分別采樣匯流排電壓V_m，也可以獲得n個(gè)值，標(biāo)記為V_-m；則交流分量Vac和直流分量Vdc通過下列公式計(jì)算得到：

Vac=V_+m- V_-m

Vdc= (V_+m+ V_-m)/2。

另外請(qǐng)參見圖3，所述控制芯片根據(jù)采樣結(jié)果來控制第一、第二開關(guān)器件的關(guān)斷具體包括：

當(dāng)直流分量Vdc大于預(yù)先設(shè)定的第一閾值電壓Vset1時(shí)，基板處于發(fā)電狀態(tài)，則控制芯片令第一開關(guān)器件K1斷開，第二開關(guān)器件K2閉合（即CON1輸出低電平，CON2輸出高電平）；

當(dāng)直流分量Vdc小于預(yù)先設(shè)定的第一閾值電壓Vset1時(shí)，則延遲一定時(shí)間（圖中用延遲t秒表示）后，再判斷直流分量Vdc與第二閾值電壓Vset2的大小：若直流分量Vdc小于第二閾值電壓，光伏基板處于非發(fā)電狀態(tài)，則控制芯片令第一開關(guān)器件K1閉合，第二開關(guān)器件K2斷開（即CON1輸出高電平，CON2輸出低電平）。

綜上所述，本發(fā)明提供的防PID匯流箱系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述防PID匯流箱系統(tǒng)包括：一總匯流箱；所述總匯流箱內(nèi)部設(shè)置有用于連接匯流箱輸出的直流電纜的正、負(fù)匯流排和第一開關(guān)器件；所述正、負(fù)匯流排分別通過正、負(fù)輸入端口連接到逆變器的輸入端，單相交流電輸入端口通過第一開關(guān)器件連接正、負(fù)匯流排，用于通過閉合第一開關(guān)器件將交流電加載到總匯流箱的正、負(fù)匯流排上，再通過直流電纜將交流電傳遞到各匯流箱。本方案使交流電和直流電分時(shí)段使用現(xiàn)有電纜，減少了交流線纜投產(chǎn)，降低了電站建設(shè)成本。

可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。