本實(shí)用新型涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種匯流箱保護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

匯流箱是一種應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣設(shè)備，其負(fù)責(zé)將光伏組件產(chǎn)生的直流電，經(jīng)過其一次匯流后，傳送到光伏逆變器。為了保證發(fā)電的可靠性、安全性，匯流箱配有防雷、過電流和過負(fù)荷等保護(hù)。但是，與匯流箱連接的光伏電纜出現(xiàn)故障率最高的是單極接地故障(正極接地或負(fù)極接地)，此類故障引發(fā)非故障極的電壓升高，匯流箱內(nèi)部的器件在高壓的情況下被擊穿，從而引發(fā)火災(zāi)。由于傳統(tǒng)匯流箱的電流檢測(cè)精度僅為3％～5％，無法精確檢測(cè)到組串支路，而且電流的大小受周圍光照和環(huán)境溫度影響比較大。因此這是匯流箱設(shè)計(jì)中的一類缺陷。

本發(fā)明人曾就此問題申請(qǐng)過專利文件，申請(qǐng)?zhí)枮椤癈N201521132948.9”、專利號(hào)為“CN205509468U”，名為匯流箱保護(hù)裝置的實(shí)用新型。該實(shí)用新型提出了采集單元、邏輯單元及執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)，邏輯單元與采集單元電連接從而接收從采集單元傳來的電壓信號(hào)，然后將該電信號(hào)與比較電壓進(jìn)行比較，當(dāng)該電壓信號(hào)與比較電壓的差的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值時(shí)邏輯單元向執(zhí)行單元發(fā)送指令；以及執(zhí)行單元與邏輯單元電連接并根據(jù)從邏輯單元傳來的指令控制斷路器分閘。該發(fā)明解決了短路檢測(cè)保護(hù)問題。但是，原有專利提及的匯流箱是通過繼電器控制接觸器通斷來實(shí)現(xiàn)直流斷路器合分閘功能。它的機(jī)械動(dòng)作頻繁，故障率高，使用壽命短。在光伏應(yīng)用過程中，匯流箱通常采用16進(jìn)1和 10進(jìn)1兩種形式。由于每匯流箱分別串接16或10支路的光伏組件，因此，匯流箱保護(hù)有多支路同時(shí)檢測(cè)的要求。傳統(tǒng)匯流箱的光伏支路采用熔絲相當(dāng)于增加了直流節(jié)點(diǎn)，由于晝夜溫差的影響，加速熔絲的熱疲勞效應(yīng)，當(dāng)熔絲節(jié)點(diǎn)接觸不良時(shí)，其熔斷時(shí)間變長(zhǎng)。在這種“將斷未斷”的情況下，會(huì)破壞線纜和熔絲盒的絕緣，最終引發(fā)著火事故。匯流箱內(nèi)部螺栓松動(dòng)，與其情況類似。

當(dāng)直流電纜發(fā)生接地故障時(shí)，正常電纜上流經(jīng)的電流會(huì)經(jīng)過光伏逆變器直流柜上母線出匯流后“反灌”到故障電纜。故障電纜上連接光伏逆變器的斷路器由于電流過大而跳閘。但是，匯流箱中斷路器的電流并沒有增大，此時(shí)，匯流箱設(shè)備出現(xiàn)接地極電壓低，非接地極電壓抬高。這是光伏發(fā)電系統(tǒng)本身存在的一種隱患，應(yīng)予以考慮可以采取措施加以控制。鑒于上述的缺陷，本發(fā)明人積極研究創(chuàng)新，提出一種適應(yīng)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的匯流箱保護(hù)裝置，能夠有效地防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠多線、多點(diǎn)保護(hù)的匯流箱保護(hù)裝置，有效排查、檢測(cè)、控制匯流箱可能出現(xiàn)的各種電路問題。

為了達(dá)到上述目的，提供一種匯流箱保護(hù)裝置，所述匯流箱包括光伏電纜、直流電纜和斷路器，所述匯流箱保護(hù)裝置包括采集單元、邏輯單元以及執(zhí)行單元；和

所述采集單元采集直流電纜的電壓信號(hào)及至少一條光伏電纜支路上的電壓信號(hào)；和

所述的邏輯單元包括至少兩個(gè)并聯(lián)的比較模塊，比較模塊與所述采集單元電連接，其中一個(gè)比較模塊接收所述直流電纜上的電壓信號(hào)，其他比較模塊接收所述光伏電纜支路的電壓信號(hào)，比較模塊均包括乘法比較器組件，乘法比較器組件接入電壓信號(hào)以及比較電壓，各乘法比較器組件的輸出端接入到加法比較器組件的輸入端，加法比較器組件的輸出端接入執(zhí)行單元，任一比較模塊的電壓信號(hào)與比較電壓差的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值時(shí)向所述執(zhí)行單元發(fā)送斷路器跳閘指令；和

所述執(zhí)行單元與所述邏輯單元電連接并根據(jù)所述邏輯單元傳來的指令控制所述斷路器分閘。

所述的乘法比較器組件由兩個(gè)并聯(lián)的乘法器及比較器組成，所述的一個(gè)乘法器接入電壓信號(hào)，另一個(gè)乘法器接入比較電壓，兩個(gè)乘法器的輸出端與比較器的輸入端連接。

加法比較器包括加法器和過零比較器組成。

本實(shí)用新型中對(duì)針對(duì)邏輯單元進(jìn)行改進(jìn)，主要對(duì)比較模塊進(jìn)行并聯(lián)，即模塊的輸入端分別接入采集的電壓，但輸出端合流。采集單元采集多個(gè)電壓值，這個(gè)電壓值包括直流電纜上的電壓信號(hào)和光伏電纜上的電壓信號(hào)，其中一個(gè)比較模塊接入直流電纜上的電壓信號(hào)，其余比較模塊接入光伏電纜上的電壓信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)任一比較模塊的電壓信號(hào)與比較電壓的差的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值時(shí)，說明電纜發(fā)生短路故障，向執(zhí)行單元發(fā)送指令從而控制斷路器。

可認(rèn)為，至少有一個(gè)用于直流電纜監(jiān)控的比較模塊和一個(gè)用于光伏電纜監(jiān)控的比較模塊，在本實(shí)用新型中，實(shí)際上可以是多個(gè)用于光伏電纜監(jiān)控的比較模塊，其連接形式仍然是并聯(lián)，這樣是可實(shí)現(xiàn)多路線的監(jiān)控。

優(yōu)選的，還包括導(dǎo)引線；所述采集單元還采集光伏逆變器側(cè)的電壓信號(hào)；和所述的邏輯單元還包括直流電纜故障識(shí)別模塊，直流電纜識(shí)別模塊與比較模塊并聯(lián)，所述直流電纜故障識(shí)別模塊接收光伏逆變器側(cè)的電壓信號(hào)、直流電纜上電壓信號(hào)和比較電壓，光伏逆變器側(cè)的電壓信號(hào)與直流電纜上電壓信號(hào)的差的絕對(duì)值大于比較電壓的閾值時(shí)，輸出匯流箱跳閘信號(hào)，匯流箱跳閘信號(hào)通過導(dǎo)引線傳送至光伏逆變器，控制光伏逆變器側(cè)的直流斷路器跳閘。

由于直流電纜上電壓差值絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值的情況存在兩種可能，即直流電纜故障和光伏逆變器直流側(cè)故障，為了識(shí)別故障，本實(shí)用新型增設(shè)了直流電纜故障識(shí)別模塊，取光伏逆變器側(cè)的電壓信號(hào)、直流電纜上的信號(hào)做差與比較電壓進(jìn)行比較，從而判斷是否是直流電纜故障。當(dāng)屬于直流電纜故障時(shí)，輸出匯流箱跳閘信號(hào)，匯流箱跳閘信號(hào)通過導(dǎo)引線傳送至光伏逆變器，控制光伏逆變器側(cè)的直流斷路器跳閘。

優(yōu)選的，所述邏輯單元還包括三極管T₃，接收直流電纜電壓信號(hào)的比較模塊中的乘法比較器的輸出端接入所述三極管T₃的集電極，所述直流電纜故障識(shí)別模塊的輸出端接入所述三極管T₃的基極，所述三極管T₃的發(fā)射極與導(dǎo)引線相連,且三級(jí)管T₃發(fā)射極接入加法比較器內(nèi)，當(dāng)光伏逆變器的電壓信號(hào)與直流電纜上電壓信號(hào)的差大于比較器電壓的閾值，且接收直流電纜的比較模塊的電壓信號(hào)與比較電壓差的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值時(shí)向執(zhí)行單元發(fā)送指令。

進(jìn)一步地，所述邏輯單元還包括三極管T₂，并聯(lián)的比較模塊輸出的信號(hào)所述三極管T₂的集電極，三極管T₃的發(fā)射極接入三極管T₂的基極，所述三極管T₂的發(fā)射極連接導(dǎo)引線。

優(yōu)選的，所述的導(dǎo)引線為RS485導(dǎo)引線。

優(yōu)選的，所述的直流電纜故障識(shí)別模塊包括運(yùn)算放大器和比較器，所述運(yùn)算放大器接入光伏逆變器側(cè)的電壓信號(hào)和直流電纜上的電壓信號(hào)，比較器的輸入端分別接入運(yùn)算放大器的輸出端和比較電壓。

進(jìn)一步地，所述的直流電纜故障識(shí)別模塊包括并聯(lián)的正極直流電纜識(shí)別模塊和負(fù)極直流電纜識(shí)別模塊，所述的正極直流電纜識(shí)別模塊接入光伏逆變器側(cè)和直流電纜上的正電壓，正極直流電纜識(shí)別模塊中的比較器輸出端接入二極管；和所述的負(fù)極直流電纜識(shí)別模塊接入光伏逆變器側(cè)和直流電纜上的負(fù)電壓，負(fù)極直流電纜識(shí)別模塊的比較器輸出端接入二極管，任一識(shí)別模塊中的光伏逆變器側(cè)的電壓信號(hào)與直流電纜上電壓信號(hào)的差大于比較電壓的閾值時(shí)，輸出匯流箱跳閘信號(hào)。

優(yōu)選的，所述邏輯單元還包括熔絲識(shí)別模塊，熔絲識(shí)別模塊與比較模塊并聯(lián)，所述熔絲識(shí)別模塊接收直流電纜的電壓信號(hào)、光伏電纜的電壓信號(hào)和比較電壓，當(dāng)直流電纜的電壓信號(hào)與光伏電纜的電壓信號(hào)的差大于比較電壓，向所述執(zhí)行單元發(fā)送指令。

熔絲識(shí)別模塊又可作為螺栓松動(dòng)識(shí)別模塊。

優(yōu)選的，所述的熔絲識(shí)別模塊包括運(yùn)算放大器、比較器和二極管，所述運(yùn)算放大器分別接入光伏逆變器的電壓信號(hào)和直流電纜的電壓信號(hào)，所述比較器分別接入運(yùn)算放大器的輸出端和比較電壓。

進(jìn)一步地，所述的熔絲識(shí)別模塊包括并聯(lián)的正極熔絲識(shí)別模塊和負(fù)極熔絲識(shí)別模塊，所述的正極熔絲識(shí)別模塊接入光伏電纜和直流電纜的正電壓，所述的負(fù)極熔絲識(shí)別模塊接入光伏電纜和直流電纜的負(fù)電壓，任一識(shí)別模塊的直流的電纜電壓信號(hào)與光伏電纜的差大于比較電壓，向所述執(zhí)行單元發(fā)送指令。

優(yōu)選的，所述采集單元采集直流電纜的電壓信號(hào)及至少兩條光伏電纜支路上的電壓信號(hào)；和

所述的邏輯單元包括至少三個(gè)并聯(lián)的比較模塊，其中一個(gè)比較模塊接收所述直流電纜上的電壓信號(hào)，另有至少兩個(gè)比較模塊接收所述光伏電纜支路的電壓信號(hào)，接收光纜支路電壓信號(hào)的每個(gè)比較模塊接收分別不同的光伏電纜支路上的電壓信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述邏輯單元還包括熔絲識(shí)別模塊，所述熔絲識(shí)別模塊接收直流電纜的電壓信號(hào)、比較電壓和采集單元采集的至少兩個(gè)光伏電纜的電壓信號(hào)，多個(gè)光伏電纜的電壓信號(hào)串聯(lián)二極管后接入運(yùn)算放大器和比較器，當(dāng)直流電纜的電壓信號(hào)與光伏電纜的電壓信號(hào)的差大于比較電壓，向所述執(zhí)行單元發(fā)送指令。

進(jìn)一步地，所述的邏輯單元還包括保護(hù)模塊，并聯(lián)的比較模塊的輸出信號(hào)接入保護(hù)模塊連接，保護(hù)模塊輸出信號(hào)至執(zhí)行單元。

優(yōu)選的，所述的執(zhí)行單元包括門極可開斷晶閘管。

優(yōu)選的，所述的采集單元包括依次連接的分壓電路、濾波器、電壓跟隨器、光電耦合器和穩(wěn)壓管。

本實(shí)用新型公開了一種最有選的方案，一種匯流箱保護(hù)裝置，所述匯流箱包括光伏電纜、直流電纜和斷路器，所述匯流箱保護(hù)裝置包括采集單元、邏輯單元以及執(zhí)行單元；和

所述采集單元采集直流電纜的電壓信號(hào)及至少一條光伏電纜支路上的電壓信號(hào)、光伏逆電器側(cè)電壓信號(hào)；和

所述的邏輯單元包括至少兩個(gè)比較模塊、直流電纜故障識(shí)別模塊，熔絲識(shí)別模塊，其中一個(gè)比較模塊接收所述直流電纜上的電壓信號(hào)，其他比較模塊接收所述光伏電纜支路的電壓信號(hào)，所述直流電纜故障識(shí)別模塊接收直流電纜上的電壓信號(hào)以及光伏逆變器側(cè)的電壓信號(hào)，所述熔絲識(shí)別模塊接收直流電纜上的電壓信號(hào)以及光伏電纜上的電壓信號(hào)，直流電纜故障識(shí)別模塊中直流光伏逆變器側(cè)的電壓信號(hào)與直流電纜上的電壓信號(hào)的差大于比較器電壓的閾值，且接收直流電纜的比較模塊中，電壓信號(hào)與比較電壓的差的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值時(shí)，輸出高電平信號(hào)，其余比較器中電壓信號(hào)與比較電壓的差的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值，輸出高電平信號(hào)，熔絲識(shí)別模塊中直流電纜的電壓信號(hào)大于光伏電纜電壓信號(hào)時(shí)，輸出高電平信號(hào)；三者之一為高電平信號(hào)時(shí)將傳送至執(zhí)行單元發(fā)送指令，所述的絕對(duì)值運(yùn)算采用乘法比較器組件；和

所述執(zhí)行單元與所述邏輯單元電連接并根據(jù)所述邏輯單元傳來的指令控制所述斷路器分閘。

一種匯流箱保護(hù)方法，包括如下步驟：

用采集單元采集直流電纜電壓信號(hào)U_z、至少一條光伏電纜電壓信號(hào)U_i、光伏逆變側(cè)電壓信號(hào)U_m；

邏輯單元接收采集單元采集的對(duì)電壓信號(hào)U_z、U_i、U_m以及比較電壓U_ε1、 U_ε2、U_ε3進(jìn)行邏輯運(yùn)算：

當(dāng)滿足((|U_Z+-U_Z-|>U_ε1)and(U_m-U_z>U_ε3))or(|U_i+-U_i-|>U_ε1)or (U_i-U_z＞U_ε2)時(shí)向執(zhí)行單元發(fā)送執(zhí)行信號(hào)；

執(zhí)行單元根據(jù)所述邏輯單元傳來的指令控制所述斷路器分閘。

其中，|U_Z+-U_Z-|>U_ε1的運(yùn)算和|U_i+-U_i-|>U_ε1的運(yùn)算采用乘法比較器組件執(zhí)行，or運(yùn)算通過加法比較器執(zhí)行，and運(yùn)算通過三極管執(zhí)行。

本實(shí)用新型對(duì)邏輯單元內(nèi)部進(jìn)行了改進(jìn)和補(bǔ)充，對(duì)比較模塊進(jìn)行了并聯(lián)處理，比較模塊分別接收光伏電纜和直流電纜的電壓信號(hào)，通過乘法比較器組件進(jìn)行邏輯運(yùn)算，當(dāng)符合差值大于等于比較電壓絕對(duì)值時(shí)輸出信號(hào)，輸出的信號(hào)輸入到加法比較器內(nèi)，達(dá)到了任一一路上有信號(hào)輸出，則發(fā)送至執(zhí)行單元，借由執(zhí)行單元控制斷路器的合閘、分閘。

本實(shí)用新型中的邏輯單元還設(shè)有熔絲識(shí)別模塊和直流電纜故障識(shí)別模塊，均采用采集電壓值進(jìn)行邏輯運(yùn)算的方式，在邏輯單元內(nèi)部形成了多類別的識(shí)別監(jiān)控邏輯運(yùn)算單元，可對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)處理及分析，具有較好的效率。

本實(shí)用新型的有益效果為：夠識(shí)別出多組串光伏電纜故障、直流電纜故障、熔絲或螺栓松動(dòng)故障。避免了傳統(tǒng)匯流箱保護(hù)中因方法缺陷而產(chǎn)生的誤差，同時(shí)保護(hù)裝置不受周圍光照和環(huán)境溫度的影響。因此，在實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中更能夠以安全為主，在故障時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作靈敏，為系統(tǒng)安全穩(wěn)定性提供了有力的保障。而且，這也減少了人為排查故障的可能，降低了實(shí)際運(yùn)維人員的工作量。

應(yīng)理解，在本實(shí)用新型范圍內(nèi)中，本實(shí)用新型的上述各技術(shù)特征和在下文 (如實(shí)施方式)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型匯流箱低電壓保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型中采集單元的原理圖；

圖3是本實(shí)用新型中邏輯單元的原理圖；

圖4是本實(shí)用新型直流電纜故障示意圖；

圖5是本實(shí)用新型中熔絲故障的原理圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，以便更清楚理解本實(shí)用新型的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解的是，附圖所示的實(shí)施例并不是對(duì)本實(shí)用新型范圍的限制，而只是為了說明本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)精神。

術(shù)語(yǔ)說明

匯流箱：匯流箱主要作用就是把光伏陣列的輸入進(jìn)行一級(jí)匯流，用來減少光伏陣列接入到逆變器的連線，同時(shí)提供防雷功能，檢測(cè)光伏板的運(yùn)行狀態(tài)、直流量狀態(tài)采集及斷路器狀態(tài)等。

光伏逆變器：光伏逆變器是通過電力電子器件(MOSFET、IGBT等)連接電阻電容，以脈沖寬度調(diào)制的方式控制器件的通斷，把匯流箱傳輸來的直流電轉(zhuǎn)變成交流電，同時(shí)完成光伏組件的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)，保證智能控制及反孤島效應(yīng)等。

斷路器：所設(shè)計(jì)的分合裝置，能夠關(guān)合、通斷和承載正常狀態(tài)的電流；并且能在非正常運(yùn)行狀態(tài)下，也能夠進(jìn)行關(guān)合、分?jǐn)嘁约耙欢〞r(shí)間內(nèi)的導(dǎo)通與通斷。

門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)：門極可關(guān)斷晶閘管是晶閘管的一種派生器件，可以通過在門極施加脈沖電流控制其通斷；由于該器件的電壓，電流容量較大，與普通晶閘管接近，因此可以在大功率場(chǎng)合有較多應(yīng)用。

一種匯流箱保護(hù)裝置，如圖1所示，所述匯流箱包括光伏電纜41、42，直流電纜43、44，斷路器60，采集單元10、邏輯單元20以及執(zhí)行單元30。

采集單元10用于采集直流電纜和光伏電纜支路上的電壓信號(hào)，其原理如圖2所示，采集單元10串聯(lián)分壓電路11、濾波電路12、電壓跟隨器13、光電耦合器14和穩(wěn)壓管15。U_dc為待檢測(cè)直流電壓，霍爾電壓傳感器采集到的電壓信號(hào)經(jīng)過分壓電路11使其電壓限制在合適的范圍；RC濾波器12濾除采集信號(hào)中的噪聲；電壓跟隨器13可以確保輸出信號(hào)不受輸入電路的電阻的干擾，起到防止電壓沖擊的作用；光電耦合器14有效地實(shí)現(xiàn)阻斷電路之間的電聯(lián)系，而且不切斷他們之間的信號(hào)傳遞，隔離性能好，不受電磁波干擾，工作穩(wěn)定可靠；穩(wěn)壓管15將輸出電壓U_pot限制在一定范圍，起到保護(hù)電路的作用。

邏輯單元20如圖3所示，包括多個(gè)比較模塊21、直流電纜故障識(shí)別模塊 22、熔絲識(shí)別模塊23和保護(hù)模塊24。各比較模塊21、直流電纜故障識(shí)別模塊 22和熔絲識(shí)別模塊23并聯(lián)，盡管輸入端接收的信號(hào)不同，單輸出端合流接入執(zhí)行單元。各比較模塊21由運(yùn)算放大電路、乘法比較器組件組成。各個(gè)比較模塊21的區(qū)別在于接入的電壓值不同，其中一個(gè)比較模塊21接入直流電纜的電壓U_z+和U_z-，其余的比較模塊的分別接入U(xiǎn)₁₊、U_1-，U₂₊、U_2-……U_n+、U_n-。其中，運(yùn)算放大電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器串聯(lián)，其中一運(yùn)算放大器輸入信號(hào)是電纜正極和接地，以接入光伏電纜的比較器為例，電纜正極為U₁₊，該運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)輸入至另一運(yùn)算放大器中，另一運(yùn)算放大器的另一連接端與電纜負(fù)極U_1-連接。運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，運(yùn)算放大器輸出的電壓U_a。乘法比較器組件由兩個(gè)模擬乘法器并聯(lián)入比較器組成，模擬乘法器有兩個(gè)輸入端子和一個(gè)輸出端子。輸入信號(hào)時(shí)同一個(gè)模擬物理量，輸出電表達(dá)式為：

U_c＝kU_ε1²

U_d＝kU_b²＝k(U_1--U₁₊)²

其中k表示標(biāo)尺因子，其值多為0.1V^-1。乘法器組中的比較器工作在非線性區(qū)間，輸出信號(hào)只有高電平和低電平。當(dāng)信號(hào)U_d大于U_c時(shí)，比較器 A₃的輸出電壓U_e＝U_OH，輸出電壓U_h＝U_OH；當(dāng)信號(hào)U_d小于U_c，比較器輸出電壓U₀₁＝-U_OH，輸出電壓U_h＝0。

加法比較器25由加法器和過零比較器組成，加法器是由運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的加減運(yùn)算電路，當(dāng)n個(gè)輸入端的電壓分別為U_h1、U_h2、U_hn時(shí)，輸出端電壓U_d為：

電壓U_g通過過零比較器與0值比較，當(dāng)U_g大于0，電壓U_f為高電平信號(hào)；當(dāng)U_g小于0時(shí)，電壓U_f為低電平信號(hào)。所以，它表示當(dāng)光伏電纜n 條支路中，任意一支路出現(xiàn)接地故障時(shí)，U_f為高電平信號(hào)。

本實(shí)用新型的乘法比較器組件對(duì)電壓信號(hào)與比較電壓的差做出絕對(duì)值判斷，當(dāng)絕對(duì)值大于或等于設(shè)定值時(shí)輸出匯流箱短路器切斷信號(hào)。比較電壓等于 380V-400V，以及設(shè)定值等于190V-320V。對(duì)于接收直流電纜電壓U_z+和U_z-的比較模塊21，其結(jié)構(gòu)也是相同的，多個(gè)比較模塊21之間的并聯(lián)關(guān)系主要通過乘法比較器組的輸出端合流入加法比較器25。

邏輯單元20還包括直流電纜故障識(shí)別模塊22，其包含正極直流電纜識(shí)別模塊和負(fù)極直流電纜識(shí)別模塊，正極直流電纜識(shí)別模塊和負(fù)極直流電纜識(shí)別模塊的區(qū)別在于，所述的正極直流電纜識(shí)別模塊接入光伏逆變器側(cè)和直流電纜上的正電壓，和所述的負(fù)極直流電纜識(shí)別模塊接入光伏逆變器側(cè)和直流電纜上的負(fù)電壓。兩個(gè)直流電纜識(shí)別模塊均包括運(yùn)算放大器、比較器和二極管，運(yùn)算放大器接入直流電纜的電壓信號(hào)和光伏逆變器側(cè)的電壓信號(hào)，以正極直流電纜識(shí)別模塊為例，運(yùn)算放大器接入U(xiǎn)_m+和U_z+，運(yùn)算放大器輸出信號(hào)接入比較器中，比較器另一入口端接入比較的閾值U_ε3，比較器的輸出端接入二極管，任一識(shí)別模塊中的光伏逆變器側(cè)的電壓信號(hào)與直流電纜上電壓信號(hào)的差大于比較電壓的閾值時(shí)，輸出匯流箱跳閘信號(hào)。

直流電纜故障識(shí)別模塊22的邏輯示意圖如圖4所示，當(dāng)采集單元采集的直流電纜電壓U_Z+、U_Z-通過比較器比較兩者的大小，滿足不等式|U_Z+-U_Z-|>U_ε1時(shí)，可以判定為直流電纜故障，如故障點(diǎn)f₁，或光伏逆變器直流側(cè)故障，如故障點(diǎn)f₂。l₁為故障點(diǎn)f₁到匯流l₁箱的距離，l₂為故障點(diǎn)f₁到光伏逆變器的距離， l為匯流箱與光伏逆變器之間直流電纜的總長(zhǎng)。本實(shí)用新型通過比較器比較匯流箱側(cè)的直流電纜電壓和光伏逆變器側(cè)的直流電纜電壓來識(shí)別出直流電纜故障和光伏逆變器直流側(cè)故障。

當(dāng)光伏逆變器直流側(cè)故障下，直流電纜上流經(jīng)的電流為I。由于光伏組件光電轉(zhuǎn)換的特殊性，該電流值的大小與正常運(yùn)行狀態(tài)下的值相差不大。匯流箱側(cè)和光伏逆變器側(cè)電纜電壓分別為U_m、U_z的函數(shù)關(guān)系滿足表達(dá)式(1)：

U_m-U_z＝lIR (1)

式中R為單元長(zhǎng)度直流電纜的電阻。

由于電纜長(zhǎng)度l不大，因此表達(dá)式U_m-U_z很小，會(huì)小于閥值電壓U_ε3。

|U_m-U_z|<U_ε3 (2)

當(dāng)直流電纜發(fā)生接地故障時(shí)，正常的直流電纜上所有流經(jīng)的電流會(huì)經(jīng)過直流柜上母線出匯流后“反灌”到故障電纜。

匯流箱側(cè)和光伏逆變器側(cè)電纜電壓分別為U_m、U_n的函數(shù)關(guān)系滿足表達(dá)式 (2)

U_m-U_z＝l₁I₁R-l₂I₂R (3)

此時(shí)，反灌電流值I₂的大小為方陣中其它所并聯(lián)匯流箱的流經(jīng)電流的總和。

|U_m-U_z|>U_ε3 (4)

依據(jù)式(2)和式(4)來識(shí)別出直流電纜故障和光伏逆變器直流側(cè)故障。當(dāng)直流電纜故障時(shí)，匯流箱斷路器跳閘，并通過RS485通訊線傳遞給匯流箱跳閘信號(hào)。本實(shí)用新型的重點(diǎn)在于研究一種光伏匯流箱的保護(hù)系統(tǒng)，光伏逆變器直流側(cè)故障不屬于本實(shí)用新型研究的內(nèi)容，不在此說明。

直流電纜識(shí)別模塊22通過三極管T₃與直流電纜的比較模塊連接，接收直流電纜電壓信號(hào)的比較模塊中的乘法比較器組件的輸出端接入所述三極管T₃的集電極，所述直流電纜故障識(shí)別模塊的輸出端接入所述三極管T₃的基極，T₃發(fā)射極連接入加法比較器25中。

施工及設(shè)備質(zhì)量也是影響光伏電站發(fā)電的重要因素。熔絲和螺栓的使用增加了直流節(jié)點(diǎn)，為電站的運(yùn)維安全埋下隱患。熔絲盒和螺栓對(duì)電纜施工質(zhì)量要求高，經(jīng)常出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象，引起匯流箱拉弧或燒毀現(xiàn)象。由于接觸不良時(shí)，相當(dāng)于在節(jié)點(diǎn)處串接了一電阻，如圖4示。因此在邏輯單元內(nèi)設(shè)置熔絲識(shí)別模塊，熔絲識(shí)別模塊與螺栓松動(dòng)識(shí)別模塊是相同含義。熔絲識(shí)別模塊23包括并聯(lián)的正極熔絲識(shí)別模塊和負(fù)極熔絲識(shí)別模塊，正極熔絲識(shí)別模塊與負(fù)極熔絲識(shí)別模塊的區(qū)別在于，正極熔絲識(shí)別模塊接入光伏電纜和直流電纜的正電壓，負(fù)極熔絲識(shí)別模塊接入光伏電纜和直流電纜的負(fù)電壓，所述的熔絲識(shí)別模塊包括運(yùn)算放大器、比較器和二極管，以正極熔絲識(shí)別模塊為例，U₁₊、 U₂₊……U_n串聯(lián)二極管后并聯(lián)入運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的輸出端接入比較器，比較器還接入比較電壓U_ε2，比較器的輸出端接入二極管，實(shí)現(xiàn)正極或負(fù)極識(shí)別模塊的直流的電纜電壓信號(hào)與光伏電纜的差大于比較電壓，向所述執(zhí)行單元發(fā)送指令。原理如圖5，U_k為光伏電纜的電壓，U_l為直流電纜電壓。其中，U_k與U_l的關(guān)系表達(dá)式為：

U_k-U_l＝IR (5)

通過比較器比較光伏電纜和直流電纜電壓差滿足不等式U_k-U_l>U_ε2，來識(shí)別出熔絲或螺栓的松動(dòng)，從而控制直流斷路器跳閘。

所述的直流電纜識(shí)別模塊22、比較模塊21和熔絲識(shí)別模塊23的輸出端合流輸入到加法比較器25，加法比較器25輸出端連接保護(hù)電路24，保護(hù)電路 24與執(zhí)行單元連接。

其中，邏輯單元還包括三極管T₂，并聯(lián)的比較模塊輸出的信號(hào)所述三極管T₂的集電極，三極管T₃的發(fā)射極接入三極管T₂的基極，所述三極管T₂的發(fā)射極連接導(dǎo)引線。導(dǎo)引線70為RS485導(dǎo)引線。

執(zhí)行單元包括控制門極可開斷晶閘管。

現(xiàn)有技術(shù)中電壓保護(hù)系統(tǒng)是通過繼電器控制接觸器通斷來實(shí)現(xiàn)直流斷路器合分閘功能。本實(shí)用新型利用門極可開斷晶閘管，使直流電流從零開始平穩(wěn)上升，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電路的無觸點(diǎn)控制，而且能夠防止斷路器內(nèi)的彈簧線圈中的電流和電壓在控制過程中引起的過電壓。因此，本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)動(dòng)作靈敏、穩(wěn)定性強(qiáng)。

邏輯單元輸出信號(hào)合閘信號(hào)001、分閘信號(hào)002時(shí)，各自的門極可開斷晶閘管注入門極電流I_g，門極可開斷晶閘管處于正向偏置，陽(yáng)極電流隨I_g的增大而逐漸增大，直至門極可開斷晶閘管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。傳統(tǒng)上使用繼電器控制接觸器通斷來實(shí)現(xiàn)直流斷路器合分閘過程中，繼電器中的線圈由于沖擊電流過大而損壞，繼電器與接觸器之間需存在電連接，故障率高。本實(shí)用新型克服了繼電器的缺點(diǎn)，在直流斷路器合分閘過程中，直流電流從零開始平穩(wěn)上升，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電路的無觸點(diǎn)控制，而且能夠防止斷路器內(nèi)的彈簧線圈中的電流和電壓在控制過程中引起的過電壓。

以上已詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，但應(yīng)理解到，在閱讀了解本實(shí)用新型的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。