阅读说明：本技术 一种光伏汇流箱及其拉弧现象处理方法 (photovoltaic combiner box and arc discharge phenomenon processing method thereof ) 是由 刘宁 陈璐 朱鸿川 李建周 刘杰斌 张天文 于 2019-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种光伏汇流箱,光伏汇流箱接入至少两组光伏串组,每组光伏串组分别通过一个直流断路器输出电流；电弧检测装置用于检测输出端发生拉弧现象的光伏串,且控制发生拉弧现象的所述光伏串对应的直流断路器断开。本申请中将接入的光伏串划分为至少两组光伏串组,且每组光伏串组的电流分别通过不同的直流断路器输出汇集的电流,当电弧监测模块监测到某个光伏串发生拉弧现象时,只需要通过直流断路器将接入光伏汇流箱中的部分光伏串组断开,能够保证其他光伏串组维持正常的运行,在一定程度上提高了光伏串组的工作效率。本申请还提供了一种光伏汇流箱的拉弧现象处理方法,具有上述有益效果。(The invention discloses a photovoltaic combiner box, which is connected with at least two groups of photovoltaic string groups, wherein each group of photovoltaic string groups respectively outputs current through a direct current breaker; the arc detection device is used for detecting the photovoltaic string with the arc discharge phenomenon at the output end and controlling the direct current breaker corresponding to the photovoltaic string with the arc discharge phenomenon to be disconnected. The photovoltaic string that will insert in this application divides into at least two sets of photovoltaic string groups, and the electric current of every photovoltaic string group passes through the electric current that different direct current circuit breakers output respectively and collects, when certain photovoltaic string takes place to draw the arc phenomenon is monitored to electric arc monitoring module, only need will insert the disconnection of partial photovoltaic string group in the photovoltaic conflux case through direct current circuit breaker, can guarantee that other photovoltaic string groups maintain normal operation, has improved the work efficiency of photovoltaic string group to a certain extent. The application also provides an arc discharge phenomenon processing method of the photovoltaic combiner box, and the photovoltaic combiner box has the beneficial effects.)

一种光伏汇流箱及其拉弧现象处理方法

技术领域

本发明涉及太阳能能源技术领域，特别是涉及一种光伏汇流箱以及光伏汇流箱的拉弧现象处理方法。

背景技术

太阳能能源是一种热门的清洁能源，其中，太阳能光伏电池是太阳能的重要应用之一。为了减少太阳能光伏电池阵列与逆变器之间的连线，可以将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入光伏汇流箱，在与光伏汇流箱汇流后，与光伏逆变器配套使用从而构成完整的光伏发电系统，实现与市电并网。

目前随着太阳能电池的工作效率逐步提升，流入同一个汇流箱中的电压也逐渐增大，这在一定程度上增大了汇流箱内各个支路产生拉弧现象的概率。

在电气中，当两个导体间的电压击穿空气层形成电弧，当电弧形成后空气即产生大量的电子，导电性能迅速提高，即使两导体间的距离继续增大仍不能使电弧熄灭，这现象就是拉弧。在某一个光伏串接入汇流箱的电流或电压过大，和相邻光伏串的输出支路之间击穿的可能性大大增加，一旦光伏串之间形成电弧，会引发火灾等严重后果。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏汇流箱以及光伏汇流箱的拉弧现象的处理方法，在保证光伏汇流箱的安全性的基础上，提高了对光伏组件产生的电能的利用率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏汇流箱，所述光伏汇流箱的输入端口分别接入至少两组光伏串组，每组所述光伏串组包括多组光伏串；所述光伏汇流箱包括第一端通过各个所述输入端口分别各个光伏串的正负极相连接的多个熔断器，输入端和所述熔断器第二端相连接的直流断路器；以及用于感应所述熔断器的第二端的电流变化以检测和所述熔断器相连的光伏串是否发生拉弧现象，并和所述直流断路器相连接的电弧检测装置；

其中，所述直流断路器的数量和接入的所述光伏串组的组数相同，和同一组所述光伏串组中的光伏串的正负极相连接的熔断器的第二端分别汇集连接与同一个所述直流断路器的正负极输入端；且各个所述直流断路器的输出端并联连接所述光伏汇流箱的输出端口；

所述电弧检测装置用于当检测存在发生拉弧现象的光伏串时，控制发生拉弧现象的所述光伏串对应的直流断路器断开。

其中，所述电弧检测装置包括电弧测控模块、和所述电弧测控模块相连接的上位机；所述上位机用于当所述电弧测控模块检测到输出端发生拉弧现象的光伏串时发出报警。

其中，所述电弧测控模块的输入端还用于感应所述光伏汇流箱的输出端口的电流变化，检测所述光伏汇流箱的输出端口是否发生拉弧现象；且当所述光伏汇流箱的输出端口发生拉弧现象时，断开所述光伏汇流箱中所有直流断路器；

所述上位机用于当所述电弧测控模块检测所述光伏汇流箱的输出端口发生拉弧现象时发出报警。

其中，还包括和所述光伏串相对应的熔断器的第二端相连接的防雷模块，且每组所述光伏串组对应一个所述防雷模块；所述防雷模块包括第一浪涌第一浪涌保护器、第二浪涌保护器和第三浪涌保护器，所述第一浪涌保护器和所述第二浪涌保护器的输入端分别和同一组所述光伏串组的正负极极对应的熔断器的第二端相连接，输出端并联接入所述第三浪涌保护器串联的输入端，所述第三浪涌保护器的输出端接地。

其中，还包括和所述上位机相连接，用于检测所述光伏汇流箱内温度并将检测结果发送至上位机的温度检测装置。

其中，所述温度检测装置为热敏电阻。

本申请还提供了一种光伏汇流箱的拉弧现象处理方法，应用于如上任一项所述的光伏汇流箱，包括：

实时感应各个光伏串相连接的多个熔断器的电流变化；

当存在熔断器的电流变化满足预设电流变化条件，则确定所述熔断器相连接的光伏串发生拉弧现象；

控制和发生拉弧现象的所述光伏串对应的直流断路器断开；其中所述光伏串对应的直流断路器为所述光伏串通过熔断器相连接的直流断路器。

其中，所述光伏汇流箱接入的光伏串组包括第二光伏串组和第一光伏串组，其中，所述第二光伏串组中光伏串发生拉弧现象的概率大于所述第一光伏串组中光伏串发生拉弧现象的概率；

在控制所述光伏串对应的直流断路器断开之后，还包括：

若所述光伏串所在的光伏串组属于第一光伏串组，则根据第二光伏串组中各个光伏串的历史拉弧记录，选出并显示再次发生拉弧现象的概率最低的迁移光伏串；

其中，所述迁移光伏串为用于和当前发生拉弧现象的光伏串相互交换的接入所述光伏汇流箱的位置的光伏串。

其中，根据所述第二光伏串组中各个光伏串的历史拉弧记录，选出并显示再次发生拉弧现象的概率最低的迁移光伏串，包括：

根据所述历史拉弧记录，选出最后一次发生拉弧现象的时间距离当前时刻的时间最长的光伏串为迁移光伏串。

其中，还包括：

实时检测所述光伏汇流箱的输出端口的汇流电流变化；

当所述汇流电流变化大于预设汇流电流变化条件时，则控制各个直流断路器断开。

本发明所提供的一种光伏汇流箱，光伏汇流箱的输入端口分别接入至少两组光伏串组，每组光伏串组包括多组光伏串；光伏汇流箱包括第一端通过各个输入端口分别各个光伏串的正负极相连接的多个熔断器，输入端和熔断器第二端相连接的直流断路器；以及用于感应熔断器的第二端的电流变化以检测和熔断器相连的光伏串是否发生拉弧现象，并和直流断路器相连接的电弧检测装置；其中，直流断路器的数量和接入的光伏串组的组数相同，和同一组光伏串组中的光伏串的正负极相连接的熔断器的第二端分别汇集连接与同一个直流断路器的正负极输入端；且各个直流断路器的输出端并联连接光伏汇流箱的输出端口；电弧检测装置用于当检测存在发生拉弧现象的光伏串时，控制发生拉弧现象的光伏串对应的直流断路器断开。

本申请中将接入的光伏串划分为至少两组光伏串组，且每组光伏串组的电流分别通过不同的直流断路器输出汇集的电流，那么，当电弧检测装置监测到某个光伏串发生拉弧现象时，只需要将该光伏串所属的光伏串组对应的直流断路器断开即可避免该光伏串发生的拉弧现象对其他光伏串产生影响，且能够保证其他光伏串组维持正常的运行，在一定程度上提高了光伏串组的工作效率。

本申请还提供了一种光伏汇流箱的拉弧现象处理方法，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光伏汇流箱的内部电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光伏汇流箱的拉弧现象处理方法的流程示意图。

具体实施方式

随着光伏汇流箱中接入的光伏串的电压或电流逐渐增大，为了避免光伏汇流箱的输入端口接入的各个支路发生拉弧现象，可以在光伏汇流箱中设置直流断路器和电弧检测模块。该电弧检测模块分别对接入的每个光伏串的支路的电流大小进行检测，一旦发现该电流突变达到阈值，则认为该光伏串发生拉弧现象，即控制直流断路器断开，使得接入的各个光伏串的支路和汇流箱的输出端断开，进而将该汇流箱从整个光伏电源系统中切除，避免对其他汇流箱造成影响。

而在光伏汇流箱中每次发生拉弧现象的光伏串仅仅只有少数几个或一个，但是一旦发生拉弧现象，就需要将所有的光伏串全部中断工作，以等待维修人员的检修。而在实际操作中，光伏串发生拉弧现象等类似的故障问题，工作人员因距离较远或者未能及时发现等原因并不一定能够立即前往检修，因此，和该光伏汇流箱相连接的所有光伏串均在较长时间内中断工作，这对未发生拉弧现象的光伏串是很大的损失。

为此，本申请中提供了一种光伏汇流箱，该汇流箱中的电路结构能够在仅有一个或几个光伏串产生拉弧现象时，只中断部分光伏串，而其他正常工作的光伏串能够继续正常输出电流，在一定程度上提高光伏串的电能利用率和工作效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1为本发明实施例提供的光伏汇流箱的内部电路结构示意图，该光伏汇流箱可以包括：

光伏汇流箱的输入端口接入至少两组光伏串组；

具体地，每个光伏串组中包含有多个光伏串，每个光伏串是由多个光伏组件共同串并联连接后，由同一个正负极输出电流。对于光伏汇流箱而言，存在多个输入端口，且每个光伏串的正极和负极各连接一个输入端口，令光伏串分别包括PV11至PV1n，如图1中所示，光伏串分别包括PV11至PV1n的正极分别和光伏汇流箱的输入端口PV11+至PV1n+相连接，负极分别和输入端口PV11-至PV1n-相连接。

并且，在此将各个输入端口接入的光伏串划分为至少两组，每组光伏串为一个光伏串组，如图1所示，图1中将接入光伏汇流箱的光伏串划分为了两个光伏串组，令第一组光伏串组为PV11至PV1n，令第二组光伏串组为PV21至PV2n。当然，可以想到的是，图1仅仅是本申请的提供的一种实施例的结构图，本申请中还可以是将所有光伏串划分为3组、4组甚至更多组，对此本申请中不做限定。

光伏汇流箱的电路结构包括：第一端分别和各个光伏串的正负极相连接的多个熔断器1；输入端和熔断器1第二端相连接的直流断路器2；以及用于感应各个熔断器1的第二端的电流变化，检测和熔断器1相连接的光伏串是否发生拉弧现象，输出端和直流断路器2相连接的电弧检测装置3。

其中，直流断路器2的数量和接入的光伏串组的数量相等，每个直流断路器2的正负极和同一组光伏串组中的正负极相连接；且各个直流断路器2的输出端并联和光伏汇流箱的输出端口相连；

具体地，如图1所示，同一组光伏串组中各个光伏串的正极相连接的熔断器1的第二端并联汇集且连接与一个直流断路器2的正极输入端，而负极相连接的熔断器1的第二端并联汇集连接同一个直流断路器2的负极输入端，也即是说同一组的光伏串组的电流通过熔断器1输入后，汇集连接于同一个直流断路器2，并通过该直流断路器2向光伏汇流箱输出端口输出，也即是说，同一组的光伏串组的电流经过光伏汇流箱的输出是同一个直流断路器2控制，而不同组的光伏串组中的光伏串的电流则受不同的直流断路器2控制。

电弧检测装置3用于检测输出端发生拉弧现象的光伏串，且控制发生拉弧现象的光伏串对应的直流断路器2断开。

具体地，如图1所示，电弧检测装置3在各个熔断器的第二端汇流之前，分别对和各个光伏串正极相连接的熔断器的第二端电流进行感应检测，具体地，可通过霍尔传感器感应电流变化，并根据霍尔传感器感应的结果判断对应的光伏串是否发生拉弧现象。

当该电流出现突然增大时，则说明该熔断器1连接的光伏串发生的拉弧现象，此时可以断开和该光伏串通过熔断器1相连接的直流断路器2，而其他直流断路器2无需断开，以保证其他光伏串组中的光伏串正常通过光伏汇流箱输出电流。例如，一端发现PV1+连接的熔断器1的第二端电流过大，那么，光伏串PV1即很可能发生拉弧现象，则此时将第一组光伏串组对应的第一个直流断路器2断开，而第二组光伏串组继续正常工作。也即是说，只需要中断一半的光伏串组的电流输出。

同理，若是将接入光伏汇流箱的光伏组件划分为三组，同时配置三个直流断路器2，那么，其中一组光伏串组中的光伏串发生拉弧现象，也就只需要中断三分之一的光伏串的正常工作，以此类推，光伏串分组数量越多，对光伏串的电能利用率就越高。但是同时也需要增加大量的直流断路器2，且使得光伏汇流箱中的电路复杂化。因此，在实际应用中，可以选择合适的分组组数。

本申请中通过对接入的光伏串进行分组接入，且每组光伏串组通过不同的直流断路器2输出，使得光伏串中部分光伏串组出现拉弧现象时，还可以保证另一部分正常的光伏串组的正常工作，在保证汇流箱中输出电能的安全性的基础上，在最大程度上提高了光伏串的电能利用率和光伏组件的工作效率。

基于上述实施例，在本发明的另一具体实施例中，电弧检测装置3具体包括：电弧测控模块32、和电弧测控模块32相连接的上位机31；上位机31用于当电弧测控模块32检测到输出端发生拉弧现象的光伏串时发出报警。

具体地，该电弧测控模块32具体可以包括高频电流传感器(如霍尔传感器)、对高频电流传感器的输出信号进行调制的信号处理电路以及模数转换电路、对调制后的信号进行拉弧现象判断的电弧判断电路以及输出判断结果的输出电路。该高频电流传感器和用于检测PV串(光伏串)的输出电流变化的大小，再经过信号处理电路、模数转换电路、电弧判断电路的处理，最终由输出电路向上位机输出判断结果。一端上位机接收到某一光伏串出现拉弧现象，立即向维修人员发出报警，且电弧测控模块32还控制对应的直流断路器断开该光伏串的电流输出。

上述实施例中均是通过检测光伏串的输出电流来避免拉弧现象的发生，但是对于光伏汇流箱而言，光伏汇流箱的输出端的电流或电压是整个汇流箱各个支路中最大的，为此，在光伏汇流箱的输出端也存在很大的可能性产生拉弧现象。

因此，在本发明的另一具体实施例中，还可以进一步地包括：

电弧测控模块32的输入端还用于检测光伏汇流箱的输出端端口的电流变化，以监测光伏汇流箱的输出端口是否发生拉弧现象；且当光伏汇流箱的输出端口发生拉弧现象时，控制所有的直流断路器2断开；

且上位机31用于当电弧测控模块监测光伏汇流箱的输出端口发生拉弧现象时发出报警。

本实施例中，还对光伏汇流箱的输出端的电流进行检测，其检测原理和对光伏串的输出端的电流进行检测的原理相同。但是判断光伏汇流箱的输出端电流是否发生拉弧现象的阈值和光伏串的输出端电流的判断阈值不同，可以根据实际情况设定。

一旦光伏汇流箱的输出端口发生的拉弧现象，则整个光伏汇流箱的电流不能再输出，因此需要将光伏汇流箱中所有的直流断路器全部断开，以保证整个光伏电源系统的安全性。

进一步地，对于每组光伏串组输入光伏汇流箱进行汇集后，需要配置对应的防雷模块。如图1所示，具体地，每组光伏串组对应一个防雷模块4；防雷模块4包括第一浪涌保护器、第二浪涌保护器和第三浪涌保护器，第一浪涌保护器和第二浪涌保护器的输入端分别和同一组光伏串组的正负极极对应的熔断器的第二端相连接，输出端并联接入第三浪涌保护器串联的输入端，第三浪涌保护器的输出端接地。

如图1所示，每个防雷模块4对应一组光伏串组，分别对各组光伏串组输入的电流支路进行防雷保护，以保证汇流箱中各个支路的安全。

基于上述任意实施例，在本发明的另一具体实施例中，还可以进一步地包括：

还包括和所述上位机相连接，用于检测光伏汇流箱内温度并将检测结果发送至上位机的温度检测装置。

光伏汇流箱中的温度也是光伏汇流箱正常工作的重要指标之一，温度过高极容易引发火灾等严重事故。因此，本实施例中在汇流箱内部设置温度检测装置，一旦温度过高即可发出报警，以提醒维修人员及时检查并排除故障。

对于该温度检测装置具体可以采用热敏电阻，该电阻的电源可以通过光伏串组输出的电流提供。

本申请还提供了一种光伏汇流箱的拉弧现象处理方法，应用于如上述任一项所述的光伏汇流箱，包括：

实时感应各个光伏串相连接的多个熔断器的电流变化；

当存在熔断器的电流变化满足预设电流变化条件，则确定熔断器相连接的光伏串发生拉弧现象；

控制和发生拉弧现象的光伏串对应的直流断路器断开；其中光伏串对应的直流断路器为光伏串通过熔断器相连接的直流断路器。

具体地，上位机实时监测各个光伏串的电流大小，一旦发现某个光伏串对应的输出电流值大于预设电流阈值，则说明该光伏串出现拉弧现象，即可控制该光伏串所属的光伏串组对应的直流断路器断开，该组光伏串组中止工作，而其他组光伏串组继续正常输出电流。无需将所有接入同一光伏汇流箱中的光伏串的电流全部断开，有利于提高光伏电流的利用率和光伏组件的工作效率。

基于上述任意实施例，在本发明的另一具体实施例中，如图2所示，图2为本发明实施例提供的光伏汇流箱的拉弧现象处理方法的流程示意图，该方法可以包括：

步骤S11：实时感应各个光伏串相连接的多个熔断器的电流变化。

步骤S12：当存在熔断器的电流变化满足预设电流变化条件，则控制和该熔断器相连的光伏串对应的直流断路器断开。

步骤S13：判断光伏串所在的光伏串组是否属于第一光伏串组，若是，则进入步骤S14，若否，则进入步骤S11。

步骤S14：根据第二光伏串组中各个光伏串的历史拉弧记录，选出并显示再次发生拉弧现象的概率最低的迁移光伏串。

需要说明的是，对于光伏串而言如果发生了拉弧现象，那么该光伏串再次发生拉弧现象的概率就较大。因此，可以人为的将光伏串组进行分类，并将可能在此发生拉弧现象的光伏串尽可能的集中于一组，避免多个发生拉弧现象的光伏串分散于各个光伏串组中，以尽可能地减少中断工作的光伏串组的数量，进一步地提高光伏串的电能利用率。为此，本申请中将发生拉弧现象的概率较高的光伏串集中于第二光伏串组，而发生拉弧现象的概率较低的光伏串集中于第一光伏串组。

例如，对于图1中而言，从图1中左半部分的接入端口接入的光伏串即为第二光伏串组，右半部分的接入端口接入的光伏串即为低频拉弧光伏串组。若低频拉弧光伏串组中的光伏串发生拉弧现象时，即可在第二光伏串组选出一个迁移光伏串和该光伏串的接入位置进行交换，使得光伏串从低频拉弧光伏串组移至第二光伏串组。

当然，需要说明的是，对光伏串接入汇流箱中的接入端口位置进行变换，是需要在光伏串进行检修完成并能够正常工作后进行的，上位机可以预先根据每次出现拉弧现象的历史拉弧记录，为维修人员提前提供迁移策略，为维修人员维修完成后迁移光伏串的接入位置提供便利。

可选地，对于再次发生拉弧现象的概率最低的迁移光伏串，具体可以是：

根据历史拉弧记录，选出最后一次发生拉弧现象的时间距离当前时刻的时间最长的光伏串为迁移光伏串。

对于未发生过拉弧现象的光伏串而言，最后一次发生拉弧现象的时间距离当前时刻的时间为无穷远，只要存在未发生过拉弧现象的光伏串优先选为迁移光伏串。

当然，本实施例中判断光伏串再次发生拉弧现象的概率的方法存在多种，例如在短时间内发生拉弧现象的次数多少等等，对此本申请中不做具体限定。

如前所述，光伏汇流箱中的电弧检测装置还对光伏汇流箱的输出端电流进行拉弧现象的监测，因此，本申请中还可以进一步地包括：

实时检测光伏汇流箱的输出端的汇流电流变化；

当汇流电流变化满足预设汇流电流变化条件时，则控制各个直流断路器断开。

通过对光伏汇流箱内部电流和输出的总电流进行全面的拉弧现象的检测，在最大程度上保证了光伏汇流箱的安全性，从而提高整个光伏系统的安全性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。