本發明是一種光伏發電裝置的保護系統及其實現方法，屬于光伏供電中電池板保護電路。

背景技術：

1、太陽能以其獨有的優勢而成為人們重視的焦點。豐富的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達800兆瓦時，假如把地球表面0.1%的太陽能轉為電能，轉變率5%，每年發電量可達5.6×1012千瓦小時，相當于世界上能耗的40倍。正是由于太陽能的這些獨特優勢，20世紀80年代后，光伏發電系統的應用范圍日益廣闊、市場規模也逐步擴大。

2、光伏發電系統主要組件是光伏電池板、逆變器，光伏電池板發出一定功率的直流電，經逆變器調整電壓后，供用電直接使用或者并入國家電網。

3、光伏電池板在接線時，如果正負極接反，將導致短路造成逆變器損壞或者故障。光伏電池板是有多個低電壓電池板單元串并聯組合而成的，由于接線失誤等原因，有可能使光伏電池板輸出電壓高于逆變器額定電壓（過壓），將導致逆變器損壞或者故障；光伏電池板輸出電壓低于于逆變器電壓（欠壓）時，長期運行將導致逆變器損壞或者故障。

4、因負載電流過大等原因，造成逆變器內部溫度異常升高，長時間運行將導致逆變器內部電路組件發生不可以轉損壞。

5、且光伏電池板安裝在室外，因雷電原因造成的電磁干擾脈沖，會干擾逆變器正常工作，對用戶負載造成安全威脅。

6、為保護光伏發電系統的穩定運行和設備安全，需要采取一定的保護措施，包括反接保護、過壓保護、欠壓保護、過熱保護、屏蔽雷電脈沖干擾?等等。

7、現有技術的光伏發電系統的反接保護、過壓保護、欠壓保護等保護裝置，存在消耗能量，保護范圍不精確，反應慢等問題。

8、1、現有技術中防極性反接方法是在電路中串聯一個大功率二極管，利用二極管的單向導電作用，在極性接反時，電路中無電流通過，電路不工作，因二極管有0.7v的正向壓降，在大功率狀態下（例如幾百安培電流），二極管本身消耗大量功率發熱嚴重，不光浪費能源，而且在散熱不良的情況下，二極管容易過熱燒毀。

9、2、現有技術中過壓保護是通過電磁脫扣機構來監控電壓，當電壓高于額定值時，電磁機構吸力變大驅動銜鐵使機械脫扣切斷電源，動作電壓范圍不精確，動作反應慢，在過壓超過允許范圍很大的情況下才會動作，幾秒鐘甚至十幾秒后才跳閘，這時候，對光伏電路組件已經造成一定的傷害。

10、3、現有技術中欠壓保護是通過電磁繼電器監控電壓，當電壓低于額定值時，電磁繼電器線圈吸力變小使繼電器線圈吸力變小無法保持觸點吸合從而切斷電源，動作電壓范圍不精確，動作反應慢，在電壓降低很多的情況下，仍然保持吸合狀態，達不到保護效果。

11、4、現有技術中過熱保護是通過熱繼電器監控負載電流，當負載電流過大時，經過一段時間熱繼電器動作脫開切斷電源，存在時間的滯后性，當過載發生十幾秒后，熱繼電器才會動作，會對逆變器造成不可逆轉損壞。

12、5、現有技術中只安裝了避雷裝置，沒有專門針對雷電脈沖干擾的防護措施，雷電天氣導致逆變器工作不穩定。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題是針對以上不足，提供一種光伏發電裝置的保護系統，具有光伏電池板正負極自動識別、過壓保護、欠壓保護、過熱保護、屏蔽雷電脈沖干擾的功能，在光伏發電裝置安裝過程中的光伏電池板接線工序，無需區分正負極，自動切換光伏電池板的正負極和逆變器極性相適應。

2、為解決以上技術問題，本發明采用以下技術方案：

3、一種光伏發電裝置的保護系統，包括電壓監測單元、溫控單元、正向接線單元、反向接線單元、主回路單元，電壓監測單元連接溫控單元、正向接線單元、反向接線單元、主回路單元，正向接線單元和反向接線單元之間串聯有二極管d2和二極管d1，二極管d1的負極和二極管d2的正極接正向接線單元，二極管d1的正極和二極管d2的負極接反向接線單元。

4、進一步的，所述電壓監測單元包括電壓監測儀，電壓檢測儀連接有光伏電池板輸出電源的端子a和端子b，端子a連接有啟動按鈕sb1一端、1#接觸器輔助常開觸點km1-1一端和2#接觸器輔助常開觸點km1-2一端，啟動按鈕sb1另一端、1#接觸器輔助常開觸點km1-1另一端和2#接觸器輔助常開觸點km1-2另一端連接有二極管d1正極，端子b連接有二極管d2的正極。

5、進一步的，所述正向接線單元包括壓敏電阻vdr1，壓敏電阻vdr1一端連接有二極管d1負極，壓敏電阻vdr1另一端連接有電阻r1一端，電阻r1另一端連接有電阻r2一端、電容c1一端和可控硅scr1的k極，可控硅scr1的g極、電阻r2另一端和電容c1另一端接二極管d2的正極，可控硅scr1的a極連接有電阻r4一端、二極管d3正極和電阻r3一端，電阻r3另一端連接有二極管d1負極，電阻r4另一端接二極管d2的正極，二極管d3的負極連接有三極管q1的基極，三極管q1的集電極連接有1#接觸器線圈km1-0一端，1#接觸器線圈km1-0另一端連接有二極管d1的負極，三極管q1的發射極接二極管d2的正極。

6、進一步的，所述反向接線單元包括壓敏電阻vdr2，壓敏電阻vdr2一端連接有二極管d2負極，壓敏電阻vdr2另一端連接有電阻r6一端，電阻r6另一端連接有電阻r5一端、電容c2一端和可控硅scr2的k極，可控硅scr2的g極、電阻r5另一端和電容c2另一端接二極管d1的正極，可控硅scr2的a極連接有電阻r8一端、二極管d4正極和電阻r7一端，電阻r8另一端連接有二極管d2的負極，電阻r7另一端接二極管d1的正極，二極管d4的負極連接有三極管q2的基極，三極管q2的集電極連接有2#接觸器線圈km2-0一端，2#接觸器線圈km2-0另一端連接有二極管d2的負極，三極管q2的發射極接二極管d1的正極。

7、進一步的，所述溫控單元包括熱敏電阻ptc1和熱敏電阻ptc2，熱敏電阻ptc1一端連接有電阻r11一端、電容c3一端和運放copop1的比較電壓輸入端，電阻r11另一端接端子a，熱敏電阻ptc1另一端連接有熱敏電阻ptc2一端，熱敏電阻ptc2另一端和電容c3另一端接地，運放copop1的參考電壓輸入端連接有電阻r9一端、電阻r10一端和電容c4一端，電阻r9另一端接端子a，電容c另一端和電阻r10另一端接端子b，運放copop1的輸出端連接有場效應管fet1的g極，場效應管fet1的d極連接有3#接觸器的線圈km3-0一端，3#接觸器的線圈km3-0另一端連接有3#接觸器的主常開觸點km3-2一端，并接端子a，3#接觸器的主常開觸點km3-2另一端連接有主回路單元。

8、進一步的，所述主回路單元包括1#接觸器主常開觸點km1-2和2#接觸器主常開觸點km2-2，1#接觸器主常開觸點km1-2一端和2#接觸器主常開觸點km2-2一端均連接有3#接觸器的主常開觸點km3-2另一端，1#接觸器主常開觸點km1-2另一端分別接端子a和端子b；

9、所述主回路單元還包括電容c5，電容c5一端連接有電抗器l1一端和正極端點a，電容c5另一端接端子b，電抗器l1另一端連接有電容c6一端、電阻r12一端和逆變器inv的一端，電容c6另一端接端子b，電阻r12另一端連接有二極管d5的負極，二極管d5的正極接端子b，逆變器inv另一端接端子b。

10、一種光伏發電裝置的保護系統的實現方法，包括正向接線工作流程和反向接線工作流程，正向接線工作流程包括以下步驟：

11、光伏電池板輸出電源接端子a和端子b，當光伏電池板接線方法為正接時，即端子a為正極，端子b為負極，按下啟動按鈕sb1，電流經端子a流入，端子b流出，經過二極管的單向導電作用，二極管d1使得正向接線單元工作；二極管d2使得反接接控制單元不工作；

12、當端子a和端子b間電壓為額定值時，經電阻r3、電阻r4分壓，電阻r4兩端的電壓經二極管d3給三極管q1基極和發射極提供一個偏置電壓u，同時經電阻r3給三極管q1提供一個基極電流i，在偏執電壓u大于三極管q1的pn結導通電壓的條件下，同時三極管q1基極電流i達到飽和電流時，三極管q1導通，其集電極和發射極之間電阻接近零，1#接觸器線圈km1-0得電吸合，1#接觸器輔助常開觸點km1-1閉合，正向接線單元通過輔助常開觸點km1-1得電自保，即使松開啟動按鈕sb1，正向接線單元也不會失電；

13、當端子a和端子b間電壓為額定值時，壓敏電阻vdr1阻值接近無窮大，電容c1得不到充分充電兩端電壓接近為零，可控硅scr1控制極和負極之間電壓接近零，可控硅scr1處于截至狀態；電阻r2并聯在電容c1兩端，當壓敏電阻vdr1的微小泄露電流給電容c1充電時，電阻r2給電容c1放電，保證電容c1兩端電壓接近為零；1#接觸器線圈km1-0得電吸合，1#接觸器主常開觸點km1-2閉合，主回路單元得電，逆變器inv得電，其電壓方向為上正下負；

14、所述反向接線工作流程包括以下步驟：

15、光伏電池板輸出電源接端子a和端子b，當光伏電池板接線方法為反接時，即端子b為正極，端子a為負極，按下啟動按鈕sb1，電流經端子b流入，端子a流出，經過二極管的單向導電作用，二極管d2使得反向接線單元工作；二極管d1使得正向接線單元不工作；

16、當端子a和端子b兩個端子間電壓為額定值時，經電阻r7、電阻r8分壓，電阻r8兩端電壓經二極管d4給三極管q2基極和發射極提供一個偏置電壓u，同時經電阻r7給三極管q2提供一個基極電流i，在偏執電壓u大于三極管q2的pn結導通電壓的條件下，同時三極管q2基極電流i達到飽和電流，三極管q2導通，三極管q2集電極和發射極之間電阻接近零，2#接觸器線圈km2-0得電吸合，2#接觸器輔助常開觸點km2-1閉合，正向接線單元通過輔助常開觸點km2-1得電自保，即使松開啟動按鈕sb1，反向接線單元也不會失電；

17、當端子a和端子b兩個端子間電壓為額定值時，壓敏電阻vdr2阻值接近無窮大，電容c2得不到充分充電兩端電壓接近為零，可控硅scr2控制極和負極之間電壓接近零，可控硅scr2處于截至狀態；電阻r6并聯在電容c2兩端，當壓敏電阻vdr2的微小泄露電流給電容c2充電時，電阻r6給電容c2放電，保證電容c2兩端電壓接近為零；因2#接觸器線圈km2-0得電吸合，2#接觸器主常開觸點km2-2閉合，主回路單元得電，逆變器inv得電，其電壓方向同樣為上正下負。

18、進一步的，還包括欠壓和過壓保護流程，欠壓和過壓保護流程包括以下步驟：

19、正向接線單元工作時，欠壓和過壓保護流程包括以下步驟：

20、當端子a和端子b兩個端子間電壓低于額定值時，電阻r4兩端電壓降低，三極管q1基極和發射極之間的電壓低于導通偏置電壓，三極管q1不導通，1#接觸器線圈km1-0失電，1#接觸器輔助常開觸點km1-1和1#接觸器主常開觸點km1-2都會斷開，主回路單元失電，逆變器inv失電，即使啟動按鈕sb1被一直按下，1#接觸器線圈km1-0也不會得電；

21、當端子a和端子b兩個端子間電壓高于額定值時，壓敏電阻vdr1阻值降低接近零，電容c1經電阻r1快速充電電壓上升，當電容c1兩端電壓達到可控硅scr1觸發電壓時，可控硅scr1導通，電阻r4兩端短路電壓為零，三極管q1基極和發射極之間失去偏執電壓，三極管q1截止，1#接觸器線圈km1-0失電，1#接觸器輔助常開觸點km1-1和1#接觸器主常開觸點km1-2都會斷開，主回路單元失電，逆變器inv失電，即使啟動按鈕sb1被一直按下，1#接觸器線圈km1-0也不會得電。

22、進一步的，還包括過熱保護流程，過熱保護流程包括以下步驟：

23、熱敏電阻ptc1、熱敏電阻ptc2串聯，安裝在逆變器inv的內部不同位置監控溫度變化，在逆變器inv內部溫度正常時，熱敏電阻ptc1、熱敏電阻ptc2的阻值比較低，運放copop1的電壓vi小于運放copop1的參考電壓vref，運放copop1的輸出電壓vo和運放copop1的參考電壓vref同相，運放copop1的輸出電壓vo為高電平，場效應管fet1的g極為高電平，場效應管fet1導通，場效應管fet1的d極和s極之間為低阻狀態，3#接觸器線圈km3-0吸合，3#接觸器主常開觸點km3-2處于閉合狀態，電路導通；

24、當逆變器inv內部溫度異常升高時，熱敏電阻ptc1、熱敏電阻ptc2電阻隨溫度升高增大，其串聯電阻值變大，運放copop1的電壓vi大于運放copop1的參考電壓vref，運放copop1的輸出電壓vo和運放copop1的電壓vi反相翻轉變成低電平，場效應管fet1的g極為低電平，場效應管fet1截止，場效應管fet1的d極和s極之間為高阻狀態，3#接觸器線圈km3-0失電，3#接觸器主常開觸點km3-2處于斷開狀態，電路斷開切斷電流；

25、在逆變器inv內部溫度降低為正常值時，熱敏電阻ptc1、熱敏電阻ptc2的恢復低阻值，運放copop1的電壓vi小于運放copop1的參考電壓vref，運放copop1的輸出電壓vo和運放copop1的參考電壓vref同相，運放copop1的輸出電壓vo為高電平，場效應管fet1的g極為高電平，場效應管fet1導通，場效應管fet1的d極和s極之間為低阻狀態，3#接觸器線圈km3-0吸合，3#接觸器主常開觸點km3-2處于閉合狀態，電路重新導通。

26、進一步的，還包括屏蔽雷電脈沖干擾流程，屏蔽雷電脈沖干擾流程包括以下步驟：

27、電容c5為高頻濾波電容，電容c5經過低阻值的電抗器l1、低頻濾波的電容c6并聯在逆變器inv輸入端，電容c5電容很小，對高頻電流呈現低電抗，雷電產生的高頻電磁脈沖通過電容c5導入大地；

28、電抗器l1因自感效應，對中頻電磁脈沖呈現高阻抗，對直流和低頻電流可以通過；電容c6電容較大，對流過電感的低頻頻電磁脈沖進行濾波平滑；電阻r12串聯二極管d5，并聯在逆變器inv輸入端，當雷電感應出反相的干擾脈沖時，可以通過電阻r12限流，通過二極管d5削波，保護逆變器inv不受反相感生電動勢干擾。

29、本發明采用以上技術方案，與現有技術相比，具有如下技術效果：

30、1、具備光伏電池板正負極自動識別、過壓保護、欠壓保護、過熱保護、屏蔽雷電脈沖干擾的功能，在光伏發電裝置安裝過程中的光伏電池板接線工序，無需區分正負極，自動切換光伏電池板的正負極和逆變器極性相適應。

31、3、在光伏發電裝置使用過程中，如果出現接線錯誤造成輸入電壓高于或者低于額定電壓，或因外力或者線路腐蝕等原因造成的光伏電池板單體斷線、短接等，出現光伏電池板過壓或者欠壓，通過電壓監測單元監控輸入電壓，及時切斷電路，斷開光伏電池板和逆變器的電氣連接，避免光伏組件損壞，保護逆變器不受損害。

32、4、在光伏發電裝置使用過程中，通過熱敏電阻監控溫度，因過載等原因造成逆變器內部過熱時，及時切斷電路，待溫度降低時，自動恢復電路供電。

33、5、在雷電天氣，對于在電路中感應出來的電磁干擾脈沖，通過高阻濾波電容過濾高頻電磁干擾脈沖，通過低阻濾波電容過濾低頻電磁干擾脈沖，通過低阻電感抑制浪涌電磁干擾電流，使逆變器輸入電壓穩定平滑。

34、6、解決了保護范圍不精確的問題，通過電壓采樣電路，精確監控電壓范圍，保護范圍在±1v以內，同時解決了反應慢問題，在電壓超范圍（過壓、欠壓、過熱）時，通過電路快速反應，在毫秒級時間級別迅速切斷電路。