用于接地故障检测的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施方式主要涉及接地故障检测，更具体地，涉及用于检测接地故障的方法和装置。
【背景技术】
[0002]太阳能板或光伏(PV)模块将来自被接收的日光的能量转换为直流电(DC)。PV模块不能存储它们所产生的电能，因此能量必须被分散至储能系统(诸如电池或泵送水电存储器)或者通过负载分散。使用所产生能量的一个选择是使用一个或多个逆变器将DC电流转换为交流电流(AC)并将AC电流接入商业电网。由这种分布式发电(DG)系统产生的电力随后可出售给商业电力公司。
[0003]为了将产生的电力接入商业AC电网，逆变器必须符合某些安全标准，诸如确定在DC侧上是否存在接地故障状况并且如果这种状况存在则禁止电力产生。在逆变器处具有地参考以用于测量接地故障电流需要从逆变器将地传回电网，导致支持接地连接的额外的接线和所带来的相应成本。
[0004]因此，在本领域中需要用于在不连接至地参考的情况下检测接地故障状况的方法和装置。
【发明内容】
[0005]如在权利要求中更完整地阐述且如结合附图中的至少一个中所示和/或所述，本发明的实施方式主要涉及确定接地故障阻抗。
[0006]本公开的这些和其他特征和优点可通过阅读本公开的以下详细说明并结合附图来理解，在附图中，相同的参考标号指代相同的部分。
【附图说明】
[0007]所以可详细理解本发明的上述列举特征的方式，上文简要概括的本发明的更具体描述可通过参考实施方式得到，实施方式中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了本发明的典型实施方式，因此不应被认为是对发明范围的限制，因为本发明还可允许其他同等有效的实施方式。
[0008]图1是根据本发明的一个或多个实施方式的电力分配系统的框图；
[0009]图2是根据本发明的一个或多个实施方式的逆变器的另一实施方式的框图；
[0010]图3是根据本发明的一个或多个实施方式的控制器的框图；
[0011]图4是用于根据本发明的一个或多个实施方式确定是否存在接地故障状况的方法的框图；以及
[0012]图5是包括本发明的一个或多个实施方式的用于电力转换的系统的框图。
【具体实施方式】
[0013]图1是根据本发明的一个或多个实施方式的电力分配系统100的框图。电力分配系统100 (“系统100”)包括联接在逆变器104两端的光伏(PV)模块102，逆变器104进一步联接至AC电力分配网118 ( “电网118”)。逆变器104将DC电力从PV模块102转换为商业电网适用的AC电力并将所产生的AC电力联接至电网118。如图1中所示，电网118包括第一相线L1、第二相线L2和联接至地的中性线N，其中线LI和L2分别联接至逆变器的正负输出。在其他实施方式中，电网118可具有其他拓扑，诸如单相线和接地的中性线，具有接地连接的三相线等。
[0014]在一些实施方式中，附加或替代地，逆变器104可从一个或多个合适的DC源(而不是PV模块102)接收DC电力，诸如其他类型的可再生能源(例如，风力涡轮机、水力发电系统或类似的可再生能源)、电池等。在一些替代的实施方式中，多个DC源可联接至逆变器104(例如，逆变器104可以是串式逆变器或单个集中式逆变器)。
[0015]逆变器104包括联接在DC-AC级108两端的DC-DC级106、联接在DC-AC级108的输出两端的AC电压监测器116、以及联接至DC-DC级106、DC-AC级108和AC电压监测器116中的每个的控制器110。DC-DC级106从PV模块102接收DC输入并将接收到的DC电力转换为由控制器110控制的第二 DC电力。DC-AC级108随后在控制器110控制下将来自DC-DC级106的DC电力转换为单相AC输出电力并将输出电力联接至电网118的线LI和L2。DC-AC级108可以是任何合适的DC-AC逆变电路，诸如交交变频器(cycloconverter)、H桥等。在其他实施方式中，DC-AC级108可生成其他类型的AC输出，诸如两相、分相或三相AC输出。在一些替代的实施方式中，可能不存在DC-DC级106并且DC-AC级108从PV模块102接收DC电力。
[0016]AC电压监测器116联接在DC-AC级108的输出的两端以对AC输出电压进行采样。AC电压监测器116测量瞬时AC输出电压(S卩，线LI和L2之间的差分电压VL1-VL2)并向控制器110提供这些样本(即，表示所采样电压的信号)。控制器110内的锁相环(PLL)锁定至电网频率并向逆变器104输出主时间参照。控制器110从电网电压提取振幅和相位的基本内容；理想地，相位应该始终是零但是在存在严重失真的情况下可能偏离。因此，控制器110将AC输出电压确定为矢量一即，在振幅和相位两方面。测量的AC输出电压在接地故障检测(如下文所述)以及电力转换期间使用。在一些实施方式中，AC电压监测器116可包括模数(A/D)转换器以提供数字形式的样本。
[0017]逆变器104还包括接地故障检测电路112。接地故障检测电路112包括电容器Cm和Cs、开关SI和S2以及AC电压监测器114。电容器Cm和Cs串联联接形成分压器。电容器Cm的第一端子联接至DC-DC级的负输入(虽然在其他实施方式中，其也可以联接至DC-DC级的正输入)，电容器Cm的第二端子联接至电容器Cs的第一端子，并且AC电压监测器114联接在电容器Cm的两端。电容器Cs的第二端子联接至开关SI和S2。在一些实施方式中，除了用于接地故障检测之外，电容器Cs和Cm可以为逆变器104提供电磁干扰(EMI)保护；附加的EMI保护电容器可联接在CS和Cm的两端而不显著影响本文所述的发明。
[0018]开关SI和S2分别为双向开关(例如，背对背金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、继电器触点等)并分别联接在电容器Cs的第二端子和DC-AC级的正负输出之间。开关SI和S2以及AC电压监测器114还联接至控制器110。
[0019]根据本发明的一个或多个实施方式，接地故障检测电路112用于在无需在逆变器104处接地的情况下确定是否存在接地故障状况。因为不需要接地，故可以简化系统拓扑一例如，在逆变器104的布线内不需要接地线，可使用用于逆变器104的无接地壳体(例如，逆变器壳体可由塑料或其他不导电材料制成)，并且逆变器104无需接地。因此逆变器104是无接地逆变器并且在“双重绝缘”等级下被证明是安全的。
[0020]为了确定是否存在接地故障状况，电网侧电压被用于经由可能存在于逆变器104的DC侧上的任何潜在的接地故障引导电流通过电容器Cs和Cm回到地。然后可通过测量在如下所述的电容器Cm两端产生的AC电压来确定接地故障的阻抗。在逆变器104不产生电力期间，开关SI是闭合的(如由控制器110控制)以通过由电容器Cs和Cm形成的电容分压器将电网侧线LI联接至DC-DC级的负输入。选择Cs和Cm处的电容量以将电容器Cm两端所生成的电压缩放至适于供AC电压监测器114测量的值；通常该选择是这样的，即Cm两端的电压比Cs两端的电压低很多，例如，电容分压器可提供大约30比I的压降。为了在DC端口和AC端口之间提供需要的安全绝缘，电容器Cm和Cs中的一个或两个是适当安全评级的电容器。在一些实施方式中，Cs为具有最大限度为4.7毫微法拉(nF)的电容值的安全评级电容器，诸如Y1、Y2或Y3安全评级，并且Cm具有150nF的电容(例如，对于33:1的分压器)。
[0021]AC电压监测器114对电容器Cm两端的电压进行采样并将这些样本(即，表示被采样电压的信号)提供给控制器110。在一些实施方式中，AC电压监测器114可包括模数(A/D)转换器以提供数字形式的样本。基于接收到的电压样本，当线LI通过Cm/Cs联接至DC负输入时，控制器110确定电容器Cm两端的电压的矢量值VI。控制器110可使用多个电压样本来确定Vi，例如，控制器110可计算多个电压样本的平均值，从而确定Vl。
[0022]然后开关SI被打开并且开关S2被闭合(如由控制器110控制)以通