适用于逆变器的对地故障检测电路、逆变器及其故障检测方法

文档序号:10551827阅读:909来源:国知局
适用于逆变器的对地故障检测电路、逆变器及其故障检测方法
【专利摘要】本发明提供了一种适用于逆变器的对地故障检测电路、逆变器及其故障检测方法。逆变器的输出端与交流电网的第一火线L1、第二火线L2连接,该对地故障检测电路包括:第一电容C1,连接在第一火线L1和逆变器的直流输入负端PV?之间;第二电容C2和第三电容Cg,第二电容C2和第三电容Cg串联,并且连接在第二火线L2和直流输入负端PV?之间;采样电压检测模块,用于检测第三电容Cg两端的电压;对地短路计算模块,接收采样电压检测模块的检测结果,并根据第一火线L1和第二火线L2之间的电压来判断逆变器的直流输入端是否对地短路。采用该对地故障检测电路则逆变器无需接地,就可以检测判断其输入端是否存在接地故障。
【专利说明】
适用于逆变器的对地故障检测电路、逆变器及其故障检测 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及起重机械技术领域,尤其涉及一种逆变器的对地故障检测电路及其方 法。
【背景技术】
[0002] 并网逆变器需要检测直流侧是否有对地故障,以便在发生该对地故障的时候停止 运行,实现安全保护。通常的对地故障检测需要有参考地,而该参考地通常需要逆变器具有 导电的壳体或者需要接地线连到电网的地,这样的电路安排会增加逆变器的成本。

【发明内容】

[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种逆变器的对地故障检测电路、逆变器及其 方法,该对地故障检测电路无需接地就可以检测判断是否存在接地故障,有效降低成本。
[0004] 为解决上述技术问题,本发明提供一种逆变器的对地故障检测电路,所述逆变器 的输出端与交流电网的第一火线L1、第二火线L2连接,所述对地故障检测电路包括:
[0005] 第一电容C1,连接在所述第一火线L1和所述逆变器的直流输入负端PV-之间;
[0006] 第二电容C2和第三电容Cg,所述第二电容C2和所述第三电容Cg串联,并且连接在 所述第二火线L2和所述直流输入负端PV-之间;
[0007] 采样电压检测模块,用于检测所述第三电容Cg两端的实际电压值vCg;
[0008] 对地短路计算模块,根据接收到的所述采样电压检测模块的检测结果,以及所述 第一火线L1和所述第二火线L2之间的电压来判断所述逆变器的直流输入端是否对地短路。
[0009] 在本发明的一实施例中,所述对地短路计算模块根据所述第一火线L1和第二火线 L2的电压以及所述第一电容、第二电容C2和第三电容Cg的电容值来计算所述第三电容两端 的理论电压值SV Cg_min;所述对地短路计算模块根据所述第一火线L1和第二火线L2的电压 以及第二电容C2和第三电容Cg的电容值来计算所述第三电容两端的故障电压值V Cg_max,假 设直流输入负端PV-发生对地故障;所述对地短路计算模块根据所述第三电容Cg两端的实 际电压值V Cg与理论电压值VCg_min以及故障电压值VCg_ max的比较来判断所述逆变器的直流输 入端是否对地短路。
[0010] 在本发明的一实施例中,所述第一电容C1、所述第二电容C2和第三电容Cg为安规 电容。
[0011] 在本发明的一实施例中,所述第一电容C1和所述第二电容C2为Y电容,所述第三电 容Cg为X电容。
[0012] 本发明还提供了一种逆变器,包括前述的对地故障检测电路。
[0013] 在本发明的一实施例中,所述逆变器包括交流电压检测模块,所述交流电压检测 模块检测所述第一火线L1和所述第二火线L2之间的电压,并将检测结果发送到所述对地短 路计算模块。
[0014] 在本发明的一实施例中,还包括控制器模块、直流直流转换模块、直流交流转换模 块,所述控制器模块连接所述直流直流转换模块、所述直流交流转换模块、所述对地短路计 算模块和所述交流电压检测模块,所述控制器模块根据所述对地短路计算模块的判断结果 来停止所述直流直流转换模块和/或所述直流交流转换模块工作。
[0015] 本发明还提供了一种适用于逆变器的对地故障检测方法,将所述逆变器的输出端 与交流电网的第一火线L1、第二火线L2连接,所述对地故障检测方法包括如下步骤:
[0016] 第一步,在所述第一火线L1和所述逆变器的直流输入负端PV-之间设置第一电容 C1;
[0017] 第二步,在所述第二火线L2和所述直流输入负端PV-之间设置第二电容C2和第三 电容Cg,所述第二电容C2和所述第三电容Cg串联;
[0018] 第三步,根据所述第一火线L1和第二火线L2的电压以及所述第一电容、第二电容 C2和第三电容Cg的电容值来计算所述第三电容两端的理论电压值为VCgjnin;
[0019] 第四步,假设直流输入负端PV-发生对地故障,根据所述第一火线L1和第二火线L2 的电压以及第二电容C2和第三电容Cg的电容值来计算所述第三电容两端的故障电压值 VCg_max;
[0020] 第五步,检测所述第三电容两端的实际电压值VCg
[0021] 第六步,将实际电压值VCg与理论电压值VCg_min以及故障电压值VCg_max比较来 判断所述逆变器的直流输入端是否对地短路。
[0022] 在本发明的一实施例中,在第六步中计算k= (VCg-VCg_min)/(VCg_max-VCg),根 据对地短路故障的标准要求的阻抗,计算出标准要求的k的阈值k0,将实际采样计算出的k 值与阈值k0比较,判断所述逆变器的直流输入端是否对地短路。
[0023] 在本发明的一实施例中,在第六步中计算k= (VCg-VCg_min)/(VCg_max-VCg),调 整所述交流电网的电压,并根据对地短路故障的标准要求的阻抗,计算出不同的k的阈值, 保存成k阈值表,将实际采样计算出的k与所述k阈值表比较,判断所述逆变器的直流输入端 是否对地短路。
[0024] 本发明提供的一种逆变器的对地故障检测电路、逆变器及其方法,使得逆变器无 需具有导电的壳体,也无需接地线连到电网的地,但仍能准确检测逆变器的对地故障,实现 设备的安全保护,且能有效降低逆变器的制造成本。
【附图说明】
[0025] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本发明的具 体实施方式作详细说明,其中:
[0026] 图1示出本发明一实施例的包含对地故障检测电路的电路图一。
[0027] 图2示出本发明一实施例的包含对地故障检测电路的电路图二。
[0028]图3示出本发明一实施例的包含对地故障检测电路的电路图三。
【具体实施方式】
[0029]图1示出本发明一实施例的包含对地故障检测电路的电路图一。图2示出本发明一 实施例的包含对地故障检测电路的电路图二。图3示出本发明一实施例的包含对地故障检 测电路的电路图三。如图所示,电力系统包括直流电源101,逆变器103,交流电网105。交流 电网105包括第一火线L1,第二火线L2,交流电网105的远端零线N和地线连接。
[0030] 其中,直流电源101接入逆变器的直流输入正端PV+和直流输入负端PV-。直流电源 101可以是光伏组件、风能设备、电池或其它不同类型直流电源中的一种。
[0031 ]逆变器103包括了直流直流转换模块104,直流交流转换模块106,对地故障检测电 路108,控制器模块110,交流电压检测模块112。直流直流转换模块104连接逆变器的输入端 PV+和PV-,直流直流转换模块104的输出端与直流交流转换模块106的输入端连接,直流交 流转换模块106的输出端连接第一火线L1和第二火线L2。交流电压检测模块112能够获得第 一火线L1和第二火线L2之间的电压Vu-V L2。逆变器103的输出端与交流电网105的第一火线 L1、第二火线L2连接。控制器模块110连接直流直流转换模块104、直流交流转换模块106、对 地故障检测电路108和交流电压检测模块112。
[0032] 对地故障检测电路108包括:
[0033] 第一电容C1,连接在第一火线L1和逆变器103的直流输入负端PV-之间;
[0034]第二电容C2和第三电容Cg,第二电容C2和第三电容Cg串联,并且连接在第二火线 L2和直流输入负端PV-之间;
[0035]采样电压检测模块114,用于检测第三电容Cg两端的电压;
[0036]对地短路计算模块116,根据所接收到的采样电压检测模块114的检测结果以及第 一火线L1和第二火线L2之间的电压Vu_Vl2,来判断逆变器103的直流输入端是否对地短路。 如图所示,对地短路计算模块116与交流电压检测模块112连接,对地短路计算模块116可以 从交流电压检测模块112获得第一火线L1和第二火线L2之间的电压Vu_Vl 2。
[0037] 较佳地,第一电容Cl、第二电容C2和第三电容Cg为安规电容。更佳地,第一电容Cl 和第二电容C2为Y电容,第三电容Cg为X电容。
[0038]参考图2,在逆变器103的直流输入端没有对地故障的时候,参考图中的粗实线部 分,电流由第一火线L1依次通过第一电容C1、第二电容C2和第三电容Cg流向第二火线L2,可 以理解的,第三电容Cg上的电压为电压V L1-VL2在3个串联电容中的第三电容Cg的分压。对于 直流输入负端PV-和第二火线L2之间的电压由这3个电容的容值决定。第三电容Cg的理论电 压值VCg-min为:
[0040]参考图3,当PV-发生对地故障的时候,假设是完全短路,阻抗为0,那么直流输入负 端PV-接地,和L2之间的电压是Vl2-Vn,也就是Vu_Vl2的1/2。此时第三电容Cg的故障电压值 VCg-max 为:
[0042] 通过对第一电容Cl、第二电容C2和第三电容Cg的电容值的选择,可以使没有对地 短路和有对地短路时直流输入负端PV-和第二火线L2之间的电压有差别,从而第三电容Cg 上的理论电压值VCg_min和故障电压值VCg_max有差别。
[0043] 例如,对于 Vli_Vl2 = 240V,Cl = InF,C2 = 4 ? 7nF,C3 = 150nF 的情况,在没有对地故 障的时候,第三电容Cg上的理论电压值VCg_min为1.3V。在有对地故障的时候,第三电容Cg上 的故障电压值Vcg_mX为3.65V。
[0044] 交流电压检测模块114检测第三电容Cg上的实际电压VCg,并将检测结果发送给对 地短路计算模块116,经过对地短路计算模块116计算,与前述数据比较从而判断逆变器103 的输入端是否存在对地短路故障。
[0045] 进一步的,控制器模块110根据对地短路计算模块116的判断结果来停止直流直流 转换模块104和/或直流交流转换模块106的工作,从而保护设备的安全。
[0046] 本发明还提供了一种适用于逆变器的对地故障检测方法。参考附图,将逆变器103 的输出端与交流电网106的第一火线L1、第二火线L2连接,对地故障检测方法包括如下步 骤:
[0047] 第一步,在第一火线L1和逆变器103的直流输入负端PV-之间设置第一电容C1;
[0048] 第二步,在第二火线L2和直流输入负端PV-之间设置第二电容C2和第三电容Cg,第 二电容C2和第三电容Cg串联;
[0049]第三步,根据第一火线L1和第二火线L2的电压以及第一电容、第二电容C2和第三 电容Cg的电容值来计算第三电容两端的理论电压值VCg_min;
[0050]第四步,假设直流输入负端PV-发生对地故障,根据第一火线L1和第二火线L2的电 压以及第二电容C2和第三电容Cg的电容值来计算第三电容两端的故障电压VCg_max;
[00511 第五步,检测第三电容两端的实际电压值Vcg
[0052] 第六步,将VeAVeg_min以及Veg_ max比较来判断直流输入端是否对地短路。
[0053] 进一步的,在第六步中计算k= (Vcg-V(;g_min)/(V(;g_max-V(;g),根据对地短路故障的标 准要求的阻抗,计算出标准要求的k阈值kO,将实际采样计算出的k值与k阈值kO进行比较, 当k值大于该阈值k0的时候,则判断直流输入端发生了对地短路故障。
[0054] 另一方面,可以是事先根据电路中的电容,电网电压,以及标准要求的阻抗计算出 前述k阈值,然后把该k阈值设定为判断对地故障程序中的参考值,实际运行时,该对地故障 程序将实际采样计算出的k值与这个参考值比较,判断是否发生了故障。
[0055] 另一方面,在前述的对地故障检测方法的第六步中计算k= (Vcg-Vcg_min)/(Vcg_max-Vcg),调整交流电网105的电压,并根据对地短路故障的标准要求的阻抗,计算出不同的k阈 值,保存成k阈值表,将实际采样计算出的k值与k阈值表比较,判断直流输入端是否对地短 路。
[0056] 本发明提供的一种适用于逆变器的对地故障检测电路,使得逆变器无需具有导电 的壳体,也无需接地线连到电网的地,但仍能准确检测逆变器的对地故障,实现设备的安全 保护,降低制造成本。本发明还提供了应用该对地故障检测电路的逆变器及其故障检测方 法。
[0057] 虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述,但是本技术领域中的普通技术人员 应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,在没有脱离本发明精神的情况下还可作 出各种等效的变化或替换,因此,只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变 型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
【主权项】
1. 一种适用于逆变器的对地故障检测电路,所述逆变器的输出端与交流电网的第一火 线Ll、第二火线L2连接,所述对地故障检测电路包括: 第一电容Cl,连接在所述第一火线Ll和所述逆变器的直流输入负端PV-之间; 第二电容C2和第三电容Cg,所述第二电容C2和所述第三电容Cg串联,并且连接在所述 第二火线L2和所述直流输入负端PV-之间; 采样电压检测模块,用于检测所述第三电容Cg两端的实际电压值Vcg; 对地短路计算模块,根据接收到的所述采样电压检测模块的检测结果,以及所述第一 火线Ll和所述第二火线L2之间的电压来判断所述逆变器的直流输入端是否对地短路。2. 如权利要求1所述的对地故障检测电路,其特征在于,所述对地短路计算模块根据所 述第一火线Ll和第二火线L2的电压以及所述第一电容、第二电容C2和第三电容Cg的电容值 来计算所述第三电容两端的理论电压值为V Cg_min;所述对地短路计算模块根据所述第一火 线Ll和第二火线L2的电压以及第二电容C2和第三电容Cg的电容值来计算所述第三电容两 端的故障电压值V Cg_max,假设直流输入负端PV-发生对地故障;所述对地短路计算模块根据 所述第三电容Cg两端的实际电压值V cg与理论电压值VCg_min以及故障电压值VCg_ max的比较来 判断所述逆变器的直流输入端是否对地短路。3. 如权利要求1所述的对地故障检测电路,其特征在于,所述第一电容C1、所述第二电 容C2和第三电容Cg为安规电容。4. 如权利要求3所述的对地故障检测电路,其特征在于,所述第一电容Cl和所述第二电 容C2为Y电容,所述第三电容Cg为X电容。5. -种逆变器,包括权利要求1至4任一项所述的对地故障检测电路。6. 如权利要求5所述的逆变器,其特征在于,所述逆变器包括交流电压检测模块,所述 交流电压检测模块检测所述第一火线Ll和所述第二火线L2之间的电压,并将检测结果发送 到所述对地短路计算模块。7. 如权利要求6所述的逆变器,其特征在于,还包括控制器模块、直流直流转换模块、直 流交流转换模块,所述控制器模块连接所述直流直流转换模块、所述直流交流转换模块、所 述对地短路计算模块和所述交流电压检测模块,所述控制器模块根据所述对地短路计算模 块的判断结果来停止所述直流直流转换模块和/或所述直流交流转换模块工作。8. -种适用于逆变器的对地故障检测方法,将所述逆变器的输出端与交流电网的第一 火线LU第二火线L2连接,所述对地故障检测方法包括如下步骤: 第一步,在所述第一火线Ll和所述逆变器的直流输入负端PV-之间设置第一电容Cl; 第二步,在所述第二火线L2和所述直流输入负端PV-之间设置第二电容C2和第三电容 Cg,所述第二电容C2和所述第三电容Cg串联; 第三步,根据所述第一火线Ll和第二火线L2的电压以及所述第一电容、第二电容C2和 第三电容Cg的电容值来计算所述第三电容两端的理论电压值为VCg_min; 第四步,假设直流输入负端PV-发生对地故障,根据所述第一火线LI和第二火线L2的电 压以及第二电容C2和第三电容Cg的电容值来计算所述第三电容两端的故障电压值VCg_max; 第五步,检测所述第三电容两端的实际电压值Vcg 第六步,将实际电压值Vcg与理论电压值VCg_min以及故障电压值V Cg_max比较来判断所述逆 变器的直流输入端是否对地短路。9. 如权利要求8所述的对地故障检测方法,其特征在于,在第六步中计算k = (V c g -VCg__)/(VCg_max-VCg),根据对地短路故障的标准要求的阻抗,计算出标准要求的k的阈值kO, 将实际采样计算出的k值与阈值kO比较,判断所述逆变器的直流输入端是否对地短路。10. 如权利要求8所述的对地故障检测方法,其特征在于,在第六步中计算k= (Vcg-VCg_min)/(VCg_max-V Cg),调整所述交流电网的电压,并根据对地短路故障的标准要求的阻抗, 计算出不同的k的阈值,保存成k阈值表,将实际采样计算出的k与所述k阈值表比较,判断所 述逆变器的直流输入端是否对地短路。
【文档编号】G01R31/02GK105911408SQ201610221535
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】罗宇浩, 周懂明
【申请人】浙江昱能科技有限公司
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