逆变器防雷保护方法、电路和装置及逆变器并网系统与流程

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种逆变器防雷保护方法、电路和装置及逆变器并网系统。

背景技术：

图1中虚线框内所示为现有技术中单相逆变器的交流防雷拓扑，包括压敏电阻mov2和mov3以及气体放电管gas；当由于雷击产生较高电压时，电网相线l对地的雷击电流将会经由压敏电阻mov2和气体放电管gas到地，电网零线n对地的雷击电流将会经由压敏电阻mov3和气体放电管gas到地，进而实现对于该单相逆变器的交流防雷效果。

由于该单相逆变器emc(electromagneticcompatibility，电磁兼容性)滤波电路中，连接在电网相线l和电网零线n之间的压敏电阻mov1，容易出现老化漏电流引起失效起火的问题，因此，若能去掉该压敏电阻mov1，则能提高系统可靠性。

然而，去掉该压敏电阻mov1后，在该单相逆变器接地电阻比较大(接地不良)的情况下，即r2<<r1时,若电网相线l对地有雷击电流，则该雷击电流的流经路径将为：l→mov2→mov3→n→r2→pe；此时emc滤波电路中的x电容c1需要承受比较大的残压(雷击电流经过压敏电阻后，在压敏电阻上产生的电压)，即压敏电阻mov2和mov3的串联残压；一般的x电容将会因不能承受这么大的残压而爆裂，因此，若去掉压敏电阻mov1则意味着需要增加x电容的性能，这样无疑增加逆变器成本。

技术实现要素：

本发明提供一种逆变器防雷保护方法、电路和装置及逆变器并网系统，以解决现有技术中去掉电网相线l和电网零线n之间的压敏电阻，会带来x电容性能增加的需要，进而导致逆变器成本增加的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种逆变器防雷保护方法，应用于逆变器防雷保护电路，所述逆变器防雷保护电路包括：连接于电网相线和电网零线之间的第一电涌保护器和第二电涌保护器，且所述第一电涌保护器为限压型电涌保护器件，所述第二电涌保护器为开关型电涌保护器件；所述逆变器防雷保护方法包括：

在逆变器接地电阻大于第一预设值的情况下，若所述第一电涌保护器和所述第二电涌保护器两端的电压大于两者的导通电压之和，则所述第一电涌保护器和所述第二电涌保护器导通；

电网相线的对地电流，经过所述第一电涌保护器和所述第二电涌保护器之后，由电网零线流入大地。

优选的，所述逆变器防雷保护电路还包括第三电涌保护器；所述逆变器防雷保护方法还包括：

在所述逆变器接地电阻小于第二预设值的情况下，若所述第一电涌保护器和所述第三电涌保护器两端的电压大于两者的导通电压之和，则所述第一电涌保护器和所述第三电涌保护器导通；若所述第二电涌保护器和所述第三电涌保护器两端的电压大于两者的导通电压之和，则所述第二电涌保护器和所述第三电涌保护器导通；所述第二预设值小于所述第一预设值；

电网相线的对地电流，经过所述第一电涌保护器和所述第三电涌保护器之后，由所述逆变器接地电阻流入大地；电网零线的对地电流，经过所述第二电涌保护器和所述第三电涌保护器之后，由所述逆变器接地电阻流入大地。

一种逆变器防雷保护电路，包括：第一电涌保护器、第二电涌保护器以及第三电涌保护器；其中：

所述第一电涌保护器的一端与电网相线相连；

所述第二电涌保护器的一端与电网零线相连；

所述第一电涌保护器的另一端和所述第二电涌保护器的另一端，均与所述第三电涌保护器的一端相连；

所述第三电涌保护器的另一端通过电阻接地；

所述第一电涌保护器为限压型电涌保护器件，所述第二电涌保护器为开关型电涌保护器件。

可选的，所述第一电涌保护器的个数与电网相线的个数相同。

可选的，所述第一电涌保护器为压敏电阻；所述第二电涌保护器为气体放电管。

可选的，所述第三电涌保护器为限压型电涌保护器件，或者，开关型电涌保护器件。

可选的，所述第三电涌保护器为压敏电阻，或者，气体放电管。

一种逆变器防雷保护装置，包括：电磁兼容性emc滤波电路和如上述任一所述的逆变器防雷保护电路。

可选的，所述emc滤波电路包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一熔断器、第二熔断器以及共模电感；其中：

所述第一电容连接于电网相线与电网零线之间；

所述第二电容连接于电网相线与地之间；

所述第三电容连接于电网零线与地之间；

所述第一熔断器设置于电网相线上；且所述第一熔断器的一端与所述第一电容和所述第二电容相连，另一端与所述共模电感的第一绕组的一端相连；

所述第二熔断器设置于电网零线上；且所述第二熔断器的一端与所述第一电容和所述第三电容相连，另一端与所述共模电感的第二绕组的一端相连；

所述第一绕组的另一端通过所述第四电容接地；

所述第二绕组的另一端通过所述第五电容接地。

一种逆变器并网系统，包括如上述所述的逆变器防雷保护装置。

本发明提供的逆变器防雷保护方法，其逆变器防雷保护电路中连接于电网相线和电网零线之间的器件有第一电涌保护器和第二电涌保护器；在去掉emc滤波电路中压敏电阻的情况下，若由于雷击产生较高电压且出现逆变器接地不良的情况，则电网相线对地电流的流经路径中，因第一电涌保护器为限压型电涌保护器件、存在导通压降，而第二电涌保护器为开关型电涌保护器件、导通压降趋近于零，所以，emc滤波电路中x电容需要承受的残压仅为一个限压型电涌保护器件的导通压降，无需增加性能，进而避免了现有技术中由于需要增加x电容的性能而导致的逆变器成本增加的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述内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是现有技术提供的逆变器防雷保护电路的电路图；

图2是本发明实施例提供的逆变器防雷保护电路的结构示意图；

图3a是本发明实施例提供的逆变器防雷保护方法的流程图；

图3b是本发明实施例提供的逆变器防雷保护方法的另一流程图；

图4a是本发明实施例提供的应用于单相逆变器的逆变器防雷保护电路的一个电路示例图；

图4b是本发明实施例提供的应用于三相逆变器的逆变器防雷保护电路的一个电路示例图；

图5a是本发明实施例提供的应用于单相逆变器的逆变器防雷保护电路的另一电路示例图；

图5b是本发明实施例提供的应用于三相逆变器的逆变器防雷保护电路的另一电路示例图；

图6是本发明实施例提供的逆变器防雷保护装置的电路图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了解决现有技术中去掉电网相线l和电网零线n之间的压敏电阻，会带来x电容性能增加的需要，进而导致逆变器成本增加的问题，本发明提供一种逆变器防雷保护方法，该逆变器防雷保护方法应用于逆变器防雷保护电路；该逆变器防雷保护电路如图2所示，包括：连接于电网相线和电网零线之间的第一电涌保护器101和第二电涌保护器102，且第一电涌保护器101为限压型电涌保护器件，第二电涌保护器102为开关型电涌保护器件。

请参见图3a，该逆变器防雷保护方法包括：

s101、在逆变器接地电阻大于第一预设值的情况下，若第一电涌保护器和第二电涌保护器两端的电压大于两者的导通电压之和，则第一电涌保护器和第二电涌保护器导通；

在逆变器出现接地不良等情况，导致逆变器接地电阻(如图2中的电阻r1)大于第一预设值，该第一预设值可以取一个远大于电阻r2阻值的值，此时r2<<r1，电网相线l和电网零线n之间很可能会产生压差；原本这个压差将会导致emc滤波电路中位于电网相线l和电网零线n之间的压敏电阻导通，进而经由电网零线实现对于雷击能量的泄放。然而在电网相线l和电网零线n之间的压敏电阻被去掉之后，这个压差也即第一电涌保护器和第二电涌保护器两端的电压，将会超过两者的导通电压之和，进而使两者导通，产生电流。

s102、电网相线的对地电流，经过第一电涌保护器和第二电涌保护器之后，由电网零线流入大地。

图2中，若第一电涌保护器101和第二电涌保护器102导通，则电网相线l对地电流的流经路径将为：l→101→102→n→r2→pe；此时emc滤波电路中的x电容c1需要承受的残压，为第一电涌保护器101和第二电涌保护器102的导通压降的和。

由于第一电涌保护器101为限压型电涌保护器件、存在导通压降，而第二电涌保护器102为开关型电涌保护器件、导通压降趋近于零，所以x电容c1需要承受的残压仅为一个限压型电涌保护器件的导通压降，无需增加性能，进而避免了现有技术中由于需要增加x电容的性能而导致的逆变器成本增加的问题。

优选的，如图2所示，该逆变器防雷保护电路还包括第三电涌保护器103；该逆变器防雷保护方法如图3b所示，在图3a的基础之上还包括：

s103、在逆变器接地电阻小于第二预设值的情况下，若第一电涌保护器和第三电涌保护器两端的电压大于两者的导通电压之和，则第一电涌保护器和第三电涌保护器导通；若第二电涌保护器和第三电涌保护器两端的电压大于两者的导通电压之和，则第二电涌保护器和第三电涌保护器导通；第二预设值小于第一预设值；

s104、电网相线的对地电流，经过第一电涌保护器和第三电涌保护器之后，由逆变器接地电阻流入大地；电网零线的对地电流，经过第二电涌保护器和第三电涌保护器之后，由逆变器接地电阻流入大地。

逆变器接地电阻小于第二预设值，该第二预设值可以取一个远小于电阻r2阻值的值，此时r1<<r2，若由于雷击产生较高电压，则电网相线l的对地电流将会通过第一电涌保护器101和第三电涌保护器103到大地，电网零线n的对地电流将会通过第二电涌保护器102和第三电涌保护器103到大地。

对于该第一预设值和第二预设值的设定，主要是为了表征图2中电阻r1和r2的阻值大小关系，因此两者的具体选值可以视其应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了一种逆变器防雷保护电路，请参见图2，以单相逆变器为例进行说明，该逆变器防雷保护电路包括：第一电涌保护器101、第二电涌保护器102以及第三电涌保护器103；其中：

第一电涌保护器101的一端与电网相线l相连；

第二电涌保护器102的一端与电网零线n相连；

第一电涌保护器101的另一端和第二电涌保护器102的另一端，均与第三电涌保护器103的一端相连；

第三电涌保护器103的另一端通过电阻r1接地pe；

电网零线n还通过电阻r2接地pe。

第一电涌保护器101为限压型电涌保护器件，第二电涌保护器102为开关型电涌保护器件。而第三电涌保护器103可以选择采用限压型电涌保护器件，或者，也可以采用开关型电涌保护器件，此处不做具体限定。

如图2所示，以单相逆变器为例进行说明，具体的工作原理为：

当由于雷击产生较高电压时，电网相线l的对地电流将会通过第一电涌保护器101和第三电涌保护器103到大地，电网零线n的对地电流将会通过第二电涌保护器102和第三电涌保护器103到大地。

去掉emc滤波电路中压敏电阻后，在该单相逆变器接地电阻比较大，比如接地不良的情况下，即r2<<r1时,若电网相线l对地有雷击电流，则该雷击电流的流经路径将为：l→101→102→n→r2→pe；此时emc滤波电路中的x电容c1需要承受的残压，为第一电涌保护器101和第二电涌保护器102的导通压降的和。由于第一电涌保护器101为限压型电涌保护器件、存在导通压降，而第二电涌保护器102为开关型电涌保护器件、导通压降趋近于零，所以x电容c1需要承受的残压仅为一个限压型电涌保护器件的导通压降，无需增加性能，进而避免了现有技术中由于需要增加x电容的性能而导致的逆变器成本增加的问题。

本实施例提供的该逆变器防雷保护电路，其电网相线l与电网零线n之间的连接器件是第一电涌保护器101和第二电涌保护器102，通过将第一电涌保护器101选择是限压型电涌保护器件，并将第二电涌保护器102选择是开关型电涌保护器件，来降低电网相线l与电网零线n之间的残压，进而降低后级电路中并联在电网相线l与电网零线n之间器件的耐压等级。也即，在逆变器接地电阻比较大(比如接地不良)的情况下，既可通过第一电涌保护器101和第二电涌保护器102以及电阻r2接地，进而去掉设置于电网相线l和电网零线n之间的、emc滤波电路中的压敏电阻，同时，又因雷击电流回路只有一个器件形成残压，对后级器件要求低，而无需增加x电容的性能，提高了可靠性并且间接降低了系统构成成本。

在上一实施例及图2的基础之上，本发明另一实施例还提供了几种具体的实现形式，如图4a至图5b所示。

由于第一电涌保护器101为限压型电涌保护器件，第二电涌保护器102为开关型电涌保护器件，而第三电涌保护器103可以选择采用限压型电涌保护器件，或者，也可以采用开关型电涌保护器件；在实际应用中，对于各个电涌保护器的选型，存在多种可选方式，比如：

可选的，第一电涌保护器101为压敏电阻，如图4a至图5b所示的mov1。

可选的，第二电涌保护器102为气体放电管，如图4a和图4b所示的gas以及图5a和图5b所示的gas1。

可选的，第三电涌保护器103为压敏电阻，如图4a和图4b所示的mov2；或者，该第三电涌保护器103也可以为气体放电管，如图5a和图5b所示的gas2。

而且，实际应用中，对于限压型电涌保护器件，并不仅限于压敏电阻，也可以采用抑制二极管等；对于开关型电涌保护器件，也并不仅限于气体放电管，还可以采用放电间隙、硅可控整流器或三端双向可控硅元件等；可视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

另外，还值得说明的是，第一电涌保护器101的个数与电网相线的个数相同。

如图2、图4a和图5a所示，应用于单相逆变器的逆变器防雷保护电路，其第一电涌保护器101的个数与电网相线l的个数均为1；如图4b和图5b所示，应用于三相逆变器的逆变器防雷保护电路，其第一电涌保护器101的个数与电网相线(l1、l2、l3)的个数均为3。

以图4a所示拓扑为例进行说明：

电网相线l通过压敏电阻mov1和气体放电管gas到电网零线n。在逆变器接地电阻比较大(比如接地不良)的情况下，即r2<<r1时,若电网相线l对地有雷击电流，且由于电阻r1比较大，则该雷击电流将从电网相线l经过压敏电阻mov1、气体放电管gas、电网零线n以及电阻r2到地pe，此时由于气体放电管gas导通后的压降几乎为0，所以电网相线l和电网零线n之间的残压为压敏电阻mov1这一个器件的残压，进而大大降低电网相线l和电网零线n之间由于emc而导致x电容的选型升级以及成本增加。

图4a中，电网相线l通过压敏电阻mov1和mov2到大地pe。在逆变器接地良好的情况下，即r1<<r2时，当电网相线l对地有雷击电流时，该雷击电流从电网相线l经过压敏电阻mov1和mov2以及电阻r1到大地；此时，电网相线l对地的残压为mov1和mov2两个压敏产生的导通压降；不过，由于电网相线l对地中间增加的emc措施一般都为y电容(如图6所示的c2)，相对于x电容而言，y电容能承受很大脉冲电压，故一般不需要增加y电容的性能，即使需要增加，也很容易实现，不会增加太多成本。并且，由于电网相线l对地之间设置有两个压敏电阻，当其中一个压敏电阻产生因为老化失效时，也不至于持续起火，起到双冗余作用。

图4a中，电网零线n通过气体放电管gas和压敏电阻mov2以及电阻r1到大地pe。当逆变器接地良好的情况下，即r1<<r2时，相当于电网零线n远端接地，若电网零线n就近逆变器对地有雷击电流，其由于电阻r2比较大，则该雷击电流将从电网零线n经过气体放电管gas、压敏电阻mov2以及电阻r1到地pe，也能实现保护。

以图4b所示拓扑为例进行说明：

其电网相线l1通过压敏电阻mov1和气体放电管gas到电网零线n。在逆变器接地电阻比较大的情况下，即r2<<r1时,若电网相线l1对地有雷击电流，其由于电阻r1比较大，则该雷击电流将从电网相线l1经过压敏电阻mov1、气体放电管gas、电网零线n以及电阻r2到地pe；此时由于气体放电管gas导通后的电压几乎为0，所以电网相线l和电网零线n之间的残压为mov1单个器件的残压，这样大大降低电网相线l和电网零线n之间由于emc而导致x电容的选型升级以及成本增加。

图4b中，电网相线l1通过压敏电阻mov1和mov2到大地pe。在逆变器接地良好的情况下，即r1<<r2时，若电网相线l1对地有雷击电流，则该雷击电流l经过压敏电阻mov1和mov2以及电阻r1到大地pe；此时，电网相线l1对地的残压为mov1和mov2两个压敏产生的导通压降；不过，由于电网相线l对地中间增加的emc措施一般都为y电容，相对于x电容而言，y电容能承受很大脉冲电压，故一般不需要增加y电容的性能，即使需要增加，也很容易实现，不会增加太多成本。并且，由于电网相线l1对地之间设置有两个压敏电阻，当其中一个压敏电阻因为老化失效时，也不至于持续起火，起到双冗余作用。

图4b中，电网零线n通过气体放电管gas和压敏电阻mov2以及电阻r1到大地pe。当逆变器接地良好的情况下，即r1<<r2时，相当于电网零线n远端接地，若电网零线n就近逆变器对地有雷击电流，其由于电阻r2比较大，则该雷击电流将从电网零线n经过气体放电管gas、压敏电阻mov2以及电阻r1到地pe，也能实现保护。

电网相线l2对地以及电网相线l3对地的雷击泄放原理，以及图5a和图5b中的雷击泄放原理，均与电网相线l1对地的上述雷击泄放原理相同，此处不再一一赘述。

其余结构及原理与上述实施例相同，此处不再赘述。

本发明另一实施例还提供了一种逆变器防雷保护装置，如图6所示，包括：emc滤波电路200和如上述任一实施例所述的逆变器防雷保护电路100。

可选的，该emc滤波电路100包括：第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第一熔断器f1、第二熔断器f2以及共模电感l1；其中：

第一电容c1连接于电网相线l与电网零线n之间；

第二电容c2连接于电网相线l与地之间；

第三电容c3连接于电网零线n与地之间；

第一熔断器f1设置于电网相线l上；且第一熔断器f1的一端与第一电容c1和第二电容c2相连，另一端与共模电感l1的第一绕组的一端相连；

第二熔断器f2设置于电网零线n上；且第二熔断器f2的一端与第一电容c1和第三电容c3相连，另一端与共模电感l1的第二绕组的一端相连；

第一绕组的另一端通过第四电容c4接地；

第二绕组的另一端通过第五电容c5接地。

实际应用中，该第一熔断器f1和第二熔断器f2均可选用保险丝。

通过该逆变器防雷保护电路100，使得emc滤波电路200中可以去掉原本设置于电网相线l和电网零线n之间的压敏电阻，节约成本；该逆变器防雷保护电路100的具体工作原理如上述实施例所述，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种逆变器并网系统，包括如上述实施例所述的逆变器防雷保护装置。

该逆变器防雷保护装置设置于逆变器与电网之间，在该逆变器防雷保护装置的具体结构及工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。