光伏并网逆变器母线电容容值自动检测系统与方法
【专利摘要】本发明涉及光伏并网逆变器母线电容容值自动检测系统与方法，在夜间逆变器处于待机状态，直流母线电压降低，启动逆变器软启回路，向母线电容进行充电，使逆变器母线电容电压等于直流电压，充电完成后停止软启，此时控制辅助测试电阻回路工作，母线电容通过辅助测试电阻进行放电，则母线电容此时为零状态响应。通过放电时间段内进行母线电压积分除以母线电压压降和辅助测试电阻即可计算出电容容值，并根据计算出的容值与预先设置电容值下限比较，判断电容容值是否合格，如不合格，即进行故障告警，提示更换母线电容，防止由于母线电容性能下降或失效带来的进一步危害。
【专利说明】
光伏并网逆变器母线电容容值自动检测系统与方法
技术领域
[0001] 本发明设及光伏并网发电领域，特别是光伏并网逆变器母线电容容值自动检测系 统与方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能作为可再生能源之一，具有储量丰富、分布广泛、清洁无污染、绿色环保的 优点，是公认的替代能源。太阳能电池板发出的直流电经逆变器转化为与电网电压等幅、同 频、同相的交流电，输送到电网。
[0003] 光伏并网逆变器由开关器件单元、直流母线电容单元等关键部分组成，而直流母 线电容是光伏并网逆变器至关重要的一个单元，其作用为光伏并网逆变器在直流侧和交流 侧交换过程中，吸收和提供动态所需瞬时电流，维护直流母线的电压稳定，还可W吸收IGBT 关断尖峰电压等。光伏并网逆变器要求具备25年的使用寿命，但由于多种原因，直流母线电 容的性能将会降低，主要表现为电容容值降低，从而导致直流母线电压纹波增大，输出电流 THD增加，当直流母线电压纹波超过光伏并网逆变器耐受值时，还将导致IGBT炸毁，事故扩 大，很多情况，都是IGBT等其它元件损坏，才发现是直流母线电容容值降低的原因，因此直 流母线电容容值的自动检测就十分重要。
[0004] 目前光伏并网逆变器直流母线电容容值的检测方法，在实施时必然影响系统正常 运行。现有技术中还没有不影响系统运行的简单有效的检测方法，针对运种情况，本文提出 一种光伏并网逆变器母线电容容值自动检测方法，该方法简单、有效、稳定、可靠。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种光伏并网逆变器母线电容容值自动检测系统，W及利用 该系统的检测方法，用W解决现有技术检测影响系统正常运行的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明的方案包括：
[0007] 光伏并网逆变器母线电容容值自动检测系统，包括用于连接光伏设备（如光伏板 等)的直流端子，直流端子连接直流母线，直流母线通过变流器、软启动电路连接交流端子， 交流端子用于连接交流电网；直流母线上连接有母线电容和电压传感器;所述直流母线上 连接有辅助测试回路，辅助测试回路包括串联的辅助测试电阻和控制开关。
[000引本发明还提供了一种光伏并网逆变器母线电容容值自动检测方法，步骤如下：
[0009] 当检测夜晚来临、直流母线电压低于设定值时，断开光伏设备与直流母线的连接， 连接交流电网，对母线电容充电；
[0010] 充电完毕后，断开交流电网，投入辅助现聯回路，母线电容对辅助现聯回路放电；
[0011] 至少检测放电过程中的起止电压和放电时间，根据电量之差与电气量积分相等的 关系，计算出母线电容容值。
[0012] 进一步的，所述电量之差为电压差与母线电容的乘积，电量差与电气量积分相等 的关系3
母线电容容值的计算公式：
[0013]
;其中，Uc(tl)、Uc(t2)分别为起止电压，tl、t2为起止时刻， R41为辅助测试电阻，C为母线电容。
[0014] 进一步的，当计算出的母线电容容值与设定的母线电容容值相比，差距超过限值 时则进行告警，提示更换母线电容。
[0015] 本发明的有益效果是，该电容检测方法能够在每天夜间进行自动检测，能够及时 的掌握母线电容的性能指标，且不影响白天的正常发电并网，因此该方法不影响系统运行， 而且检测频率高，简单、有效，便于在实际工程中实现和推广。
[0016] 另外通过逆变器自身的电压霍尔即可检测到精确的母线电压值，不需要增加额外 的检测装置，然后再经过电压积分计算即可得到电容的容值。相对于利用电流积分进行计 算，不仅减少了检测变量，而且可W避免由于电流较小，检测不准确带来的检测误差从而降 低了计算误差。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例的一种光伏并网逆变器母线电容容值自动检测系统；
[0018] 图2是本发明实施例的一种光伏并网逆变器母线电容容值自动检测方法。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0020] 如图1所示，光伏并网逆变器母线电容容值自动检测系统，包括用于连接光伏设备 (如光伏板等）的直流端子，直流端子连接直流母线，直流母线通过变流器、软启动电路连接 交流端子。交流端子用于连接交流电网;直流母线上连接有母线电容。直流母线上还设有用 于检测母线电压的电压传感器。
[0021] 软启动电路包括主接触器和软启接触器、软启电阻，用于光伏并网并且降低启动 电流的冲击。变流器采用桥式变流器，即图中功率桥。
[0022] 上述电路部分均属于现有技术的光伏并网部分。本发明在结构部分的改进在于， 在直流母线上还连接有辅助测试回路，辅助测试回路包括串联的辅助测试电阻与相应的控 制开关。本实施例中，电压传感器为霍尔电压传感器。作为其他实施方式，也可W采用其他 类型的电压传感器。
[0023] 本发明进行母线电容容值测试的原理是：
[0024] 在每天晚上随着太阳光线的逐渐变弱，电池板端口电压也逐渐降低，逆变器停止 工作，待直流侧电压降低到0VW后，逆变器启动交流软启回路(软启接触器和软启电阻)对 直流母线电容进行充电，待充电完毕停止软启回路，然后启动辅助测试回路进行放电，利用 直流放电过程对母线电容的容量进行检测。电容检测主要利用其中的交流电网、软启回路、 功率桥、辅助测试回路、母线电容和霍尔电压传感器，其中交流电网提供电源，软启回路和 功率桥构成整流回路，向母线电容进行充电，辅助测试回路为母线电容放电，电压霍尔传感 器进行母线电压检测。然后逆变器利用自身控制器进行电容计算。
[0025] 根据电容的性质，有下述表达式：
[0026]
(1)
[0027] R41为辅助测试电阻。
[002引对（1)式两巧巧A可得：
[0029]
12)
[0030] BF
人而可得到电容容值，即容量的计算公式：
[00 川
（3)
[0032] 从公式(3)可看出，知道tl~t2时刻母线电容C两端的电压变化Δυ和母线电容两 端的电压uc(t)即可根据公式(3)计算出电容容量值。
[0033] 具体测试过程如图2所示：
[0034] 当检测到夜晚逆变器停机W后，直流电压小于20V(即某一个接近0V的设定值，本 领域技术人员可W根据实际情况进行选择)时，启动软启回路对电容进行充电。
[0035] 待充电完毕后(充电到设定一个电压值即可停止)停止软启回路，同时启动辅助测 试电阻(通过闭合与辅助测试电阻串联的控制开关来启动辅助测试回路），在母线电压从化 (tl)至化(t2)的过程中对直流母线电压进行积分，当检测到母线电压小于化(t3)时将辅助 测试回路切除（通过断开控制开关实现切除），其中Uc(t3)<Uc(t2)<Uc(tl)，然后利用公式 (3)对母线电容容值进行计算，将计算的结果与设定的电容容值进行比较，当计算的母线电 容容值与设定的电容容值相比(通过相除或者相减），差距过大时就提示对母线电容问题严 重，需要进行更换的信息。
[0036] 上述实施例中，进行母线电容检测的时段是夜晚来临之后，运样就不会影响光伏 正常工作。因此，就需要判断夜晚来临；可W通过计时的方式实现对夜晚的判断，比如控制 器自动计时忍片或者由主控系统活动计时信息;准确判断夜晚来临能够避免白天乌云遮挡 导致停机情况也进行母线电容检测。作为其他实施方式，还可W与停机的信息相结合判断 夜晚来临。
[0037] 根据需要的频率，可W选择每天夜晚进行检测，或者若干天检测一次。
[0038] 上述实施例中，采用检测母线电压，利用电量差（即电压差与电容之积)与电压积 分相等的关系检测容值。作为其他实施方式，也可W通过在辅助测试回路中串入电流传感 器(如电流互感器)来检测放电电流，通过放电电流的积分与电量差相等的关系来检测容 值，具体计算的公式即将式(3)中电压积分改为电流积分(去掉分母上的电阻）即可，故不再 寶述。但是由于霍尔电压传感器属于直流母线上本身就具有的设备，因此，采用电压积分进 行计算不需要引入额外的设备，相对于电流积分的方案，成本更低。
[0039] 上述实施例，图1中直流端子为光伏设备的输出端，因此在投入辅助测试回路充电 和放电时，需要断开光伏设备与图1中直流端子的连接，避免光伏设备参与对母线电容的充 电和对辅助测试电阻的放电。
[0040] W上给出了本发明设及的【具体实施方式】，但本发明不局限于所描述的实施方式。 在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技 术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现 的发明目的也基本相同，运样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，运种技术 方案仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 光伏并网逆变器母线电容容值自动检测系统，包括用于连接光伏设备的直流端子， 直流端子连接直流母线，直流母线通过变流器、软启动电路连接交流端子，交流端子用于连 接交流电网；直流母线上连接有母线电容和电压传感器;其特征在于，所述直流母线上连接 有辅助测试回路，辅助测试回路包括串联的辅助测试电阻和控制开关。2. 如权利要求1所述检测系统的检测方法，其特征在于，步骤如下： 当检测夜晚来临、直流母线电压低于设定值时，断开光伏设备与直流母线的连接，连接 交流电网，对母线电容充电； 充电完毕后，断开交流电网，投入辅助测试回路，母线电容对辅助测试回路放电； 至少检测放电过程中的起止电压和放电时间，根据电量之差与电气量积分相等的关 系，计算出母线电容容值。3. 根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，电量之差与电气量积分相等的关系为，母线电容容值的计算公式：;其中，Uc(tl)、Uc(t2)分别为起止电压，tl、t2为起止时刻，1? 41为 辅助测试电阻，C为母线电容。4. 根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，当计算出的母线电容容值与设定的母 线电容容值相比，差距超过限值时则进行告警，提示更换母线电容。
【文档编号】H02M7/5387GK106058930SQ201610528533
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】许恩泽, 芦开平, 梁燕, 李建伟, 刘重洋, 冯勇亮
【申请人】许继集团有限公司, 许继电气股份有限公司, 国网天津市电力公司, 国家电网公司