CN103986192A - 一种非隔离型光伏并网逆变器和光伏并网发电*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种非隔离型光伏并网逆变器，包括：逆变单元；位于所述逆变单元的交流侧的漏电流传感器；连接所述逆变单元和所述漏电流传感器的控制单元；一端接所述非隔离型光伏并网逆变器的直流侧、另一端通过导线穿过所述漏电流传感器后接地的无源器件，该无源器件包括等效电阻；以及与所述无源器件相串联的可控开关，所述可控开关的控制信号输入端连接所述控制单元，以保证非隔离型光伏并网逆变器在交流侧接隔离变压器的情况下仍具备漏电流故障处理能力。此外，本发明还公开了一种隔离型光伏并网发电***。

Description

一种非隔离型光伏并网逆变器和光伏并网发电***

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种非隔离型光伏并网逆变器和一种光伏并网发电***。

背景技术

参见图1a，非隔离型光伏并网逆变器是光伏发电***的能量转换装置，用于将光伏组件PV产生的直流电转换成交流电后送入电网。该逆变器的组成部件至少包括逆变单元10、控制单元20和漏电流传感器30；当逆变单元10的直流侧对地短路或阻抗较小时，直流侧与大地之间会产生很大的漏电流，并流到逆变单元10的交流侧，而控制单元20的作用就在于当检测到漏电流传感器30所测得的漏电流的大小超出预设值时，控制逆变器进行故障处理(包括控制逆变单元10内的开关管断开)。

但是，当所述非隔离型光伏并网逆变器的交流侧接隔离变压器40时(参见图1b)，则漏电流不会流到交流侧，那么位于交流侧的漏电流传感器30也就无法测量到漏电流的大小，致使所述非隔离型光伏并网逆变器失去漏电流故障处理能力，极易发生电击危险。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种非隔离型光伏并网逆变器和一种隔离型光伏并网发电***，以保证非隔离型光伏并网逆变器在交流侧接隔离变压器的情况下仍具备漏电流故障处理能力。

一种非隔离型光伏并网逆变器，包括逆变单元、位于所述逆变单元的交流侧的漏电流传感器，以及连接所述逆变单元和所述漏电流传感器的控制单元，此外还包括：一端接所述非隔离型光伏并网逆变器的直流侧、另一端通过导线穿过所述漏电流传感器后接地的无源器件，该无源器件包括等效电阻；以及与所述无源器件相串联的可控开关，所述可控开关的控制信号输入端连接所述控制单元。

其中，所述可控开关包括：晶体可控开关管、隔离可控开关或继电器。

可选地，所述非隔离型光伏并网逆变器还包括：与所述无源器件相串联的二极管。

其中，当所述非隔离型光伏并网逆变器为要求负极对地没有高强度负电压的逆变器时，所述二极管的阳极接所述漏电流传感器、阴极经过所述无源器件接入所述非隔离型光伏并网逆变器的负极。

其中，当所述非隔离型光伏并网逆变器为要求正极对地没有高强度正电压的逆变器时，所述二极管的阴极接所述漏电流传感器、阳极经过所述无源器件接入所述非隔离型光伏并网逆变器的正极。

其中，所述非隔离型光伏并网逆变器的直流侧包括：所述逆变单元的直流侧或直流母线。

一种隔离型光伏并网发电***，包括：光伏组件、上述任一种非隔离型光伏并网逆变器，以及连接电网和各个所述非隔离型光伏并网逆变器的隔离变压器。

从上述的技术方案可以看出，本发明通过在现有的非隔离型光伏并网逆变器中引入无源器件和可控开关，所述无源器件一端接该逆变器的直流侧、一端通过导线穿过漏电流传感器后接地，所述可控开关接控制单元，并与所述无源器件串联；从而，当所述逆变器接入隔离变压器时，仅需令所述可控开关开通，即可将逆变器直流侧产生的漏电流直接导入到所述漏电流传感器中进行检测，从而使得所述控制单元能够根据漏电流传感器的检测结果控制逆变器进行漏电流故障处理，避免发生电击危险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中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1a为现有技术公开的一种光伏并网发电***结构示意图；

图1b为现有技术公开的又一种光伏并网发电***结构示意图；

图2为本发明实施例一公开的一种非隔离型光伏并网逆变器结构示意图；

图3a-3b为本发明实施例二公开的一种非隔离型光伏并网逆变器结构示意图；

图4为本发明实施例二公开的又一种非隔离型光伏并网逆变器结构示意图；

图5为本发明实施例三公开的一种隔离型光伏并网发电***结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

参见图2，本发明实施例一公开了一种非隔离型光伏并网逆变器，以保证非隔离型光伏并网逆变器在交流侧接隔离变压器的情况下仍具备漏电流故障处理能力，包括逆变单元10、控制单元20、漏电流传感器30、无源器件40和可控开关K，其中：

漏电流传感器30位于逆变单元10的交流侧；控制单元20分别连接逆变单元10和漏电流传感器30；

无源器件40的一端接所述非隔离型光伏并网逆变器的直流侧、另一端通过导线穿过漏电流传感器30后接地，该无源器件40包括等效电阻；

可控开关K与无源器件40相串联，可控开关K的控制信号输入端连接控制单元20(其连接关系未在图2示出)。

关于本实施例，其中有5点需要说明的是(以下简称非隔离型光伏并网逆变器的直流侧和交流侧分别为“A侧”和“B侧”，简称“A侧”的正、负极分别为PV⁺和PV^-)：

1)本实施例所述的无源器件40的阻值大小优选5KΩ～100KΩ，其电路结构可以是一个电阻，也可以是多个电阻的串并联组合等，并不局限。

2)导线穿过漏电流传感器30的方向和方式(如单圈穿行方式或多圈穿行方式)并不局限。

3)可控开关K可采用晶体可控开关管、隔离可控开关或继电器等。

4)所述非隔离型光伏并网逆变器的直流侧包括：逆变单元10的直流侧或直流母线，图2仅以无源器件40连接到逆变单元10的直流侧作为示例；其中，所述非隔离型光伏并网逆变器通常还包括设置于逆变单元10的直流侧的升压电路，所述升压电路的出线即为所述直流母线。

5)无源器件40与“A侧”的连接点可以为PV⁺，也可以为PV^-；

以PV^-作为连接点的非隔离型光伏并网逆变器用于匹配要求负极与大地间没有高强度负电压的光伏组件，即该非隔离型光伏并网逆变器为要求PV^-与大地间没有高强度负电压的逆变器，以下简称1类逆变器；

以PV⁺作为连接点的非隔离型光伏并网逆变器用于匹配要求正极与大地间没有高强度正电压的光伏组件，即该非隔离型光伏并网逆变器为要求PV⁺与大地间没有高强度正电压的逆变器，以下简称2类逆变器。

下面，通过分析现有的非隔离型光伏并网逆变器存在的缺陷，对本实施例所述方案的优越性进行详述。

首先，对于现有的非隔离型光伏并网逆变器，当“B侧”不接隔离变压器时，“A侧”与电网具有直接的电气连接，“A侧”产生的漏电流会流到“B侧”，由位于“B侧”的漏电流传感器30直接测量得到。而在引入隔离变压器后，由于“A侧”与电网间存在电气隔离，因此漏电流无法再从“A侧”流到“B侧”，致使漏电流传感器30和控制单元20被闲置，非隔离型光伏并网逆变器失去漏电流故障处理能力，若操作人员此时不慎接触到“A侧”很容易发生电击危险。

而对于本实施例所述的非隔离型光伏并网逆变器，不论光伏发电***中是否引入隔离变压器，都能够在不必额外增加漏电流传感器的情况下，实现对漏电流的检测和故障处理。其工作原理如下：

当B侧不接隔离变压器时令可控开关K断开，则此时本实施例所述的非隔离型光伏并网逆变器与现有的非隔离型光伏并网逆变器的工作原理一致；

当B侧接隔离变压器时令可控开关K开通，由于无源器件40一端接通到A侧、另一端通过导线穿过漏电流传感器30后再接地，因此A侧产生的漏电流能够直接流入漏电流传感器30，实现对漏电流的检测；

下面以1类逆变器为例说明本实施例在漏电流故障处理方面的优越性。当1类逆变器的A侧对地短路或对地阻抗极小(即1类逆变器的PV⁺对地短路或PV⁺对地阻抗极小)时，PV^-和PV⁺的对地阻抗均很小，PV^-和PV⁺均具有较高的对地电压并会输出很大的漏电流，漏电流传感器30会检测到很大的漏电流并将测量结果送至控制单元20，此时控制单元20便可在所述测量结果超出预设值时进行漏电流故障处理，从而避免发生电击危险。其中相较于现有技术，本实施例所述的漏电流故障处理还包括：控制可控开关K断开。

也就是说，不论“B侧”是否接隔离变压器，只需通过控制可控开关K的开通和关断，就能将“A侧”产生的漏电流反映给漏电流传感器30，那么控制单元20便可在检测到漏电流传感器30的测量值超出预设值时，控制所述非隔离型光伏并网逆变器进行漏电流故障处理，从而避免发生电击危险，解决了现有技术存在的问题。

除此之外，在可控开关K开通的情况下，本实施例所述的非隔离型光伏并网逆变器还能够抑制PID(potential Induced Degradation，潜在电势诱导衰减)效应，分析如下：

PID效应，是指光伏组件在特定极性的高电压条件下工作时，其性能水平大幅降低的现象；当无源器件40与A侧的连接点为PV^-时，PV^-的对地阻抗远小于PV⁺的对地阻抗，因而PV^-的对地电压很小，这样就避免了PV^-与大地之间存在高电压而引发的PID效应；同理，当无源器件40与A侧的连接点为PV⁺时，同样可避免因PV⁺与大地之间存在高电压而引发的PID效应。

由上述描述可以看出，基于本实施例一所述的非隔离型光伏并网逆变器，只需控制可控开关K的开通和关断，即可令“A侧”产生的漏电流反映给漏电流传感器30，从而实现对漏电流的检测和故障处理；此外，在可控开关K开通的情况下，该逆变器还能够有效抑制PID效应。

实施例二：

为减小流经无源器件40所在支路的电流，本实施例二公开的又一种非隔离型光伏并网逆变器还包括与无源器件40相串联的二极管。该二极管在逆变器中的导通方向由逆变器的类型决定。具体分析如下：

参见图3a，本实施例二基于1类逆变器公开的非隔离型光伏并网逆变器包括：逆变单元10、控制单元20、漏电流传感器30、无源器件40、可控开关K，以及阳极接漏电流传感器30、阴极经过无源器件40接入所述非隔离型光伏并网逆变器的负极的二极管D。

当需要接隔离变压器时，仅需令可控开关K开通，此时，所述非隔离型光伏并网逆变器的负极可始终保持对地没有高强度的负偏压，该负极与大地之间因不存在较高的负偏压而有效抑制了PID效应。

另外，图3a(或图2)所示的非隔离型光伏并网逆变器不仅可单独运行，也可多台并联应用在光伏发电***中，以图3b所示的具有2台逆变器(包括逆变器1和逆变器2)的光伏发电***为例(为便于描述，定义可控开关K、二极管D和无源器件40所在的支路为PID抑制支路)进行分析：

若逆变器1“A侧”的PV⁺对地短路或对地阻抗极小，则从PV⁺流向大地的电流一部分流过逆变器1的PID抑制支路，另一部分流过逆变器2的PID抑制支路。同时逆变器1和逆变器2间会由于并联输出产生环流；在逆变器1中，流过PID抑制支路的电流和所述环流的方向相同，因而会相互加强，漏电流传感器会检测到较大的电流值，当该电流值大于预设值时逆变器1进行漏电流故障处理；而在逆变器2中，流过PID抑制支路的电流与所述环流的方向相反，因而会相互抵消，漏电流传感器检测到的电流值较小不足以达到预设值，逆变器2不进行漏电流故障处理。这样就确保了在1台逆变器发生故障时，仅发生故障的逆变器进行漏电流故障处理，而其他未发生故障的逆变器仍正常并网运行。

参见图4，本实施例二基于2类逆变器公开的非隔离型光伏并网逆变器包括：逆变单元10、控制单元20、漏电流传感器30、无源器件40，以及阴极接漏电流传感器30、阳极经过无源器件40接入所述非隔离型光伏并网逆变器的正极的二极管D。

同理，当该逆变器接隔离变压器时，仅需令可控开关K开通，此时该逆变器的正极与大地之间因不存在较高的正偏压而有效抑制了PID效应；且该逆变器既可单独运行，又可多台并联应用在光伏发电***中。

此外，为起到保护作用，还可为上述公开的任一种非隔离型光伏并网逆变器引入与无源器件相串联的保险丝。

实施例三

参见图5，本发明实施例三公开了一种隔离型光伏并网发电***，包括：光伏组件1、上述任一种非隔离型光伏并网逆变器2，以及连接电网和各个所述非隔离型光伏并网逆变器的隔离变压器3。其中，光伏组件1的数量(即非隔离型光伏并网逆变器2的数量)不局限。

综上所述，本发明通过在现有的非隔离型光伏并网逆变器中引入无源器件和可控开关，所述无源器件一端接该逆变器的直流侧、一端通过导线穿过漏电流传感器后接地，所述可控开关接控制单元，并与所述无源器件串联；从而，当所述逆变器接入隔离变压器时，仅需令所述可控开关开通，即可将逆变器直流侧产生的漏电流直接导入到所述漏电流传感器中进行检测，从而使得所述控制单元能够根据漏电流传感器的检测结果控制逆变器进行漏电流故障处理，避免发生电击危险。

本说明书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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种非隔离型光伏并网逆变器，包括逆变单元、位于所述逆变单元的交流侧的漏电流传感器，以及连接所述逆变单元和所述漏电流传感器的控制单元，其特征在于，还包括：

一端接所述非隔离型光伏并网逆变器的直流侧、另一端通过导线穿过所述漏电流传感器后接地的无源器件，该无源器件包括等效电阻；

以及与所述无源器件相串联的可控开关，所述可控开关的控制信号输入端连接所述控制单元。

2.根据权利要求1所述的非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，所述可控开关包括：晶体可控开关管、隔离可控开关或继电器。

3.根据权利要求1所述的非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，还包括：与所述无源器件相串联的二极管。

4.根据权利要求3所述的非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，当所述非隔离型光伏并网逆变器为要求负极对地没有高强度负电压的逆变器时，所述二极管的阳极接所述漏电流传感器、阴极经过所述无源器件接入所述非隔离型光伏并网逆变器的负极。

5.根据权利要求3所述的非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，当所述非隔离型光伏并网逆变器为要求正极对地没有高强度正电压的逆变器时，所述二极管的阴极接所述漏电流传感器、阳极经过所述无源器件接入所述非隔离型光伏并网逆变器的正极。

6.根据权利要求1所述的非隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，所述非隔离型光伏并网逆变器的直流侧包括：所述逆变单元的直流侧或直流母线。

7.一种隔离型光伏并网发电***，其特征在于，包括：光伏组件、权利要求1-6中任一项所述的非隔离型光伏并网逆变器，以及连接电网和各个所述非隔离型光伏并网逆变器的隔离变压器。