CN105911408B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

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。

Description

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
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
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
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。
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：
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；
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。
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为VCg_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VCg_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VCg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。
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。
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。
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。
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。
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。
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：
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；
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；
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VCg_max比较来判断所述逆变器的直流输入端是否对地短路。
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。
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。
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
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：
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。
具体实施方式
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***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。
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。
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VL1-VL2。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。
对地故障检测电路108包括：
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；
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114，用于检测第三电容Cg两端的电压；
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VL1-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VL1-VL2。
较佳地，第一电容C1、第二电容C2和第三电容Cg为安规电容。更佳地，第一电容C1和第二电容C2为Y电容，第三电容Cg为X电容。
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VL1-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：
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VL1-VL2的1/2。此时第三电容Cg的故障电压值VCg_max为：
通过对第一电容C1、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。
例如，对于VL1-VL2＝240V，C1＝1nF，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_max为3.65V。
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。
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。
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：
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；
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；
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；
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；
第五步，检测第三电容两端的实际电压值VCg
第六步，将VCg与VCg_min以及VCg_max比较来判断直流输入端是否对地短路。
进一步的，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阈值k0，将实际采样计算出的k值与k阈值k0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。
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。
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。
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。
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。

Claims (9)

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L1、第二火线L2连接，所述对地故障检测电路包括：
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；
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；
其中，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为VCg_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VCg_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VCg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。
2.如权利要求1所述的对地故障检测电路，其特征在于，所述第一电容C1、所述第二电容C2和第三电容Cg为安规电容。
3.如权利要求2所述的对地故障检测电路，其特征在于，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。
4.一种逆变器，包括权利要求1至3任一项所述的对地故障检测电路。
5.如权利要求4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。
6.如权利要求5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。
7.一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：
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；
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；
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VCg_max比较来判断所述逆变器的直流输入端是否对地短路。
8.如权利要求7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-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。
9.如权利要求7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-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。
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