ES2924241T3 - Dispositivo y método para detectar aislamiento de módulos fotovoltaicos frente a tierra y sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica - Google Patents

Dispositivo y método para detectar aislamiento de módulos fotovoltaicos frente a tierra y sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica Download PDF

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Abstract

Se proporciona un dispositivo y método para detectar el aislamiento de módulos fotovoltaicos contra tierra y un sistema de generación de energía fotovoltaico conectado a la red. El dispositivo de detección incluye: una primera resistencia de prueba, donde la primera resistencia de prueba está conectada en paralelo a una resistencia de un terminal positivo del módulo fotovoltaico con respecto a tierra; una segunda resistencia de prueba, donde la segunda resistencia de prueba está conectada en paralelo a una resistencia de un terminal negativo del módulo fotovoltaico con respecto a tierra; una rama en serie de una tercera resistencia de prueba y un primer dispositivo de conmutación conectados en serie, donde la rama en serie está conectada a la primera o segunda resistencia de prueba en paralelo; y un segundo dispositivo de conmutación, donde el segundo dispositivo de conmutación está configurado para controlar la conexión de un nodo común entre la primera resistencia de prueba y la segunda resistencia de prueba y un cable de tierra de un inversor fotovoltaico, o controlar la conexión del nodo común y una línea cero de una rejilla Con las soluciones técnicas, se puede garantizar la fiabilidad de la detección del aislamiento del módulo fotovoltaico contra tierra. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y método para detectar aislamiento de módulos fotovoltaicos frente a tierra y sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica
Campo
La presente divulgación se refiere al campo técnico del suministro de energía fotovoltaica, y en particular a un dispositivo y método para detectar el aislamiento de módulos fotovoltaicos frente a tierra y un sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica.
Antecedentes
El sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica convierte la salida de corriente continua de una batería solar en corriente alterna que tiene la misma frecuencia y la misma fase que la tensión de red, que puede suministrar energía para una carga y también transmitir energía eléctrica a la red. Un inversor fotovoltaico es un componente importante del sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica.
Con el fin de garantizar la seguridad y la estabilidad del sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica, se requiere detectar la impedancia de aislamiento de módulos fotovoltaicos frente a tierra antes de que los módulos fotovoltaicos se conecten a la red.
En el circuito de detección convencional para detectar la impedancia de aislamiento de módulos fotovoltaicos frente a tierra, el aislamiento de los módulos fotovoltaicos frente a tierra se detecta asumiendo que un cable de tierra del inversor fotovoltaico y una línea neutra de la red se conectan cada uno a tierra de manera efectiva. Una vez que o bien el cable de tierra del inversor fotovoltaico o bien la línea neutra de la red no se conecta a tierra de manera efectiva, el circuito de detección convencional no puede detectar si la anomalía de la conexión a tierra se debe a la anomalía de la conexión del cable de tierra del inversor fotovoltaico o la línea neutra de la red a tierra, o se debe a la anomalía del aislamiento de los módulos fotovoltaicos frente a tierra. Por lo tanto, el resultado de detección del aislamiento de los módulos fotovoltaicos frente a tierra no es fiable.
Una solicitud de patente CN102967766A da a conocer un sistema y método de detección sin tubo de conmutación para la resistencia de aislamiento a tierra del inversor fotovoltaico de doble trayectoria. Tres ecuaciones que solo incluyen tres cantidades desconocidas, concretamente resistencia de aislamiento R1+, resistencia de aislamiento R2+ y resistencia de aislamiento R-, pueden obtenerse controlando cortocircuito/circuito abierto de dos trayectorias de células fotovoltaicas en un proceso de detección, y mientras tanto, un valor de resistencia entre cada dos brazos de puente también cambia en virtud de la propiedad de conducción unidireccional de un diodo cuando cambia la tensión de las dos trayectorias de células fotovoltaicas. Por lo tanto, las tres ecuaciones son independientes entre sí, concretamente, cada resistencia de aislamiento requerida puede obtenerse resolviendo las tres ecuaciones. El sistema y método de detección utilizan la propiedad de conducción unidireccional del diodo para cambiar el valor de resistencia entre cada dos brazos de puente y no necesitan un tubo de conmutación, y, por lo tanto, el coste del sistema de detección y el tamaño del inversor se reducen de manera efectiva.
Una solicitud de patente WO2012120683A1 da a conocer un circuito de detección de resistencia de aislamiento. En particular, una CPU calcula un valor de resistencia de aislamiento de una suministro de energía de corriente continua usando: un primer valor de corriente, que se mide basándose en una tensión (primera tensión medida) medida por medio de un circuito de medición de tensión dividido, y en una corriente (primera corriente de puesta a tierra) medida por medio de un circuito de medición de corriente, habiéndose medido dicha tensión y dicha corriente cuando se abre un conmutador; y un segundo valor de corriente, que se mide basándose en una tensión (segunda tensión medida) medida por medio del circuito de medición de tensión dividido, y una corriente (segunda corriente de puesta a tierra) medida por medio del circuito de medición de corriente, habiéndose medido dicha tensión y dicha corriente cuando el conmutador está cerrado. Intervalos de tiempo, en los que el conmutador se abre y se cierra, dichos intervalos de tiempo determinando tiempos de medición para medir los valores de corriente primero y segundo, se establecen de manera variable, correspondiente a una cantidad de cambio entre las corrientes de puesta a tierra primera y segunda medidas por medio del circuito de medición de corriente.
Sumario
Con el fin de resolver los problemas técnicos anteriores, se proporcionan un dispositivo de detección y un método para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra y un sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica según las reivindicaciones, garantizando de ese modo la fiabilidad de la detección de aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra.
Con el fin de lograr el objeto anterior, a continuación en el presente documento se proporcionan soluciones técnicas según la presente divulgación.
Se proporciona un dispositivo de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra según la reivindicación 1.
Preferiblemente, el dispositivo de detección puede incluir además una resistencia protectora, donde la resistencia protectora está dispuesta entre el nodo común y el segundo dispositivo de conmutación.
Preferiblemente, en el dispositivo de detección, el segundo dispositivo de conmutación puede incluir un primer subconmutador y un segundo subconmutador, donde el primer subconmutador está configurado para controlar la conexión del nodo común y el cable de tierra, y el segundo subconmutador está configurado para controlar la conexión del nodo común y la línea neutra.
Preferiblemente, en el dispositivo de detección, el primer subconmutador puede ser un conmutador de transistor, un conmutador eléctrico mecánico o un relé, y el segundo subconmutador puede ser un conmutador de transistor, un conmutador eléctrico mecánico o un relé.
Preferiblemente, en el dispositivo de detección, el segundo dispositivo de conmutación puede ser un conmutador de botón de dos posiciones o un conmutador bidireccional bipolar.
Preferiblemente, en el dispositivo de detección, el primer dispositivo de conmutación puede ser un conmutador de transistor, un conmutador mecánico o un relé.
Se proporciona un método de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra según la presente divulgación, donde el dispositivo de detección descrito anteriormente se adopta para detectar aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra, y el método de detección incluye:
conectar el nodo común con el cable de tierra, y desconectar la línea neutra del nodo común;
obtener una primera tensión de nodo del nodo común y una primera tensión positiva del terminal positivo cuando el primer dispositivo de conmutación está abierto, y obtener una segunda tensión de nodo del nodo común y una segunda tensión de electrodo positivo del terminal positivo cuando el primer dispositivo de conmutación está cerrado;
calcular un primer valor de prueba de la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra y un primer valor de prueba de la resistencia del terminal negativo con respecto a tierra basándose en la primera tensión de nodo, la primera tensión positiva, la segunda tensión de nodo y la segunda tensión positiva;
desconectar el cable de tierra del nodo común, y conectar el nodo común con el cable de tierra;
obtener una tercera tensión de nodo del nodo común y una tercera tensión positiva del terminal positivo cuando el primer dispositivo de conmutación está abierto, y obtener una cuarta tensión de nodo del nodo común y una cuarta tensión positiva del terminal positivo cuando el primer dispositivo de conmutación está cerrado;
calcular un segundo valor de prueba de la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra y un segundo valor de prueba de la resistencia del terminal negativo con respecto a tierra basándose en la tercera tensión de nodo, la tercera tensión positiva, la cuarta tensión de nodo y la cuarta tensión positiva;
determinar que el cable de tierra y la línea neutra están conectados cada uno a tierra de manera efectiva, en el caso de que un valor absoluto de una diferencia entre el primer valor de prueba y el segundo valor de prueba de la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra sea menor que un primer umbral y un valor absoluto de una diferencia entre el primer valor de prueba y el segundo valor de la resistencia entre el terminal negativo y tierra sea menor que el primer umbral; y
determinar si el primer valor de prueba y el segundo valor de prueba de la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra es cada uno mayor que un segundo umbral, en el caso de que el cable de tierra y la línea neutra estén conectados cada uno a tierra de manera efectiva; y determinar que el módulo fotovoltaico normalmente está aislado frente a tierra, si se determina que el primer valor de prueba y el segundo valor de prueba de la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra es cada uno mayor que el segundo umbral; de lo contrario, determinar que el módulo fotovoltaico está aislado de manera anómala frente a tierra.
Preferiblemente, en el método de detección, el primer umbral puede ser menor o igual que 200 Q.
Preferiblemente, en el método de detección, el segundo umbral puede ser mayor o igual que 1 KQ.
Se proporciona además un sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica según la presente divulgación, que incluye al menos un dispositivo de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra descrito anteriormente.
Según las soluciones técnicas anteriores, el dispositivo de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra proporcionado por la presente divulgación puede someter a prueba valores de tensión del nodo común y el terminal positivo en diferentes estados de conmutación del primer dispositivo de conmutación y el segundo dispositivo de conmutación.
Con el método de detección, en el caso de que el nodo común esté conectado con el cable de tierra y la línea neutra esté desconectada del nodo común, los valores de prueba respectivos de la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra y la resistencia del terminal negativo con respecto a tierra pueden calcularse cuando el primer dispositivo de conmutación está abierto o el primer dispositivo de conmutación está cerrado, y puede determinarse si el cable de tierra y la línea neutra están conectados cada uno a tierra de manera efectiva basándose en los valores de prueba de la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra y la resistencia del terminal negativo con respecto a tierra. En el caso de que el cable de tierra y la línea neutra estén conectados cada uno a tierra de manera efectiva, puede determinarse además si el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra es normal basándose en el valor de prueba de la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra en caso de que el primer dispositivo de conmutación esté abierto y el valor de prueba de la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra en caso de que el primer dispositivo de conmutación esté cerrado.
Con el dispositivo de detección y el método de detección, puede detectarse si el cable de tierra y la línea neutra están conectados cada uno a tierra de manera efectiva, y puede determinarse además si el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra es normal en el caso de que el cable de tierra y la línea neutra estén conectados cada uno a tierra de manera efectiva. De ello se deduce que el dispositivo de detección y el método de detección garantizan la fiabilidad de la detección de aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra. Se proporciona además un sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica que incluye el dispositivo de detección según la presente divulgación, que puede usarse para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra, y, por lo tanto, garantizar la fiabilidad de un resultado de detección y reducir el coste del sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica.
Breve descripción de los dibujos
Con el fin de ilustrar soluciones técnicas en realizaciones de la presente divulgación o la tecnología convencional más claramente, a continuación en el presente documento, se introducirán simplemente dibujos que se usarán en la descripción de las realizaciones o la tecnología convencional. De manera evidente, los dibujos descritos a continuación solo describen las realizaciones de la presente divulgación. También pueden obtenerse otros dibujos según los dibujos proporcionados por los expertos en la técnica sin ningún trabajo creativo.
La figura 1 es un diagrama estructural esquemático de un dispositivo de detección para detectar aislamiento de un dispositivo fotovoltaico frente a tierra según una realización de la presente divulgación;
La figura 2 es un diagrama estructural esquemático de un dispositivo de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra según otra realización de la presente divulgación;
La figura 3 es un diagrama estructural esquemático de un sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica según la presente divulgación;
La figura 4 es un diagrama estructural esquemático de otro sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica según la presente divulgación; y
La figura 5 es un diagrama estructural esquemático de aún otro sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica según la presente divulgación.
Descripción detallada de las realizaciones
A continuación en el presente documento, se describen de manera clara y completa soluciones técnicas de realizaciones de la presente divulgación junto con los dibujos de las realizaciones de la presente divulgación. Cualquier otra realización obtenida basándose en las realizaciones de la presente divulgación por los expertos en la técnica sin ningún trabajo creativo cae dentro del alcance de protección de la presente invención.
Como se describe en los antecedentes, el circuito de detección convencional no puede detectar si la anomalía de conexión a tierra se debe a la anomalía de la conexión del cable de tierra del inversor fotovoltaico o la línea neutra de la red a tierra, o se debe a la anomalía del aislamiento de los módulos fotovoltaicos frente a tierra. Por lo tanto, el resultado de detección del aislamiento de los módulos fotovoltaicos frente a tierra no es fiable.
Si la línea neutra no está conectada a tierra de manera efectiva, puede haber un riesgo de descarga eléctrica al detectar el módulo fotovoltaico; y además, si el cable de tierra no está conectado a tierra de manera efectiva, un circuito de protección contra fugas del inversor fotovoltaico puede no funcionar normalmente, provocando de este modo peligro para un operario.
Por lo tanto, cuando se detecta aislamiento del módulo fotovoltaico en un sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica frente a tierra, en primer lugar, se detecta si el cable de tierra del inversor fotovoltaico y la línea neutra de la red están conectados a tierra de manera efectiva; y el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra se detecta en el caso de que se determine que el cable de tierra y la línea neutra están conectados a tierra de manera efectiva.
Basándose en el análisis anterior, se proporciona un dispositivo de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra según una realización de la presente divulgación. Haciendo referencia a la figura 1, el dispositivo de detección incluye una primera resistencia de prueba R1, una segunda resistencia de prueba R2 , una tercera resistencia de prueba R3 , un primer dispositivo de conmutación Q1 y un segundo dispositivo de conmutación K.
La primera resistencia de prueba R1 está conectada en paralelo a una resistencia Rpv+ de un terminal positivo del módulo fotovoltaico con respecto a tierra. La segunda resistencia de prueba R2 está conectada en paralelo a una resistencia Rpv- de un terminal negativo del módulo fotovoltaico con respecto a tierra. Un extremo de la segunda resistencia de prueba R2 está conectado al terminal negativo PV- del módulo fotovoltaico, y el otro extremo de la segunda resistencia de prueba R2 está conectado al terminal positivo PV+ del módulo fotovoltaico a través de la primera resistencia de prueba R1 . La primera resistencia de prueba R1 y la segunda resistencia de prueba R2 comparten un nodo común 1.
La tercera resistencia de prueba R3 está conectada al primer dispositivo de conmutación Q1 en serie para formar una derivación en serie, y la derivación en serie está conectada a la segunda resistencia de prueba R2 en paralelo. Alternativamente, la derivación en serie puede estar conectada a la primera resistencia de prueba R1 en paralelo. La relación de posición entre la tercera resistencia de prueba R3 y el primer dispositivo de conmutación Q1 en la derivación en serie no está limitada. La tercera resistencia de prueba R3 puede estar más cerca del nodo común 1, o el primer dispositivo de conmutación Q1 puede estar más cerca del nodo común 1.
El segundo dispositivo de conmutación K tiene un primer estado de conmutación en el que se controla la conexión del nodo común 1 y un cable de tierra PE de un inversor fotovoltaico, y un segundo estado de conmutación en el que se controla la conexión del nodo común 1 y una línea neutra N de una red.
Como se muestra en la figura 1, el segundo dispositivo de conmutación K puede incluir un primer subconmutador Q2 y un segundo subconmutador Q3. El primer subconmutador Q2 está configurado para controlar la conexión del nodo común 1 y el cable de tierra PE; y el segundo subconmutador Q3 está configurado para controlar la conexión del nodo común 1 y la línea neutra N. El primer subconmutador Q2 puede ser un conmutador de transistor, un conmutador eléctrico mecánico o un relé; y el segundo subconmutador Q3 puede ser un conmutador de transistor, un conmutador eléctrico mecánico o un relé.
Como se muestra en la figura 2, el segundo dispositivo de conmutación K también puede ser un conmutador de botón de dos posiciones o un conmutador bidireccional bipolar.
Para evitar que la electrónica del dispositivo de detección se dañe por una corriente demasiado alta, el dispositivo de detección incluye además una resistencia protectora R4. La resistencia protectora R4 está dispuesta entre el nodo común 1 y el segundo dispositivo de conmutación K.
La primera resistencia de prueba R1, la segunda resistencia de prueba R2 y la tercera resistencia de prueba R3 pueden realizarse de muchas formas. Cada una puede ser un elemento de resistencia o múltiples elementos de resistencia conectados en serie. Como se muestra en la figura 1 y la figura 2, la segunda resistencia de prueba R2 incluye dos resistencias de prueba R21 y R22 conectadas en serie. Alternativamente, la segunda resistencia de prueba R2 puede estar compuesta por un solo elemento de resistencia. En el caso de que la segunda resistencia de prueba R2 esté compuesta por dos resistencias de prueba conectadas en serie, la resistencia de prueba R21 y la resistencia de prueba R22 comparten un nodo común 2; en este caso, puede obtenerse una tensión del nodo común 1 detectando directamente la tensión en el nodo común 1 o haciendo un cálculo basado en una tensión detectada en el nodo común 2 y una relación de división de tensión entre la resistencia de prueba R21 y la resistencia de prueba R22.
Los valores de tensión del nodo común 1 y el terminal positivo obtenidos en diferentes combinaciones del primer dispositivo de conmutación y el segundo dispositivo de conmutación pueden usarse para obtener los valores de prueba de la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra y la resistencia del terminal negativo con respecto a tierra. Por lo tanto, el dispositivo de detección puede usarse para medir la resistencia del terminal positivo con respecto a tierra y la resistencia del terminal negativo con respecto a tierra.
Según otra realización de la presente divulgación, se proporciona un método de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra, donde el dispositivo de detección descrito anteriormente se adopta para realizar la detección de aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra. El método de detección incluye de la etapa S11 a la etapa S18.
En la etapa S11, el nodo común 1 está conectado con el cable de tierra PE, y la línea neutra N está desconectada del nodo común 1.
El estado del segundo dispositivo de conmutación K puede controlarse de modo que el nodo común 1 está conectado con el cable de tierra PE, y la línea neutra N está desconectada del nodo común 1.
En la etapa S12, cuando el primer dispositivo de conmutación Q1 está abierto, se obtienen una primera tensión de nodo U1 del nodo común 1 y una primera tensión positiva Upvi del terminal positivo PV+. Cuando el primer dispositivo de conmutación Q1 está cerrado, se obtienen una segunda tensión de nodo U2 del nodo común 1 y una segunda tensión positiva Upv2 del terminal positivo PV+.
Las tensiones del nodo común 1 y el terminal positivo PV+ pueden obtenerse directamente a través de un dispositivo de sometimiento a prueba de tensión, por lo tanto, se obtienen la primera tensión de nodo U1, la segunda tensión de nodo U2, la primera tensión positiva Upvi y la segunda tensión positiva Upv2. En el caso de que la segunda resistencia de prueba R2 esté compuesta por dos resistencias de prueba, puede obtenerse una tensión del nodo común 2 a través de un dispositivo de sometimiento a prueba de tensión, y luego puede llevarse a cabo un cálculo de división de tensión para obtener la primera tensión de nodo U1 y la segunda tensión de nodo U2 del nodo común 1.
En la etapa S13, un primer valor de prueba Rix de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra y un primer valor de prueba R2X de la resistencia Rpv- del terminal negativo con respecto a tierra se calculan basándose en la primera tensión de nodo U1, la primera tensión positiva Upvi, la segunda tensión de nodo U2 y la segunda tensión positiva Upv2.
Según la ley de Kirchhoff, en el caso de que el primer dispositivo de conmutación Q1 esté abierto, se cumple la siguiente ecuación (1):
Figure imgf000006_0001
y en el caso de que el primer dispositivo de conmutación Q1 esté cerrado, se cumple la siguiente ecuación (2):
Figure imgf000006_0002
En las ecuaciones (1) y (2), se conocen la primera resistencia de prueba R1, la segunda resistencia de prueba R2 y la tercera resistencia de prueba R3, y son constantes. El primer valor de prueba Rix y el primer valor de prueba R2X pueden obtenerse resolviendo el grupo de ecuaciones compuesto por las ecuaciones (1) y (2).
Debe indicarse que, en las realizaciones de la presente divulgación, la tensión del terminal negativo PV- se establece como un potencial de referencia que es cero.
En la etapa S14, el cable de tierra PE está desconectado del nodo común 1, y el nodo común 1 está conectado con la línea neutra N.
De manera similar, el estado del segundo dispositivo de conmutación K puede controlarse de tal manera que el cable de tierra PE esté desconectado del nodo común 1, y el nodo común 1 esté conectado con la línea neutra N.
En la etapa S15, una tercera tensión de nodo U3 del nodo común 1 y una tercera tensión positiva Upv3 del terminal positivo PV+ se obtienen cuando el primer dispositivo de conmutación Q1 está abierto; y una cuarta tensión de nodo U4 del nodo común 1 y una cuarta tensión positiva Upv4 del terminal positivo PV+ se obtienen cuando el primer dispositivo de conmutación Q1 está cerrado.
Las formas de obtener la tercera tensión de nodo U3 , la cuarta tensión de nodo U4, la tercera tensión positiva Upv3 y la cuarta tensión positiva Upv4, son similares a las de obtención de la primera tensión de nodo Ui , la segunda tensión de nodo U2, la primera tensión positiva Upvi y la segunda tensión positiva Upv2, que no se describen en detalle en el presente documento.
En la etapa S16, un segundo valor de prueba Riy de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra y un segundo valor de prueba R2y de la resistencia Rpv- del terminal negativo con respecto a tierra se calculan basándose en la tercera tensión de nodo U3, la tercera tensión positiva Upv3, la cuarta tensión de nodo U4 y la cuarta tensión positiva Upv4.
De manera similar, en el caso de que el primer dispositivo de conmutación Q1 esté abierto, se cumple la siguiente ecuación (3):
Figure imgf000007_0001
y en el caso de que el primer dispositivo de conmutación Q1 esté cerrado, se cumple la siguiente ecuación (4):
Figure imgf000007_0002
En las ecuaciones (3) y (4), se conocen la primera resistencia de prueba R1, la segunda resistencia de prueba R2 y la tercera resistencia de prueba R3, y son constantes. El segundo valor de prueba R1y y el segundo valor de prueba R2y pueden obtenerse resolviendo el grupo de ecuaciones compuesto por las ecuaciones (3) y (4).
En la etapa S17, se determina que el cable de tierra PE y la línea neutra N están conectados cada uno a tierra de manera efectiva, en el caso de que un valor absoluto A1 de una diferencia entre el primer valor de prueba R1x y el segundo valor de prueba R1y de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra sea menor que un primer umbral, y un valor absoluto A2 de una diferencia entre el primer valor de prueba R2x y el segundo valor de prueba R2y de la resistencia Rpv- del terminal negativo con respecto a tierra es menor que el primer umbral.
En este caso, A1 = |filx — f i ly |, A2 = \R2x — f i2y|. Si el cable de tierra PE y la línea neutra N están conectados cada uno a tierra de manera efectiva, dos valores de prueba de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra deben ser teóricamente iguales, es decir, la diferencia entre el primer valor de prueba R1x y el segundo valor de prueba R1y es cero; y de manera similar, dos valores de prueba de la resistencia Rpv- del terminal negativo con respecto a tierra deben ser iguales, es decir, la diferencia entre el primer valor de prueba R2x y el segundo valor de prueba R2y es cero. Sin embargo, debido a las diferencias de resistencias de contacto en el circuito y errores de medición, los dos valores de prueba de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra pueden ser desiguales y los dos valores de prueba de la resistencia Rpv- del terminal negativo con respecto a tierra también pueden ser desiguales, por lo tanto, se establece el primer umbral. En la realización, el primer umbral se establece para que sea menor o igual que, por ejemplo, 200 Q. En el caso de que los valores absolutos de las diferencias sean menores o iguales que el primer umbral, puede determinarse que el cable de tierra PE y la línea neutra N están conectados cada uno a tierra de manera efectiva.
Si al menos uno de A1 y A2 no es menor que el umbral, puede determinarse que al menos uno del cable de tierra PE y la línea neutra N no está conectado a tierra de manera efectiva, es decir, que está conectado a tierra de manera anómala. En este caso, la detección de tierra puede realizarse en el cable de tierra y la línea neutra para eliminar un fallo de tierra.
En la etapa S18, se determina si el primer valor de prueba R1x y el segundo valor de prueba R1y de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra es cada uno mayor que un segundo umbral, en el caso de que el cable de tierra PE y la línea neutra N estén conectados cada uno a tierra de manera efectiva. Se determina que el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra es normal, si el primer valor de prueba R1x y el segundo valor de prueba R1y de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra es cada uno mayor que el segundo umbral; de lo contrario, se determina que el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra es anómalo.
La tensión del terminal negativo PV- se establece como un potencial de referencia, que es cero, por lo tanto, el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra puede determinarse solo basándose en el primer valor de prueba R1x y el segundo valor de prueba R1y de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra.
Si el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra es normal, es decir, el terminal positivo PV+ está aislado de tierra, el valor de prueba obtenido de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra será una gran resistencia, por lo tanto, se establece un segundo umbral. En la realización, el segundo umbral es mayor o igual que, por ejemplo, 1 KQ. Dentro de un intervalo del segundo umbral, puede determinarse que el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra es normal.
Debe indicarse que, el segundo umbral y el primer umbral pueden ajustarse en un intervalo predeterminado basándose en diferentes módulos fotovoltaicos y sistemas de generación de energía conectados a red fotovoltaica.
El método de detección anterior se ilustra asumiendo que la derivación en serie de la tercera resistencia de detección R3 y el primer dispositivo de conmutación Q1 está conectada a la segunda resistencia de detección R2 en paralelo. También se aplicó al caso de que la derivación en serie esté conectada a la primera resistencia de prueba R1 en paralelo. Por ejemplo, los valores de prueba de la resistencia Rpv- del terminal negativo con respecto a tierra y la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra también pueden calcularse basándose en la ley de Kirchhoff, adoptando la misma manera de ajuste de conmutación, que no se describen en detalle en el presente documento.
Alternativamente, al realizar el método de detección para detectar aislamiento frente a tierra según la presente divulgación, de la etapa S14 a la etapa S16 pueden realizarse en primer lugar, luego se realizan las etapas S11 a S13, y, por último, se realizan las etapas S17 a S18.
Según la descripción anterior, con el dispositivo de detección y el método de detección proporcionados por las realizaciones de la presente divulgación, puede detectarse si el cable de tierra y la línea neutra están conectados cada uno de los mismos a tierra de manera efectiva; y puede determinarse además si el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra es normal, en el caso de que el cable de tierra y la línea neutra estén conectados cada uno a tierra de manera efectiva. De ello se deduce que el dispositivo de detección y el método de detección garantizan la fiabilidad de la detección de aislamiento para el módulo fotovoltaico frente a tierra.
Se proporciona además un sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica según otra realización de la presente divulgación, que incluye el dispositivo de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra según al menos una de las realizaciones anteriores.
En el caso de que el sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica incluya múltiples módulos fotovoltaicos, como se muestra en las figuras 3 y 4, la resistencia protectora R4 y el segundo dispositivo de conmutación K se comparten por los módulos fotovoltaicos, y el terminal negativo PV- también se comparte por los módulos fotovoltaicos.
Haciendo referencia a la figura 5, para el sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica que incluye múltiples módulos fotovoltaicos, con el fin de reducir el coste, el sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica puede incluir solo un dispositivo de detección descrito anteriormente, y solo se proporciona una primera resistencia de detección R1 para otros módulos fotovoltaicos, y puede compartirse la segunda resistencia de detección R2 correspondiente a la resistencia del terminal negativo con respecto atierra y la derivación en serie. Debe indicarse que, en la figura 5, el sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica incluye dos módulos fotovoltaicos como ejemplo, y en la práctica, el sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica puede incluir más de dos módulos fotovoltaicos.
Se deduce que, el sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica incluye múltiples dispositivos de detección para detectar aislamiento de módulos fotovoltaicos frente a tierra, y los múltiples dispositivos de detección comparten el terminal negativo y el segundo dispositivo de conmutación, reduciendo de ese modo el número de dispositivos de circuito y reduciendo el coste. El aislamiento de cada uno de los múltiples módulos fotovoltaicos en el sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica frente a tierra puede detectarse independientemente adoptando el método de detección anterior.
Debe indicarse que, en caso de detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra adoptando el dispositivo de detección según la presente divulgación, los valores de prueba de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra y la resistencia Rpv- del terminal negativo con respecto a tierra pueden calcularse manualmente, y se determina si el cable de tierra PE y la línea neutra N están conectados cada uno a tierra de manera efectiva y si el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra es normal basándose en el resultado calculado. Alternativamente, puede proporcionarse un sistema de control; el sistema de control está configurado para calcular automáticamente los valores de prueba respectivos de la resistencia Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra y la resistencia Rpv- del terminal negativo con respecto a tierra basándose en los valores de tensión del nodo común 1 y el terminal positivo PV+ en diferentes estados de conmutación del primer dispositivo de conmutación Q1 y el segundo dispositivo de conmutación K; determinar automáticamente si el cable de tierra PE y la línea neutra N están conectados cada uno a tierra de manera efectiva basándose en el resultado calculado; enviar una alarma en el caso de que al menos uno del cable de conexión a tierra PE y la línea neutra N no esté conectado a tierra de manera efectiva; determinar si el aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra es normal basándose en los valores de prueba del Rpv+ del terminal positivo con respecto a tierra, en el caso de que el cable de tierra PE y la línea neutra N estén conectados cada uno a tierra de manera efectiva; y enviar una alarma en el caso de que el aislamiento frente a tierra sea anómalo.
Según la ilustración anterior de las realizaciones dadas a conocer, los expertos en la técnica pueden implementar o poner en práctica la presente divulgación. Muchos cambios en estas realizaciones son evidentes para los expertos en la técnica, y los principios generales definidos en el presente documento pueden implementarse en otras realizaciones sin apartarse del alcance de la presente divulgación. Por lo tanto, la presente divulgación no se limita a las realizaciones dadas a conocer en el presente documento, sino que debe ajustarse al alcance más amplio según los principios y las características novedosas dadas a conocer en el presente documento.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Dispositivo de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra, caracterizado porque comprende:
    una primera resistencia de prueba (R1), en el que la primera resistencia de prueba (R1) puede conectarse en paralelo a una resistencia (Rpv+) de un terminal positivo (PV+) del módulo fotovoltaico con respecto a tierra;
    una segunda resistencia de prueba (R2), en el que la segunda resistencia de prueba (R2) puede conectarse en paralelo a una resistencia (Rpv-) de un terminal negativo (PV-) del módulo fotovoltaico con respecto a tierra, y un extremo de la segunda resistencia de prueba (R2) puede conectarse al terminal negativo (PV-), y el otro extremo de la segunda resistencia de prueba (R2) puede conectarse al terminal positivo (PV+) a través de la primera resistencia de prueba (Ri );
    una derivación en serie de una tercera resistencia de prueba (R3 ) y un primer dispositivo de conmutación (Qi ) conectados en serie, en el que la derivación en serie está conectada a la primera o segunda resistencia de prueba (R1 , R2 ) en paralelo;
    un segundo dispositivo de conmutación (K), en el que el segundo dispositivo de conmutación (K) tiene un primer estado de conmutación en el que un nodo común (1) entre la primera resistencia de prueba (Ri ) y la segunda resistencia de prueba (R2 ) está conectado/desconectado con/de un cable de tierra (PE) de un inversor fotovoltaico, y un segundo estado de conmutación en el que el nodo común (1) está conectado/desconectado con/de una línea neutra (N) de una red; y
    un sistema de control configurado para:
    conectar el nodo común (1) con el cable de tierra (PE), y desconectar la línea neutra (N) del nodo común (1);
    obtener una primera tensión de nodo del nodo común (1) y una primera tensión positiva del terminal positivo (PV+) cuando el primer dispositivo de conmutación (Q1) está abierto, y obtener una segunda tensión de nodo del nodo común (1) y una segunda tensión positiva del terminal positivo (PV+) cuando el primer dispositivo de conmutación (Q1) está cerrado;
    calcular un primer valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra y un primer valor de prueba de la resistencia (Rpv-) del terminal negativo (PV-) con respecto a tierra basándose en la primera tensión de nodo, la primera tensión positiva, la segunda tensión de nodo y la segunda tensión positiva;
    desconectar el cable de tierra (PE) del nodo común (1), y conectar el nodo común (1) con la línea neutra (N);
    obtener una tercera tensión de nodo del nodo común (1) y una tercera tensión positiva del terminal positivo (PV+) cuando el primer dispositivo de conmutación (Q1) está abierto, y obtener una cuarta tensión de nodo del nodo común (1) y una cuarta tensión positiva del terminal positivo (PV+) cuando el primer dispositivo de conmutación (Q1) está cerrado;
    calcular un segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra y un segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv-) del terminal negativo (PV-) con respecto a tierra basándose en la tercera tensión de nodo, la tercera tensión positiva, la cuarta tensión de nodo y la cuarta tensión positiva;
    determinar que el cable de tierra (PE) y la línea neutra (N) están conectados cada uno a tierra de manera efectiva, en el caso de que un valor absoluto de una diferencia entre el primer valor de prueba y el segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra sea menor que un primer umbral y un valor absoluto de una diferencia entre el primer valor de prueba y el segundo valor de la resistencia (Rpv-) del terminal negativo (PV-) con respecto a tierra sea menor que el primer umbral; y
    determinar si el primer valor de prueba y el segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra es cada uno mayor que un segundo umbral, en el caso de que el cable de tierra (PE) y la línea neutra (N) estén conectados cada uno a tierra de manera efectiva; y determinar que el módulo fotovoltaico está aislado normalmente frente a tierra, si se determina que el primer valor de prueba y el segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra es cada uno mayor que el segundo umbral; determinar que el módulo fotovoltaico está aislado de manera anómala frente a tierra si se determina que el primer valor de prueba o el segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra no es mayor que el segundo umbral.
    Dispositivo de detección según la reivindicación 1, que comprende además una resistencia protectora (R4), en el que la resistencia protectora (R4) está dispuesta entre el nodo común (1) y el segundo dispositivo de conmutación (K).
    3. Dispositivo de detección según la reivindicación 1, en el que el segundo dispositivo de conmutación (K) comprende un primer subconmutador (Q2) y un segundo subconmutador (Q3),
    en el que el primer subconmutador (Q2) está configurado para controlar la conexión del nodo común (1) y el cable de tierra (PE), y el segundo subconmutador (Q3) está configurado para controlar la conexión del nodo común (1) y la línea neutra (N).
    4. Dispositivo de detección según la reivindicación 3, en el que el primer subconmutador (Q2) es un conmutador de transistor, un conmutador eléctrico mecánico o un relé, y el segundo subconmutador (Q3) es un conmutador de transistor, un conmutador eléctrico mecánico o un relé.
    5. Dispositivo de detección según la reivindicación 1, en el que el segundo dispositivo de conmutación (K) es un conmutador de botón de dos posiciones o un conmutador bidireccional bipolar.
    6. Dispositivo de detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el primer dispositivo de conmutación (Q1) es un conmutador de transistor, un conmutador mecánico o un relé.
    7. Método de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra, caracterizado porque el dispositivo de detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 se adopta para detectar aislamiento del módulo fotovoltaico frente a tierra, y el método de detección comprende:
    conectar el nodo común (1) con el cable de tierra (PE), y desconectar la línea neutra (N) del nodo común (1);
    obtener una primera tensión de nodo del nodo común (1) y una primera tensión positiva del terminal positivo (PV+) cuando el primer dispositivo de conmutación (Q1) está abierto, y obtener una segunda tensión de nodo del nodo común (1) y una segunda tensión positiva del terminal positivo (PV+) cuando el primer dispositivo de conmutación (Q1) está cerrado;
    calcular un primer valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra y un primer valor de prueba de la resistencia (Rpv-) del terminal negativo (PV-) con respecto a tierra basándose en la primera tensión de nodo, la primera tensión positiva, la segunda tensión de nodo y la segunda tensión positiva;
    desconectar el cable de tierra (PE) del nodo común (1), y conectar el nodo común (1) con la línea neutra (N);
    obtener una tercera tensión de nodo del nodo común (1) y una tercera tensión positiva del terminal positivo (PV+) cuando el primer dispositivo de conmutación (Q1) está abierto, y obtener una cuarta tensión de nodo del nodo común (1) y una cuarta tensión positiva del terminal positivo (PV+) cuando el primer dispositivo de conmutación (Q1) está cerrado;
    calcular un segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra y un segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv-) del terminal negativo (PV-) con respecto a tierra basándose en la tercera tensión de nodo, la tercera tensión positiva, la cuarta tensión de nodo y la cuarta tensión positiva;
    determinar que el cable de tierra (PE) y la línea neutra (N) están conectados cada uno a tierra de manera efectiva, en el caso de que un valor absoluto de una diferencia entre el primer valor de prueba y el segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra sea menor que un primer umbral y un valor absoluto de una diferencia entre el primer valor de prueba y el segundo valor de la resistencia (Rpv-) del terminal negativo (PV-) con respecto a tierra sea menor que el primer umbral; y
    determinar si el primer valor de prueba y el segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra es cada uno mayor que un segundo umbral, en el caso de que el cable de tierra (PE) y la línea neutra (N) estén conectados cada uno a tierra de manera efectiva; y determinar que el módulo fotovoltaico está aislado normalmente frente a tierra, si se determina que el primer valor de prueba y el segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra es cada uno mayor que el segundo umbral; determinar que el módulo fotovoltaico está aislado de manera anómala frente a tierra si se determina que el primer valor de prueba o el segundo valor de prueba de la resistencia (Rpv+) del terminal positivo (PV+) con respecto a tierra no es mayor que el segundo umbral.
    8. Método de detección según la reivindicación 7, en el que el primer umbral es menor o igual que 200 Q.
    9. Método de detección según la reivindicación 7, en el que el segundo umbral es mayor o igual que 1 KQ.
    10. Sistema de generación de energía conectado a red fotovoltaica, que comprende al menos un dispositivo de detección para detectar aislamiento de un módulo fotovoltaico frente a tierra según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
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