適用于逆變器的對地故障檢測電路、逆變器及其故障檢測方法
【專利摘要】本發明提供了一種適用于逆變器的對地故障檢測電路、逆變器及其故障檢測方法。逆變器的輸出端與交流電網的第一火線L1、第二火線L2連接，該對地故障檢測電路包括：第一電容C1，連接在第一火線L1和逆變器的直流輸入負端PV?之間；第二電容C2和第三電容Cg，第二電容C2和第三電容Cg串聯，并且連接在第二火線L2和直流輸入負端PV?之間；采樣電壓檢測模塊，用于檢測第三電容Cg兩端的電壓；對地短路計算模塊，接收采樣電壓檢測模塊的檢測結果，并根據第一火線L1和第二火線L2之間的電壓來判斷逆變器的直流輸入端是否對地短路。采用該對地故障檢測電路則逆變器無需接地，就可以檢測判斷其輸入端是否存在接地故障。
【專利說明】
適用于逆變器的對地故障檢測電路、逆變器及其故障檢測 方法
技術領域
[0001] 本發明涉及起重機械技術領域，尤其涉及一種逆變器的對地故障檢測電路及其方 法。
【背景技術】
[0002] 并網逆變器需要檢測直流側是否有對地故障，以便在發生該對地故障的時候停止 運行，實現安全保護。通常的對地故障檢測需要有參考地，而該參考地通常需要逆變器具有 導電的殼體或者需要接地線連到電網的地，這樣的電路安排會增加逆變器的成本。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題是提供一種逆變器的對地故障檢測電路、逆變器及其 方法，該對地故障檢測電路無需接地就可以檢測判斷是否存在接地故障，有效降低成本。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明提供一種逆變器的對地故障檢測電路，所述逆變器 的輸出端與交流電網的第一火線L1、第二火線L2連接，所述對地故障檢測電路包括：
[0005] 第一電容C1，連接在所述第一火線L1和所述逆變器的直流輸入負端PV-之間；
[0006] 第二電容C2和第三電容Cg，所述第二電容C2和所述第三電容Cg串聯，并且連接在 所述第二火線L2和所述直流輸入負端PV-之間；
[0007] 采樣電壓檢測模塊，用于檢測所述第三電容Cg兩端的實際電壓值vCg;
[0008] 對地短路計算模塊，根據接收到的所述采樣電壓檢測模塊的檢測結果，以及所述 第一火線L1和所述第二火線L2之間的電壓來判斷所述逆變器的直流輸入端是否對地短路。
[0009] 在本發明的一實施例中，所述對地短路計算模塊根據所述第一火線L1和第二火線 L2的電壓以及所述第一電容、第二電容C2和第三電容Cg的電容值來計算所述第三電容兩端 的理論電壓值SV Cg_min;所述對地短路計算模塊根據所述第一火線L1和第二火線L2的電壓 以及第二電容C2和第三電容Cg的電容值來計算所述第三電容兩端的故障電壓值V Cg_max，假 設直流輸入負端PV-發生對地故障;所述對地短路計算模塊根據所述第三電容Cg兩端的實 際電壓值V Cg與理論電壓值VCg_min以及故障電壓值VCg_ max的比較來判斷所述逆變器的直流輸 入端是否對地短路。
[0010] 在本發明的一實施例中，所述第一電容C1、所述第二電容C2和第三電容Cg為安規 電容。
[0011] 在本發明的一實施例中，所述第一電容C1和所述第二電容C2為Y電容，所述第三電 容Cg為X電容。
[0012] 本發明還提供了一種逆變器，包括前述的對地故障檢測電路。
[0013] 在本發明的一實施例中，所述逆變器包括交流電壓檢測模塊，所述交流電壓檢測 模塊檢測所述第一火線L1和所述第二火線L2之間的電壓，并將檢測結果發送到所述對地短 路計算模塊。
[0014] 在本發明的一實施例中，還包括控制器模塊、直流直流轉換模塊、直流交流轉換模 塊，所述控制器模塊連接所述直流直流轉換模塊、所述直流交流轉換模塊、所述對地短路計 算模塊和所述交流電壓檢測模塊，所述控制器模塊根據所述對地短路計算模塊的判斷結果 來停止所述直流直流轉換模塊和/或所述直流交流轉換模塊工作。
[0015] 本發明還提供了一種適用于逆變器的對地故障檢測方法，將所述逆變器的輸出端 與交流電網的第一火線L1、第二火線L2連接，所述對地故障檢測方法包括如下步驟：
[0016] 第一步，在所述第一火線L1和所述逆變器的直流輸入負端PV-之間設置第一電容 C1；
[0017] 第二步，在所述第二火線L2和所述直流輸入負端PV-之間設置第二電容C2和第三 電容Cg，所述第二電容C2和所述第三電容Cg串聯；
[0018] 第三步，根據所述第一火線L1和第二火線L2的電壓以及所述第一電容、第二電容 C2和第三電容Cg的電容值來計算所述第三電容兩端的理論電壓值為VCgjnin;
[0019] 第四步，假設直流輸入負端PV-發生對地故障，根據所述第一火線L1和第二火線L2 的電壓以及第二電容C2和第三電容Cg的電容值來計算所述第三電容兩端的故障電壓值 VCg_max；
[0020] 第五步，檢測所述第三電容兩端的實際電壓值VCg
[0021] 第六步，將實際電壓值VCg與理論電壓值VCg_min以及故障電壓值VCg_max比較來 判斷所述逆變器的直流輸入端是否對地短路。
[0022] 在本發明的一實施例中，在第六步中計算k= (VCg-VCg_min)/(VCg_max-VCg)，根 據對地短路故障的標準要求的阻抗，計算出標準要求的k的閾值k0,將實際采樣計算出的k 值與閾值k0比較，判斷所述逆變器的直流輸入端是否對地短路。
[0023] 在本發明的一實施例中，在第六步中計算k= (VCg-VCg_min)/(VCg_max-VCg)，調 整所述交流電網的電壓，并根據對地短路故障的標準要求的阻抗，計算出不同的k的閾值， 保存成k閾值表，將實際采樣計算出的k與所述k閾值表比較，判斷所述逆變器的直流輸入端 是否對地短路。
[0024] 本發明提供的一種逆變器的對地故障檢測電路、逆變器及其方法，使得逆變器無 需具有導電的殼體，也無需接地線連到電網的地，但仍能準確檢測逆變器的對地故障，實現 設備的安全保護，且能有效降低逆變器的制造成本。
【附圖說明】
[0025] 為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的具 體實施方式作詳細說明，其中：
[0026] 圖1示出本發明一實施例的包含對地故障檢測電路的電路圖一。
[0027] 圖2示出本發明一實施例的包含對地故障檢測電路的電路圖二。
[0028]圖3示出本發明一實施例的包含對地故障檢測電路的電路圖三。
【具體實施方式】
[0029]圖1示出本發明一實施例的包含對地故障檢測電路的電路圖一。圖2示出本發明一 實施例的包含對地故障檢測電路的電路圖二。圖3示出本發明一實施例的包含對地故障檢 測電路的電路圖三。如圖所示，電力系統包括直流電源101，逆變器103,交流電網105。交流 電網105包括第一火線L1，第二火線L2，交流電網105的遠端零線N和地線連接。
[0030] 其中，直流電源101接入逆變器的直流輸入正端PV+和直流輸入負端PV-。直流電源 101可以是光伏組件、風能設備、電池或其它不同類型直流電源中的一種。
[0031 ]逆變器103包括了直流直流轉換模塊104，直流交流轉換模塊106，對地故障檢測電 路108，控制器模塊110，交流電壓檢測模塊112。直流直流轉換模塊104連接逆變器的輸入端 PV+和PV-，直流直流轉換模塊104的輸出端與直流交流轉換模塊106的輸入端連接，直流交 流轉換模塊106的輸出端連接第一火線L1和第二火線L2。交流電壓檢測模塊112能夠獲得第 一火線L1和第二火線L2之間的電壓Vu-V L2。逆變器103的輸出端與交流電網105的第一火線 L1、第二火線L2連接。控制器模塊110連接直流直流轉換模塊104、直流交流轉換模塊106、對 地故障檢測電路108和交流電壓檢測模塊112。
[0032] 對地故障檢測電路108包括：
[0033] 第一電容C1，連接在第一火線L1和逆變器103的直流輸入負端PV-之間；
[0034]第二電容C2和第三電容Cg，第二電容C2和第三電容Cg串聯，并且連接在第二火線 L2和直流輸入負端PV-之間；
[0035]采樣電壓檢測模塊114,用于檢測第三電容Cg兩端的電壓；
[0036]對地短路計算模塊116，根據所接收到的采樣電壓檢測模塊114的檢測結果以及第 一火線L1和第二火線L2之間的電壓Vu_Vl2,來判斷逆變器103的直流輸入端是否對地短路。 如圖所示，對地短路計算模塊116與交流電壓檢測模塊112連接，對地短路計算模塊116可以 從交流電壓檢測模塊112獲得第一火線L1和第二火線L2之間的電壓Vu_Vl 2。
[0037] 較佳地，第一電容Cl、第二電容C2和第三電容Cg為安規電容。更佳地，第一電容Cl 和第二電容C2為Y電容，第三電容Cg為X電容。
[0038]參考圖2,在逆變器103的直流輸入端沒有對地故障的時候，參考圖中的粗實線部 分，電流由第一火線L1依次通過第一電容C1、第二電容C2和第三電容Cg流向第二火線L2,可 以理解的，第三電容Cg上的電壓為電壓V L1-VL2在3個串聯電容中的第三電容Cg的分壓。對于 直流輸入負端PV-和第二火線L2之間的電壓由這3個電容的容值決定。第三電容Cg的理論電 壓值VCg-min為：
[0040]參考圖3,當PV-發生對地故障的時候，假設是完全短路，阻抗為0,那么直流輸入負 端PV-接地，和L2之間的電壓是Vl2-Vn，也就是Vu_Vl2的1/2。此時第三電容Cg的故障電壓值 VCg-max 為：
[0042] 通過對第一電容Cl、第二電容C2和第三電容Cg的電容值的選擇，可以使沒有對地 短路和有對地短路時直流輸入負端PV-和第二火線L2之間的電壓有差別，從而第三電容Cg 上的理論電壓值VCg_min和故障電壓值VCg_max有差別。
[0043] 例如，對于 Vli_Vl2 = 240V，Cl = InF，C2 = 4 ? 7nF，C3 = 150nF 的情況，在沒有對地故 障的時候，第三電容Cg上的理論電壓值VCg_min為1.3V。在有對地故障的時候，第三電容Cg上 的故障電壓值Vcg_mX為3.65V。
[0044] 交流電壓檢測模塊114檢測第三電容Cg上的實際電壓VCg，并將檢測結果發送給對 地短路計算模塊116，經過對地短路計算模塊116計算，與前述數據比較從而判斷逆變器103 的輸入端是否存在對地短路故障。
[0045] 進一步的，控制器模塊110根據對地短路計算模塊116的判斷結果來停止直流直流 轉換模塊104和/或直流交流轉換模塊106的工作，從而保護設備的安全。
[0046] 本發明還提供了一種適用于逆變器的對地故障檢測方法。參考附圖，將逆變器103 的輸出端與交流電網106的第一火線L1、第二火線L2連接，對地故障檢測方法包括如下步 驟：
[0047] 第一步，在第一火線L1和逆變器103的直流輸入負端PV-之間設置第一電容C1;
[0048] 第二步，在第二火線L2和直流輸入負端PV-之間設置第二電容C2和第三電容Cg，第 二電容C2和第三電容Cg串聯；
[0049]第三步，根據第一火線L1和第二火線L2的電壓以及第一電容、第二電容C2和第三 電容Cg的電容值來計算第三電容兩端的理論電壓值VCg_min;
[0050]第四步，假設直流輸入負端PV-發生對地故障，根據第一火線L1和第二火線L2的電 壓以及第二電容C2和第三電容Cg的電容值來計算第三電容兩端的故障電壓VCg_max;
[00511 第五步，檢測第三電容兩端的實際電壓值Vcg
[0052] 第六步，將VeAVeg_min以及Veg_ max比較來判斷直流輸入端是否對地短路。
[0053] 進一步的，在第六步中計算k= (Vcg-V(；g_min)/(V(；g_max-V(；g)，根據對地短路故障的標 準要求的阻抗，計算出標準要求的k閾值kO,將實際采樣計算出的k值與k閾值kO進行比較， 當k值大于該閾值k0的時候，則判斷直流輸入端發生了對地短路故障。
[0054] 另一方面，可以是事先根據電路中的電容，電網電壓，以及標準要求的阻抗計算出 前述k閾值，然后把該k閾值設定為判斷對地故障程序中的參考值，實際運行時，該對地故障 程序將實際采樣計算出的k值與這個參考值比較，判斷是否發生了故障。
[0055] 另一方面，在前述的對地故障檢測方法的第六步中計算k= (Vcg-Vcg_min)/(Vcg_max-Vcg)，調整交流電網105的電壓，并根據對地短路故障的標準要求的阻抗，計算出不同的k閾 值，保存成k閾值表，將實際采樣計算出的k值與k閾值表比較，判斷直流輸入端是否對地短 路。
[0056] 本發明提供的一種適用于逆變器的對地故障檢測電路，使得逆變器無需具有導電 的殼體，也無需接地線連到電網的地，但仍能準確檢測逆變器的對地故障，實現設備的安全 保護，降低制造成本。本發明還提供了應用該對地故障檢測電路的逆變器及其故障檢測方 法。
[0057] 雖然本發明已參照當前的具體實施例來描述，但是本技術領域中的普通技術人員 應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，在沒有脫離本發明精神的情況下還可作 出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發明的實質精神范圍內對上述實施例的變化、變 型都將落在本申請的權利要求書的范圍內。
【主權項】
1. 一種適用于逆變器的對地故障檢測電路，所述逆變器的輸出端與交流電網的第一火 線Ll、第二火線L2連接，所述對地故障檢測電路包括： 第一電容Cl，連接在所述第一火線Ll和所述逆變器的直流輸入負端PV-之間； 第二電容C2和第三電容Cg，所述第二電容C2和所述第三電容Cg串聯，并且連接在所述 第二火線L2和所述直流輸入負端PV-之間； 采樣電壓檢測模塊，用于檢測所述第三電容Cg兩端的實際電壓值Vcg; 對地短路計算模塊，根據接收到的所述采樣電壓檢測模塊的檢測結果，以及所述第一 火線Ll和所述第二火線L2之間的電壓來判斷所述逆變器的直流輸入端是否對地短路。2. 如權利要求1所述的對地故障檢測電路，其特征在于，所述對地短路計算模塊根據所 述第一火線Ll和第二火線L2的電壓以及所述第一電容、第二電容C2和第三電容Cg的電容值 來計算所述第三電容兩端的理論電壓值為V Cg_min;所述對地短路計算模塊根據所述第一火 線Ll和第二火線L2的電壓以及第二電容C2和第三電容Cg的電容值來計算所述第三電容兩 端的故障電壓值V Cg_max，假設直流輸入負端PV-發生對地故障;所述對地短路計算模塊根據 所述第三電容Cg兩端的實際電壓值V cg與理論電壓值VCg_min以及故障電壓值VCg_ max的比較來 判斷所述逆變器的直流輸入端是否對地短路。3. 如權利要求1所述的對地故障檢測電路，其特征在于，所述第一電容C1、所述第二電 容C2和第三電容Cg為安規電容。4. 如權利要求3所述的對地故障檢測電路，其特征在于，所述第一電容Cl和所述第二電 容C2為Y電容，所述第三電容Cg為X電容。5. -種逆變器，包括權利要求1至4任一項所述的對地故障檢測電路。6. 如權利要求5所述的逆變器，其特征在于，所述逆變器包括交流電壓檢測模塊，所述 交流電壓檢測模塊檢測所述第一火線Ll和所述第二火線L2之間的電壓，并將檢測結果發送 到所述對地短路計算模塊。7. 如權利要求6所述的逆變器，其特征在于，還包括控制器模塊、直流直流轉換模塊、直 流交流轉換模塊，所述控制器模塊連接所述直流直流轉換模塊、所述直流交流轉換模塊、所 述對地短路計算模塊和所述交流電壓檢測模塊，所述控制器模塊根據所述對地短路計算模 塊的判斷結果來停止所述直流直流轉換模塊和/或所述直流交流轉換模塊工作。8. -種適用于逆變器的對地故障檢測方法，將所述逆變器的輸出端與交流電網的第一 火線LU第二火線L2連接，所述對地故障檢測方法包括如下步驟： 第一步，在所述第一火線Ll和所述逆變器的直流輸入負端PV-之間設置第一電容Cl; 第二步，在所述第二火線L2和所述直流輸入負端PV-之間設置第二電容C2和第三電容 Cg，所述第二電容C2和所述第三電容Cg串聯； 第三步，根據所述第一火線Ll和第二火線L2的電壓以及所述第一電容、第二電容C2和 第三電容Cg的電容值來計算所述第三電容兩端的理論電壓值為VCg_min; 第四步，假設直流輸入負端PV-發生對地故障，根據所述第一火線LI和第二火線L2的電 壓以及第二電容C2和第三電容Cg的電容值來計算所述第三電容兩端的故障電壓值VCg_max; 第五步，檢測所述第三電容兩端的實際電壓值Vcg 第六步，將實際電壓值Vcg與理論電壓值VCg_min以及故障電壓值V Cg_max比較來判斷所述逆 變器的直流輸入端是否對地短路。9. 如權利要求8所述的對地故障檢測方法，其特征在于，在第六步中計算k = (V c g -VCg__)/(VCg_max-VCg)，根據對地短路故障的標準要求的阻抗，計算出標準要求的k的閾值kO， 將實際采樣計算出的k值與閾值kO比較，判斷所述逆變器的直流輸入端是否對地短路。10. 如權利要求8所述的對地故障檢測方法，其特征在于，在第六步中計算k= (Vcg-VCg_min)/(VCg_max-V Cg)，調整所述交流電網的電壓，并根據對地短路故障的標準要求的阻抗， 計算出不同的k的閾值，保存成k閾值表，將實際采樣計算出的k與所述k閾值表比較，判斷所 述逆變器的直流輸入端是否對地短路。
【文檔編號】G01R31/02GK105911408SQ201610221535
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】羅宇浩, 周懂明
【申請人】浙江昱能科技有限公司