CN102439463A - 布线测试设备 - Google Patents

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Abstract

一种布线测试设备(1)，测试用于将直流电压转变为三相交变电压的逆变器(2)(例如光伏逆变器)的布线。该设备以使逆变器(2)被设计为连接到带有作为电网侧导体电压(u1，U2，U3)的参考点的中性导体(N)的低压三相系统(3)为特征；包括用于测量导体电压(u1，U2，U3)的测试电路(4)；具有根据导体电压(u1，U2，U3)的瞬时值的总和计算的平均值，以及，当在限定的时间期间总电压超过阈值电压时被显示的错误消息；具有连接在相(L1，L2或L3)和中性导体(N)之间的附加元件，以便如果中性导体连接被发现缺失时、产生电压不平衡；具有通过测量导体电压(u1，U2，U3)而被探测的该电压不平衡，其意味着如果中性导体连接被发现缺失时、错误消息也将会出现；当连接三相逆变器到电网时，提供了一种检查电网连接的布线错误的简易方法。

Description

布线测试设备
技术领域
本发明涉及一种用于测试在电网中适用于将直流电压转变为三相交变电压的逆变器(诸如光伏逆变器)的布线，即布线连接的设备。所述逆变器被设计为连接到带有作为电网侧导体电压的参考点的中性导体的低压三相系统。 
背景技术
仅有合格的安装者被允许连接这种类型的三相逆变器到电网。该安装者以正确的和对应的方式连接各相和中性导体到电网中是必需的。然而，布线过程可能导致布线错误。 
一种用于在中压电网中的自动定位单相接地故障的方法已经在DE69219055T2中记载。这个方法包括测量零电流并生成向量总和。它也包括监控用于相移的单电流和向量总和。 
为了通过接地的谐振点和消弧线圈来探测在高压电网中的接地故障，DE102004008994B4提出使用不平衡电压来探测错误。 
关于用于以脉冲形式连接在接地故障相和保护性导体之间的电容器并测量流过它的电流的测试设备的文献是可获得的(例如，DD053803B1)。这允许设备识别在三相系统中的接地故障元件。诸如在DE102006009360B3中记载的其他测试设备用于确定旋转磁场的方向。这些设备也具有在相和中性导体之间安装的电容器。 
DE10139860A1记载了一种用于识别在三相设备中的故障连接的方法。连接错误借助于dq变换被识别。 
为了测试在Schuko插座中缺失或换位的连接，DE3248008A1提出了用于连接故障的测试电路的使用。 
带有电容性分压器的绝缘监控电路已经在WO2008152466A2中记载。 
发明内容
本发明提供了一种，当连接三相逆变器到电网中时针对布线错误检查电网连接的简易方法。这通过提供一种包括权利要求1或权利要求2或权利要求14的技术特征的设备来实现。本发明各种有利的实施例被包括在从属权利要求中。然而，本发明不限制于这些从属权利要求。 
本发明提供了一种监控带有中性导体的低压三相系统的连接的简易方法。 
特别是，测试设备在PV逆变器安装期间自动检测错误，从而向安装者提供便利和简易的方法来检查电网连接。测试设备可以被集成在逆变器中(例如，在逆变器外壳的内部)或可以是一外部电路(例如，以外部测试设备的形式)。 
这种测试通过采用很少的测量点和一简单的测试电路而被执行并可以允许减少元件的数量，以获得是适合连续生产的同时也是有成本效益的解决方法。 
当给三相逆变器布线时，诸如一或两相的缺失连接、一相和中性导体的换位或缺失中性导体的错误可能发生。 
五种错误情形可能出现： 
情形1：三相系统没有被正确地连接到逆变器。 
情形2：三相系统的一相没有被连接到逆变器。 
情形3：三相系统的两相没有被连接到逆变器。 
情形4：三相系统的中性导体没有被连接到逆变器。 
情形5：三相系统的一相和中性导体被以换位的方式连接到逆变器。 
在所有导体被正确连接的情形下，在三相系统中的导体电压的总和等于零。如果导体电压中的一个由于不正确的布线而缺失，那么电压总和是一非零值。 
如果对于特定时间tError变量USum超过UError的阈值，错误消息将被显示以通知安装者存在电网连接错误。 
通过使用用于监控的单一变量，这个原理能够被用来唯一地识别错误情形2，3和5。 
为了识别缺失的中性导体(错误情形4)，根据本发明，一附加的元件被嵌入在逆变器相和在逆变器中的中性导体布线端子之间。当连接三相系统的中性导体到逆变器时，电流通过所述相、该元件和该中性导体流回电网。已经被连接的中性导体规定中性点从而防止任何电压不平衡。 
然而，如果中性导体没有被连接，电流不能通过该附加的元件和该中性导体流回电网。在这种情形下，该嵌入的元件产生了能够通过测量导体电压而被 探测到的不平衡。当中性导体被正确地布线，这种不平衡将中性点移动到施加到该元件的电压不同于当前电压的程度。这些电压之间的差别能够被用于确定中性导体是否缺失。假定所有相或导体电压被测量以得到总和，则不再需要对此电压测量的附加努力。 
该附加元件被设计为无源元件。由于成本、潜在损耗和复杂性，提供电容器作为无源元件是特别有利的。 
这个电容器可以通过在三相系统中的该相和中性导体之间的电容性电流应该尽可能的小但应足够高以在具有电网电压的额定操作下在导体电压中产生不平衡的方式波确定大小。 
在另一种变型中，无源元件可以是一电阻器。在进一步的变型中，该附加元件，特别是电容器，可以经由用于单一测试目的的开关被连接。这种选择将需要附加的控制单元。 
为了确定逆变器是否被正确地连接到三相系统(情形1)，电容器被对称地连接到所有相，例如以星形的模式。所述附加的电容器以并联于电容器中的一个的方式被连接。 
在另一种变型中，两个串联连接的继电器触点可以布置在每一相的电网和逆变器之间，其中对于每一相，电压测量在两个相应的继电器触点中间扶行。这能够实现与电网的标准兼容(standards-compliant)的电气隔离，这也对当触点被焊接到两个继电器中的一个时提供。在这个实施例中，至少一个电容器被设置在继电器触点和连接端子之间。 
优选地，该逆变器仅在不存在报警信号时被配置为连接到电网。 
优选地，该设备进一步包括在存在报警信号时被配置为显示消息的显示装置。 
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步的理解以及被合并和组成了这个说明书的一部分。附图图解说明了本发明的实施例并结合描述用于解释本发明的原理。在附图中： 
图1示出了布线测试设备的第一实施例； 
图2是布线测试设备的另一个实施例；以及 
图3是测试逆变器的布线连接的方法的流程图。 
具体实施方式
图1描绘了被设计用于测试布线连接(即逆变器2(例如光伏逆变器)的布线的正确性)的布线测试设备1。 
逆变器2被设计为连接到具有电网侧导体电压，即相电压，u1，u2，u3(相L1，L2和L3)和中性导体N的低压三相系统3。三相电压u1，u2，u3是当前的(该N导体作为相电压u1，u2，u3的参考点)并被测量。测试电路4被提供用于测量导体电压u1，u2，u3。 
在本发明的一个变型中，平均值根据导体电压u1，u2，u3的瞬时值的总和而导出。该总和基于一个电网周期被确定。如果总电压在限定的时间期间上超过阈值电压，错误消息将出现。 
这个变型使用已经用于例如电网继电器的功能测试的电网侧导体或相电压的测量。瞬时值的总和的模量被计算。这个量在一个电网周期上被平均。 
USumHW(k)＝|u1(k)+u2(k)+u3(k)| 
USum＝[USumHW(k)+USumHW(k-1)]/NGrid cycle
如果对特定时间tError变量USum超过UError的阈值，错误消息将被显示以通知安装者存在电网连接故障。 
通过这个方法，下面的错误情形能够被识别： 
-三相系统的一相没有被连接到逆变器。 
-三相系统的两相没有被连接到逆变器。 
-三相系统的一相和中性导体被以换位的方式连接到逆变器。 
只有一种变量被需要用于监控 
如图1中所描绘的，附加的无源元件-电容器CN-被连接在L3和中性导体N之间。如果中性导体连接是缺失的，所述元件产生电压不平衡。这种不平衡可以通过测量导体电压被确定，并且如果中性导体连接被发现是缺失的，一错误消息也会出现。此外，三个电容器C1，C2和C3被以星形的模式对称地连接到所有相L1，L2，L3。附加的电容器CN被直接连接或通过类似于在L3和中性导体N之间的附加电容器的附加元件而被连接。 
在电容器C1，C2和C3之间的连接点可以通过一个附加的电容器(在此未 示出)被附加地连接到地(PE，未示出)。 
被串联连接到用于相L1-L3中的每一个的连接端子2a，2b，2c的继电器触点1a，1b，1c被设置在逆变器2和电网3之间。电压测量u1，u2，u3(测试电路4的电压传感器)被在相L1，L2，L3中的每一相和中性导体N之间进行。 
电容器C1，C2，C3和CN被布线到在电网侧的继电器触点1a，1b，1c。 
在另一个变型中，没有在图中绘出的运算放大电路将被用于测量导体电压u1，u2，u3。信号处理器可以被用于计算导体电压u1-u3的总和。 
如在图2中示出的，测试逆变器2到带有中性线的三相电网3的布线连接的设备的另一个有利的实施例可以包括下面的特征： 
-相电压传感器-即电压测量设备—用于确定在三相L1，L2，L3的每一相的相应相与中性线N之间的电压u1，u2，u3。 
-探测设备5，被耦接到相电压传感器并被配置为在相电压传感器的电压的总和超过电压阈值的情形下发出报警信号；以及 
-附加元件，被连接在三相中的一相和中性线之间；该附加元件是电容器CN。 
这个设备提供了一种测试布线，即逆变器2到三相电网(系统)3的布线正确性的不复杂且容易的方式。优选地，该设备包括串联连接在三相中的一相和接地电位之间的两个电容器，并且其中中性线被连接在两个电容器之间。进一步，附加元件进行的连接在另一个优选的实施例中是可切换的连接。 
图3示出了测试逆变器到带有中性线的三相电网之间的布线连接的方法的优选实施例的流程图。该方法包括：步骤100：提供连接在三相L1，L2，L3中的一相和中性线N之间的附加元件(C.C.)；步骤200：确定在三相L1，L2，L3中的每一相的相应相和中性线N之间的相电压u1，u2，u3；步骤300：通过将相电压的总和与电压阈值比较，探测有缺陷的布线连接；以及，步骤400：探测到有缺陷的布线时发出报警信号。 
优选地，将相电压的总和与电压阈值比较的步骤300包括在一个时间段上对相电压总和求平均的步骤。在优选的实施例中，所述时间段是整数个电网周期。
参考列表 
1 布线测试设备 
2 逆变器 
3 三相系统 
4 测试电路 
5 探测单元 
L1-L3 相 
N 中性导体 
u1-u3 电压 
C1-C3 电容器 
CN 附加电容器 
1a-1c 继电器触点 
2a-2c 从逆变器到低压电网的连接端子 

Claims (16)

1.一种布线测试设备(1)，用于测试适用于将直流电压转变为三相交变电流的逆变器(2)的布线正确性，所述逆变器(2)被设计为连接到带有作为电网侧导体电压(u1，u2，u3)的参考点的中性导体(N)的低压三相系统(3)；其中测试电路(4)被包括用于测量所述导体电压(u1，u2，u3)；其中根据所述导体电压(u1，u2，u3)的瞬时值的总和而导出平均值，并且如果在限定的时间期间总电压超过阈值电压，则错误消息被显示；附加元件被连接在相(L1，L2或L3)和中性导体(N)之间，使得如果中性导体连接被发现缺失，则电压不平衡被生成并能够通过测量所述导体电压而被确定，其意味着如果中性导体连接被发现缺失，则错误消息也将出现，该附加元件是电容器。
2.一种用于测试逆变器到带有中性线的三相电网的布线连接的设备，该设备包括：
-相电压传感器，用于确定在三相中的每一个的相应相与所述中性线之间的电压；
-探测单元，被耦接到所述相电压传感器，并被配置为在所述相电压传感器的电压的总和超过电压阈值的情形下发出报警信号；以及
-附加元件，被连接在三相中的一相和所述中性线之间；该附加元件是电容器。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中电容器(C1，C2，C3)被对称地连接到所有相。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述电容器被以星形的模式连接。
5.根据前述权利要求之一的设备，其中该附加元件被连接在多相中的一相和所述中性导体之间。
6.根据前述权利要求之一的设备，其中该附加元件包括串联连接在三相中的一相和接地电位之间的两个电容器，并且其中所述中性线被连接在所述两个电容器之间。
7.根据前述权利要求之一的设备，其中通过该附加元件的连接是可切换的连接。
8.根据前述权利要求之一的设备，其中继电器触点被串联连接到在每一相的所述逆变器和电网之间的连接端子，并且在多相中的每一相和所述中性导体之间执行电压测量。
9.根据前述权利要求之一的设备，其特征在于，具有在继电器触点和连接端子之间的点和所述中性导体之间布置的至少一个电容器。
10.根据前述权利要求之一的设备，其特征在于，用于测量导体电压(u1，u2，u3)的运算放大电路的使用。
11.根据前述权利要求之一的设备，其特征在于，用于计算所有导体电压(u1，u2，u3)总和的信号处理器的使用。
12.根据前述权利要求之一的设备，其中所述逆变器被配置为仅在所述报警信号不存在时连接到电网。
13.根据前述权利要求之一的设备，进一步包括被配置为在所述报警信号存在时显示消息的显示装置。
14.一种用于测试逆变器到带有中性线的三相电网的布线连接的方法，该方法包括以下步骤：
-提供连接在三相中的一相和所述中性线之间的附加元件；
-确定在三相中的每一相的相应相和所述中性线之间的相电压；
-通过将所述相电压的总和与电压阈值比较来探测有缺陷的布线连接；以及
-探测到有缺陷的布线时发出报警信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将相电压的总和与电压阈值比较步骤包括：对一段时间内的所述相电压的总和求平均值。
16.根据权利要求15所述的方法，其中该一段时间是电网周期的整数倍。
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