一种光伏并网逆变器漏电流检测装置
技术领域
本发明涉及光伏并网逆变器控制技术领域,特别涉及一种光伏并网逆变器漏电流检测装置。
背景技术
随着光伏产业的发展,作为光伏核心设备的逆变器成为优先研发的对象。
由于光伏发电中的电压等级比较高,为了操作人员的安全,光伏漏电流监测成为光伏逆变器控制中的重要问题。
现有技术中,无法准确地对光伏并网逆变器中的漏电流进行监测,并且能够进行可靠地保护。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光伏并网逆变器漏电流检测装置,能够准确地对光伏并网逆变器中的漏电流进行监测,并且能够进行可靠地保护。
本发明实施例提供一种光伏并网逆变器漏电流检测装置,包括:电流传感器、整流电路、比较器和控制单元;
所述电流传感器,用于采集光伏并网逆变器的漏电流;
所述整流电路,用于将所述电流传感器采集的漏电流整流为直流电流;
所述整流电路的输出端通过不同的迟滞电路分别连接一个比较器的一个输入端,每个比较器的另一个输入端分别连接不同的参考电压;所有比较器的输出端连接在一起并连接控制单元;
所述控制单元,用于判断比较器的输出信号,根据比较结果控制逆变器的工作状态,当采集的漏电流超过预定电流阈值时,所述控制单元用于停止逆变器工作。
优选地,还包括高通滤波器;
所述高通滤波器的输入端连接整流电路的输出端;
所述高通滤波器的输出端通过不同的迟滞电路分别连接一个比较器的一个输入端,所述高通滤波器的输出端经过反相器后的输出信号通过不同的迟滞电路分别连接一个比较器的一个输入端;每个比较器的另一个输入端分别连接不同的参考电压;
所述高通滤波器连接的比较器的输出端与所述整流电路连接的比较器的输出端均连接在一起并连接所述控制单元。
优选地,还包括:参考电压转换电路和分压电路;
所述比较器的输出信号连接所述参考电压转换电路的输入端;
所述参考电压转换电路,用于根据所述比较器的输出信号的大小输出对应的基准电压;
所述基准电压经过分压电路形成所述不同的参考电压。
优选地,还包括信号处理电路:
所述比较器的输出端通过所述信号处理电路连接所述控制单元;
所述信号处理电路包括:第一MOS管、第一三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一电容;
所述比较器的输出端通过所述第一电阻连接所述第一MOS管的栅极;
所述第一MOS管的栅极和地之间连接并联的第二电阻和第一电容;
所述第一MOS管的源极接地,第一MOS管的漏极通过所述第三电阻连接电源;
所述第一MOS管的漏极连接第一三极管的基极;
所述第一三极管的发射极接地;所述第一三极管的集电极通过所述第四电阻连接所述电源;同时所述第一三极管的集电极作为信号处理电路的输出端连接所述控制单元。
优选地,还包括运放电路和AD转换器;
所述电流传感器的输出端连接所述运放电路的输入端,所述运放电路的输出端连接AD转换器的输入端;所述AD转换器的输出端连接所述控制单元;
所述运放电路,用于将所述电流传感器输出的信号进行放大;
所述AD转换器,用于将所述运放电路输出的放大后的信号转换为数字信号发送给所述控制单元;
所述控制单元,用于根据接收的数字信号对应不同的响应时间来控制逆变器停止工作,所述数字信号不同对应的响应时间不同。
优选地,所述分压电路包括多个分压模块,每个分压模块均由分压电阻来实现;
所述每个分压模块产生一个参考电压。
优选地,所述参考电压转换电路包括:电源芯片、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第二三极管和第二MOS管;
所述电源芯片的电压输出端通过串联的第十六电阻和第十五电阻接地;同时所述电源芯片的电压输出端通过串联的第十六电阻和第十七电阻连接第二三极管的集电极;
所述第二三极管的发射极接地;所述第二三极管的基极通过第十八电阻连接所述电源芯片的电压输出端;
所述第二三极管的基极连接所述第二MOS管的漏极;所述第二MOS管的源极接地,所述第二MOS管栅极连接比较器的输出端;
所述电源芯片的电压输出端作为所述基准电压。
优选地,还包括铜管和铜棒;
所述铜管和铜棒连接被测并网逆变器或者系统的正极线和负极线;
所述铜棒套在所述铜管内;
所述铜管的外径尺寸小于所述电流传感器的孔径;
所述铜管传入所述电流传感器的孔内;
所述电流传感器感应所述铜管和铜棒上传送的漏电流。
优选地,所述迟滞电路为RC电路。
优选地,
所述整流电路的输出端通过两个不同的迟滞电路分别连接两个比较器的输入端;
所述高通滤波器的输出端通过三个不同的迟滞电路分别连接三个比较器的输入端;
所述高通滤波器的输出端经过反相器后的输出信号通过三个不同的迟滞电路分别连接三个比较器的输入端。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明实施例提供的装置,通过不同的迟滞电路设置不同的响应时间,漏电流较大时,响应时间短,保护更快;漏电流较小时,响应时间长,保护较慢;这样可以更加符合使用的要求,使保护更可靠。通过设置不同的参考电压实现不同漏电流的保护,这样划分了等级,可以更准确地对不同的漏电流进行保护,使保护更加全面。本发明提供的实施例从硬件上实现的保护要比软件实现的保护响应时间更短,更加迅速。因此,该装置可以对光伏并网逆变器的漏电流保护更加安全可靠。
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1是本发明提供的光伏并网逆变器漏电流检测装置实施例一示意图;
图2是本发明提供的光伏并网逆变器漏电流检测装置实施例二示意图;
图3是本发明提供的检测装置中的信号处理电路示意图;
图4是本发明提供的检测装置中的迟滞电路和比较器示意图;
图5是本发明提供的参考电压转换电路图;
图6是本发明提供的分压电路示意图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一:
参见图1,该图为本发明提供的光伏并网逆变器漏电流检测装置实施例一示意图。
本发明实施例提供的光伏并网逆变器漏电流检测装置,包括:电流传感器100、整流电路200、迟滞电路300、比较器400和控制单元500;
所述电流传感器100,用于采集光伏并网逆变器的漏电流;
需要说明的是,逆变器工作时容易产生漏电流,由于在光伏并网系统中,逆变器两侧的工作电压较高,因此漏电流也可能很大,这样对于操作人员以及工作器件均是不利的,这样就有必要监测漏电流的大小,从而控制逆变器的工作状态。当漏电流超过预定阈值时,需要控制逆变器停止工作,以免造成不良后果。
所述整流电路200,用于将所述电流传感器100采集的漏电流整流为直流电流;
由于漏电流有正有负,因此,为了准确方便地测量,本实施例中将漏电流进行整流,变为直流信号进行后期的测量和验证。
具体的整流电路200的实现方式,可以由整流二极管来实现,也可以由整流桥来实现,这属于本领域的成熟技术,在此不再具体限定。
需要说明的是,本发明实施例中的整流电路200优选采用精密整流电路。
所述整流电路200的输出端通过不同的迟滞电路300分别连接一个比较器400的一个输入端,每个比较器400的另一个输入端分别连接不同的参考电压;所有比较器300的输出端连接在一起并连接控制单元500;
本发明实施例提供的装置基于不同的持续漏电电流流大小并对持续漏电电流做出响应,设置了不同的迟滞电路来实现不同的时间延迟后将采集的漏电流信号发给比较器;因为,当漏电流大时,对应的响应时间应该短,这样可以及时切断电源或者停止逆变器的工作进行保护,即漏电流较大时,应该快速启动保护。当漏电流较小时,可以适当加长响应时间,既保护响应较慢也不会对系统造成太大的影响。每个迟滞电路对应一个比较器,并且比较器的参考电压不同,这样可以实现大小不同漏电流的保护。
需要说明的是,本发明实施例中不具体限定整流电路后续设置的迟滞电路的具体数目,可以根据实际需要来设置,但是至少要设置两个,这样才能实现发明目的。当然,迟滞电路也可以多于两个,迟滞电路的数目与比较器的数目是相同的,一个迟滞电路对应一个比较器。
所述控制单元500,用于判断比较器400的输出信号,根据比较结果控制逆变器的工作状态,当采集的漏电流超过预定电流阈值时,所述控制单元400用于停止逆变器工作。
由于所有比较器的输出端并联在一起并连接控制单元400,因此只要有一个比较器翻转,则控制单元400则会执行保护动作。具体地,比较器的输出端可以连接控制单元400的使能端来实现控制。
综上,本发明实施例提供的装置,通过不同的迟滞电路设置不同的响应时间,持续漏电流较大时,响应时间短,保护更快;持续漏电流较小时,响应时间长,保护较慢;这样可以更加符合使用的要求,使保护更可靠。通过设置不同的参考电压实现不同漏电流的保护,这样划分了等级,可以更准确地对不同的漏电流进行保护,使保护更加全面。本发明提供的实施例从硬件上实现的保护要比软件实现的保护响应时间更短,更加迅速。因此,该装置可以对光伏并网逆变器的漏电流保护更加安全可靠。
需要说明的是,以上实施例中是对持续漏电电流进行检测并进行响应保护,下面介绍对突变漏电电流的检测和保护。
实施例二:
参见图2,该图为本发明提供的光伏并网逆变器漏电流检测装置实施例二示意图。
本实施例提供的检测装置,还包括高通滤波器600;
由于高通滤波器600可以捕捉到突变的信号,因此可以对突变漏电电流进行检测。
所述高通滤波器600的输入端连接整流电路200的输出端;
所述高通滤波器600的输出端通过不同的迟滞电路300分别连接一个比较器400的一个输入端,所述高通滤波器600的输出端经过反相器后的输出信号通过不同的迟滞电路300分别连接一个比较器400的一个输入端;每个比较器400的另一个输入端分别连接不同的参考电压;
所述高通滤波器600连接的比较器400a的输出端与所述整流电路200连接的比较器400的输出端均连接在一起并连接所述控制单元500。
本实施例中在高通滤波器600之后也设置比较器400a,这样对于整流电路200输出的信号直接进行判断,对于高通滤波器600输出的信号继续进行判断。
本实施例提供的还包括运放电路700和AD转换器800;
所述电流传感器100的输出端连接所述运放电路700的输入端,所述运放电路700的输出端连接AD转换器800的输入端;所述AD转换器800的输出端连接所述控制单元500;
所述运放电路700,用于将所述电流传感器100输出的信号进行放大;
所述AD转换器800,用于将所述运放电路700输出的放大后的信号转换为数字信号发送给所述控制单元500;
所述控制单元500,用于根据接收的数字信号对应不同的响应时间来控制逆变器停止工作,所述数字信号不同对应的响应时间不同。
需要说明的是,本发明中不仅通过硬件对持续漏电电流和突变漏电电流进行检测实现保护,而且通过软件对漏电流进行检测实现保护。由于软件保护有时候会失效,出现故障,因此本发明设置了既硬件保护又软件保护两种方案,这样可以更好地实现双重保护,以避免软件保护故障时或者硬件保护故障时,另一种保护继续进行。可以理解的是,硬件保护比软件保护动作响应要快,因此,本发明实施例中,软件保护中的预定阈值可以小于硬件保护中的预定阈值。
实施例三:
参见图3,该图为本发明提供的检测装置中的信号处理电路示意图。
本实施例提供的检测装置还包括信号处理电路。
需要说明的是,信号处理电路连接在图1或图2中的比较器与控制单元之间。即,所述比较器的输出端通过所述信号处理电路连接所述控制单元;
所述信号处理电路包括:第一MOS管Q3、第一三极管Q4、第一电阻R39、第二电阻R40、第三电阻R41、第四电阻(由R43和R42串联在一起实现)和第一电容C28;
所述比较器的输出端通过所述第一电阻R39连接所述第一MOS管Q3的栅极;
所述第一MOS管Q3的栅极和地之间连接并联的第二电阻R40和第一电容C28;
所述第一MOS管Q3的源极接地,第一MOS管Q3的漏极通过所述第三电阻R41连接电源;
所述第一MOS管Q3的漏极连接第一三极管Q4的基极;
所述第一三极管Q4的发射极接地;所述第一三极管Q4的集电极通过所述第四电阻连接所述电源(本实施例中为+5V);同时所述第一三极管Q4的集电极作为信号处理电路的输出端(即N_GFD)连接所述控制单元。
下面结合图3描述一下工作原理。
当比较器输出低电平时,Q3截止,Q4导通,这样信号处理电路的输出端NGFD输出低电平到控制单元,具体地,可以N_GFD连接控制单元的使能
端,当使能端为低电平时,功能失效,控制逆变器停止工作。
实施例四:
参见图4,该图为本发明提供的检测装置中的迟滞电路和比较器示意图。
从图4中可以看出,包括八个比较器,所述整流电路的输出端通过两个不同的迟滞电路分别连接两个比较器的输入端;所述高通滤波器的输出端通过三个不同的迟滞电路分别连接三个比较器的输入端;所述高通滤波器的输出端经过反相器后的输出信号通过三个不同的迟滞电路分别连接三个比较器的输入端。
U6-A和U6-8是对应整流电路输出端的两个比较器;这两个比较器的参考电压是不同的,这样可以实现对不同漏电流的保护,分别是:U6-A的正相输入端连接的参考电压为3V3R1;U6-8的正相输入端连接的参考电压为1V75R1。并且这两个比较器的反相输入端连接的迟滞电路也是不同的,虽然迟滞电路均是RC电路,但是RC电路中的电阻和电容的参数不同,因此,对应的时间参数也是不同的。
虽然两个迟滞电路的输入信号相同,但是由于迟滞电路的延迟时间不同,因此到达比较器的时间就有所差别,这样动作时间就有所不同。
同理,下面的六个比较器对应的是高通滤波器的输出信号。其中,三个比较器对应的是高通滤波器的输出信号,另外三个比较器对应的是高通滤波器的输出信号取反以后的信号。具体可以参见图4,其中,比较器U6-C、U7-A、U7-C对应的迟滞电路的输入端的信号相同;比较器U6-D、U7-B、U7-D对应的迟滞电路的输入端的信号相同。
这六个比较器对应的六个迟滞电路与上边所述的U6-A和U6-8的工作原理相同,在此不再赘述。
需要说明的是,从图4中可以看出,比较器的参考电压是不同的。下面结合具体电路图介绍各个参考电压的来源。
实施例五:
参见图5,该图为本发明提供的参考电压转换电路图。
本实施例中还包括:参考电压转换电路和分压电路;图5仅是参考电压转换电路的示意图。
所述比较器的输出信号NV_GFD1连接所述参考电压转换电路的输入端;
所述参考电压转换电路,用于根据所述比较器的输出信号的大小输出对应的基准电压5V0R1;
所述基准电压5V0R1经过分压电路形成所述不同的参考电压。
所述参考电压转换电路包括:电源芯片LM317、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二三极管Q1和第二MOS管Q2;
其中LM317为电源芯片,其中四个输出端VOUT短接在一起。
所述电源芯片LM317的电压输出端VOUT通过串联的第十六电阻R16和第十五电阻R15接地;同时所述电源芯片LM317的电压输出端通过串联的第十六电阻和第十七电阻R17连接第二三极管的集电极;
所述第二三极管Q1的发射极接地;所述第二三极管Q1的基极通过第十八电阻连接所述电源芯片的电压输出端;
所述第二三极管Q1的基极连接所述第二MOS管Q2的漏极;所述第二MOS管Q2的源极接地,所述第二MOS管Q2栅极连接比较器的输出端;
所述电源芯片LM317的电压输出端作为所述基准电压5V0R1。
当漏电电流未达到预定阈值时,比较器的输出信号NV_GFD1为高电平,此时参考电压转换电路的Q2导通,Q1截止,LM317的输出电压(即基准电压)为Vo(5V0R1)=1.25*(1+R15/R16),该基准电压经过电阻分压产生比较器的不同参考电压。其中,Vo是LM317的固有电压。
当系统出现漏电电流保护时,比较器的输出信号NV_GFD1为低电平,此时参考电压转换电路的Q2截止,Q1导通,LM317的输出电压Vo(5V0R1)=1.25*[1+(R15*R17/(R15+R17))/R16]。与漏电电流未达到预定阈值时相比,此时的参考电压是减小的,当系统的漏电电流比原先的保护电流小一定的值,系统才能恢复正常,因此这样能够起到迟滞保护电路的作用,从而增加保护电路的抗干扰性。
下面介绍与图5所示的参考电压转换电路连接的分压电路。
参见图6,该图为本发明提供的分压电路示意图。
所述分压电路包括多个分压模块,每个分压模块均由分压电阻来实现;
所述每个分压模块产生一个参考电压。
从图6中可以看出,该分压电路包括五个分压模块,五个分压模块均连接基准电压5V0R1,经过不同的电阻分压分为五个不同的基准电压,分别是:3V3R1、1V75R1、1V5R1、0V625R1、0V3125R1。
这五个不同的基准电压分别作为不同比较器的参考电压。
实施例六:
本实施例提供的另一个实施例中还包括:铜管和铜棒;
所述铜管和铜棒连接被测并网逆变器或者系统的正极线和负极线;
需要说明的是,本发明实施例中不具体限定具体是铜管连接正极线还是负极线,这个可以根据实际应用情况来使用。
所述铜棒套在所述铜管内;
所述铜管的外径尺寸小于所述电流传感器的孔径;
所述铜管传入所述电流传感器的孔内;
所述电流传感器感应所述铜管和铜棒上传送的漏电流。
由于现有技术中,目前国内没有大孔径的电流互感器适用于中大功率的光伏逆变器中,在将导线穿过电流互感器时非常困难。
本发明实施例提供的装置,可以通过铜管和铜棒将电流引入电流互感器的孔中,使电流互感器感应铜管和铜棒上的电流,从而完成漏电流的检测。这样解决了穿线困难的问题。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。