CN104730412B

CN104730412B - 用于接地故障检测的方法和装置

Info

Publication number: CN104730412B
Application number: CN201410558516.8A
Authority: CN
Inventors: 马丁·冯纳格; 迈克尔·哈里森
Original assignee: Enphase Energy Inc
Current assignee: Enphase Energy Inc
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2034-10-20
Also published as: CA2863963A1; EP2887078A1; JP2015119619A; JP6357679B2; CN104730412A; US20150168473A1; AU2014240283A1; KR102210384B1; KR20150071681A; AU2014240283B2

Abstract

用于确定接地故障阻抗的方法和装置。在一个实施方式中，该装置包括分压器和接地故障检测模块，其中，接地故障检测模块用于(i)当分压器联接在第一AC线和DC线之间时基于分压器的至少一个电压测量确定第一电压；(ii)当分压器联接在第二AC线和DC线之间时，基于分压器的至少一个电压测量确定第二电压；(iii)基于至少一个电压测量确定第一AC线和第二AC之间的差分电压；以及(iv)基于第一电压、第二电压和差分电压计算接地故障阻抗。

Description

用于接地故障检测的方法和装置

技术领域

本公开的实施方式主要涉及接地故障检测，更具体地，涉及用于检测接地故障的方法和装置。

背景技术

太阳能板或光伏(PV)模块将来自被接收的日光的能量转换为直流电(DC)。PV模块不能存储它们所产生的电能，因此能量必须被分散至储能系统(诸如电池或泵送水电存储器)或者通过负载分散。使用所产生能量的一个选择是使用一个或多个逆变器将DC电流转换为交流电流(AC)并将AC电流接入商业电网。由这种分布式发电(DG)系统产生的电力随后可出售给商业电力公司。

为了将产生的电力接入商业AC电网，逆变器必须符合某些安全标准，诸如确定在DC侧上是否存在接地故障状况并且如果这种状况存在则禁止电力产生。在逆变器处具有地参考以用于测量接地故障电流需要从逆变器将地传回电网，导致支持接地连接的额外的接线和所带来的相应成本。

因此，在本领域中需要用于在不连接至地参考的情况下检测接地故障状况的方法和装置。

发明内容

如在权利要求中更完整地阐述且如结合附图中的至少一个中所示和/或所述，本发明的实施方式主要涉及确定接地故障阻抗。

本公开的这些和其他特征和优点可通过阅读本公开的以下详细说明并结合附图来理解，在附图中，相同的参考标号指代相同的部分。

附图说明

所以可详细理解本发明的上述列举特征的方式，上文简要概括的本发明的更具体描述可通过参考实施方式得到，实施方式中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了本发明的典型实施方式，因此不应被认为是对发明范围的限制，因为本发明还可允许其他同等有效的实施方式。

图1是根据本发明的一个或多个实施方式的电力分配系统的框图；

图2是根据本发明的一个或多个实施方式的逆变器的另一实施方式的框图；

图3是根据本发明的一个或多个实施方式的控制器的框图；

图4是用于根据本发明的一个或多个实施方式确定是否存在接地故障状况的方法的框图；以及

图5是包括本发明的一个或多个实施方式的用于电力转换的系统的框图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个或多个实施方式的电力分配系统100的框图。电力分配系统100(“系统100”)包括联接在逆变器104两端的光伏(PV)模块102，逆变器104进一步联接至AC电力分配网118(“电网118”)。逆变器104将DC电力从PV模块102转换为商业电网适用的AC电力并将所产生的AC电力联接至电网118。如图1中所示，电网118包括第一相线L1、第二相线L2和联接至地的中性线N，其中线L1和L2分别联接至逆变器的正负输出。在其他实施方式中，电网118可具有其他拓扑，诸如单相线和接地的中性线，具有接地连接的三相线等。

在一些实施方式中，附加或替代地，逆变器104可从一个或多个合适的DC源(而不是PV模块102)接收DC电力，诸如其他类型的可再生能源(例如，风力涡轮机、水力发电系统或类似的可再生能源)、电池等。在一些替代的实施方式中，多个DC源可联接至逆变器104(例如，逆变器104可以是串式逆变器或单个集中式逆变器)。

逆变器104包括联接在DC-AC级108两端的DC-DC级106、联接在DC-AC级108的输出两端的AC电压监测器116、以及联接至DC-DC级106、DC-AC级108和AC电压监测器116中的每个的控制器110。DC-DC级106从PV模块102接收DC输入并将接收到的DC电力转换为由控制器110控制的第二DC电力。DC-AC级108随后在控制器110控制下将来自DC-DC级106的DC电力转换为单相AC输出电力并将输出电力联接至电网118的线L1和L2。DC-AC级108可以是任何合适的DC-AC逆变电路，诸如交交变频器(cycloconverter)、H桥等。在其他实施方式中，DC-AC级108可生成其他类型的AC输出，诸如两相、分相或三相AC输出。在一些替代的实施方式中，可能不存在DC-DC级106并且DC-AC级108从PV模块102接收DC电力。

AC电压监测器116联接在DC-AC级108的输出的两端以对AC输出电压进行采样。AC电压监测器116测量瞬时AC输出电压(即，线L1和L2之间的差分电压VL1-VL2)并向控制器110提供这些样本(即，表示所采样电压的信号)。控制器110内的锁相环(PLL)锁定至电网频率并向逆变器104输出主时间参照。控制器110从电网电压提取振幅和相位的基本内容；理想地，相位应该始终是零但是在存在严重失真的情况下可能偏离。因此，控制器110将AC输出电压确定为矢量—即，在振幅和相位两方面。测量的AC输出电压在接地故障检测(如下文所述)以及电力转换期间使用。在一些实施方式中，AC电压监测器116可包括模数(A/D)转换器以提供数字形式的样本。

逆变器104还包括接地故障检测电路112。接地故障检测电路112包括电容器Cm和Cs、开关S1和S2以及AC电压监测器114。电容器Cm和Cs串联联接形成分压器。电容器Cm的第一端子联接至DC-DC级的负输入(虽然在其他实施方式中，其也可以联接至DC-DC级的正输入)，电容器Cm的第二端子联接至电容器Cs的第一端子，并且AC电压监测器114联接在电容器Cm的两端。电容器Cs的第二端子联接至开关S1和S2。在一些实施方式中，除了用于接地故障检测之外，电容器Cs和Cm可以为逆变器104提供电磁干扰(EMI)保护；附加的EMI保护电容器可联接在CS和Cm的两端而不显著影响本文所述的发明。

开关S1和S2分别为双向开关(例如，背对背金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、继电器触点等)并分别联接在电容器Cs的第二端子和DC-AC级的正负输出之间。开关S1和S2以及AC电压监测器114还联接至控制器110。

根据本发明的一个或多个实施方式，接地故障检测电路112用于在无需在逆变器104处接地的情况下确定是否存在接地故障状况。因为不需要接地，故可以简化系统拓扑—例如，在逆变器104的布线内不需要接地线，可使用用于逆变器104的无接地壳体(例如，逆变器壳体可由塑料或其他不导电材料制成)，并且逆变器104无需接地。因此逆变器104是无接地逆变器并且在“双重绝缘”等级下被证明是安全的。

为了确定是否存在接地故障状况，电网侧电压被用于经由可能存在于逆变器104的DC侧上的任何潜在的接地故障引导电流通过电容器Cs和Cm回到地。然后可通过测量在如下所述的电容器Cm两端产生的AC电压来确定接地故障的阻抗。在逆变器104不产生电力期间，开关S1是闭合的(如由控制器110控制)以通过由电容器Cs和Cm形成的电容分压器将电网侧线L1联接至DC-DC级的负输入。选择Cs和Cm处的电容量以将电容器Cm两端所生成的电压缩放至适于供AC电压监测器114测量的值；通常该选择是这样的，即Cm两端的电压比Cs两端的电压低很多，例如，电容分压器可提供大约30比1的压降。为了在DC端口和AC端口之间提供需要的安全绝缘，电容器Cm和Cs中的一个或两个是适当安全评级的电容器。在一些实施方式中，Cs为具有最大限度为4.7毫微法拉(nF)的电容值的安全评级电容器，诸如Y1、Y2或Y3安全评级，并且Cm具有150nF的电容(例如，对于33:1的分压器)。

AC电压监测器114对电容器Cm两端的电压进行采样并将这些样本(即，表示被采样电压的信号)提供给控制器110。在一些实施方式中，AC电压监测器114可包括模数(A/D)转换器以提供数字形式的样本。基于接收到的电压样本，当线L1通过Cm/Cs联接至DC负输入时，控制器110确定电容器Cm两端的电压的矢量值V1。控制器110可使用多个电压样本来确定V1，例如，控制器110可计算多个电压样本的平均值，从而确定V1。

然后开关S1被打开并且开关S2被闭合(如由控制器110控制)以通过由Cs和Cm形成的电容分压器将电网侧线L2联接至DC-DC级负输入。AC电压监测器114再次对电容器Cm两端的电压进行采样并将这些样本(即，表示被采样电压的信号)提供给控制器110。基于接收到的电压样本，当电网侧线L2和DC负输入通过Cm/Cs联接时，控制器110确定电容器Cm两端电压的矢量值V2。控制器110可使用多个电压样本来确定V2，例如，控制器110可计算多个电压样本的平均值，从而确定V2。然后，打开开关S2。

开关S1和S2的激活/去激活与电网电压波形同步；例如，逆变器104的、同步至电网118的锁相环(PLL)可用于同步开关S1和S2的操作。在一些实施方式中，例如当开关S1和S2为仅能够在低频下进行开关的装置时，开关S1和S2工作在小于或等于电网频率的频率下并且各保持闭合至少一个电网循环，虽然它们主要保持关闭较长的周期以降低读数中的噪音。在一些实施方式中，开关S1和S2中的每个可接通几个电网循环(例如，10个电网循环)。在其他实施方式中，开关S1和S2可工作在大于电网频率的频率下，虽然开关S1和S2通常工作在小于用于电力转换的转换器开关频率的频率下。

基于所获得的电压样本，评估V1和V2中的每个的振幅和相位；例如，可使用单二进制快速傅里叶变换(FFT)来评估单一频率(例如，电网频率)以确定V1和V2中的每个的振幅和相位。类似地，差分电压VL1-VL2的振幅和相位基于由AC电压监测器116获得的电压样本确定。通常，在测量和确定V1和V2的过程中连续测量VL1-VL2；如果VL1-VL2在测量V1和V2的时间之间发生变化，则可重复该测量直到其适当地稳定。

基于V1、V2和差分电压VL1-VL2，PV模块与地的阻抗Zpv由控制器110如下确定：

Zpv＝Zs*(1-α)/α (1)

其中

α＝[(V1-V2)VL1-VL2]*Zs/Zm (2)

以及其中Zs和Zm分别为电容器Cs和Cm的阻抗，并且Zpv、Zs和α都是矢量。然后，所确定的PV模块的对地阻抗Zpv的振幅和/或相位可由控制器110评估以确定是否存在接地故障状况。例如，如果Zpv的振幅小于10千欧姆，便可确定存在接地故障状况；附加地或替代地，可基于Zpv的相位对电阻式泄漏(Zpv真实)与电容式泄漏(Zpv理想)加以区别。当接地故障状况被确定时，控制器110禁止通过逆变器104产生电力并且可唤起表示该状况的警报。可周期性地确定PV模块与地的阻抗，诸如每天早上在逆变器启动之前，以对任何接地故障状况进行测试。

在某些实施方式中，除了电容器Cm和/或电容器Cs之外的器件可用于提供前面所述的分压器功能(例如，可使用适当安全评级的电阻器来代替Cm和Cs)。

在一些替代的实施方式中，接地故障检测电路112可以是外部元件(即，不包含在逆变器104内)；附加或替代地，用于控制接地故障检测电路112和/或用于确定PV模块与地的阻抗Zpv(以及任何相关的参数)和用于评估是否存在接地故障状况的电路可以在逆变器104之外。

图2是根据本发明的一个或多个实施方式的逆变器104的另一实施方式的框图。如前面所描述的，逆变器104包括联接至DC-AC级108的DC-DC级106(每个级都联接至控制器110)、和联接在DC-AC级的输出两端并联接至控制器110的AC电压监测器116。

DC-DC级106包括输入电桥202和电容器204，其中电容器204联接至来自输入电桥202的第一输出端子。输入电桥202是包括开关220-1、220-2、222-1和222-2(例如，N型金属氧化物半导体场效应晶体管或者MOSFET)的全H桥，该全H桥被布置成使得开关220-1/220-2和222-1/222-2分别形成H桥的第一腿和第二腿(即，左腿和右腿)。开关220-1、220-2、222-1和222-2中的每个的栅极端子和源极端子联接至控制器110以有效地控制开关。在其他实施方式中，开关220-1、220-2、22-1、222-2可以是任何其他合适的电子开关，诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、双极结型晶体管(BJT)、p型MOSFET、栅极断开晶闸管(GTO)等。输入电桥202的第一输出端子联接在开关220-1和220-2之间，并且也联接至电容器204的第一端子。输入电桥202的第二输出端子联接在开关222-1和222-2之间。在替代的实施方式中，输入电桥202可以是另一类型的DC电桥，例如半H桥。

DC-AC级108(例如在DC-AC级108的边界)包括具有初级侧206p和次级侧206s的变压器206，其中，初级侧206p联接在DC-DC级106的两端，次级侧206s联接在AC电桥250的两端。AC电桥250为包括开关252-1、252-2、254-1和254-2(例如，MOSFET或其他合适的电子开关)以及电容器256和258的AC半桥(即交交变频器)；开关252-1、252-2、254-1和254-2中的每个的栅极端子和源极端子联接至控制器110以有效地控制开关。开关252-1和252-2背对背(即，开关的源极端子彼此联接)串联联接并且进一步与电容器256的第一端子串联联接以形成AC电桥250的第一腿。类似地，开关254-1和254-2背对背串联联接并且进一步与电容器258的第一端子串联联接以形成AC电桥250的第二腿。第一AC电桥腿和第二AC电桥腿彼此并联联接(即，开关252-1和254-1的漏极端子彼此联接，并且电容器256和258的第二端子彼此联接)并且联接在变压器次级侧206s两端。AC电桥250将AC输出电力联接至联接在各个开关和电容器对之间的第一和第二输出端子。在某些实施方式中，电容器256和258可以为大约1,000nF，并且变压器206可具有1:6的匝数比。

在一些替代的实施方式中，AC电桥250可以为不同类型的AC桥式电路，诸如全H桥、用于将三相AC输出或分相AC输出联接至电网118的三相电桥(例如，三相交交变频器)等。

虽然在其他实施方式中，Cs和Cm的串联组合可联接在电容器204和初级绕组206P之间，但逆变器104也包括串联联接在DC-DC级负输入端子(即，开关220-2和222-2的源极端子)和DC-AC级负输入端子(即，电容器256和258的第二端子)之间的电容器Cm和Cs。AC电压监测器114联接在电容器Cm两端。如前面所述，电容器Cm和Cs中的一个或两个为适当安全评级的电容器，并且在一些实施方式中，Cs为具有4.7nF电容值的“Y1”安全评级的电容器并且Cm具有150nF电容量(以提供典型的分压比，例如，对于这些电容值为33:1)。在一些替代的实施方式中，电容器Cm和Cs中的一个或两个可替换为适当安全评级的其他类型的装置，诸如安全评级的电阻器。

根据本发明的一个或多个实施方式，AC电桥开关用于驱动连接在逆变器AC和DC端口之间的阻抗网络以检测PV模块102上的接地故障。因此，电容器Cm和Cs、AC电压监测器114以及开关252-1、252-2、254-1和254-2形成接地故障检测电路112的另一实施方式，其中开关对252-1/252-2被激活以联接位于AC线L1和负DC输入端子之间的电容分压器，并且开关对254-1/254-2被激活以联接位于AC线L2和负的DC输入端子之间的电容分压器。因此，电容器Cs利用来自AC侧的AC电桥250的激励驱动，从而激励将试图经由DC侧上的任何潜在的接地故障驱动电流通过由Cm和Cs形成的电容分压器回到地。如前面所述，电容器Cm两端生成的电压被测量并且被用于计算PV模块的对地阻抗Zpv以确定是否存在接地故障状况。

在一些实施方式中，当逆变器104不产生电力时(例如，每天早上在逆变器启动之前)，驱动AC电桥开关以进行接地故障检测。在这些实施方式中，AC电桥开关与电网电压波形同步(例如，通过逆变器104的锁相环(PLL))并且可以以小于或等于电网频率(即，开关工作整数个电网循环)、大于电网频率但小于其标称(即，电力产生)工作频率、或处于其标称工作频率下/接近其标称工作频率的频率循环。在某些实施方式中，AC电桥开关可以以低于电网频率的频率循环；例如，开关对252-1/252-2可接通几个电网周期(例如，10个电网周期)并测量Cm两端的电压，随后开关对254-1/254-2可接通几个电网周期(例如，10个电网周期)并再次测量Cm两端的电压。如前面所述，是否存在接地故障状况的确定可基于由AC电压监测器116在Cm两端测量的电压和在线L1和L2两端测量的电压进行。

在其他实施方式中，当AC电桥开关被驱动以产生电力时，进行接地故障检测。在这些实施方式中，AC电桥开关调制不由在常规电力产生期间出现的开关修改，并且接地故障检测通过该特定的开关频率和调制运行。因为开关频率、大小和调制细节由电力转换控制要求规定，因此相应地选择Cs和Cm的值；即，接地故障检测功能可被看作辅助功能，一旦电力转换设计已经完成并且可容易地确定Cs和Cm的合适的值便设计该接地故障检测功能。如前面所述，然后可测量Cm两端的电压以确定是否存在接地故障状况。如果确定接地故障状况存在，则控制器110禁止电力产生并且还可附加地产生表示该状况的警报。

在一些替代的实施方式中，逆变器104可产生不同类型的AC输出，诸如两相输出、分相输出或三相输出，并且相应地联接至电网118。在这些实施方式中，可通过类似于上述技术的技术进行接地故障检测。

除了确定是否存在接地故障之外，所计算的PV模块的对地阻抗可用于其他应用。例如，基于PV模块的对地阻抗，可确定PV模块102是否是湿的(例如，由于雨、露珠等)。因为当PV模块102是湿的时，PV模块102的对地阻抗与其是干的时相比显著地降低了，因此控制器110可将PV模块的对地阻抗与合适的阈值或预先确定的值进行比较以确定PV模块102是否是湿的。例如，该信息可用于确定是否需要清洁PV模块(例如，在暴雨之后可考虑充分地清洁PV模块102)。

此外，所计算的PV模块的对地阻抗可用于确定特定类型的故障问题。例如，因为电压V1、V2和VL1-VL2是矢量，因此不仅可确定对地电阻，而且可以确定对地电容和/或对地电感。该信息可用于区分电阻性问题、电容性问题等。

此外，所获得的用于计算PV模块的对地阻抗的电压信息可用于确定电网连接的拓扑。例如，基于电压V1和V2的比，可确定连接至电网118的是否是三相连接、三相连接中的两相，接地电压是多少等。

图3是根据本发明的一个或多个实施方式的控制器110的框图。控制器110包括至少一个中央处理单元(CPU)306，该至少一个中央处理单元联接至支持电路326和存储器316。CPU 306可包括被配置成执行非瞬时软件指令以执行根据本发明的各种任务的一个或多个处理器、微处理器、微控制器和它们的组合。CPU 306可附加或替代地包括一个或多个专用集成电路(ASIC)。支持电路326是已知的用于提升CPU 306的功能的电路。该电路包括但不限于：缓存、电源、时钟电路、总线、网卡、输入/输出(I/O)电路等。可使用通用计算机实现控制器110，当执行特定的软件时，该通用计算机变成用于执行本发明的各种实施方式的专用计算机。

存储器316可包括随机存取存储器、只读存储器、可移动磁盘存储器、闪速存储器和这些类型的存储器的各种组合。存储器316有时被称作主存储器，并且可部分用作缓存存储器或缓冲存储器。存储器316通常存储控制器110的操作系统(OS)318。操作系统318可以是多个商业上可获得的操作系统中的一种，例如但不限于，Linux、实时操作系统(RTOS)等。

存储器316存储可由CPU 306执行和/或使用的非瞬时处理器可执行的指令和/或数据。这些处理器可执行的指令可包括固件、软件等，或者它们的一些组合。

存储器316可存储各种形式的应用软件，诸如用于控制DC-DC级106(当在逆变器104中存在时)和DC-AC级108的运行的转换控制模块314，以及用于产生与电网波形同步的信号的锁相环(PLL)模块316。如本文中所述，存储器316还可包括用于确定是否存在接地故障状况的接地故障检测模块318。接地故障检测模块318的功能的一个实施方式参照图4在下文描述。

存储器316可附加包括数据库322，数据库322用于储存与逆变器104的运行相关的数据和/或与本发明相关的数据(例如，用于确定是否存在接地故障状况或者PV模块是否是湿的的一个或多个阈值、用于确定电网连接的类型的数据、前面计算的PV模块接地故障阻抗的值等)。

在一些实施方式中，转换控制模块314、PLL模块316、接地故障检测模块318和数据库322中的一个或多个或者它们的部分可在软件、固件、硬件或它们的组合中实现。

图4是用于确定是否存在根据本发明的一个或多个实施方式的接地故障状况的方法400的框图。

在一些实施方式中，诸如下文所述的实施方式，逆变器联接至DC电源并联接至AC电力电网的第一相线和第二相线(例如，DC-AC逆变器104联接至PV模块102和电网118)。逆变器可联接至单个DC电源(例如，单个PV模块)，或者可替代地，联接至相同或不同类型的多个DC电源(例如，逆变器可以是串式逆变器或单个集中式逆变器)。DC电源可以是任何合适的DC源，例如光伏(PV)模块、风力涡轮机、水力发电系统、其他类型的可再生能源、电池等。

逆变器将来自DC电源的DC电力转换为AC电力并将AC电力联接至AC电力网。在下文所述的实施方式中，逆变器产生单相AC电力并将生成的电力联接至AC电力网的第一和第二相线。在其他实施方式中，逆变器可生成其他类型的AC电力(诸如两相、分相或三相电力)并将其联接至电网，并且方法400可相应地用于确定是否存在接地故障状况。

此外，如下文所述，逆变器不需要接地就能确定在DC侧上是否存在接地故障状况，因此该逆变器为无接地逆变器。

方法400从步骤402开始并转到步骤404。在步骤404中，分压器联接在逆变器输出处的第一AC相线和逆变器输入处的DC线之间。分压器可以为电容分压器，诸如由电容器Cs和Cm形成的电容分压器；替代地，适当安全评级的任何类型的装置可用于分压器中(例如，分压器可以由两个串联电阻器形成)。

方法400转到步骤406，在步骤406中，测量分压器的元件中的一个元件两端的电压，例如，测量电容器Cm两端的电压。如前面所述，然后基于测量到的电压确定第一电压V1，其中第一电压V1为矢量。

在步骤408中，分压器与第一AC线断开并且联接在逆变器输出处的第二AC相线和逆变器输入处的DC线之间。

在一些实施方式中，在步骤404和408期间，当分压器两端联接AC线和DC线时逆变器不产生电力。在该实施方式中，分压器可通过激活期望的AC线和分压器之间的开关(诸如开关S1或S2中的一个)，或者通过激活逆变器AC输出桥内的一个或多个开关(例如，252-1/252-2或254-1/254-2中的一个)在两端联接AC线和DC线。这些开关的激活/去激活例如通过逆变器的锁相环(PLL)与电网电压同步，并且可以处于小于或等于电网电压的频率下(例如，分压器可在两端联接第一AC线和DC线几个电网周期，随后在两端联接第二AC线和DC线几个电网周期)；替代地，这些开关可以以大于电网频率但是通常小于或等于常规转换器的开关频率的频率工作以生成电力。

在其他实施方式中，在步骤404和408期间，当分压器两端联接AC线和DC线时逆变器产生电力。在这些实施方式中，逆变器AC侧上的桥开关(例如，AC电桥250的开关)用于使分压器两端联接前面所述的线。

方法400转到步骤410，如在步骤406中，测量同一分压器元件两端(例如，电容器Cm两端)的电压。如前面所述，随后基于测量的电压确定第二电压V2，其中第二电压V2是矢量。对于那些除AC电桥开关之外的开关被用于在分压器两端联接AC线和DC线的实施方式，在电压测量之后使分压器与AC线断开。

在步骤412中，测量第一AC相线和第二AC相线之间的差分电压(例如，通过AC电压监测器116)，并且如前面所述确定矢量VL1-VL2。然后，方法400转到步骤414，如前面所述，在步骤414中，确定DC侧的对地阻抗Zpv。然后，方法400转到步骤416，在步骤416中，将对地阻抗Zpv的振幅和/或相位与阈值进行比较。

在步骤418中，确定阻抗是否超过阈值。如果确定阻抗超过阈值，方法400转到步骤420。在步骤420中，通过逆变器产生电力。在当逆变器不产生电力时执行接地故障阻抗检测的那些实施方式中，在逆变器中开始产生电力。在当逆变器正在产生电力时执行接地故障阻抗检测的那些实施方式中，继续电力产生。

在步骤418中，如果确定阻抗没有超过阈值，方法400转到步骤422，在步骤422中，禁止通过逆变器产生电力。在当逆变器不产生电力时执行接地故障阻抗检测的那些实施方式中，防止在逆变器中开始电力产生。在当逆变器正在产生电力时执行接地故障阻抗检测的那些实施方式中，停止电力产生。此外，可唤起表示接地故障状况的警报。

方法400从步骤420或步骤422转到步骤424，在步骤424中，该方法结束。在方法400的一些实施方式中，DC侧的对地阻抗Zpv的相位信息可用于区分电阻式泄漏(Zpv真实)与电容式泄漏(Zpv理想)，例如，作为确定是否禁止电力产生的一部分。

图5是包括本发明的一个或多个实施方式的用于电力转换的系统500的框图。该图示仅描绘了可利用本发明的大量可能的系统配置和装置的一个变型。本发明可用于需要DC侧接地故障检测的任何DC-AC系统或装置中。

系统500包括被统称作逆变器104的多个逆变器104-1、104-2、...、104-N；被统称作PV模块102的多个PV模块102-1、102-2、...、102-N；系统控制器506；总线508；负载中心510和电网118。在其他实施方式中，PV模块102中的一个或多个可以是任何其他类型的适当的DC源(诸如电池)，另一类型的可再生能源(例如，风力涡轮机、水力发电系统或类似的可再生能源)等，以提供DC电力。

每个逆变器104-1、104-2...104-N分别联接至单个PV模块102-1、102-2...102-N；在一些替代的实施方式中，多个PV模块102可联接至单个逆变器104(例如，串式逆变器或单个集中式逆变器)。逆变器102中的每个包括接地故障检测电路112(即，逆变器104-1、104-2...104-N分别包括接地故障检测电路112-1、112-2...112-N)。

逆变器104通过总线508联接至系统控制器506。系统控制器506能够通过无线和/或有线通信与逆变器104通信以提供逆变器104的操作控制。逆变器104还通过总线508联接至负载中心510。

逆变器104各自能够将接收的DC电力转换为AC电力。所产生的电力然后进一步联接至电网118。如前面所述，逆变器104可产生单相AC电力、两相AC电力、分相AC电力或三相AC电力。所产生的电力通过总线508联接至负载中心510，然后进一步联接至电网118。在某些实施方式中，系统500可以是串联连接的例如具有SCMI冗余管理的微逆变器(SCMI)系统。

接地故障检测电路112如前面所述进行操作以确定DC侧是否存在接地故障状况。如果检测到接地故障状况，相应的逆变器104中的电力产生被禁止。

本发明实施方式的以上描述包括执行所述各种功能的多个元件、设备、电路和/或组件。这些元件、设备、电路、和/或组件是用于执行各自上述的功能的装置的示例性实施。

虽然上述内容针对本发明的实施方式，但在不背离由所附权利要求确定的本发明的基本范围的情况下，可设想出本发明的其他和另外的实施方式。

Claims

1.一种用于确定接地故障阻抗的方法，包括：

将分压器联接在逆变器的AC侧上的第一AC线与所述逆变器的DC侧上的DC线之间；

当所述分压器联接在所述第一AC线与所述DC线之间时，基于所述分压器的至少一个电压测量确定第一电压；

将所述分压器联接在所述逆变器的AC侧上的第二AC线与所述DC线之间；

当所述分压器联接在所述第二AC线与所述DC线之间时，基于所述分压器的至少一个电压测量确定第二电压；

基于至少一个电压测量确定所述第一AC线与所述第二AC线之间的差分电压；以及

基于所述第一电压、所述第二电压和所述差分电压计算接地故障阻抗。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电压、所述第二电压和所述差分电压都是矢量。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述分压器是电容分压器。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：

激活第一开关以将所述分压器联接在所述第一AC线与所述DC线之间；以及

激活第二开关以将所述分压器联接在所述第二AC线与所述DC线之间。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一开关和所述第二开关是产生AC电力的AC电桥的一部分。

6.如权利要求5所述的方法，其中当所述分压器联接在所述第一AC线与所述DC线之间或者联接在所述第二AC线与所述DC线之间时，所述逆变器产生电力。

7.如权利要求1所述的方法，还包括将所述接地故障阻抗与阈值进行比较以确定是否存在接地故障状况。

8.一种用于确定接地故障阻抗的装置，包括：

分压器；以及

接地故障检测模块，用于(i)当所述分压器联接在逆变器的AC侧上的第一AC线与所述逆变器的DC侧上的DC线之间时基于所述分压器的至少一个电压测量确定第一电压；(ii)当所述分压器联接在所述逆变器的AC侧上的第二AC线与所述DC线之间时，基于所述分压器的至少一个电压测量确定第二电压；(iii)基于至少一个电压测量确定所述第一AC线和所述第二AC线之间的差分电压；以及(iv)基于所述第一电压、所述第二电压和所述差分电压计算所述接地故障阻抗。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述第一电压、所述第二电压和所述差分电压都是矢量。

10.如权利要求8所述的装置，其中所述分压器是电容分压器。

11.如权利要求10所述的装置，还包括：

第一开关，用于将所述分压器联接在所述逆变器的AC侧上的所述第一AC线与所述逆变器的DC侧上的所述DC线之间；以及

第二开关，用于将所述分压器联接在所述逆变器的所述AC侧上的所述第二AC线与所述DC线之间。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述第一开关和所述第二开关是产生AC电力的AC电桥的一部分。

13.如权利要求12所述的装置，其中当所述分压器联接在所述第一AC线与所述DC线之间或者联接在所述第二AC线与所述DC线之间时，所述逆变器产生电力。

14.如权利要求8所述的装置，其中所述接地故障检测模块还将所述接地故障阻抗与阈值进行比较以确定是否存在接地故障状况。

15.如权利要求8-14的任一项所述的装置，还包括用于将DC电力联接至所述DC线的DC电源。