CN105606897A

CN105606897A - 支路绝缘阻抗监测及光伏发电方法、逆变器及光伏系统

Info

Publication number: CN105606897A
Application number: CN201511000195.0A
Authority: CN
Inventors: 郝哲磊
Original assignee: Hami Chuangdong Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Innovpower Technology Co ltd
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2035-12-28
Also published as: CN105606897B

Abstract

本发明公开了一种支路绝缘阻抗监测及光伏发电方法、逆变器及光伏发电系统。系统包括至少一组光伏面板、至少一个汇流箱、至少一个传感器、逆变器、变压器；逆变器包括总控单元和至少一个功率模块。光伏发电方法主要步骤为：光伏面板利用光能产生直流电并传递至逆变器的功率模块；功率模块将直流电转换成交流电并输出至电网。光伏发电方法还包括支路绝缘阻抗监测方法的过程，主要包括信息采集过程、阻抗计算过程、判断过程。当总控单元确认某条支路接地时，则控制该支路的功率模块停止运行，从而避免信号装置、继电器保护装置以及控制电路等的误动作或拒绝动作，以及避免直流短路所导致的太阳能光伏阵列的损坏。

Description

支路绝缘阻抗监测及光伏发电方法、逆变器及光伏系统

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种支路绝缘阻抗监测及光伏发电方法、逆变器及光伏发电系统。

背景技术

随着现阶段太阳能光伏分布式发电的不断发展，太阳能光伏面板所在平台面积大小不一，传统的逆变器只能使用一路MPPT(MaximumPowerPointTracking)追踪，而采用模块化多路MPPT逆变器，由于逆变器包括多个功率模块，使得每一个太阳能光伏面板阵列直接接入到对应的逆变器功率模块进行发电，进一步使得每一个光伏阵列都能进行MPPT追踪，进而提高逆变器的发电量。

一个模块化多路MPPT逆变器可以通过多条电流支路与太阳能光伏面板连接，当某条或者多条支路发生接地时，会造成信号装置、继电器保护装置以及控制电路等的误动作或拒绝动作，正极母线支路和负极母线支路都先后接地时，将造成直流短路，进而导致太阳能光伏阵列的损坏。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种支路绝缘阻抗监测方法，包括如下步骤：

信息采集过程：总控单元采集来自逆变器功率模块的功率模块信息以及来自传感器的漏电流信息；

阻抗计算过程：总控单元根据功率模块信息以及漏电流信息计算得到支路绝缘阻抗值；

判断过程：总控单元判断支路绝缘阻抗值是否大于设定值；

若总控单元判断支路绝缘阻抗值小于设定值，则发出表示该支路出现故障的报警信号；若总控单元判断支路绝缘阻抗值大于设定值，则不发出报警信号。

根据本发明的第二方面，提供一种光伏发电方法，包括如下步骤：

光伏面板利用光能产生直流电并传递至逆变器的功率模块；

功率模块将直流电转换成交流电并输出至电网；

还包括上述的支路绝缘阻抗监测方法的过程。

根据本发明的第三方面，提供一种逆变器包括总控单元和至少一个功率模块。总控单元和至少一个功率模块通信连接；总控单元的输入端还连接至至少一个传感器。各功率模块与各直流电传输支路对应连接，用于接收直流电并将其转换成交流电并输出；各传感器对应设置于各直流电传输支路上。总控单元用于采集来自功率模块的功率模块信息以及来自传感器的漏电流信息；根据功率模块信息以及漏电流信息计算得到支路绝缘阻抗值；判断支路绝缘阻抗值是否大于设定值，若支路绝缘阻抗值小于设定值，则发出表示该支路出现故障的报警信号；若支路绝缘阻抗值大于设定值，则不发出报警信号。

根据本发明的第四方面，提供一种光伏发电系统，包括至少一组光伏面板、至少一个汇流箱、至少一个传感器、上述的逆变器。各光伏面板对应连接至各汇流箱，各汇流箱对应连接至各功率模块；传感器连接至汇流箱和逆变器的总控单元；具有连接关系的光伏面板、汇流箱、功率模块形成一条正极母线支路和一条负极母线支路。光伏面板利用光能产生直流电，并通过汇流箱汇流后传递至功率模块；功率模块将直流电转换成交流电，各功率模块将交流电汇成一路并通过变压器变压后输出至电网。

利用本发明所公开的支路绝缘阻抗监测方法、光伏发电方法、逆变器及光伏发电系统，当总控单元采集到某条或多条支路的功率模块信息和/或漏电流信息时，则表示该条或者该多条支路有可能发生了接地故障，则逆变器总控单元即开始支路绝缘阻抗监测过程，在判断某条支路的支路绝缘阻抗值小于设定值时即确认该支路接地，则发出报警信号，控制该支路的功率模块停止运行，从而避免信号装置、继电器保护装置以及控制电路等的误动作或拒绝动作，以及避免直流短路所导致的太阳能光伏阵列的损坏。

附图说明

图1为本发明实施例一的逆变器以及应用该逆变器所搭建的太阳能光伏发电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一的支路绝缘阻抗监测方法流程示意图；

图3为本发明实施例二的逆变器以及应用该逆变器所搭建的太阳能光伏发电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

本实施例的逆变器以及应用该逆变器所搭建的太阳能光伏发电系统的结构如图1所示，太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏面板单元、汇流箱单元、传感器单元、逆变器40、变压器50，太阳能光伏面板单元包括多个太阳能光伏面板101，汇流箱单元包括多个汇流箱201，传感器单元包括多个传感器301，逆变器40包括逆变器总控单元004和多个逆变器功率模块401。

光伏面板101对应连接至汇流箱201，汇流箱201对应连接至功率模块401；传感器301连接至汇流箱201和总控单元004。具有连接关系的光伏面板101、汇流箱201、传感器301、功率模块401形成一条正极母线支路和一条负极母线支路。在本发明的其它实施方式中，具有连接关系的光伏面板101、汇流箱201、传感器301、功率模块401还可以形成多条正极母线支路和对应的多条负极母线支路。

系统的发电原理为：光伏面板101利用光能产生直流电，并通过汇流箱201汇流后传递至功率模块401；功率模块401将直流电转换成交流电，各功率模块将交流电汇成一路并通过变压器50变压后输出至电网60。

本实施例中，传感器301优选地采用高精度漏电流霍尔传感器或智能漏电流传感器，各传感器对应设置于各直流电传输支路上。

本实施例的逆变器可采用个模块化多路MPPT逆变器，逆变器40中，总控单元004和各个功率模块连接；总控单元004的输入端还连接至各个传感器。各功率模块外于接各直流电传输支路(直流电传输支路可以包括至少一条正极母线支路和与之相应的至少一条负极母线支路)对应，用于接收直流电，将其转换成交流电并输出。

在系统正常工作的情况下，光伏面板101利用光能产生直流电并通过汇流箱201汇流后传递至功率模块401；功率模块401将直流电转换成交流电(同频同相)，各功率模块将交流电汇成一路并通过变压器50变压后输出至电网60。逆变器功率模块401不会向总控单元004发送有效的功率模块信息，传感器301也不会向总控单元004发送有效的漏电流信息，因此，总控模块004不会采集到有效的功率模块信息以及有效的漏电流信息。

当某一直流电传输支路出现故障时，例如发生直流电传输支路接地现象，则在该支路上，逆变器功率模块401将向总控单元004发送有效的功率模块信息，传感器301也将向总控单元004发送有效的漏电流信息，因此，总控模块004能够采集到有效的功率模块信息以及有效的漏电流信息。本领域技术人员应当理解，本发明所提出的逆变器功率模块401的功率模块信息以及传感器301的漏电流信息可以是在支路出现故障时才产生，但是，如果支路并没有出现故障，总控单元004也可能采集到功率模块信息和/或漏电流信息，最终判定支路是否短路/故障是依据支路绝缘阻是否大于设定值。

在本发明的其它实施方式中，也可以是无论支路是否短路，总控单元都定时采集各个支路上的功率模块信息和漏电流信息，并计算出各个支路的支路绝缘阻抗值，如果某条支路的支路绝缘阻抗值小于设定值，则表示该支路短路/故障。

本实施例具体假设是图1中的第一路直流电传输支路中的某一正极母线支路或者负极母线支路发生了接地，从而使得总控单元004将针对该支路启动支路绝缘阻抗监测过程

支路绝缘阻抗监测开始后，将进行信息采集过程、阻抗计算过程、判断过程，如图2，具体包括如下步骤：

S10、总控单元004进行数据初始化，数据初始化是程序控制的常用步骤，本领域技术人员也可以根据实际情况，不设计数据初始化步骤；

S20、总控单元004采集来自逆变器功率模块101的功率模块信息，具体地，功率模块信息可以包括该功率模块101的直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、模块功率、模块功率因数、正母线电压、负母线电压等电能输入与输出相关的参数；

S30、总控单元004采集来自传感器301的漏电流信息，漏电流信息具体可以包括漏电流霍尔传感器的支路数、漏电流值、漏电流的方向、保护标识位等信息；本领域技术人员也可以根据实际情况，调换S20和S30的先后顺序；

S40、总控单元004根据功率模块信息以及漏电流信息计算得到支路绝缘阻抗值；计算支路绝缘阻抗值可以采用平衡和不平衡电桥兼容检测方法，也可以采用其它方法；

本实施例中，具体地，在理论分析中，某一条正极母线支路接地时，则电路会有如下等式，

\frac{U_{1}^{+}}{(R_{X}^{+} + R_{1}^{+})} + I_{1} = \frac{U_{1}^{-}}{(R_{X}^{-} + R_{1}^{-})} - - - (1)

理论分析中，某一条负极母线支路接地时，则电路会有如下等式

\frac{U_{2}^{-}}{(R_{X}^{-} + R_{1}^{-})} + I_{2} = \frac{U_{2}^{+}}{(R_{X}^{+} + R_{1}^{+})} - - - (2)

其中，为正极母线的支路绝缘阻抗，为负极母线的支路绝缘阻抗；

为通过逆变器第一次测量的正对地电压值，为第一次测量的负对地电压值，为第二次测量的正对地电压值，为第二次测量的负对地电压值，I₁为通过传感器第一次测量的漏电流值，I₂为第二次测量的漏电流值，为正对地平衡电阻值，为负对地平衡电阻值；

在实际应用中，如果是某一条正极母线支路接地，则可以根据式(1)和式(2)，可以计算得到该正极母线的支路绝缘阻抗值

R_{x}^{+} = \frac{((U_{1}^{+} * U_{2}^{-}) - (U_{1}^{-} * U_{2}^{+}))}{((I_{2} * U_{1}^{-}) - (I_{1} * U_{2}^{-}))} - R_{1}^{+} - - - (3)

在实际应用中，如果是某一条负极母线支路接地，则根据式(1)和式(2)，可以计算得到该负极母线的支路绝缘阻抗值

R_{x}^{-} = \frac{((U_{1}^{-} * U_{2}^{+}) - (U_{1}^{+} * U_{2}^{-}))}{((I_{1} * U_{2}^{+}) - (I_{2} * U_{1}^{+}))} - R_{1}^{-} - - - (4)

S50、总控单元判断支路绝缘阻抗值是否大于设定值R′，例如，本实施例具体是正极母线支路接地，则计算所得的支路绝缘阻抗值为

若总控单元004判断小于R′，则表示该支路出现短路，同时发出报警信号，并执行S501，总控单元004控制该支路的功率模块停止运行；

若总控单元004判断大于R′，则表示该支路并未出现短路，不发出报警信号，并执行S502，该支路的功率模块正常运行，在某支路再次发送功率模块信息和漏电流信息时，总控单元004再次启动支路绝缘阻抗监测过程。

实施例二：

本实施例的逆变器以及应用该逆变器所搭建的太阳能光伏发电系统的结构如图2所示，太阳能光伏发电系统也包括太阳能光伏面板单元、汇流箱单元、传感器单元、逆变器40、变压器50，变压器50连接至电网60，太阳能光伏面板单元包括多个太阳能光伏面板101，汇流箱单元包括多个汇流箱201，传感器单元包括多个传感器301，逆变器40包括逆变器总控单元004和多个逆变器功率模块401。

本实施例与实施例一的区别在于，实施例一中各传感器将通信线汇到一起与总控单元004连接(例如RS485总线)，本实施例在设计上将各传感器的通信线分别与总控单元004连接，两实施例所达到的技术效果相同，线路的具体连接方式是本领域的常规技术手段。各功率单元与总控单元004的连接线路也可以采用类似的方式灵活设计。本实施例其它技术特征与实施例一相同，故不再赘述。

利用本发明所公开的支路绝缘阻抗监测方法、光伏发电方法、逆变器及光伏发电系统，当总控单元采集到某条或多条支路的功率模块信息和/或漏电流信息时，则表示该条或者该多条支路有可能发生了接地故障，则逆变器总控单元即开始支路绝缘阻抗监测过程，在判断某条支路的支路绝缘阻抗值小于设定值时即确认该支路接地，则控制该支路的功率模块停止运行，从而避免信号装置、继电器保护装置以及控制电路等的误动作或拒绝动作，以及避免直流短路所导致的太阳能光伏阵列的损坏。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims

1.一种支路绝缘阻抗监测方法，其特征在于，包括：

信息采集过程：

总控单元采集来自逆变器功率模块的功率模块信息以及来自传感器的漏电流信息；

阻抗计算过程：

所述总控单元根据所述功率模块信息以及所述漏电流信息计算得到支路绝缘阻抗值；

判断过程：

所述总控单元判断所述支路绝缘阻抗值是否大于设定值；

若所述总控单元判断所述支路绝缘阻抗值小于所述设定值，则发出表示该支路出现故障的报警信号；

若所述总控单元判断所述支路绝缘阻抗值大于所述设定值，则不发出报警信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述传感器和所述功率模块处于同一电流支路上。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述判断过程中，所述总控单元发出报警信号后，所述总控单元还控制所述功率模块停止运行。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，

所述功率模块信息包括第一次测量的正对地电压值、第一次测量的负对地电压值、第二次测量的正对地电压值、第二次测量的负对地电压值，所述漏电流信息包括第一次测量的漏电流值、第二次测量的漏电流值；

对于正极母线的支路绝缘阻抗，所述阻抗计算过程为：

R_{x}^{+} = \frac{((U_{1}^{+} * U_{2}^{-}) - (U_{1}^{-} * U_{2}^{+}))}{((I_{2} * U_{1}^{-}) - (I_{1} * U_{2}^{-}))} - R_{1}^{+}

对于负极母线的支路绝缘阻抗，所述阻抗计算过程为：

R_{x}^{-} = \frac{((U_{1}^{-} * U_{2}^{+}) - (U_{1}^{+} * U_{2}^{-}))}{((I_{1} * U_{1}^{+}) - (I_{2} * U_{1}^{+}))} - R_{1}^{-}

为第一次测量的正对地电压值，为第一次测量的负对地电压值，为第二次测量的正对地电压值，为第二次测量的负对地电压值，I₁为第一次测量的漏电流值，I₂为第二次测量的漏电流值，为正对地平衡电阻值，为负对地平衡电阻值。

5.一种光伏发电方法，包括：

光伏面板利用光能产生直流电并传递至逆变器的功率模块；

所述功率模块将直流电转换成交流电并输出至电网；

其特征在于，

还包括如权利要求1-4任一项所述的支路绝缘阻抗监测方法的过程。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述光伏面板利用光能产生直流电，并通过汇流箱汇流后传递至所述逆变器的功率模块；

所述功率模块将直流电转换成交流电，并通过变压器变压后输出至电网。

7.一种逆变器，其特征在于，包括总控单元和至少一个功率模块；

所述总控单元和所述功率模块连接；

所述总控单元的输入端还用于连接至至少一个传感器；

各功率模块的输入端外接于各直流电传输支路，用于接收直流电，将其转换成交流电并输出；

各传感器对应设置于各直流电传输支路上；

所述总控单元用于采集来自所述功率模块的功率模块信息以及来自所述传感器的漏电流信息；根据所述功率模块信息以及所述漏电流信息计算得到支路绝缘阻抗值；判断所述支路绝缘阻抗值是否大于设定值，若所述支路绝缘阻抗值小于所述设定值，则发出表示该支路出现故障的报警信号；若所述支路绝缘阻抗值大于所述设定值，则不发出报警信号。

8.如权利要求7所述的逆变器，其特征在于，

所述总控单元发出报警信号后，控制所述功率模块停止运行。

9.如权利要求7或8所述的逆变器，其特征在于，

对于正极母线的支路绝缘阻抗，所述阻抗计算过程为：

R_{x}^{+} = \frac{((U_{1}^{+} * U_{2}^{-}) - (U_{1}^{-} * U_{2}^{+}))}{((I_{2} * U_{1}^{-}) - (I_{1} * U_{2}^{-}))} - R_{1}^{+}

对于负极母线的支路绝缘阻抗，所述阻抗计算过程为：

R_{x}^{-} = \frac{((U_{1}^{-} * U_{2}^{+}) - (U_{1}^{+} * U_{2}^{-}))}{((I_{1} * U_{2}^{+}) - (I_{2} * U_{1}^{+}))} - R_{1}^{-}

10.一种光伏发电系统，其特征在于，包括至少一组光伏面板、至少一个汇流箱、至少一个传感器、如权利要求7-9任一项所述的逆变器；

各光伏面板对应连接至各汇流箱，各汇流箱对应连接至各功率模块；

所述传感器连接至所述汇流箱和所述逆变器的总控单元；

具有连接关系的所述光伏面板、所述汇流箱、所述功率模块形成至少一条正极母线支路和对应的至少一条负极母线支路；

所述光伏面板利用光能产生直流电，并通过汇流箱汇流后传递至所述功率模块；

所述功率模块将直流电转换成交流电，各功率模块将交流电汇成一路并通过变压器变压后输出至电网。