CN106711953B - 光伏逆变器直流侧短路保护装置及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光伏逆变器直流侧短路保护装置及保护方法。所述光伏逆变器直流侧短路保护装置包括：断路器，设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间；直流电流传感器，设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间，被配置为检测光伏逆变器的直流侧电流；驱动反馈信号采集电路，被配置为实时采集三相逆变模块的各个桥臂的驱动信号，并基于采集的各个桥臂的驱动信号产生指示光伏逆变器运行状态的逆变器状态信号；控制器，被配置为基于直流电流传感器检测的直流侧电流和驱动反馈信号采集电路产生的逆变器状态信号来产生分励脱扣信号，以控制断路器断开。

Description

光伏逆变器直流侧短路保护装置及保护方法

技术领域

本发明涉及光伏逆变器，更具体地讲，涉及一种光伏逆变器直流侧短路保护装置及保护方法。

背景技术

在光伏系统中，光伏电池板的短路电流一般仅为1.25倍的额定电流，当光伏逆变器直流侧发生短路故障时，该短路电流通常不足以使直流侧断路器发生脱扣动作；同时，由于该短路电流持续流经短路点，会在短路点产生直流电弧，电弧的高温极易导致严重的电气火灾，存在安全隐患。

现有技术对于光伏逆变器直流侧短路的保护手段是通过检测直流侧电流和电压的大小来对直流断路器进行分励脱扣控制。然而，这种通过检测电流值和电压值来对直流断路器进行分励脱扣的控制方式，存在以下不足：首先，目前光伏电站普遍对直流侧电池板进行超配设置，如果检测到电流增大就进行分励脱扣，很容易发生脱扣误动作，影响机器正常运行；其次，这种控制方式依赖于电流传感器和电压传感器的精度，如果传感器精度不够或者发生损坏，都可能导致保护失效或者脱扣误动作；另外，这种控制方式缺乏故障恢复机制，当短路情况消除时，需要手动进行恢复。

发明内容

因此，需要能够对光伏逆变器的直流侧进行有效的短路保护的装置和方法，以尽可能提高安全性，并且降低发电损失。

根据本发明的一方面，提供一种光伏逆变器直流侧短路保护装置，其特征在于，所述光伏逆变器直流侧短路保护装置包括：断路器，设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间；直流电流传感器，设置在所述光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间，可被配置为检测所述光伏逆变器的直流侧电流；驱动反馈信号采集电路，可被配置为实时采集三相逆变模块的各个桥臂的驱动信号，并基于采集的各个桥臂的驱动信号产生指示所述光伏逆变器运行状态的逆变器状态信号；控制器，可被配置为基于所述直流电流传感器检测的直流侧电流和所述驱动反馈信号采集电路产生的逆变器状态信号来产生分励脱扣信号，以控制所述断路器断开。

可选地，光伏逆变器直流侧短路保护装置还可包括：直流电流采样电路，可被配置为将所述直流电流传感器检测的直流侧电流转换为模拟量输入信号，并将所述模拟量输入信号发送到所述控制器。

可选地，所述直流电流传感器可为低精度电流传感器、低精度电流互感器或者低精度电流采样电路。

可选地，所述驱动反馈信号采集电路可包括：信号采集电路，可被配置为实时采集三相逆变模块的各个桥臂的驱动信号；信号或门电路，可被配置为对采集的各个桥臂的驱动信号进行或运算；第一信号比较电路，可被配置为对信号或门电路以预定时间间隔输出的两次信号进行比较，以产生指示光伏逆变器运行状态的逆变器状态信号。

可选地，当采集的各个桥臂的驱动信号中的任意一个驱动信号为高电平信号时，信号或门电路可输出高电平信号，当采集的各个桥臂的驱动信号均为低电平信号时，信号或门电路可输出低电平信号；当信号或门电路以预定时间间隔输出的两次信号均为低电平信号时，第一信号比较电路可产生低电平的逆变器状态信号，指示光伏逆变器停机；当信号或门电路以预定时间间隔输出的两次信号均为高电平信号时，第一信号比较电路可产生高电平的逆变器状态信号，指示光伏逆变器运行。

可选地，所述控制器还可被配置为：确定逆变器状态信号是否指示逆变器停机；当确定逆变器状态信号指示逆变器停机时，确定直流侧电流是否大于预设阈值；当直流侧电流大于预设阈值时，产生分励脱扣信号。

可选地，所述驱动反馈信号采集电路还可被配置为基于采集的各个桥臂的驱动信号产生指示是否存在直通故障的直通故障信号。

可选地，所述控制器还可被配置为：可基于驱动反馈信号采集电路产生的直通故障信号确定是否存在直通故障，并且在产生分励脱扣信号之后，可基于驱动反馈信号采集电路产生的直通故障信号确定直通故障是否消除，当确定直通故障已经消除时，可产生电动操作机构合闸信号，以控制断路器重新闭合。

可选地，驱动反馈信号采集电路可包括：A相信号比较电路，可被配置为对A相上下桥臂的驱动信号进行比较；B相信号比较电路，可被配置为对B相上下桥臂的驱动信号进行比较；C相信号比较电路，可被配置为对C相上下桥臂的驱动信号进行比较；信号处理电路，可被配置为基于A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路的输出产生指示是否存在直通故障的直通故障信号。

可选地，当A相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，A相信号比较电路可输出高电平信号，否则A相信号比较电路可输出低电平信号；当B相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，B相信号比较电路可输出高电平信号，否则B相信号比较电路可输出低电平信号；当C相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，C相信号比较电路可输出高电平信号，否则C相信号比较电路可输出低电平信号；当A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路中的任何一个输出高电平信号时，信号处理电路可产生高电平直通故障信号，指示存在直通故障；当A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路均输出低电平信号时，信号处理电路可产生低电平直通故障信号，指示不存在直通故障或者直通故障已经消除。

根据本发明的另一方面，提供一种光伏逆变器直流侧短路保护方法，其特征在于，所述光伏逆变器直流侧短路保护方法包括：实时采集三相逆变模块的各个桥臂的驱动信号；基于采集的各个桥臂的驱动信号确定光伏逆变器是处于运行状态还是停机状态；如果确定光伏逆变器处于停机状态，则检测光伏逆变器的直流侧电流，并确定直流侧电流是否大于预设阈值；当直流侧电流大于预设阈值时，产生分励脱扣信号，以控制设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间的断路器断开。

可选地，光伏逆变器直流侧短路保护方法还可包括：基于采集的各个桥臂的驱动信号确定是否存在直通故障；如果确定存在直通故障，则在产生分励脱扣信号之后，基于采集的各个桥臂的驱动信号确定直通故障是否消除；当确定直通故障已经消除时，产生电动操作机构合闸信号，以控制断路器重新闭合。

可选地，基于采集的各个桥臂的驱动信号确定光伏逆变器是处于运行状态还是停机状态的步骤可包括：对采集的各个桥臂的驱动信号进行或运算；对以预定间隔进行的两次或运算的结果信号进行比较，以确定光伏逆变器是处于运行状态还是停机状态。

可选地，当采集的各个桥臂的驱动信号中的任意一个驱动信号为高电平信号时，或运算的结果信号为高电平信号，当采集的各个桥臂的驱动信号均为低电平信号时，或运算的结果信号为低电平信号；当以预定间隔进行的两次或运算的结果信号均为低电平信号时，确定光伏逆变器处于停机状态，当以预定间隔进行的两次或运算的结果信号均为高电平信号时，确定光伏逆变器处于运行状态。

可选地，可通过设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间的低精度电流传感器来检测光伏逆变器的直流侧电流。

可选地，基于采集的各个桥臂的驱动信号确定是否存在直通故障的步骤可包括：对A相上下桥臂的驱动信号进行比较，以产生第一比较信号；对B相上下桥臂的驱动信号进行比较，以产生第二比较信号；对C相上下桥臂的驱动信号进行比较，以产生第三比较信号；基于第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号确定是否存在直通故障。

可选地，当A相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，第一比较信号可为高电平信号，否则第一比较信号可为低电平信号，当B相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，第二比较信号可为高电平信号，否则第二比较信号可为低电平信号，当C相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，第三比较信号可为高电平信号，否则第三比较信号可为低电平信号，当第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号中的任何一个为高电平信号时，可确定存在直通故障；当第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号均为低电平时，可确定不存在直通故障或者直通故障已经消除。

根据本发明的示例性实施例的光伏逆变器直流侧短路保护装置和保护方法可以迅速地切断故障电流，保障光伏逆变器的安全，并且可通过判断直通故障是否消除来自动地恢复光伏逆变器的运行。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：

图1是示出根据本发明的示例实施例的光伏逆变器直流侧短路保护装置的示意性框图；

图2是示出根据本发明的示例实施例的图1中的驱动反馈信号采集电路的示意性框图；

图3是示出根据本发明的示例实施例的光伏逆变器直流侧短路保护方法的流程图；

图4是示出根据本发明的另一示例实施例的光伏逆变器直流侧短路保护方法的流程图。

具体实施方式

在此公开本发明构思的详细示例实施例。然而，在此公开的特定结构和功能的细节仅表示描述本发明构思的示例实施例的目的。本发明构思的示例实施例可以以许多替代形式实现并且不应被解释为仅限于这里阐述的实施例。

因此，虽然本发明构思的示例实施例能够具有各种修改和替代形式，但是本发明构思的实施例将通过附图中的示例的方式被示出并且将在此被详细描述。然而，应理解，不意图将本发明构思的示例实施例局限于公开的特定形式，而是相反，本发明构思的示例实施例覆盖落入本发明构思的示例实施例的范围内的所有修改、等同物和替代物。贯穿附图的描述，相同的标号表示相同的元件。

将理解的是，尽管在这里可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件区分开来。例如，在不脱离本发明构思的示例实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意和所有组合。

除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科技术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。还应该理解，除非这里明确定义，否则术语(诸如在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与它们在相关技术的语境中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于形式化的意义。

图1是示出根据本发明的示例实施例的光伏逆变器直流侧短路保护装置的示意性框图。

参照图1，光伏逆变器直流侧短路保护装置包括断路器1、直流电流传感器6、驱动反馈信号采集电路8和控制器。可选地，断路器1可为直流塑壳断路器，但不限于此。断路器1可以设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块5之间。例如，三相逆变模块5可以是三相IGBT模块。直流电流传感器6可以设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块5之间，被配置为检测光伏逆变器的直流侧电流，并将检测到的直流侧电流输出到控制器。根据本发明的一个示例实施例，直流电流传感器6可以是低精度电流传感器、低精度电流互感器或者低精度电流采样电路，从而降低成本。驱动反馈信号采集电路8可被配置为实时采集(诸如，持续不断地采集)三相逆变模块5的各个桥臂的驱动信号。例如，三相逆变模块5的各个桥臂的驱动信号包括A相上桥臂驱动信号、A相下桥臂驱动信号、B相上桥臂驱动信号、B相下桥臂驱动信号、C相上桥臂驱动信号和C相下桥臂驱动信号。驱动反馈信号采集电路8可基于采集的各个桥臂的驱动信号产生指示光伏逆变器运行状态的逆变器状态信号。以下将参考图2详细描述逆变器状态信号的产生。

控制器可基于直流电流传感器6所检测的直流侧电流和驱动反馈信号采集电路8所产生的逆变器状态信号来产生分励脱扣信号，以控制断路器1断开。换言之，控制器的输入可包括直流侧电流和逆变器状态信号。控制器通常可包括具有独立输入/输出的单片机(诸如，DSP、ARM等)、继电器和外围电路，但不限于此。在本说明书中，分励脱扣是指向断路器1中的分励线圈2供电，以使断路器1迅速分闸，从而与直流输入端断开。控制器可通过产生分励脱扣信号来控制控制器上的用于分励脱扣的继电器的吸合，以向分励线圈2供电。例如，控制器可产生分励脱扣信号并将产生的分励脱扣信号发送到控制器中的用于分励脱扣的继电器，当继电器接收到分励脱扣信号时，继电器吸合，以使分励线圈2得电，从而控制断路器1分励脱扣。以下将参考图3详细描述控制断路器1的分励脱扣的操作。此外，控制器还可通过产生合闸信号来控制控制器上的用于合闸的继电器的吸合来向电动操作机构3中的合闸线圈供电，从而控制断路器1合闸。换言之，控制器的输出可包括分励脱扣信号和合闸信号。将参考图4来具体描述控制断路器1的合闸的操作。

此外，如图1所示，光伏逆变器中通常还可包括直流支撑电容4、电抗器9、交流接触器10以及交流断路器11。

此外，如图1所示，光伏逆变器直流侧短路保护装置还可包括直流电流采样电路7。直流电流采样电路7可被配置为将直流电流传感器6检测的直流侧电流转换为模拟量输入信号。为了将直流侧电流转换为模拟量输入信号，直流电流采样电路7可包括传感器和采样电阻，但直流电流采样电路7的配置不限于此。直流电流采样电路7可将转换后的模拟量输入信号发送到控制器作为控制器的输入。然而，本领域的技术人员应该理解，控制器的输入不限于模拟量输入信号，而可以是数字量输入信号。

图2是示出根据本发明的示例实施例的图1中的驱动反馈信号采集电路的示意性框图。如图2所示，图1中的驱动反馈信号采集电路8可包括信号采集电路、信号或门电路、第一信号比较电路、A相信号比较电路、B相信号比较电路、C相信号比较电路以及信号处理电路。

下面将参照图2详细描述由驱动反馈信号采集电路8产生逆变器状态信号。

参照图2，信号采集电路实时采集(诸如，持续不断的采集)图1中的三相逆变模块5的各个桥臂的驱动信号，即，A相上桥臂驱动信号、A相下桥臂驱动信号、B相上桥臂驱动信号、B相下桥臂驱动信号、C相上桥臂驱动信号和C相下桥臂驱动信号，并将采集的各个桥臂的驱动信号提供给信号或门电路。此外，信号采集电路还将采集的A相上桥臂驱动信号和A相下桥臂驱动信号提供给A相信号比较电路，将采集的B相上桥臂驱动信号和B相下桥臂驱动信号提供给B相信号比较电路，将采集的C相上桥臂驱动信号和C相下桥臂驱动信号提供给C相信号比较电路。在本发明的一个示例实施例中，可以按照毫秒为单位对各个桥臂的驱动信号进行实时采集(诸如，持续不断的采集)，然而，应该理解，实时采集的采样时间并不限于此。信号或门电路可对采集的各个桥臂的驱动信号进行或运算。具体来讲，当采集的各个桥臂的驱动信号中的任意一个或多个驱动信号为高电平信号时，信号或门电路输出高电平信号，当采集的各个桥臂的驱动信号均为低电平信号时，信号或门电路输出低电平信号。信号或门电路以预定时间间隔(例如，毫秒级)输出信号。

信号或门电路输出的信号被发送到第一信号比较电路。第一信号比较电路可对信号或门电路以预定时间间隔输出(即，连续输出)的两次信号进行比较，以产生指示光伏逆变器的运行状态的逆变器状态信号。具体来讲，当信号或门电路连续输出的两次信号均为低电平信号时，这可意味着光伏逆变器已停机，因此第一信号比较电路可产生低电平的逆变器状态信号，以指示光伏逆变器停机。另一方面，当信号或门电路连续输出的两次信号均为高电平信号时，这可意味着光伏逆变器正在运行，因此第一信号比较电路可产生高电平的逆变器状态信号，以指示光伏逆变器运行。特别地，如果信号或门电路连续输出的两次信号不都为高电平或低电平(例如，一次为高电平，而另一次为低电平)，则表示光伏逆变器的运行状态可能发生转换，此时第一信号比较电路不产生信号，而是继续接收从信号或门电路输出的信号。

如参考图1所述，控制器的输入可包括直流侧电流和逆变器状态信号，即，由第一信号比较电路产生的逆变器状态信号被发送到控制器。控制器可基于接收的逆变器状态信号来确定光伏逆变器是处于运行状态还是停机状态。例如，如果控制器接收到高电平的逆变器状态信号，则控制器可确定光伏逆变器处于运行状态。例如，如果控制器接收到低电平的逆变器状态信号，则控制器可确定光伏逆变器处于停机状态。当确定光伏逆变器处于停机状态时，控制器可通过将从图1中的直流电流传感器6接收的直流侧电流与预设阈值进行比较，来确定直流侧是否发生直流短路故障。例如，在理想情况下，当光伏逆变器停机时，直流侧电流应该为0，然而，在现实情况下，可考虑各种误差。预设阈值可以是基于例如器件误差和采样误差等而预先设置的值。如果直流侧电流大于预设阈值，则控制器可确定直流侧发生直流短路故障并产生分励脱扣信号，从而如上所述控制断路器断开。当确定光伏逆变器处于运行状态时，控制器可不产生输出信号。

下面将参照图2详细描述由驱动反馈信号采集电路8产生直通故障信号。

根据本发明的示例实施例，A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路的输入可以分别是实时采集的图1中的三相逆变模块5的各相两个桥臂的驱动信号，即，A相信号比较电路的输入为A相上桥臂驱动信号和A相下桥臂驱动信号，B相信号比较电路的输入为B相上桥臂驱动信号和B相下桥臂驱动信号，C相信号比较电路的输入为C相上桥臂驱动信号和C相下桥臂驱动信号。在本发明的一个示例实施例中，可以按照毫秒为单位对各个桥臂的驱动信号进行实时采集，然而，应该理解，实时采集的采样时间并不限于此。A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路可分别将输入的各相两个桥臂驱动信号进行比较，并输出比较的结果。具体来讲，当A相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，A相信号比较电路可输出高电平信号，否则A相信号比较电路可输出低电平信号。同样地，当B相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，B相信号比较电路可输出高电平信号，否则B相信号比较电路可输出低电平信号。同样地，当C相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，C相信号比较电路可输出高电平信号，否则C相信号比较电路可输出低电平信号。信号处理电路可接收A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路的输出信号，并对它们执行运算以产生指示是否存在直通故障的直通故障信号。在本发明中，直通故障是指三相逆变模块的同相的上下桥臂同时导通而产生的故障。例如，信号处理电路可对A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路的输出信号执行或运算。具体来讲，当A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路中的任何一个输出高电平信号时，信号处理电路可产生高电平直通故障信号，表示存在直通故障。当A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路均输出低电平信号时，信号处理电路可产生低电平直通故障信号，表示不存在直通故障或者直通故障已经消除。

返回参照图1，控制器的输入还可包括直通故障信号，即，由信号处理电路产生的直通故障信号被发送到控制器。控制器可基于接收的直通故障信号来确定光伏逆变器是否存在直通故障。例如，如果控制器接收到高电平的直通故障信号，则控制器可确定光伏逆变器存在直通故障。例如，如果控制器接收到低电平的直通故障信号，则控制器可确定光伏逆变器不存在直通故障。根据本发明的示例实施例，控制器还可在产生分励脱扣信号之后，基于接收的直通故障信号确定直通故障是否消除，当确定直通故障已经消除时，产生图1中的电动操作机构3的合闸信号，以控制断路器1重新闭合。具体来讲，如果控制器根据接收的直通故障信号确定直流短路故障为直通故障(即，接收到高电平的直通故障信号)，则在控制器已经如上所述产生分励脱扣信号以使断路器1断开之后，控制器通过从驱动反馈信号采集电路8的信号处理电路接收直通故障信号来判断直通故障是否消除。换言之，控制器通过是否接收到低电平的直通故障信号来判断直通故障是否消除。如果直通故障已经消除(即，接收到低电平的直通故障信号)，则控制器可通过产生合闸信号来控制控制器上的用于合闸的继电器的吸合，以向电动操作机构3的合闸线圈供电，从而重新闭合断路器。

此外，本领域技术人员应该清楚，也可通过检测图1中的交流接触器10和交流断路器11的状态来确定逆变器的工作状态。例如，如果交流断路器11断开或脱扣，则可确定逆变器处于停机状态。例如，如果交流接触器10断开，也可确定逆变器处于停机状态。

如上所述，根据本发明的示例实施例的光伏逆变器直流侧短路保护装置可通过实时采集三相逆变模块的各相桥臂的驱动信号来确定逆变器的运行状态，并通过使用低精度电流传感器检测直流侧电流来判断是否发生直流短路故障，并且可在判断发生直流短路故障时，通过控制断路器的分励线圈来使断路器分励脱扣，从而切断故障电流，保障光伏逆变器的安全。另一方面，在直流短路故障为三相逆变模块的上下桥臂直通故障的情况下，根据本发明的示例实施例的光伏逆变器直流侧短路保护装置可通过实时采集三相逆变模块的各相桥臂的驱动信号来判断直通故障是否消除，并通过控制断路器的电动操作机构的合闸线圈来使断路器重新闭合，从而尽快从故障恢复。

图3是示出根据本发明的示例实施例的光伏逆变器直流侧短路保护方法的流程图。

参照图3，在步骤301，实时采集(诸如，持续不断地采集)三相逆变模块的各个桥臂的驱动信号。在本发明的一个示例实施例中，可以按照毫秒为单位对各个桥臂的驱动信号进行实时采集(诸如，持续不断的采集)，然而，应该理解，实时采集的采样时间并不限于此。在步骤302，根据采集的各个桥臂的驱动信号来确定逆变器是否停机。具体来讲，在步骤302，首先对采集的各个桥臂的驱动信号进行或运算，然后对以预定间隔进行的两次或运算的结果信号(即，连续产生的两次结果信号)进行比较，以确定光伏逆变器是处于运行状态还是停机状态。当采集的各个桥臂的驱动信号中的任意一个或多个为高电平信号时，或运算的结果信号为高电平信号，而当采集的各个桥臂的驱动信号均为低电平信号时，或运算的结果信号为低电平信号。然后，当以预定间隔进行的两次或运算的结果信号均为低电平信号时，可确定光伏逆变器处于停机状态，方法转到步骤303。然而，当以预定间隔进行的两次或运算的结果信号均为高电平信号时，可确定光伏逆变器处于运行状态，返回继续执行步骤302。特别地，当以预定间隔进行的两次或运算的结果信号不都为高电平或低电平(例如，一次为高电平，而另一次为低电平)时，不对光伏逆变器的运行状态进行确定，返回继续执行步骤302。在步骤303，可检测直流侧电流并将其与预设阈值进行比较，以确定直流侧是否发生直流短路故障。例如，在理想情况下，当光伏逆变器停机时，直流侧电流应该为0，然而，在现实情况下，可考虑各种误差。预设阈值可以是基于例如器件误差和采样误差等而预先设置的值。如果直流侧电流大于预设阈值，则在步骤304，产生分励脱扣信号，控制设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间的断路器断开。如果直流侧电流不大于预设阈值，则继续执行步骤303。

图4是示出基于根据本发明的另一示例实施例的光伏逆变器直流侧短路保护方法的流程图。

参照图4，在步骤401，实时采集(诸如，持续不断地采集)三相逆变模块的各个桥臂的驱动信号。在本发明的一个示例实施例中，可以按照毫秒为单位对各个桥臂的驱动信号进行实时采集(诸如，持续不断的采集)，然而，应该理解，实时采集的采样时间并不限于此。在步骤402，基于采集的各个桥臂的驱动信号确定是否存在直通故障。具体来讲，可分别将各相的两个桥臂的驱动信号进行比较，以产生相应的比较信号。例如，对A相上下桥臂的驱动信号进行比较，以产生第一比较信号。当A相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，第一比较信号为高电平信号，否则第一比较信号为低电平信号。同样地，对B相上下桥臂的驱动信号进行比较，以产生第二比较信号。当B相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，第二比较信号为高电平信号，否则第二比较信号为低电平信号。同样地，对C相上下桥臂的驱动信号进行比较，以产生第三比较信号。当C相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，第三比较信号为高电平信号，否则第三比较信号为低电平信号。其后，可基于第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号确定是否存在直通故障。具体来讲，当第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号中的任何一个为高电平信号时，可产生高电平直通故障信号，表示存在直通故障，继续执行步骤403。当第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号均为低电平时，可产生低电平直通故障信号，表示不存在直通故障，方法可结束。在步骤403，基于实时采集的各个桥臂的驱动信号判断直通故障是否消除。如上所述，当各相的比较的结果均为低电平信号时，表示直通故障已经消除，方法转到步骤404，否则，返回继续执行步骤403。在步骤404，产生合闸信号，控制断路器重新闭合。

如上所述，根据本发明的示例实施例的光伏逆变器直流侧短路保护方法可通过实时采集三相逆变模块的各相桥臂的驱动信号来确定逆变器的运行状态，并通过使用低精度电流传感器检测直流侧电流来判断是否发生直流短路故障，并且可在判断发生直流短路故障时，通过产生分励脱扣信号来使断路器分励脱扣，从而切断故障电流，保障光伏逆变器的安全。另一方面，在直流短路故障为三相逆变模块的上下桥臂直通故障的情况下，根据本发明的示例实施例的光伏逆变器直流侧短路保护方法可通过基于三相逆变模块的各相桥臂的驱动信号来判断直通故障是否消除，并通过产生合闸信号来使断路器重新闭合，从而尽快从故障恢复。

虽然已经呈现并描述了一些示例实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些示例实施例进行修改或替换，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (16)

1.一种光伏逆变器直流侧短路保护装置，其特征在于，包括：

断路器，设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间；

直流电流传感器，设置在所述光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间，被配置为检测所述光伏逆变器的直流侧电流；

驱动反馈信号采集电路，被配置为实时采集三相逆变模块的各个桥臂的驱动信号，并基于采集的各个桥臂的驱动信号产生指示所述光伏逆变器运行状态的逆变器状态信号；

控制器，被配置为基于所述直流电流传感器检测的直流侧电流和所述驱动反馈信号采集电路产生的逆变器状态信号来产生分励脱扣信号，以控制所述断路器断开；

所述控制器还被配置为：确定逆变器状态信号是否指示逆变器停机；当确定逆变器状态信号指示逆变器停机时，确定直流侧电流是否大于预设阈值；当直流侧电流大于预设阈值时，产生分励脱扣信号。

2.根据权利要求1所述的光伏逆变器直流侧短路保护装置，其特征在于，还包括：

直流电流采样电路，被配置为将所述直流电流传感器检测的直流侧电流转换为模拟量输入信号，并将所述模拟量输入信号发送到所述控制器。

3.根据权利要求1所述的光伏逆变器直流侧短路保护装置，其特征在于，所述直流电流传感器为低精度电流传感器、低精度电流互感器或者低精度电流采样电路。

4.根据权利要求1、2或3所述的光伏逆变器直流侧短路保护装置，其特征在于，所述驱动反馈信号采集电路包括：

信号采集电路，被配置为实时采集三相逆变模块的各个桥臂的驱动信号；

信号或门电路，被配置为对采集的各个桥臂的驱动信号进行或运算；

第一信号比较电路，被配置为对信号或门电路以预定时间间隔输出的两次信号进行比较，以产生指示光伏逆变器运行状态的逆变器状态信号。

5.根据权利要求4所述的光伏逆变器直流侧短路保护装置，其特征在于，

当采集的各个桥臂的驱动信号中的任意一个驱动信号为高电平信号时，信号或门电路输出高电平信号，当采集的各个桥臂的驱动信号均为低电平信号时，信号或门电路输出低电平信号；

当信号或门电路以预定时间间隔输出的两次信号均为低电平信号时，第一信号比较电路产生低电平的逆变器状态信号，指示光伏逆变器停机；

当信号或门电路以预定时间间隔输出的两次信号均为高电平信号时，第一信号比较电路产生高电平的逆变器状态信号，指示光伏逆变器运行。

6.根据权利要求1所述的光伏逆变器直流侧短路保护装置，其特征在于，所述驱动反馈信号采集电路还被配置为基于采集的各个桥臂的驱动信号产生指示是否存在直通故障的直通故障信号。

7.根据权利要求6所述的光伏逆变器直流侧短路保护装置，其特征在于，所述控制器还被配置为基于驱动反馈信号采集电路产生的直通故障信号确定是否存在直通故障，并且在产生分励脱扣信号之后，基于驱动反馈信号采集电路产生的直通故障信号确定直通故障是否消除，当确定直通故障已经消除时，产生电动操作机构合闸信号，以控制断路器重新闭合。

8.根据权利要求6所述的光伏逆变器直流侧短路保护装置，其特征在于，驱动反馈信号采集电路包括：

A相信号比较电路，被配置为对A相上下桥臂的驱动信号进行比较；

B相信号比较电路，被配置为对B相上下桥臂的驱动信号进行比较；

C相信号比较电路，被配置为对C相上下桥臂的驱动信号进行比较；

信号处理电路，被配置为基于A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路的输出产生指示是否存在直通故障的直通故障信号。

9.根据权利要求8所述的光伏逆变器直流侧短路保护装置，其特征在于，

当A相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，A相信号比较电路输出高电平信号，否则A相信号比较电路输出低电平信号；

当B相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，B相信号比较电路输出高电平信号，否则B相信号比较电路输出低电平信号；

当C相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，C相信号比较电路输出高电平信号，否则C相信号比较电路输出低电平信号；

当A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路中的任何一个输出高电平信号时，信号处理电路产生高电平直通故障信号，指示存在直通故障；

当A相信号比较电路、B相信号比较电路和C相信号比较电路均输出低电平信号时，信号处理电路产生低电平直通故障信号，指示不存在直通故障或者直通故障已经消除。

10.一种光伏逆变器直流侧短路保护方法，其特征在于，包括：

实时采集三相逆变模块的各个桥臂的驱动信号；

基于采集的各个桥臂的驱动信号确定光伏逆变器是处于运行状态还是停机状态；

如果确定光伏逆变器处于停机状态，则检测光伏逆变器的直流侧电流，并确定直流侧电流是否大于预设阈值；

当直流侧电流大于预设阈值时，产生分励脱扣信号，以控制设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间的断路器断开。

11.根据权利要求10所述的光伏逆变器直流侧短路保护方法，其特征在于，还包括：

基于采集的各个桥臂的驱动信号确定是否存在直通故障；

如果确定存在直通故障，则在产生分励脱扣信号之后，基于采集的各个桥臂的驱动信号确定直通故障是否消除；

当确定直通故障已经消除时，产生电动操作机构合闸信号，以控制断路器重新闭合。

12.根据权利要求10所述的光伏逆变器直流侧短路保护方法，其特征在于，基于采集的各个桥臂的驱动信号确定光伏逆变器是处于运行状态还是停机状态的步骤包括：

对采集的各个桥臂的驱动信号进行或运算；

对以预定间隔进行的两次或运算的结果信号进行比较，以确定光伏逆变器是处于运行状态还是停机状态。

13.根据权利要求12所述的光伏逆变器直流侧短路保护方法，其特征在于，

当采集的各个桥臂的驱动信号中的任意一个驱动信号为高电平信号时，或运算的结果信号为高电平信号，当采集的各个桥臂的驱动信号均为低电平信号时，或运算的结果信号为低电平信号；

当以预定间隔进行的两次或运算的结果信号均为低电平信号时，确定光伏逆变器处于停机状态，当以预定间隔进行的两次或运算的结果信号均为高电平信号时，确定光伏逆变器处于运行状态。

14.根据权利要求10所述的光伏逆变器直流侧短路保护方法，其特征在于，通过设置在光伏逆变器的直流输入端和三相逆变模块之间的低精度电流传感器来检测光伏逆变器的直流侧电流。

15.根据权利要求11所述的光伏逆变器直流侧短路保护方法，其特征在于，基于采集的各个桥臂的驱动信号确定是否存在直通故障的步骤包括：

对A相上下桥臂的驱动信号进行比较，以产生第一比较信号；

对B相上下桥臂的驱动信号进行比较，以产生第二比较信号；

对C相上下桥臂的驱动信号进行比较，以产生第三比较信号；

基于第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号确定是否存在直通故障。

16.根据权利要求15所述的光伏逆变器直流侧短路保护方法，其特征在于，

当A相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，第一比较信号为高电平信号，否则第一比较信号为低电平信号，

当B相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，第二比较信号为高电平信号，否则第二比较信号为低电平信号，

当C相上下桥臂的驱动信号均为高电平信号时，第三比较信号为高电平信号，否则第三比较信号为低电平信号，

当第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号中的任何一个为高电平信号时，确定存在直通故障；

当第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号均为低电平时，确定不存在直通故障或者直通故障已经消除。

Images