CN107110899A - 光伏系统和用于在pv发电机上进行绝缘电阻测定的装置 - Google Patents

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Abstract

提供了用于在PV发电机(2)上进行绝缘电阻测定的装置(1)，包括用于持久地升高在PV发电机(2)的输出接口上的发电机电势的第一单元(3)和用于进行绝缘电阻测定的第二单元(4)，该第二单元被设置用于通过以下操作来进行绝缘电阻测定：在PV发电机(2)的输出接口上接入测量电压并在接入测量电压之前测量第一电流值和第一电压值，以及在接入测量电压之后测量第二电流值和第二电压值，在考虑测量的电流值和电压值的情况下测定PV发电机(2)的绝缘电阻。该装置的特征在于，第一单元和第二单元(3，4)串联连接。光伏系统(20)具有这样的装置。

Description

光伏系统和用于在PV发电机上进行绝缘电阻测定的装置
本发明涉及用于在光伏发电机上进行绝缘电阻测定的装置以及具有这样的装置的光伏系统，在该光伏发电机的输出接口上同时连接着用于升高对地电势的设备。通常情况下，光伏发电机连接在将由光伏发电机(简称PV发电机)产生的直流电转换成符合电网的交流电的光伏逆变器上。因此，特别有利的是，将根据本发明的用于绝缘电阻测定的装置集成在连接的光伏逆变器中。
出于安全原因，对用于绝缘电阻测定的装置进行了规定，并且通常将其集成在光伏逆变器的一侧，以确保对在那连接的PV发电机进行绝缘监测。用于绝缘电阻测定的装置例如从EP 0 654 673 B1中已知，根据其通过对于测量电压的每个脉冲电压值，在待监测的电网上施加多个脉冲交流电压直到达到起振状态来对测量电流的起振过程的时间曲线进行监测，并使用两个连续的测量值的测量值差以测定电网和接地之间的绝缘电阻。
如果将光伏模块连接在光伏逆变器上，该光伏模块易受衰减效应，例如晶体模块中的PID(电势诱导衰减)或薄层模块中的TCO腐蚀(透明导电氧化物腐蚀)的影响，因此，为了避免这些影响，连接了用于升高对地电势的设备。这样的设备是众所周知的，例如申请人的DE 20 2006 008 936U1就提出了示例。该方法特别是在具有未接地的PV发电机和用于接地的AC电网的电流隔离的大型光伏系统中使用。在此，用于升高对地电势的设备可将PV发电机的负极或正极置于定义的对地电势，其中，通常升高PV发电机，使得整个PV发电机(包括其负极)相对于地电势为正。在这里介绍的本发明的范围内，术语“升高”不应暗指电势参考的任何方向指示，在这里仅仅指，通过用于升高对地电势的设备来规定固定的、定义的参考电势(通常借助于电压源)。
在DE 10 2011 051 954 A1中对用于光伏系统的装置进行了描述，该光伏系统具有用于在光伏系统的逆变器上产生偏压的偏压产生设备，其应避免TCO腐蚀和极化效应。DE10 2011 055 220 A1涉及用于将无变压器的逆变器接入在具有移动的电势中点的太阳能发电站中的方法。
如果现在同时并行操作用于升高在PV发电机上的对地电势的设备和如上所述的用于通过有源法在PV发电机上进行绝缘电阻测定的装置，就会发生问题。用于升高对地电势的设备保持PV发电机的对地电势，而用于绝缘电阻测定的装置却试图使PV发电机的电势相对于接地移动。由于用于升高电势的设备通常比用于绝缘电阻测定的装置具有更高的性能，因此，用于绝缘电阻测定的装置被“否决(überstimmen)”，并且过小，至少是假的绝缘电阻值被测得。
出于这个原因，在实践中，用于升高在PV发电机上的对地电势的设备被暂时切断，以借助用于在PV发电机上进行绝缘电阻测定的装置来测定其绝缘电阻。这意味着，绝缘电阻测定不是连续的，而是仅在特定的时刻实施。这种状况是不令人满意的，因为首先用于避免衰减效应的PV发电机应持久地位于由用于升高对地电势的设备预定的电势下，而出于安全原因，绝缘电阻测定应在任何时间都是可行的。
因此，需要用于在PV发电机上进行绝缘电阻测定的装置，其持久地且与升高对地电势同时运行，并允许明确指示出PV发电机的绝缘电阻。
该任务将通过根据权利要求1所述的装置以及通过根据权利要求7所述的光伏系统来解决。优选的实施例在从属权利要求中进行描述。
根据本发明的用于在PV发电机上进行绝缘电阻测定的装置包括用于持久地升高PV发电机的输出接口上的发电机电势的第一单元和用于绝缘电阻测定的第二单元。用于绝缘电阻测定的第二单元在PV发电机的输出接口上接通测量电压，并在接入测量电压之前测量第一电流值和第一电压值，以及在接入测量电压之后测量第二电流值和第二电压值。PV发电机的绝缘电阻在考虑所测得的电流值和电压值的情况下进行测定。根据本发明的装置的第一单元和第二单元串联连接。串联连接的顺序不重要。
在根据本发明的装置的有利的实施方案中，第一单元和第二单元可作为单独的设备来操作。通过这种方式，可通过用于监测绝缘的系统来扩展用于升高电势的现有系统，或者反过来，可通过用于升高电势的系统来补充用于监测绝缘的系统。
在根据本发明的装置的另一种有利的实施方案中，第一单元和第二单元被集成在设备中，优选地，第一单元和第二单元集成在光伏逆变器中。
在根据本发明的装置的另一种有利的实施方案中，特别是在断开测量电压之后，测量第三电流值和第三电压值。特别有利地，利用第三电流值和第三电压值来判定影响绝缘电阻测定的参数。特别地，应判定在测量第一到第三电流值和电压值的整个时间段期间可以改变并能够影响绝缘电阻测定的参数。
根据本发明的光伏系统具有通过接口与光伏逆变器连接的PV发电机，其中用于绝缘电阻测定的前述装置与其中一个接口连接。
以下将根据多个实施例借助于附图对本发明进行更详细的说明，其中：
图1是由光伏发电机、逆变器和根据本发明的装置组成的系统的示意图，
图2是测量值曲线的示意图，以及
图3是具有附加电压测量的由光伏发电机、逆变器和根据本发明的装置组成的系统的示意图。
作为示例，图1示出了具有PV发电机2的光伏系统20，该PV发电机的接口7和8与光伏逆变器5的输入接口9、10连接。根据本发明的用于绝缘电阻测定的装置1在其中一个接口对上与接口11连接。另一接口12连接在接地上。光伏逆变器5通过其输出接口18连接在电网6上，在此可以是较大的联合电网或孤立电网(Inselnetz)。光伏逆变器5也可以给本地DC负载或AC负载(未示出)供能或将能量馈入电网6中。
用于绝缘电阻测定的装置1包括第一单元3和第二单元4。第一单元3用于防止衰减效应，该第一单元在本实施例中将PV发电机2的正极相对于接地升高700到1000V的电压值，下文中称为补偿电压(Offset-Spannung)。第一单元3可由能对在正常操作中出现的PV发电机的泄露电流进行接地补偿的电压源组成，通常将该泄露电流限制在安全级别，例如30到100mA。电压源可包含相应的电流限制。如果连接在光伏逆变器5上的电网具有固定的接地参考，则要么得将光伏逆变器5设计成电势隔离，要么可以在光伏逆变器5和电网6之间插接变压器，使得电势升高能起作用。
第二单元4用于测定PV发电机2的绝缘电阻，该绝缘电阻在附图中通过电阻14和15来图示。在实际的PV发电机中存在许多接地的分布式放电电阻，这些放电电阻可分配给PV发电机2的各个组件(PV模块、PV电缆等)。作为等效电路图，这些放电电阻等效地通过PV发电机2的正极的接地的第一电阻14和PV发电机2的负极的接地的第二电阻15示出。这两个电阻的大小可以不同。PV发电机2的绝缘电阻对应于图1中所示的两个电阻的并联电路。第二单元4使用例如在EP 0 654 673B1中所描述的有源法来测定绝缘电阻。为此，跳跃式地给由第一单元3生成的补偿电压施加另一电压，并测量接口11上的接地电压U的曲线和通过单元3和4的电流I。
图2示例性地示出了当使用如上所述的方法时电流曲线I或电压曲线U的样子。在时刻t1，测量第二单元4上或通过第二单元的电流和电压(I1，U1)。在时刻t2，接入测量电压，该测量电压总和等于第一单元3的补偿电压。由于PV发电机通过其平面的延伸也充当电容在图1中通过电容器16、17表示，因此接入测量电压之后的电流曲线的特征在于超调和缓慢降低，直到新的静止状态为止。在时刻t3的降低阶段之后，再次测量电流和电压(I3,U3)。在时刻t4，再次断开测量电压，现在初始的补偿电压又再次施加在接口11上。
为了测定PV发电机2的绝缘电阻Riso，计算确定的测量值的电压变化与电流变化的比例。
该关系只有在此前提下才有效，即例如PV发电机2在接口7和8两端的电压在时刻t1到t3之间不改变。另外，绝缘电阻Riso自身还必须在这两个测量时刻之间的时间内保持恒定。为了判定所确定的测量值是否适合准确测定绝缘电阻Riso，又再次在等待“起振时间”之后，在时刻t5，确定另一测量值对(I5,U5)。如果随后U1等于U5且I1等于I5，则可假设，在测量的整个持续时间期间，相关的条件没有改变，并可通过上面的公式以足够的精确度得出绝缘电阻Riso。
由于PV发电机上的电压有可能改变(例如，由于照射变化或由于PV逆变器5的MPP跟踪)，因此有利的是，排除这种电压的误差影响。图3示出了根据本发明的装置的有利的实施方案，其实现了该目的。在这种情况下，第二单元4除了测量接口11对接地之间的电压(以下称为Up)之外，还测量接口19对接地之间的电压(以下称为Un)。然后，按如下方式计算绝缘电阻：
其中，因子k表示电阻14和15的电阻值R14、R15相互的比例。
k＝R_14/R_15
如在绝缘电阻Riso的计算公式中所示，如果k的值已知，则该值可直接从当前的测量值Up、Un和I计算出来。
因子k通过有源法来确定，方式是跳跃式地给由第一单元3生成的补偿电压加上由第二单元4产生的另一电压，并且电压Up和Un的电压曲线以及电流通过单元3和4来测量。由此，通过如图2中所示的类似的方式获得了关于时刻t1的测量值对(Up1,Un1,I1)以及关于时刻t3的测量值对(Up3,Un3,I3)。由此，如下确定因子k：
在测量时刻区间不许改变的参数是绝缘电阻Riso本身。为了能够核查此误差影响，可以用和图2所示一样的方式考虑第三测量时刻t5。当所计算的测量时刻t1和t5的绝缘电阻值一致时，可以以足够的精确度得出绝缘电阻Riso。
附图标记表
1 用于绝缘电阻测定的装置
2 PV发电机
3 第一单元
4 第二单元
5 光伏逆变器
6 电网
7，8 接口
9，10 输入接口
11 接口
12 接地接口
13 接地接口
14，15 放电电阻
16，17 放电电容器
18 输出接口
19 接口
20 光伏系统

Claims (7)

1.一种用于在PV发电机(2)上进行绝缘电阻测定的装置(1)，包括：
-用于持久地升高在所述PV发电机(2)的输出接口上的发电机电势的第一单元(3)
-用于进行绝缘电阻测定的第二单元(4)，所述第二单元被设置用于通过以下操作来进行绝缘电阻测定
○在所述PV发电机(2)的所述输出接口上接入测量电压，并且
○在接入所述测量电压之前测量第一电流值和第一电压值，以及
○在接入所述测量电压之后测量第二电流值和第二电压值
在考虑测得的电流值和电压值的情况下测定所述PV发电机(2)的绝缘电阻，
其特征在于，所述第一单元和第二单元(3，4)串联连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一单元和第二单元(3，4)被设计为单独的设备。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一单元和第二单元(3，4)被集成在设备中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
所述第二单元(4)被设置用于，在断开所述测量电压之后继续测量第三电流值和第三电压值，并在测定所述绝缘电阻时考虑所述第三电流值和所述第三电压值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述第二单元(4)被设置用于，将所述第三电流值和所述第三电压值额外地用来判定在所述测量的总时间段内影响所述绝缘电阻测定的参数的变化。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一单元和第二单元(3，4)被集成在光伏逆变器(5)中。
7.一种光伏系统(20)，包括通过接口(7，8)与光伏逆变器(5)连接的PV发电机(2)，其中根据权利要求1至6中任一项所述的用于绝缘电阻测定的装置(1)与所述接口(7，8)中的一个连接。
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