CN109116123A - 一种利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统及方法，光伏并网逆变器直流侧分别与光伏电池板相连，交流侧与电网相连。光伏并网逆变器在发电阶段输出有功功率，不输出共模电流，在不发电阶段，并网逆变器运行在测试模式，并发出一定频率的共模电压，共模电压的频率根据光伏板寄生电容和线路阻抗计算得出，并网逆变器测量光伏逆变器输出的共模电流。根据发出的共模电压数值和测量的共模电流数值计算出变压器的接地电阻大小，从而判断变压器接地电阻是否异常。

Description

一种利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统及方法

技术领域

本发明涉及变压器接地电阻测量领域，尤其涉及一种利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统及方法。

背景技术

在电网系统中，配电变压器是十分重要的设备，将关系到电网能否正常运行。实际运行中，由于接地电阻阻值过大，接地电阻上将产生较大的分压，容易破坏低压相线绝缘，一旦有人接触到变压器外壳或接地线等位置，还会导致触电事故的发生，严重威胁生命财产安全。其次，接地电阻阻值过大会导致变压器中性点偏移等问题。因此，电网运行维护人员需要定期测量变压器接地电阻，从而及时发现接地电阻阻值过大的问题。在进行变压器接地电阻测量时，主要采用手摇式电阻测量表和钳形接地电阻表开展测量工作。手摇式电阻测量表示传统接地电阻测量方法，需要按照一定的转速转动摇把，从而向被测桩与辅助桩间注入电流，利用仪表则可以完成电流和电压的测量，从而计算被测接地桩的地阻。采用这种传统测量方法容易出现数据不准的问题。利用钳形电阻表测量时，无需进行辅助测试桩的设置，只需在被测电线上夹装钳形电阻表，就可以完成接地电阻的测试，采用这种测量方法，无需将设备电源或地线断开便可以完成接地电阻阻值的测量。但以上现有方法都需要运行人员持相关设备进行现场测量，需要耗费大量的人力成本和设备使用成本。因此，急需一种利用电网中现有设备进行变压器接地电阻测量的方法。

近年来，电网中光伏并网逆变器的数量不断增多。光伏电池板与大地之间存在寄生电容，当光伏逆变器接入中性点接地系统中时，交流线路、寄生电容、大地会形成共模回路，导致共模电流的产生，长期存在的会增加逆变器的损耗、降低逆变器的使用寿命。传统方法可采用加装共模电感、工频隔离变压器、高频隔离变压器的方法抑制共模电流的，但会增加逆变器的成本和体积。随着电力电子技术的不断发展，现有论文和专利提到多种抑制共模电流的拓扑结构和调制方法，在不加入共模电感、隔离变压器的前提下也能有效抑制共模电流。长期存在的共模电流对逆变器有害，但在逆变器低功率运行阶段，短时间内的共模电流对逆变器几乎没有伤害。因此，光伏并网逆变器具有测量变压器接地电阻的潜力，而现有文章和专利中都没有提及如何利用光伏并网逆变器的短期共模电流测量变压器的接地电阻。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，包括：光伏电池板，功率电路，光伏并网逆变器以及控制系统；

光伏并网逆变器设有交流侧和直流侧；光伏并网逆变器直流侧与光伏电池板连接，光伏并网逆变器交流侧通过功率电路连接电网；

控制系统分别与功率电路和光伏并网逆变器连接；控制系统用于通过连接光伏并网逆变器获取光伏电池板是否为不发电阶段，当光伏电池板为不发电阶段，且光伏并网逆变器运行在测试模式时，控制系统获取光伏并网逆变器发出的共模电流以及预设频率的共模电压；根据共模电压数值和共模电流数值得出变压器的接地电阻大小，判断变压器接地电阻是否超阈值。

优选地，控制系统包括：逆变器直流电压控制单元，共模电压频率计算模块,共模电压产生模块,共模电流测试模块以及变压器接地电阻计算模块；

逆变器直流电压控制单元分别与光伏并网逆变器的交流侧连接，直流侧连接以及功率电路连接，获取光伏并网逆变器的交流侧频率参数，获取光伏并网逆变器的直流侧电压参数，功率电路的电压数值；共模电流测试模块和逆变器直流电压控制单元分别与功率电路连接，获取功率电路的电流数值；

逆变器直流电压控制单元依次通过共模电压产生模块，共模电压频率计算模块,变压器接地电阻计算模块与共模电流测试模块连接。

优选地，共模电压频率计算模块用于根据预设的光伏电池板对地寄生电容的最大值C_LMax，光伏电池板对地寄生电容的最小值C_LMin，光伏并网逆变器的输出电感值L，计算出共模回路的谐振频率的最大值f_rMax和最小值f_rMin：

优选地，共模电压频率计算模块还用于根据计算出的共模回路谐振频率f_r计算出要输出的共模电压频率f_com的范围：

f_rMin≤f_com≤f_rMax。

优选地，共模电压产生模块用于将频率为f_com的共模电压调制波叠加到原三相输出电压调制波上：

其中v_aout(t)，v_bout(t)，v_cout(t)为共模电压产生模块产生的三相调制波。

优选地，共模电流测试模块用于测量光伏并网逆变器的三相输出电流i_a，i_b，i_c并计算其中的共模电流大小：

对i_{com_mod}(t)进行快速傅里叶分析并提取出其中频率为f_com的分量的峰值I_com；

根据V_com和I_com计算出频率为f_com时的共模回路阻抗：

f_com的范围为f_rMin≤fc_om≤f_rMax，将f_com从f_rMin变化到f_rMax，f_com的变化步长为1Hz。

优选地，变压器接地电阻计算模块用于将计算出的所有的共模回路阻抗从小到大排序，并选择最小值为Z_{com_min}；所述最小值反映了共模回路中的总电阻大小。

优选地，共模电压的预设频率根据光伏板寄生电容和线路阻抗得出。

优选地，光伏并网逆变器交流侧通过功率电路连接变压器原边，变压器副边接电网。

一种利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量方法，方法包括：

S1，光伏电池板为不发电阶段，将光伏并网逆变器配置为测试模式运行，共模电压频率计算模块根据光伏电池板对地寄生电容的最大值C_LMax，光伏电池板对地寄生电容的最小值C_LMin，逆变器的输出电感值L，计算出共模回路的谐振频率的最大值f_rMax和最小值f_rMin：

S2，共模电压频率计算模块根据计算出的共模回路谐振频率f_r计算出要输出的共模电压频率f_com的范围：

f_rMin≤f_com≤f_rMax；

S3，光伏并网逆变器的共模电压产生模块将频率为f_com的共模电压调制波叠加到原三相输出电压调制波上：

其中v_aout(t)，v_bout(t)，v_cout(t)为共模电压产生模块产生的三相调制波，V_com为叠加的共模电压的调制波的峰值；v_{aout_0}，v_{bout_0}，v_{cout_0}为逆变器直流电压控制单元产生的三相调制波；

S4，模电流测试模块测量逆变器的三相输出电流i_a，i_b，i_c并计算其中的共模电流大小：

S5，对i_{com_mod}(t)进行快速傅里叶分析并提取出其中频率为f_com的分量的峰值I_com；

S6，根据V_com和I_com计算出频率为f_com时的共模回路阻抗：

S7，f_com的范围为公式，将f_com从f_rMin变化到f_rMax，f_com的变化步长为1Hz，每次改变都要重复步骤S3至S6；

S8，变压器接地电阻计算模块将计算出的所有的共模回路阻抗从小到大排序，并选择最小值为Z_{com_min}；所述最小值反映了共模回路中的总电阻大小；

S9，将共模回路阻抗最小值上传至上位机，使运行人员根据所述共模回路阻抗值判断变压器的接地电阻是否正常。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

利用光伏并网逆变器的空闲状态测量变压器的接地电阻是否正常。测量过程中运行人员进行现场操作，降低了变压器接地电阻的测量成本。有利于提高光伏并网逆变器的利用效率，拓展光伏并网逆变器的功能范围，增加光伏并网逆变器的收益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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为利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统实施例示意图；

图2为利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量方法实施例流程图。

具体实施方式

本发明提供一种利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，如图1和图2所示，包括：光伏电池板1，功率电路2，光伏并网逆变器9以及控制系统8；

光伏并网逆变器9设有交流侧和直流侧；光伏并网逆变器9直流侧与光伏电池板1连接，光伏并网逆变器9交流侧通过功率电路2连接电网；控制系统8分别与功率电路2和光伏并网逆变器9连接；控制系统8用于通过连接光伏并网逆变器9获取光伏电池板1是否为不发电阶段，当光伏电池板1为不发电阶段，且光伏并网逆变器9运行在测试模式时，控制系统8获取光伏并网逆变器9发出的共模电流以及预设频率的共模电压；根据共模电压数值和共模电流数值得出变压器的接地电阻大小，判断变压器接地电阻是否超阈值。

光伏并网逆变器有两种工作模式，包括正常运行模式和测试模式。并网逆变器在正常模式下将光伏电池板输出的直流电转化为交流电，向电网注入有功功率。当光伏电池板不输出并网逆变器在测试模式下不向电网输出有功功率。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实施例中，控制系统8包括：逆变器直流电压控制单元3，共模电压频率计算模块6,共模电压产生模块5,共模电流测试模块4以及变压器接地电阻计算模块7；逆变器直流电压控制单元3分别与光伏并网逆变器9的交流侧连接，直流侧连接以及功率电路2连接，获取光伏并网逆变器9的交流侧频率参数，获取光伏并网逆变器9的直流侧电压参数，功率电路2的电压数值；共模电流测试模块4和逆变器直流电压控制单元3分别与功率电路2连接，获取功率电路2的电流数值；逆变器直流电压控制单元3依次通过共模电压产生模块5，共模电压频率计算模块6,变压器接地电阻计算模块7与共模电流测试模块4连接。

本实施例中，光伏并网逆变器直流侧分别与光伏电池板相连，交流侧与电网相连。光伏并网逆变器在发电阶段输出有功功率，不输出共模电流，在不发电阶段，并网逆变器运行在“测试模式”，并发出一定频率的共模电压，共模电压的频率根据光伏板寄生电容和线路阻抗计算得出，并网逆变器测量光伏逆变器输出的共模电流。根据发出的共模电压数值和测量的共模电流数值计算出变压器的接地电阻大小，从而判断变压器接地电阻是否异常。

具体的，共模电压频率计算模块6用于根据预设的光伏电池板1对地寄生电容的最大值C_LMax，光伏电池板1对地寄生电容的最小值C_LMin，光伏并网逆变器9的输出电感值L，计算出共模回路的谐振频率的最大值f_rMax和最小值f_rMin：

本实施例中，共模电压频率计算模块6还用于根据计算出的共模回路谐振频率f_r计算出要输出的共模电压频率f_com的范围：

f_rMin≤f_com≤f_rMax。

本实施例中，共模电压产生模块5用于将频率为f_com的共模电压调制波叠加到原三相输出电压调制波上：

其中v_aout(t)，v_bout(t)，v_cout(t)为共模电压产生模块产生的三相调制波，V_com为叠加的共模电压的调制波的峰值；v_{aout_0}，v_{bout_0}，v_{cout_0}为逆变器直流电压控制单元产生的三相调制波；t为

本实施例中，共模电流测试模块4用于测量光伏并网逆变器9的三相输出电流i_a，i_b，i_c并计算其中的共模电流大小：

对i_{com_mod}(t)进行快速傅里叶分析并提取出其中频率为f_com的分量的峰值I_com；

根据V_com和I_com计算出频率为f_com时的共模回路阻抗：

f_com的范围为f_rMin≤f_com≤f_rMax，将f_com从f_rMin变化到f_rMax，f_com的变化步长为1Hz。

变压器接地电阻计算模块7用于将计算出的所有的共模回路阻抗从小到大排序，并选择最小值为Z_{com_min}；所述最小值反映了共模回路中的总电阻大小。

共模电压的预设频率根据光伏板寄生电容和线路阻抗得出。光伏并网逆变器9交流侧通过功率电路2连接变压器10原边，变压器10副边接电网。

本发明还提供一种利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量方法，方法包括：

S1，光伏电池板为不发电阶段，将光伏并网逆变器配置为测试模式运行，共模电压频率计算模块根据光伏电池板对地寄生电容的最大值C_LMax，光伏电池板对地寄生电容的最小值C_LMin，逆变器的输出电感值L，计算出共模回路的谐振频率的最大值f_rMax和最小值f_rMin：

S2，共模电压频率计算模块根据计算出的共模回路谐振频率f_r计算出要输出的共模电压频率f_com的范围：

f_rMin≤f_com≤f_rMax 2；

S3，光伏并网逆变器的共模电压产生模块将频率为f_com的共模电压调制波叠加到原三相输出电压调制波上：

其中v_aout(t)，v_bout(t)，v_cout(t)为共模电压产生模块产生的三相调制波，V_com为叠加的共模电压的调制波的峰值；v_{aout_0}，v_{bout_0}，v_{cout_0}为逆变器直流电压控制单元产生的三相调制波；t为电压调制波象限值。

S4，模电流测试模块测量逆变器的三相输出电流i_a，i_b，i_c并计算其中的共模电流大小：

S5，对i_{com_mod}(t)进行快速傅里叶分析并提取出其中频率为f_com的分量的峰值I_com；

S6，根据V_com和I_com计算出频率为f_com时的共模回路阻抗：

S7，f_com的范围为公式2，将f_com从f_rMin变化到f_rMax，f_com的变化步长为1Hz，每次改变都要重复步骤S3至S6；

S8，变压器接地电阻计算模块将计算出的所有的共模回路阻抗从小到大排序，并选择最小值为Z_{com_min}；所述最小值反映了共模回路中的总电阻大小；

S9，将共模回路阻抗最小值上传至上位机，使运行人员根据所述共模回路阻抗值判断变压器的接地电阻是否正常。

利用光伏并网逆变器的空闲状态测量变压器的接地电阻是否正常。测量过程中运行人员进行现场操作，降低了变压器接地电阻的测量成本。有利于提高光伏并网逆变器的利用效率，拓展光伏并网逆变器的功能范围，增加光伏并网逆变器的收益。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，其特征在于，包括：光伏电池板(1)，功率电路(2)，光伏并网逆变器(9)以及控制系统(8)；

光伏并网逆变器(9)设有交流侧和直流侧；光伏并网逆变器(9)直流侧与光伏电池板(1)连接，光伏并网逆变器(9)交流侧通过功率电路(2)连接电网；

控制系统(8)分别与功率电路(2)和光伏并网逆变器(9)连接；控制系统(8)用于通过连接光伏并网逆变器(9)获取光伏电池板(1)是否为不发电阶段，当光伏电池板(1)为不发电阶段，且光伏并网逆变器(9)运行在测试模式时，控制系统(8)获取光伏并网逆变器(9)发出的共模电流以及预设频率的共模电压；根据共模电压数值和共模电流数值得出变压器的接地电阻大小，判断变压器接地电阻是否超阈值。

2.根据权利要求1所述的利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，其特征在于，

控制系统(8)包括：逆变器直流电压控制单元(3)，共模电压频率计算模块(6),共模电压产生模块(5),共模电流测试模块(4)以及变压器接地电阻计算模块(7)；

逆变器直流电压控制单元(3)分别与光伏并网逆变器(9)的交流侧连接，直流侧连接以及功率电路(2)连接，获取光伏并网逆变器(9)的交流侧频率参数，获取光伏并网逆变器(9)的直流侧电压参数，功率电路(2)的电压数值；共模电流测试模块(4)和逆变器直流电压控制单元(3)分别与功率电路(2)连接，获取功率电路(2)的电流数值；

逆变器直流电压控制单元(3)依次通过共模电压产生模块(5)，共模电压频率计算模块(6),变压器接地电阻计算模块(7)与共模电流测试模块(4)连接。

3.根据权利要求2所述的利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，其特征在于，

共模电压频率计算模块(6)用于根据预设的光伏电池板(1)对地寄生电容的最大值C_LMax，光伏电池板(1)对地寄生电容的最小值C_LMin，光伏并网逆变器(9)的输出电感值L，计算出共模回路的谐振频率的最大值f_rMax和最小值f_rMin：

4.根据权利要求3所述的利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，其特征在于，

共模电压频率计算模块(6)还用于根据计算出的共模回路谐振频率f_r计算出要输出的共模电压频率f_com的范围：

f_rMin≤f_com≤f_rMax。

5.根据权利要求2所述的利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，其特征在于，

共模电压产生模块(5)用于将频率为f_com的共模电压调制波叠加到原三相输出电压调制波上：

其中v_aout(t)，v_bout(t)，v_cout(t)为共模电压产生模块产生的三相调制波。

6.根据权利要求2所述的利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，其特征在于，

共模电流测试模块(4)用于测量光伏并网逆变器(9)的三相输出电流i_a，i_b，i_c并计算其中的共模电流大小：

对i_{com_mod}(t)进行快速傅里叶分析并提取出其中频率为f_com的分量的峰值I_com；

根据V_com和I_com计算出频率为f_com时的共模回路阻抗：

f_com的范围为f_rMin≤f_com≤f_rMax，将f_com从f_rMin变化到f_rMax，f_com的变化步长为1Hz。

7.根据权利要求2所述的利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，其特征在于，

变压器接地电阻计算模块(7)用于将计算出的所有的共模回路阻抗从小到大排序，并选择最小值为Z_{com_min}；所述最小值反映了共模回路中的总电阻大小。

8.根据权利要求1所述的利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，其特征在于，

共模电压的预设频率根据光伏板寄生电容和线路阻抗得出。

9.根据权利要求1所述的利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量系统，其特征在于，

光伏并网逆变器(9)交流侧通过功率电路(2)连接变压器(10)原边，变压器(10)副边接电网。

10.一种利用光伏逆变器的变压器接地电阻测量方法，其特征在于，方法包括：

S1，光伏电池板为不发电阶段，将光伏并网逆变器配置为测试模式运行，共模电压频率计算模块根据光伏电池板对地寄生电容的最大值C_LMax，光伏电池板对地寄生电容的最小值C_LMin，逆变器的输出电感值L，计算出共模回路的谐振频率的最大值f_rMax和最小值f_rMin：

S2，共模电压频率计算模块根据计算出的共模回路谐振频率f_r计算出要输出的共模电压频率f_com的范围：

f_rMin≤f_com≤f_rMax (2)；

S3，光伏并网逆变器的共模电压产生模块将频率为f_com的共模电压调制波叠加到原三相输出电压调制波上：

其中v_aout(t)，v_bout(t)，v_cout(t)为共模电压产生模块产生的三相调制波，V_com为叠加的共模电压的调制波的峰值；v_{aout_0}，v_{bout_0}，v_{cout_0}为逆变器直流电压控制单元产生的三相调制波；

S4，模电流测试模块测量逆变器的三相输出电流i_a，i_b，i_c并计算其中的共模电流大小：

S5，对i_{com_mod}(t)进行快速傅里叶分析并提取出其中频率为f_com的分量的峰值I_com；

S6，根据V_com和I_com计算出频率为f_com时的共模回路阻抗：

S7，f_com的范围为公式(2)，将f_com从f_rMin变化到f_rMax，f_com的变化步长为1Hz，每次改变都要重复步骤S3至S6；

S8，变压器接地电阻计算模块将计算出的所有的共模回路阻抗从小到大排序，并选择最小值为Z_{com_min}；所述最小值反映了共模回路中的总电阻大小；

S9，将共模回路阻抗最小值上传至上位机，使运行人员根据所述共模回路阻抗值判断变压器的接地电阻是否正常。