CN110718902A - 地面故障最小化 - Google Patents

Abstract

一种用于使提供给接地故障的能量最小化的电路，其包括源、多个开关、输出滤波器和控制器。开关包括被配置为基于源来提供输出信号的第一侧开关对和第二侧开关对。输出滤波器包括耦接至第一侧开关对或第二侧开关对的一个或更多个能量存储元件。控制器被配置为接收指示已经发生故障的接地故障信号，并且控制器被配置为针对输出滤波器的最小能量状态并且响应于接地故障信号来生成用于开关的开关信号。

Description

地面故障最小化

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月13日提交的临时申请No.62/697,697(案卷号10222-18020A)的优先权，该临时申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本申请涉及逆变器领域，更具体地涉及并网逆变器，其中，转换效率和鲁棒性是高优先级考虑因素。本申请涉及接地故障检测及管理领域。更具体地，提供了使通过接地故障消耗的能量的量最小化的电路装置和技术。

背景技术

逆变器装置可以将直流电力转换为交流电力。逆变器可以是将来自源的直流(DC)电力转换为交流(AC)电力输出的单向逆变器，或者是将来自源的DC电力转换为AC电力输出以及将来自源的AC电力转换为至负载或存储装置的DC电力输出的双向逆变器。

并网式或并网逆变器是专门设计成使逆变器的AC部分连接至电力网的逆变器。并网逆变器可以设计成在公用电压的操作窗口内操作。并网逆变器可以是单向的或双向的。单向逆变器可以用于将来自诸如太阳能电池阵列、燃料电池或蓄电池之类的源的直流输入转换为待由电力网接收的具有适当频率和电压的交流电。双向逆变器可以用于将来自电力网的交流电转换为待由DC负载或能量存储装置——例如，诸如燃料电池或蓄电池之类的电化学元件或者诸如超级电容器之类的电磁存储元件——接收的直流电。

当电路中的载流电通路与接地通路电接触时，发生接地故障。接地通路可以是电线(例如，接地线)或者器具或装置的接地部件的一部分。示例性接地部件可以包括器具或装置的底板或框架。

接地故障可能在各种情况下发生。器具或装置的损坏可能导致接地故障。在其他示例中，人或动物可以成为载流通路与接地部件之间的电通路。

检测接地故障并将接地故障与附加电流隔离的响应时间对于防止损伤是至关重要的。特别是在由人或动物引起的接地故障的情况下，当快速检测到接地故障和/或防止电流行进至接地故障时，电击的风险降低。

附图说明

本文中参考以下附图描述示例性实施方案。

图1示出了具有产生或吸收能量的能力的三个示例DC能量源的5秒响应特性。

图2示出了图1中在较长时间内示出的具有产生或吸收能量的能力的三个示例DC能量源的6毫秒响应特性。

图3示出了从蓄电池到以单位功率因数提供单相60Hz AC电力的并网式逆变器的示例供给电流波形。

图4示出了从蓄电池到以0.8功率因数提供单相60Hz AC电力的双向并网式逆变器的另一示例供给电流波形。

图5示出了用于控制双向升压转换器的两种示例技术的总线电压和输入电流曲线。

图6示出了使用两个不同电感器的升压转换器的输入电流曲线。

图7示出了除了升压电感器之外还包含输入滤波器的双向升压转换器的示例电路。

图8A和图8B示出了利用输入滤波器结合不同升压转换器控制技术的升压转换器的输入电流曲线。

图9示出了示例电涌抑制装置。

图10示出了包含多个冗余电涌抑制装置和输出过电流保护的示例逆变器配置。

图11示出了示例变压器的下降特性曲线。

图12示出了包含连接至由公用设施馈电的变压器的逆变器的示例系统。

图13示出了负载变化的从图12中的系统的逆变器和变压器流动的示例性电流幅度。

图14A示出了具有输出幅度校正的示例逆变器。

图14B示出了具有闭环输出反馈的示例逆变器。

图15示出了包含连接至由原动机驱动的同步电机的逆变器的示例系统。

图16示出了在图14中的系统的逆变器与变压器之间和/或在图15中的系统的逆变器与同步电机之间流动的电流的示例电流波形。

图17示出了包含多个逆变器的示例系统，其中，闭环输出反馈一起连接至公用负载。

图18示出了闭环逆变器进入短路状态的行为。

图19示出了用于电涌抑制装置和/或逆变器的示例控制器。

图20示出了图19的控制器的流程图。

图21示出了用于接地故障最小化的示例电路。

图22A示出了逆变器的示例输出。

图22B示出了图22A的逆变器的示例控制信号。

图23示出了图21的开关的示例。

图24A示出了响应于接地故障的逆变器的示例输出。

图24B示出了图24A的逆变器的示例控制信号。

图25A示出了响应于接地故障的逆变器的示例输出。

图25B示出了图25A的逆变器的示例控制信号。

图26A示出了通过主动控制逆变器的开关的示例响应。

图26B示出了逆变器的开关关闭的示例。

图27示出了使用主动控制向接地故障提供的电压或电流的示例图。

图28示出了在没有主动控制的情况下向接地故障提供的电压或电流的示例图。

图29示出了传递至接地故障的能量的示例图。

图30描绘了示例磁性材料的典型磁化曲线。

图31提供了用于逆变器的内部能量存储元件的在短路状态期间减小的电压的图示。

图32提供了两种不同输出波形之间的比较。

图33示出了由电阻阻抗检测的用于接地故障最小化的示例电路。

图34示出了由电容阻抗检测的用于接地故障最小化的示例电路。

图35A示出了在逆变器电路处检测到接地故障的示例系统。

图35B示出了在与发动机发电机组耦接的逆变器电路处检测到接地故障的示例系统。

图36A示出了用于在负载电路处进行接地故障检测的示例系统。

图36B示出了用于在与发动机发电机组耦接的负载电路处进行接地故障检测的示例系统。

图37A示出了具有用于在负载电路处进行接地故障检测的控制器的示例系统。

图37B示出了具有用于在逆变器电路处进行接地故障检测的控制器的示例系统。

图38示出了用于接地故障检测的系统的示例流程图。

具体实施方式

一种逆变器系统，该逆变器系统允许与并联操作的各种源、负载和其他装置一起操作，其中，逆变器包含离散的电涌抑制模块，电涌抑制模块可以检测到不能保护系统并且在逆变器的操作期间是可更换的。逆变器自动检测源特性、负载特性或与输出并联的装置，并且基于包括用户配置和用户输入的各种因素来选择操作模式。逆变器识别并联的不同装置并选择适合于检测到的操作模式的操作模式。逆变器确定内部系统特性并提供预测估算，从而允许更严格的输出控制。

双向逆变器可以耦接至能够吸收和提供电力的电源，比如蓄电池、超级电容器或燃料电池。该电源能够以高速率、低速率或相对于先前的操作速率受限制的速率吸收能量。作为示例，超级电容器可以在一秒钟内吸收它可以存储的所有能量而不会损坏。作为另一示例，蓄电池可能不会比在一秒钟内完全充电的速率更快地吸收能量。作为又一示例，燃料电池可能能够吸收其额定输出功率的能量，但是不能比先前的能量产生或吸收速率的1％/秒更快地改变速率。

并网逆变器可能受到由环境因素——例如，雷击、诸如线路上的多抽头电压调节器的错误切换或避雷器故障之类的设备故障、或者诸如与电线杆发生碰撞之类的人为失误——引起的公用设施的外部电压电涌的影响。这些电涌应用于逆变器的输出，可能会损坏逆变器内的部件。

尽管通常由公用设施用于传输和分配电力的变压器可以提供允许输出电压幅度随负载电流幅度的变化而变化的阻抗，但是逆变器可以在逆变器的整个允许的操作范围内提供几乎恒定的电压。

作为示例，逆变器可以包含大的低阻抗开关和高效的输出滤波器，从而随着负载的增加引起最小的电压变化。逆变器还可以具有输出幅度校正机制，以针对输出上的变化负载进行调整，从而进一步降低相对于电流幅度的电压幅度变化。诸如电容器电流反馈、建模滤波器偏移、输出电流校正或前馈之类的其他校正输出的技术将提供类似的校正，使得反应时间随负载瞬态的变化而变化。

作为另一示例，逆变器还可以以闭环方式操作，其中，逆变器的输出电压被主动控制为正弦曲线或一些其他信号。以闭环进行操作的逆变器可以足够快地校正输出信号的任何与负载相关的波动，使得在测量的输出幅度中不会检测到变化。闭环逆变器可以包括电流反馈或滤波器建模技术以减少所需的控制回路增益，但是这些技术对于该拓扑基本上不是必需的。

当通过多个公用变压器与公用设施变压器或电网耦接时，逆变器的行为与变压器的行为的差异可能导致由通过逆变器为电网馈电的源所提供的电力的大的变化以及由公用设施提供的电力的变化。这在输出幅度被校正——例如用输出幅度校正反馈或闭环逆变器进行转换——的情况下是尤其值得注意的。闭环逆变器的额外的问题在于电网电压不是正弦的且逆变器将正弦输出作为目标的情况的可能性、或者在这种情况下可能产生谐波电流。

闭环逆变器控制和幅度校正逆变器控制之间的行为差异可能无法与波形的简单均方根(RMS)测量区分开，但具有高切换频率的闭环逆变器可能能够排斥超过100次的谐波。尽管这种行为对于使输出总谐波失真(THD)最小化是优选的，但它也可能导致在闭环逆变器与电力电网、连接的同步电机、诸如变频驱动器之类的电力电子设备、甚至幅度校正的逆变器之间流动的大谐波电流，该大谐波电流可能会产生更高的谐波含量、尤其是在更高的频率下可能会产生更高的谐波含量。

图1示出了表示具有产生或吸收能量的能力的三个示例DC能量源的变化负载的5秒响应特性的时间图。当在时间T1处施加负载时，由于使电解质中的电荷载体加速所需的时间，蓄电池电压瞬间下降。电容器电压在时间T1处没有经历下降，但是在时间T1处开始缓慢放电。燃料电池电压在时间T1处显著下降，直到通过膜的内部离子转移速率随时间改变为止。

到时间T2，电容器电压已降低到与输入电流和输出电流相匹配的稳定点。到时间T3，燃料电池已恢复到新的标称电压水平。燃料电池电压可能无法恢复到电池的开路端电压。

图2示出了图1中所示的三个源的短时间段行为。较短的时间跨度允许查看在突然施加负载时的电池行为。在时间T4处，负载改变并且蓄电池电压由于所需的电流变化而暂时下降以保持输出电压。到时间T5，蓄电池电流已增加到允许电压恢复的新的所需水平。由于内部电阻和维持电荷迁移率所需的电势，电池电压可能无法完全恢复到标称电压。

图3示出了从蓄电池到以单位功率因数提供单相60Hz AC电力的并网式逆变器的示例供给电流波形。所显示的内部DC总线电压被施加至逆变器内部的DC链路，例如图7中以75示出和图8中以81示出的DC链路电容器。所显示的输入电流是在从225V DC源至逆变器的输入端处测量的。

至图3中所示的逆变器的DC电流输入上的120Hz AC分量是由于输出的正弦性质引起的。正负半周源两者向负载供电，但当电压为0时，没有给电阻负载提供功率，因为功率是电压和电流的瞬时乘积。对于电阻负载，输入功率曲线看起来像具有DC偏移的120Hz正弦曲线，该DC偏移允许通过乘以输入电压来计算平均功率。

图3中所示的电流波形的厚度是由于升压转换器的电感上的纹波电流引起的。当升压开关启用时电流增大，然后当升压开关停用时电流减小，从而使电压增大以允许电流继续在电感器中流动并允许电压从输入电压增加到DC总线电压。根据源的大小和类型以及升压转换器开关的频率，该纹波可能对源具有不期望的影响。

图4示出了从蓄电池到以0.8功率因数提供单相60Hz AC电力的双向并网式逆变器的另一示例供给电流波形。在这种情况下，电流波形穿过零，这意味着逆变器在输出周期的多个部分为蓄电池充电。当电感负载元件中的能量减小时，在交替的周期的多个部分期间，从连接至逆变器的输出的感应负载元件中的存储能量获取对蓄电池充电的能量。

尽管诸如蓄电池或燃料电池之类的一些源能够吸收电力，但是诸如太阳能电池板或使用简单二极管通过整流器供应DC电力的AC装置之类的其他源不能吸收电力，即使这些源可以处理电流上的纹波。尽管这种装置能够以单位功率因数——其中，电流方向总是进入逆变器——进行操作，但是在连接至逆变器的能量存储元件的放电期间，这种装置不能吸收返回至源的电流。

当试图将电流返回至源时，双向升压转换器可以将逆变器内的DC链路的全电压施加至输入。一些装置可能能够处理应用于其输出的全部总线电压。在这种情况下，DC总线电压将随着来自负载的返回能量而增加。一些装置可能无法处理逆变器中的DC总线的全电压，尤其是在转换器的升压比高(例如1:10升压)的应用中更是如此。在这些情况下，升压转换器必须防止输入电流反向，以防止损坏源。

一些升压转换器利用二极管用于DC链路与升压电感器或变压器之间的连接。这些升压转换器是单向转换器，无法将电流返回至直流供电。通过设计，单向逆变器不必具有单向升压转换器。例如，使用场效应晶体管(FET)代替简单的二极管是提高逆变器的效率的常用解决方案，但允许双向功率传输到DC总线和从DC总线传输。由于过电压而引起的源故障通常不是单向升压转换器的问题，但在升压转换器是双向的情况下仍然可能是单向逆变器的问题。

图4中所示的输入电流的DC平均值仍然可以用于通过乘以蓄电池电压来计算从蓄电池提供给逆变器的平均功率。平均功率主要与逆变器上的电阻负载有关，但由于流过升压转换器的交流电流而导致无功负载稍微增加。

类似于图3的输入电流波形，图4的输入电流波形示出了表示波形上的高频纹波的显著厚度。这种纹波是由在提升电压的同时电感两端的电压反向而引起的并且以升压转换器的切换频率发生。

参见用于确定图4中所示的逆变器的蓄电池源的能力的图2，蓄电池能够处理120Hz的低频纹波，但不能处理具有升压转换器的切换频率(例如20kHz至200kHz)的高频纹波。电容器可以与蓄电池并联布置，以便提供快速变化的电流需求。如图7所示的电感器-电容器(LC)滤波器还可以减小通过蓄电池看到的纹波电流，可能会有足够的电容减小，从而降低整体滤波器成本。

图5示出了用于控制双向升压转换器的两种示例技术的总线电压和输入电流曲线。返回参照示出了将DC总线电压调节为基本恒定的值的传统的双向升压转换器控制策略的图4以进行比较，图5示出了用于双向升压转换器控制策略的替代控制策略，其中，输入电流被调节为基本恒定的值，同时允许DC链路上的电压变化。该方法有效地利用DC链路电容作为能量存储元件，而不是使用电源作为能量存储元件，或者在电源不能存储能量的情况下利用DC链路电容作为能量存储元件。可以使用两种方法的组合。

图6示出了使用两个不同电感器的升压转换器的输入电流曲线。返回参照示出了使用例如260uH的较小电感器的升压转换器的输入电流曲线以进行比较，图6示出了使用例如1MH的较大电感器的升压转换器的输入电流曲线。两个示例升压转换器都以100kHz进行切换。

表示输入电流上的纹波的图6中所示的输入电流波形的宽度明显低于图4的输入电流波形的宽度。这种纹波的减小是升压转换器电感器的电感增加的结果。较高的电感会降低电流转换速率，从而限制电流变化的程度并因此限制纹波。

尽管产生该行为的升压转换器的附加电感在图6中示出为可以减小输入电流上的纹波，但是这种变化可能也不会立即显著降低升压转换器的响应速度并增加DC链路电容器75电压的电压纹波和稳定时间。较大的电感和电流转换速率的相应降低增加了升压转换器改变输入电流并由此控制DC链路电容器75电压所需的时间。电压纹波和稳定时间的这种增加可以被认为是不期望的效果，将与输入电流纹波的不期望的影响进行权衡。

另外，增加升压电感器的电感可能导致升压电感器的成本增加、峰值电流容量减小或这些因素的组合。升压电感器的物理尺寸也可能增加，以及电感中的滞后和绕组损耗也可能增加。考虑到上述因素，期望在不增加升压转换器电感器的电感的情况下减小输入电流纹波。

以上所示的示例涉及单相逆变器的情况。具有平衡相位负载的三相逆变器由于三相的相对相位而在输入电流上不会出现任何纹波。一相总是在三相配置中吸收正功率，使得在平衡负载的情况下，三个电流与DC输入相加。考虑三相逆变器的单相允许支持输出电流的最大不平衡，这在一些应用中是可能的情况。

根据逆变器源拓扑，逆变器可以不连接至公用源。在连接至单独的源的同时有效地分离逆变器并需要额外控制升压转换器可以提供额外的益处。额外的益处可以包括允许在没有输入或输出隔离变压器的情况下将逆变器连接至电网，允许支持不平衡负载，以及重新连接至各种输出配置。作为示例，三个隔离的逆变器可以串联连接以通过单相输入提供增加的电压。作为另一示例，三个隔离的逆变器可以并联连接以提供增加的单相电流。作为又一示例，三个隔离的逆变器可以以三角形配置连接。

图7示出了除了升压电感器72之外还包含输入滤波器的示例性双向升压转换器。输入滤波器电感器70可以具有比升压电感器72低得多的电感。作为示例，输入滤波器电感器70可以具有1uH的电感，而升压电感器可以具有260uH的电感。输入滤波器电容器71可以具有比DC链路电容器75低得多的电容。作为示例，输入滤波器电容器71可以具有400uF的电容，而DC链路电容器可以具有2000uF的电容。

输入滤波器电感和电容要求可以通过将输入电流纹波减小到给定水平的需求、通过向升压转换器提供更稳定的输入电压的需求或通过两者的组合来确定，或者不通过这两者来确定。输入滤波器对升压转换器切换频率(例如，20kHz或200kHz)的有效阻抗与对电流变化频率的有效阻抗、例如提供给单相逆变器的电流变化频率(例如100Hz或120Hz)的有效阻抗明显不同。

由于切换频率直接影响滤波器元件的阻抗，因此仅设计用于消除切换频率纹波的输入滤波器可能无需是较大或昂贵的。

图8A和图8B示出了利用输入滤波器结合不同升压转换器控制技术的升压转换器的输入电流曲线。示例中的输入电流曲线仍然包含信号中的任何低频变化(例如通过以100Hz或120Hz进行循环的输出的电流变化)，但大大降低了波形上的高频(例如100kHz)纹波。

在逆变器由诸如燃料电池的慢响应装置馈电的情况下，输入滤波器可以与图8B中所示的替代控制策略相关联。在逆变器由较快响应装置比如蓄电池馈电的情况下，输入滤波器可能足以通过使蓄电池输入电流上的高频(例如100kHz)纹波最小化而允许装置正常操作，同时蓄电池可以毫无问题地处理低频(例如120Hz)纹波，如图8A所示。

在一些情况下，可以检测为逆变器馈电的源的类型并选择正确的操作策略以在其能力范围内操作源。作为示例，图1和图2中示出的响应数据可以提供足够的区别，以允许逆变器确定为逆变器馈电的源的类型。

图9示出了示例电涌抑制装置，该示例电涌抑制装置操作成将DC链路上的电压限制在安全水平内。电涌抑制装置可以仅在逆变器输出接收电涌的条件下、例如在雷击的情况下连接至公用设施时起作用。电涌抑制装置可以操作一次或多次。电涌抑制装置操作的次数可以与电涌事件的强度或幅度有关。

电涌抑制装置可以包含设计成提供可变电阻或以预定电压导通的一个或多个元件(例如，可变电阻部件)，例如金属氧化物变阻器(MOV)90a、90b、气体放电管、热敏电阻或齐纳二极管。可变电阻部件将总线或DC链路限制为一电压。可变电阻部件直接耦接至逆变器，或者通过熔断器或其他部件间接耦接至逆变器。电涌抑制装置可以包括半导体部件，该半导体部件由向半导体部件提供控制信号的控制电路装置启用。半导体部件可以用于代替可变电阻部件或与可变电阻部件并联。半导体部件可以是钳位到零伏的撬棒。这可以防止可变电阻器件在高压条件下被损坏或破坏。

控制信号可以指定选定模式。作为示例，电涌抑制装置可以包括以线性模式(例如，选择模式)操作成将总线电压钳位到一定水平的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。作为另一示例，电涌抑制装置可以包括在重置之前将DC链路电压消耗到预定水平或0的锁存半导体装置，例如可控硅整流器(SCR)。另外，电涌抑制装置可以包含不可复位的部件，例如熔断器91a或91b。

电涌抑制装置可以包含多个可变电阻元件和/或多个半导体元件。电涌抑制装置和控制电路可以包含允许检测可变电阻元件和/或半导体元件中的一个或更多个元件的故障的故障感测逻辑95和故障感测装置。感测装置可以是允许小电流流过可变电阻元件以证明元件仍然提供连续性的感测电阻器92a、92b。感测电阻器92a、92b并联连接至相应的可变电阻部件(例如，MOV 90a、90b)。感测电阻器92a、92b是示例感测部件，并且其他部件类型可以用于感测部件。

可以通过电压计94a、94b(例如，电压检测装置)测量感测装置两端的电压，以确定元件在正确的电压下操作。电压计可以向故障感测逻辑95提供信息。感测装置可以使用诸如继电器93a、93b的干触点之类的切换装置选择性地连接在电路中。继电器93a、93b可以由故障感测逻辑95控制。继电器93a、93b可以由故障感测逻辑95选择性地激活。继电器93a、93b分别连接至感测电阻器92a、92b以及逆变器。

电涌抑制装置还可以包含总线电压传感器94c(例如，直流电压传感器)，总线电压传感器94c耦接至逆变器的直流链路。总线电压传感器94c可以恒定地连接至总线或仅偶尔连接。DC链路电压传感器94c可以用于选择性地启用半导体元件以将DC链路电压降低到预定阈值。总线电压传感器94c可以向故障感测逻辑95提供信息。故障感测逻辑95可以使用来自DC链路电压传感器94c和电压计94a、94b的信息来确定可变电阻元件比如MOV 90a、90b的导通电压。可以将导通电压与阈值(例如，400V)进行比较，以确定可变电阻元件是否如预期那样操作。包括故障感测逻辑95的控制电路被配置为响应于来自直流链路电压传感器的数据来检测可变电阻部件或半导体部件中的故障。具体地，故障感测逻辑95对来自电压检测装置94a、电压检测装置94b和直流链路电压传感器94c的信息进行分析，以确定第一可变电阻部件和第二可变电阻部件的导通电压。

在图9中所示的示例中，电涌抑制装置包括两个可变电阻元件MOV 90a、90b。在串联元件中的一个元件的导通电压低于DC链路电容器101电压的正常操作电压的情况下，可以通过选择性地启用继电器93a和93b来测量MOV 90a和90b的导通电压。故障感测逻辑95可以通过闭合继电器93b上的触点并从电压计94c的电压中减去来自电压计94b的电压来计算MOV 90a的导通电压。类似的技术可以用于使用继电器93a和电压计94a来计算MOV 90b的导通电压。

如果逆变器的正常操作电压小于最大DC链路电压的一半，则可能需要将电涌抑制模块延伸到三个或更多个可变电阻元件，以便保持测试每个单独元件的能力。这需要修改图9中所示的电涌抑制模块。但是，该修改仅涉及串联元件的添加和导通阈值的选择，使得总串联组合提供适当的电压保护。可以包括更多的电压计和感测电阻器的添加。

显著超过阈值(例如，开路阈值)的可变电阻元件导通电压可以指示开路可变电阻元件并且导致故障检测逻辑95将故障指示96设置为启用。类似地，在0V的特定范围(例如，短路范围)内的可变电阻导通电压(例如5V)可以指示短路的可变电阻元件并且导致故障检测逻辑95将故障指示96设置为启用。熔断器91a、91b可以提供将故障电涌抑制装置从DC链路断开连接的装置，从而允许逆变器继续操作。

如果熔断器91a或91b熔断，则故障感测逻辑95可以从DC链路电压传感器94c接收0V的读数。电涌抑制模块的熔断熔断器可能表明电涌抑制模块不再能够防止电涌。这可能导致故障指示96被设置为启用。故障检测逻辑95可以由与DC链路分开的电源97馈电，以便利用连接至DC链路的熔断熔断器实现故障指示。

故障指示96可以是至逆变器上的控制器或处理器的数字信号、对操作员的视觉指示、或通过通信总线传送的信息。故障条件96可以作为正常启用信号发送，例如当指示故障时失效的数字信号或者正常启用的LED(例如，通知操作员的绿色“良好”信号)。故障指示96可以是这些技术或其他类似技术的组合。故障指示96可以包括至另一装置的消息。该消息可以被发送至逆变器控制器。该消息可以指示另一个逆变器联机。该消息可以是用户更换电涌抑制装置的通知。

图10示出了包含多个冗余电涌抑制装置100a、100b和输出过电流保护108的示例逆变器配置。尽管示出了两个电涌抑制装置100a、100b，但是可以包括额外的或更少的电涌抑制装置。过电流保护装置108还可以用于选择性地连接至公用设施。代替使用过电流保护装置108，可以使用另外的装置来选择性地连接至公用设施。

电涌抑制装置连接至DC链路，由DC链路电容器101支持，DC链路电容器101将DC电压提供给示例逆变器中的H桥102。电涌抑制装置100a、100b对DC链路和DC链路电容器101上的电压提供限制。在大电涌的情况下，限制DC总线电压的电涌抑制装置可能由于通过H桥102中的开关的体二极管导通而导致过电流保护装置108的跳闸。

在电涌抑制装置100a、100b发生故障的情况下，故障指示96由逆变器控制器105接收并且可以被发送到用户接口106。逆变器控制器105可以是操作H桥中的开关的控制器、操作升压转换器的控制器或其他控制器。逆变器控制器105被配置为操作多个开关以向输出提供交流电。所有功能可以由单个控制器105执行。用户界面106可以是指示灯(例如系统状态正常)、多个指示灯(例如操作、警告、故障)、到外部设备的通信总线、基于文本的用户界面、或图形用户界面或其他类似的用户界面。

电涌抑制模块100a和100b可以由来自电源模块107的单独的隔离电源馈电。即使熔断器91a、91b熔断，单独的电源也可以允许检测故障。电涌抑制模块100a和100b可以定尺寸为基于滤波器电感器103和滤波器电容器104的尺寸来吸收电涌能量。

因为电涌抑制器必须吸收大的能量尖峰，所以电涌抑制器通常牺牲性地作用。当电涌抑制器失灵时，它们可能无法短路或开路。在任一情况下，电涌抑制模块100a、100b可能需要更换以使逆变器继续可靠地操作。提供多个电涌抑制器100a、100b和每个电涌抑制器的健康状态允许逆变器控制器105在第一电涌抑制模块100a发生故障使得第一电涌抑制模块100a可以更换时以替换指令消息对其他部件执行保护(例如通知操作员)，使用过电流保护装置108或配置成将逆变器与电网断开连接的另一装置将逆变器与电网断开连接。当电涌抑制模块100a不再提供保护时，逆变器控制器105还可以以降低的输出操作，提供声音警报或执行另一适当的动作。

在提供三个或更多个电涌抑制装置的情况下，行为可能因一个不可操作的模块与两个或三个不可操作的模块而不同。每个不可操作的模块的行为可能不同。作为替代方案，当所有模块都发生故障时，逆变器操作可能不会改变，但是逆变器控制器105可以保留关于故障时间的信息，以便在由于公用设施上的电涌而发生故障时进行保修考虑。电涌抑制模块100a、100b可以设计成允许在逆变器操作时进行更换(不需要停止服务)。

图11示出了示例变压器的下降特性曲线。由于变压器的内部阻抗而发生下降。考虑到在完全无功负载下输出降低3％，图11中所示的变压器提供3％的阻抗。尽管具有完全实际负载的变压器电压骤降通常低于额定阻抗，但变压器电压仍然在实际负载下明显下降。

图12示出了包含连接至由公用设施馈电的变压器121的三相逆变器120a、120b、120c的示例系统。逆变器连接在由变压器121提供的三相操作的三个单独相与中性点之间。该连接拓扑可以在逆变器内部提供较低的DC链路电压(例如，DC链路电容器101电压)，从而可能允许低成本的电容器和开关。

逆变器连接至在逆变器与电力网之间提供阻抗的变压器121的输出(次级)。另外，地下馈电线122、卡口式熔断器123和架空线124与在电气配电电网与逆变器之间提供阻抗。由于变压器内的匝数比，由变压器121的高侧上的部件呈现的阻抗可以减小，但仍然为电力网提供一些阻抗。

除了图12中所示的配电部件之外，公用电压可能由于变电站变压器上的负载和整个配电系统中的多抽头自耦变压器上的抽头配置而变化。基于负载的系统电压的变化可以不限于来自配电变压器121的变化。

架空线124的升高的定位和普遍路径可能使架空线124易受雷击，从而引起通过电气系统的电涌。电涌由变压器121衰减，但仍然通过内部电容或者通过次级和初级的接地基准的差异耦接至变压器次级。这通常是由雷击中流过地面的大电流引起的。当耦接至公用配电变压器121的次级时，逆变器在没有电涌抑制的情况下可能无法存在很长时间。

由于输出校正的逆变器上的输出调节的精确性，逆变器可能不会同等地与公用设施共享负载。如果负载变化，则逆变器可以调整以提供适当的输出电压，但公用变压器基于下降曲线提供电流，因此如果输出电压保持恒定，则可能不会提供任何额外的无功功率。结果，逆变器可以支持任何和所有负载瞬态，以便提供电压稳定性。

图13示出了从图12中的系统的逆变器120和变压器121流动的示例电流幅度，其中改变的负载连接至也连接至变频器的输出的变压器的次级。

负载在时间T6处从0kVA变化到105.9kVA，导致输出电压的短期下降约0.8V并且公用设施采用一些功率。逆变器中的幅度校正用于将输出电压校正到277V，在时间T7处达到目标，此时，公用设施不再供应电力。在时间T8处，负载降低至26.6kVA，导致负载电压和由公用设施提供的负电力的短期增加(公用设施正在吸收电力)。逆变器中的幅度校正用于将输出电压校正为277V，在时间T9处达到目标，并且公用设施功率恢复到0。

图14A和图14B示出了两个示例逆变器。图14A是表示具有输出幅度校正的逆变器的框图。图14B是示出了具有闭环输出反馈的逆变器的框图。没有输出幅度校正和闭环输出反馈两者的逆变器仅仅是没有幅度反馈143或均方根(RMS)计算144的输出校正的逆变器。

图14A的输出校正的逆变器提供了来自脉冲序列发生器140的正弦脉冲序列。可以基于以下特征中的任何一个或全部特征来产生脉冲序列：幅度、频率和相位。如果在产生脉冲序列中使用相位，则可以相对于逆变器的支配相位来测量相位，或者可以相对于固定基准产生相位。

可以基于在RMS计算144中计算的输出波形的RMS幅度来调整正弦脉冲序列的幅度。作为非典型替代方案，可以基于平均量或甚至应用于输出的FFT的基本分量来调整输出。脉冲序列被提供给h桥141以控制提供给开关的占空比，以便驱动正弦输出电流。图14A中的输出校正的逆变器还可以包括用于输出滤波器的前馈或振荡阻尼器项。这可以通过相移电流校正因子或在到达h桥141之前施加至脉冲序列的有意失真来实现。

从h桥141输出的开关电压被馈送至输出滤波器142，输出滤波器142从信号中去除大部分开关噪声。作为优点，输出滤波器142还提供输出阻抗，该输出阻抗对于防止短路状态下的开关损坏可能是非常有帮助的。输出滤波器142可以定尺寸成允许足够的阻抗以在馈送正弦输入波形并在输出上短路时防止过大的输出电流。脉冲序列产生通常会在短电流条件下折回(当输出电压测得非常接近0时)，但可能需要几个周期才能保持稳定。

没有输出幅度校正的逆变器可能不提供在短路中折回的能力。此外，没有输出幅度校正的逆变器可以具有更硬的滤波器以减少与滤波器相关的固有下降。在某些情况下，没有输出幅度校正的逆变器在输出短路时无法自保护。在其他情况下，自保护由其他装置完成，例如熔断器或断路器。

图14B的闭环逆变器在目标生成145块中生成诸如正弦波的目标。可以基于幅度、频率和相位中的一个或更多个来生成目标。目标可以是不同频率的正弦波的总和，目标可以从查找表导出。相位可以是相对于另一个目标信号或固定基准的。控制器146测量信号反馈147并且可以将信号反馈147与目标145进行比较。信号反馈147可以包含输出电压、输出电流或两个信号。控制器146可以控制至目标的电压或电流，并且可以在控制计算中涉及两个信号。例如，电流控制器可以测量输出电压，以便建立在滤波器电感器的输入处提供的必要的电压，以便在下一个周期中实现目标电流。

控制器146可以是比例-积分-微分(PID)控制器、较复杂的线性控制器、状态空间控制器、模型优化控制器、或这些或其他控制器的组合。控制器146可以基于观察到的行为——例如超过阈值的电流或突然下降的输出电压——来切换控制模式。当计算最佳开关响应时，控制器146可以计算供考虑的附加因素，例如输出阻抗。

信号反馈147可以在逆变器的每个切换周期测量一次，在逆变器的每个切换周期测量多次(例如16次)，或者甚至比在逆变器的每个切换周期测量一次更少地测量。在许多情况下，系统稳定性随着采样率的提高而提高，从而使采样频率低于每个切换周期一次的系统是不常见的。增加的切换频率通常会改善逆变器120的稳定性，并具有改善逆变器可以排斥的谐波范围的附加益处。

控制器146可以包括滤波器142的模型。控制器可以动态地确定滤波器的特性。动态地确定特性可以限于期望值的范围或与期望值有最大差异。控制器146可以测量滤波器142内的内部值。控制器146可以估算滤波器142内的内部值。控制器146可以估算滤波器142内的测量值或估算值的未来状态。控制器可以基于通过滤波器142中的滤波器电感器103的电流的预测的未来状态来限制占空比。

不同的逆变器拓扑可以提供不同的特征、行为和能力。例如，根据输出滤波器、DC链路刚度和开关阻抗的变化，没有幅度校正的逆变器可能无法提供一致的电压下降曲线，所有这些都可能随温度而变化。并且幅度校正的逆变器可以提供一致的下降特性，但可能无法校正输出信号中的谐波失真。输出校正的逆变器能够使用比非输出校正的逆变器更高阻抗的输出滤波器来操作，从而允许短路耐受能力。闭环逆变器能够以明显更低的滤波器阻抗操作，并且仍然提供短路耐受能力。

除了图13所示的行为之外，公用电压可能在公用变压器的初级侧经历变化，从而改变变压器下降曲线上的空载点。在这种情况下，当逆变器120直接耦接至变压器121的次级时，逆变器输出电压也会变化。存在若干技术来适应公用电压的这种变化，这些技术包括相对于测量的输出电压控制逆变器电流、当没有感测到公用设施时禁用操作、以及以非常陡峭的下降曲线操作。

基于测量的公用电压提供电流的优点之一是逆变器输出的功率因数可以通过测量的公用电压与源自逆变器的电流之间的相对相位来容易地限定。另一个优点在于控制是简单且直接的。

基于测量的公用电压提供电流的一个缺点是逆变器在没有公用电压存在的情况下不能操作。这引起了对逆变器系统的关注，因为逆变器通常与蓄电池组一起使用以提供可靠的穿越功率，直到可以使诸如发电机的替代电源联机为止。

以非常陡峭的下降曲线操作可以提供在与公用设施并行时稳定操作以及在不存在公用设施的情况下能够操作的优点。电压下降曲线改变逆变器120的无功功率输出，从而允许逆变器继续提供实际功率而无需担心。下降系统通常提供具有实际负载的频率下降特性，但是当与电网并联操作时这可能不是必需的。如果提供的话，频率下降可能导致输出功率波动，这在应该提供固定的输出功率或者输出功率需要与来自不能够快速响应的系统的输入功率向匹配的情况下对于逆变器可能不是理想的行为。

通过简单的无功下降，逆变器仍然能够使输出功率固定，以便最佳地加载为逆变器120供电的源，同时控制由于无功下降引起的电压。如果电压开始下降，则逆变器120将增加无功功率输出，减小变压器上的无功负载并稳定变压器121的二次电压。

无功下降的一个缺点是逆变器可能必须提供比操作所需的功率明显更多的视在功率。换句话说，逆变器可以以低功率因数操作。因为通过逆变器的H桥102的电流与输出视在功率而不是输出实际功率相关联，所以当以除了单位功率以外的功率因数操作时，逆变器效率可能显著降低。

以下降曲线操作的另一个潜在缺点是逆变器120电压与输出无功功率相关联，这意味着逆变器120的输出电压可以在负载改变时动态地改变。作为示例，大型马达启动可能在整个公用设施中引起显著的光减弱，即使逆变器120可能完全能够启动马达而没有明显的电压骤降亦是如此。

作为电流控制和无功下降的替代方案，逆变器120可以配备有各种操作模式和逻辑以在这些操作模式和逻辑之间切换。例如，逆变器120可以以并网模式操作，其中，当连接至电网时输出电流相对于测量波形被控制，然后当不再连接至电网时切换至固定输出电压和频率。

尽管选择模式似乎是用于操作并网逆变器的最佳策略，但是它带来了额外的挑战和优势。一个优点是逆变器120输出与逆变器拓扑结构在孤岛模式下操作时将允许的一样硬，如果逆变器配备有幅度校正或以闭环操作，则其可以比公用电压调节好几个数量级。另一个优点是逆变器120能够以包括允许逆变器以最大效率操作的单位功率因数的各种功率因数进行操作。

选择逆变器模式的一个潜在缺点是可能需要在给定情况下以不同行为进行操作。例如，在某个位置处可能希望保持一致的电压，而另一个位置可能更倾向最佳的逆变器操作效率。

图15示出了包含逆变器150a-c的示例系统，逆变器150a-c连接至由原动机152驱动的同步电机151。三相逆变器以星形配置连接，每个逆变器元件150a、150b、150c连接在输出相与中性点之间。该拓扑匹配同步电机151中的内部线圈的连接。

当与由原动机152驱动的同步电机151并联操作时，负载分配可能变得重要。在一些情况下，逆变器可以仅提供由为逆变器供电的能量源提供的功率，但是在其他情况下，逆变器可以具有大的能量储备以从中提取和补充，这意味着逆变器可以被用于不同的用途。

当与同步电机并联时，无功功率的突然提供将导致负载电压增大。类似地，当同步电机由原动机152驱动时，实际功率的突然提供将导致负载频率增加。原动机152通常用于将输出频率校正到标称值，但控制响应可能不如逆变器的响应快。同步电机151通常将对输出电压校正到标称值做出反应，但控制响应可能不如逆变器的响应快。

在一些情况下，逆变器响应比同步电机151或原动机152的响应好一个或更多个数量级。作为示例，逆变器能够在400us中从无输出功率增加到全输出功率，而原动机152可能需要4秒来增加从无功率到全功率的燃料和气流，并且同步电机可能需要400毫秒来增加从空载到完全无功功率的激励。由于这种性能差异，逆变器通常用于快速响应瞬态条件，从而允许同步电机151和原动机152有时间响应。这种情况可能导致逆变器暂时过载，但短期内过热可能不是问题。

逆变器可能需要根据输出所连接的部件以不同的行为操作。此外，不同的逆变器拓扑可以提供不同的特征和能力。除了已经论述的能力之外，闭环逆变器还可以通过主动提供谐波电流来抵消来自另一个源的波形中的谐波失真，从而提供改善的功率质量。如果目标是生成的正弦曲线，则闭环逆变器可能能够生成具有0.1％THD或更低的信号，即使在馈送电感或电容负载时也是如此。另外，具有足够高的切换频率的闭环逆变器可能能够抵消在显著更低的切换频率下操作的各种非线性负载的失真。例如，以100kHz切换的逆变器可能能够对由2.4kHz的可变频率驱动切换引起的谐波失真提供显著的校正。

来自公用变压器121和同步电机151的输出都可以包含谐波含量。可以使用信号的频域分析或通过目视检查输出波形的形状来观察该内容。在大多数情况下，该输出足够清洁以操作大多数电气设备，但在某些情况下，特别是在涉及非线性负载的情况下，输出电压在从源接收功率的设备表现出异常行为的极限之外变得失真。

由于谐波含量的频率都下降超过基频，因此从信号中去除的能量含量是最小的，这意味着许多逆变器可能能够存储必要的能量以校正其DC链路电容器中的谐波失真。在不需要额外硬件的情况下，使用逆变器作为电压滤波器的期望通常足以导致在该应用中使用。

即使在非线性负载的切换频率超过逆变器的切换频率的情况下，逆变器上的输出滤波器的电容104仍将提供用于高频电流的附加源。通常，电容往往会驱动同步电机和变压器在较小程度上不稳定，但逆变器能够在某种程度上控制电容器的电流，并且可能能够使电容器看起来像是期望的具有正确拓扑的任何类型的负载(包括电感器)。

图16示出了在图12中的系统的逆变器与变压器之间流动的电流的示例性电流波形，图16类似于由图15中的系统的逆变器和同步电机在逆变器是闭环逆变器时具有的行为。该谐波电流由逆变器提供，以便使从公用变压器121或同步电机151产生的谐波电流与其内部阻抗一起操作，以将同步电机151或变压器121的输出校正为正弦曲线或非常接近正弦曲线。

对于图16中的示例，公用设施和发电机的总谐波失真(THD)为3.2％，但逆变器产生的谐波电流能够将组合输出的THD降低到0.4％。逆变器提供的功率并不比逆变器没有消除波形上的谐波含量的情况高，但这是由于变压器或同步电机的高相对阻抗造成的。

作为示例，如果15kW逆变器与60kW发电机组或25kVA公用变压器配对，则逆变器电流完全在其能力范围内。在同一系统中，100kW的逆变器几乎不会受到谐波电流的影响，并且可能能够将THD校正到0.2％甚至更好。同样的100kW逆变器与4MW发电机或1.5MVA变压器配对将会发现可能接近逆变器的电流能力的显著的谐波电流，并且只能将THD校正到1.1％。

尽管在某些情况下校正谐波失真可能是有用的，但在其他情况下，例如100kW逆变器和4MW发电机或1.5MVA变压器的示例，它需要逆变器以非常小的净功率来源获取大电流。这导致逆变器具有非常低的功率因数并且导致发热而具有最小的益处或没有益处，从而降低了逆变器的效率并且潜在地降低了内部部件的寿命。在这种情况下，调整内部产生的目标以匹配来自同步电机151或公用变压器121的输出电压可能是有益的。

在一些位置处，一个以上的逆变器并联操作。在这种情况下，计算出的逆变器的有效阻抗，正如阻抗并联那样，随着每个附加的逆变器而减小。如果使用单个100kW逆变器的站点并联40个100kW逆变器，则每个逆变器几乎不会注意到将系统的THD校正到0.3％左右所需的谐波电流，因为逆变器只能承载电流的第40个部分。一旦将额外的逆变器容量添加到示例站点，谐波失真就不再成为问题。

遗憾的是，并联的多个逆变器存在另一个问题。如果有控制至预先生成的目标的非常硬的源，则防止它们与所需输出冲突并在它们之间交换电流而不是将其提供给负载。

图17示出了包含多个逆变器的示例系统，其中，闭环输出反馈一起连接至公用负载。每个逆变器能够从公用总线提供吸收电流，并且总电流必须等于至负载的电流，但是逆变器170(例如，相170a、170b和170c)可以提供200A，逆变器171(例如，相171a、171b和171c)可以吸收200A，逆变器172(例如，相172a、172b和172c)可以提供35A，并且逆变器173(例如，相173a、173b和173c)可以吸收35A，负载174不接收电流。所有逆变器都会由于流过开关和输出滤波器的电流产生热，但不会产生任何功。在这种情况下，电压和频率下降可以帮助逆变器170、171、172、173到达共同目标并减小它们的循环电流，但是这可能花费时间。使逆变器均衡的不同策略是使它们彼此通信，但是在足够接近物理接近度以允许通信的情况下，逆变器必须具有允许仅基于行为进行校正的技术。

校正输出以匹配另一个逆变器可能需要调整频率直到输出信号处于下降技术将频率最终校正的相位，但另一种技术是停止尝试提供电流以将总线驱动至一目标，而是等待单个逆变器建立其他逆变器在建立之后可以匹配的信号。尽管这需要协议或程序来确定允许建立电压的逆变器，但它允许非常快速的输出裁定和几乎立即的同步(可能在半个周期或更短时间内)。

一旦信号匹配，当电流滞后电压时频率的微小增加或当电流超前电压时频率的微小减小将导致校正该电流而对负载的影响最小并允许继续并联操作。该技术可以在其他应用中提供令人满意的性能，例如与图12所示的公用设施情况并联操作或与图15中所示的同步电机12并联操作。

尽管可以为逆变器120的操作模式中的每个操作模式定义行为，但是为逆变器选择模式的另一潜在缺点是需要感测应用以便选择适当的模式。这可以以各种方式执行，所述各种方式包括对互连的连接状态进行感测或者基于通向逆变器的数字输入对操作模式进行选择。用于选择模式的优选方法将基于所供给的负载的特征。

例如，可以通过非常大的无功电流、可能地达到电流限制的无功电流来检测与其他逆变器的并联操作，其中几乎没有实际电流。这可以在相位差最小的情况下通过调节频率来校正，但是这在显著异相的情况下可能需要禁用输出并需要重新同步(如在系统上有电压的情况下通过达到电流限制所指示的那样)。

用以检测与其他逆变器的并联操作的其他方式包括感测高频纹波、测量有效阻抗、响应干扰、阻抗已知电位、或者另一将逆变器行为与同步机器行为的效用区分开的技术。不同的逆变器拓扑结构可能具有不同的行为特征。对于某些逆变器拓扑结构而言，某些技术可能比其他技术更有效。

使用公用设施源的并联操作与使用同步电机的并联操作之间的区分可以包括对与电压行为相比具有大的负载变化的频率特性进行观察。作为示例，当逆变器输出功率改变时，电压可能表现出类似于变压器下垂的行为，比如当逆变器输出功率增大时且当逆变器连接至公用设施源时，电压增大。相比之下，同步电机电压可能不会随着逆变器输出功率的增加而明显改变，而是当逆变器功率突然增加时频率增加。

检测到通向逆变器的并联的源的类型可能涉及：缓慢变化比如在100秒的过程中的调节、正常变化比如在一秒的过程中的调节、以及快速变化比如在10ms内的变化。不同的源可能对不同类型的变化表现出不同的行为。例如，由原动机驱动的同步电机可以在经受缓慢变化时将频率和电压控制至相对恒定的值，而公用设施电压可以变化。

作为另一示例，由原动机驱动的同步电机可以将电压控制至相对一致的值，同时逆变器通过正常变化增加功率，但是原动机可能无法在事件期间控制频率。公用设施变压器可以在逆变器输出功率的正常变化的情况下将频率保持在相对紧密的频带内，但是电压可以在不恢复的情况下进行改变。

作为又一示例，由原动机驱动的同步电机可以看到电压和频率的增加，以用于快速改变逆变器的输出功率。电压和频率恢复时间可以遵循预期的间隔，例如电压可以在200ms内恢复，并且频率可以在1s内恢复。

一些同步电机可以具有与来自机器的输出无功功率相关的下垂特性曲线。这种同步电机可以表现出与公用设施变压器不同的行为，这是因为观察到所有下垂都是由于无功功率而发生的，而一些效用下垂可能与实际功率相关。

用以确定逆变器是否连接至同步电机或公用设施变压器的另一技术依赖于两个系统之间的电特性的差异。尽管同步电机可以在转子与定子之间包含空气间隙以允许相对旋转，但是公用设施变压器可以不包含这样的空气间隙。空气间隙可以改变机器内的磁通路径的磁特性，比如基于频率的饱和或磁滞行为。这种行为能够通过随着频率变化的阻抗变化的差异来识别。

为了检测不同的阻抗行为，逆变器可以在输出电压上引入更高频率(例如，5kHz)的载波频率。逆变器可以在没有输出电流的情况下测量输入波形，并且逆变器可以观察将THD校正至已知水平所需的谐波电流。可以使用诸如傅里叶变换或快速傅里叶变换的变换将校正的THD电平转换到频域。

逆变器可以基于逆变器所采取的测量以及反馈来学习不同源的特性以确定实际源。逆变器可以利用机器学习算法、上述技术的某种组合、或者另一用于基于源的已知行为特征或者基于一般预期源行为特征来识别源的技术。

图18示出了进入短路状态的闭环逆变器行为。电压保持非常接近0，并且输出电流很快达到输出的电流限制。控制器146将PWM信号的占空比限制为h桥，以防止电流超过控制器146的电流限制设置。在这种情况下，输出电压非常接近0，从而允许逆变器检测到短路情况。这种情况可能对h桥下的输出滤波器或开关有害，尽管升压转换器或电源上的负载很小，因此可能需要限制此条件的持续时间。如果持续时间有限，则逆变器可能会折回到较低电流或者完全禁用输出。

如果逆变器由于短路情况而禁用输出，则周期性地测试输出以确定短路是否仍然存在可能是有帮助的。在另一考虑因素中，在感测到这种情况之后保持禁用可能是有益的。

在其他应用中，逆变器可以在没有接地参照的情况下连接或者连接至逆变器内部的接地参照，使得可以检测到接地故障。在这种情况下，逆变器可以立即禁用输出，从而主动控制为0V并禁用输出。由于逆变器输出信号的性质，波形必须在1/4周期内从正弦曲线的波峰下降至下一个零交叉，这意味着输出可以在60Hz输出的约4ms内完全禁用或者在50Hz输出的5ms内完全禁用。这可以提供相对于标准GFCI断路器或标准GFCI出口的改进的接地故障检测。

当现场由发电机馈电时控制THD或稳定频率也可能是有利的。另外，由于频率波动，发电机的负载共享与公用设施的负载共享不同，但两者都是并联操作模式。

以上概述的逆变器的应用和功能控制模式是出于示例性参照而提供的并且并非旨在不必要地限制逆变器的操作或功能控制模式。可以使用其他控制技术比如电压稳定、频率稳定和调峰，以在电力的日费率达到最大值时不仅使来自公用设施源或发电机源的峰值需求降至最低而且将电力供应到电力网。可以基于系统状态的确定或特定源的并联操作来选择这些模式和其他类似模式。

除了与逆变器并联操作的源的区分之外，还可能期望检测给定源的特性的变化并且相应地起作用。例如，公用设施能量变化可能会导致系统行为变化并导致公用设施馈电线、变压器、变电站或类似特性的变化，从而潜在地指示后馈电状态(由异常源馈电)。

其他因素还可能导致逆变器或逆变器系统的操作模式或行为的改变。例如，增加的大气温度可能要求逆变器以较低的功率输出操作。尽管某些因素可能是逆变器系统的内部因素，但其他因素可能是系统的外部因素。

图19示出了示例控制器24。控制器24可以包括处理器300、存储器352和通信接口303。控制器24可以连接至工作站或另一外部装置。控制器24可以连接至输入装置304比如用于接收用户输入、系统特性、和本文中所描述的值中的任意值的控制面板和/或数据库。通信接口303可以连接至传感器阵列311，传感器阵列311包括传感器中的任何一个传感器或者传感器的组合，并且通信接口303接收如上所述的包括电压计94a，94b和总线电压传感器94c的传感器测量值。通信接口303可以连接至驱动器阵列312，以用于驱动和控制逆变器中的开关中的任何开关。可以包括附加的、不同的或更少的部件。处理器300被配置成执行存储在存储器352中的指令，以用于执行本文中所描述的算法。

控制器24可以连接至输出装置314，输出装置314可以与作为控制面板的输入装置304集成，并且输出装置314可以显示控制器24的设置或测量。输出装置314可以包括用于指示由故障感测逻辑95确定的故障的故障指示器。输出装置314可以包括LED或其他灯或照明器。

图20示出了控制器24的操作的流程图。附加地，可以包括不同的更少动作。

在动作S101，控制器24从逆变器的直流链路电压传感器接收第一测量数据。直流链路电压传感器可以集成到控制器24中或者可以在电涌抑制装置或逆变器电路中单独提供。

在动作S103，控制器24从电压检测装置接收第二测量数据，该电压检测装置被配置成测量感测电阻器处的参数(例如，两端的电压)。可以存在两个感测电阻器。一个感测电阻器与逆变器的直流链路的正节点相关联，另一感测电阻器与逆变器的直流链路的负节点相关联。可变电阻器通过切换部件连接至逆变器。

在动作S105，控制器24对来自直流链路电压传感器的第一测量数据和/或关于感测电阻器两端的电压的第二测量数据进行分析。

在动作S107，控制器24基于分析确定出可变电阻部件的导通电压。在中心节点处可以有两个可变电阻部件耦接在一起。可变电阻部件中的一个可变电阻部件耦接至逆变器的直流链路的正节点，并且可变电阻部件的另一可变电阻部件耦接至逆变器的直流链路的负节点。

在动作S109，控制器24执行导通电压与阈值的比较。基于该比较，控制器24响应于来自可变电阻部件的信息和来自检测装置的关于感测电阻器的参数的信息来对可变电阻部件的故障进行检测。在一个示例中，控制器24将第一可变电阻部件的导通电压与开路阈值进行比较并且在导通电压超过阈值时确定开路可变电阻元件或开路条件。在一个示例中，控制器24将第一可变电阻部件的导通电压与短路范围进行比较并且在导通电压在短路范围内时确定短路可变电阻元件或开路条件。

在动作S107，控制器24用信号通知逆变器的故障。信令可以包括响应于比较而被照亮的指示器。信令可以包括由通信接口303发送至另一装置的通信消息。通信消息可以被发送至逆变器控制器，逆变器控制器可以被配置成响应于故障而将逆变器与电力网断开。通信消息可以被发送至管理装置，该管理装置允许用户跨多个系统来监测电涌抑制模块并且派遣维护人员根据需要更换模块。通信消息可以发送至制造商装置以用于记录在安装系统中发生的错误。

逆变器电路可以将直流(DC)改变为交流(AC)或者将AC电流改变为不同的AC电流。可以使用各种电路拓扑结构来执行该功能。DC-AC的一个示例是H桥拓扑结构，其具有以H形布置的预定数量的开关，这将在下面更详细地描述。逆变器电路的开关控制成产生特定输出，该特定输出可以是AC信号的预定频率的正弦函数(例如，正弦波)。逆变器电路驱动负载，包括可能经历接地故障的负载电路。接地故障是负载电路中的通电路径与接地路径之间的电接触。电接触可以是事故或有意接地(例如，用于测试)。接地路径可以是包括负载电路的一件装备的底板或框架。接地路径可以是位于一件装备的外部的地球路径或另一路径。尽管接地故障可能是由绝缘击穿引起的，但通常动物或人类成为通电路径与导致接地故障的接地路径之间的电导体。

图21示出了用于接地故障最小化的示例电路11。电路11包括电源轨20(DC链路)、和包括开关SW1、SW2、SW3和SW4的多个开关。电源轨的电压是连接至电源(例如，源或电压源)的VDC。从电路拓扑结构的角度来看，开关布置在包括SW1和SW3的第一侧和包括SW2和SW4的第二侧中。在第一侧开关对SW1和SW3之间连接有电感器22，在第二侧开关对SW2和SW4之间连接有电感器23。电路11的输出与电容器21并联并且电路11的输出连接至电感器22和电感器23。电容器21或者电容器21与电感器22和/或电感器23的组合是输出滤波器。附加地，可以包括不同的或更少的部件。以下实施方案可以应用于同步逆变器或AC-AC逆变器，同步逆变器或AC-AC逆变器将来自源的AC改变至输出端处的AC。

图21示出了单相系统。替代性地，可以使用三相系统。三相系统可以包括与电路11类似的三个电路，所述三个电路以预定配置连接，所述预定配置比如为Y字配置、或三角洲配置、或从单个DC链路馈送所有相的诸如6开关线路-线路逆变器拓扑结构的配置。类似地，n相系统(例如，n等于大于1的任何整数)可以包括电路11的n个实例。本文中所描述的实施方案中的任何实施方案可以适用于n相实现方式。

图22A示出了逆变器电路的示例输出32的图表31。示出了正弦曲线(例如，正弦波)，但是可以使用其他波形比如方波或锯齿波。电路可以控制成使得一对开关(SW1、SW4)向输出提供正电压和电流，而另一对开关(SW2、SW3)向输出提供负电压和电流。可以使用脉冲宽度调制(PWM)来控制电路，使得控制器将PWM信号发送至开关。图22B示出了用于图22A的逆变器的示例PWM控制信号。PWM信号的脉冲宽度可以与开关的输出的幅度成比例。也就是说，当输出滤波器将PWM信号平滑为正弦输出时，PWM信号的较长脉冲对应于正弦输出的较大幅度。组合开关信号包括用于第一侧开关对的第一脉冲宽度调制信号和用于第二侧开关对的第二脉冲宽度调制信号。

图22B示出了PWM信号34的示例图表33。图表31和图表33在时间上对齐，使得PWM信号34的脉冲的增加的宽度对应于输出32的较高幅度。开关SW1、SW2、SW3和SW4可以统称或单独称为开关。

图23示出了图21的开关的示例。开关可以由诸如FET 25a或IGBT 25b的单个装置组成或者由公共封装件中的诸如组合的FET和体二极管25c或组合的IGBT和体二极管25d的多个装置组成。开关可以由串联连接的多个装置比如两个FET 25e或两个IGBT 25f组成。可以串联连接多于两个的装置，串联连接可以包括转向装置和能量存储或耗散元件，用以均衡开关两端的电压。

开关可以由与并联连接的FET25g和并联连接的IGBT25h类似地并联连接的多个装置组成。开关可以由FET和IGBT 25I的并联组合或者并联连接的一个或更多个IGBT和一个或更多个FET的组合组成。开关可以由FET 25j的背对背组合或IGBT 25k的背对背组合组成。源极和漏极连接的FET以及发射极和集电极连接的IGBT都被视为后备组合。

包括在25e-25k中的FET可以是简单的FET 25a或者是具有体二极管25c的组合的FET。包括在25e-25k中的IGBT可以是简单的IGBT 25b或者是具有体二极管25d的组合FET。另外，开关的概念是中断或显著减少流过路径的电流的装置的概念，并且不限于本文中详述的实施方案。

图24A示出了具有输出32的图表35。在时间Tf，在负载处发生接地故障。在逆变器处确定接地故障，这将在下面更详细地讨论。图示为实线的接地故障之前的输出32a遵循由来自PWM信号的脉冲的增加/减小宽度产生的正弦信号。由虚线示出的不受控输出32b示出了响应于接地故障而没有控制的输出。在发生接地故障之后，受控输出32c示出了逆变器被主动控制至阈值输出，比如在短时间内的在零输出点tz处结束的零输出。响应于接地故障信号的开关信号改变开关中的至少一个开关的状态并且可以改变开关中的两个、三个或四个开关的状态。

当输出基本上达到零时，故障tf与零输出点tz之间的最大时间量可以小于预定量。故障tf与零输出点tz之间的最大延迟的预定时间量可以是输出32的周期的一部分。故障tf与零输出点tz之间的最大延迟的预定时间量可以是L，其中，L是输出32的波长或周期。例如，对于60Hz，循环周期是16.67毫秒，并且循环循环你企鹅生的正弦信号。由虚线示出的不受控制的。控制周期的1/4是4.2毫秒。因此，对于60Hz信号，接地故障信号与来自逆变器的基本为零的输出之间的最大延迟是4.2毫秒。

控制器被配置成接收指示故障已经发生的接地故障信号，并且被配置成针对输出滤波器的最小能量状态且响应于接地故障信号而产生用于开关的开关信号。可以通过将一个或更多个PWM脉冲插入提供给逆变器的开关的PWM信号而将逆变器主动控制至阈值(例如，零)。图24B示出了反向脉冲37，其被提供给逆变器的输出以使电容器21放电。如图所示，反向脉冲37在PWM信号34为正时为负。相反，当PWM信号34为正时，反向脉冲37为正。

在正常操作下，电容器21的电压随着电容器21通过PWM信号34充电和放电而改变。当电流离开电容器21时，电流流向负载，并且在接地故障期间，电流可以流向非预期的接收器比如人类或动物。然而，通过将反向脉冲37插入逆变器的输出，来自电容器21的电流通过电感器22或电感器23反向传导至DC链路20。具体地，反向脉冲37可以调节电感器22和/或电感器23中的电压使得反向电流流过电感器22和/或电感器23并返回至DC链路20。流向DC链路20的电流量不可以用于流向非预期的接收器。如果电容器21中的所有存储的能量流向DC链路20，则没有电流将流向非预期的接收器。

在将电路的输出控制至基本上为零电压和/或零电流的阈值输出之后，控制器可以将开关信号发送至电路的开关，该电路关闭或打开所有开关。换句话说，响应于接地故障检测，首先开关被控制成使得电路输出基本为零并且然后关闭开关。

图25A和图25B示出了当接地故障确定发生在输出32的过零点处或附近时的情况。图25A示出了具有输出32的图表38。在时间Tf，在负载处发生接地故障。输出32响应于接地故障被控制为零。然而，简单地关闭所有开关可能导致输出滤波器中的振铃(例如，通过电容器21、电感器22和/或电感器23)。相反，通过将脉冲37添加至对逆变器的开关中的一个或更多个开关进行控制的PWM信号而将输出32控制为零。

图26A示出了通过主动控制逆变器的开关的示例响应。曲线131示出了通过来自DC链路的逆变器开关SW1、SW2、SW3和SW4而提供给输出滤波器的功率。该功率通常传递给负载。具体地，电容器21通过电感器22、23放电到负载并充电。当曲线131在tf变为负时，向逆变器电路提供电力。具体地，电容器21通过负载或接地故障并通过逆变器电路放电到DC链路。应当指出的是，在输出电压达到零之后，可以禁用开关SW1、SW2、SW3和SW4。

图26B示出了关闭逆变器的开关的示例。当开关在tf关闭时，不从电容器21和DC链路中取出电力。存储在电容器21内的任何能量必须通过逆变器输出上的负载或接地故障放电。在所有开关断开的情况下，没有其他电流路径存在以使电容器21放电。

图27示出了使用接地故障最小化的受控示例。图27包括电压的示例曲线241、通过输出滤波器(例如，电感器22或23)的电流242的示例曲线图、以及通向负载的电流的示例曲线243。在接地故障检测时，即，在tf时，开关被控制成向输出滤波器施加反向电压。该反向电压引起电感器电流242反向，从而减少了经由负载电流243传递至负载和/或接地故障的电容器21的存储能量的量。

图28示出了没有接地故障最小化的不受控示例。图28示出了电压的示例曲线241、通过输出滤波器(例如，电感器22或23)的电流242的示例曲线图、以及通向负载的电流的示例曲线243。在接地故障检测时，即，在tf时，开关打开，从而不允许电流在DC链路与输出滤波器之间流动。电感器电流242被中断并且可以通过缓冲网络或类似机制放电。在没有用以从电容器21至DC链路去除能量的路径的情况下，电容能量将通过负载和/或接地故障放电。负载电流242的大小和从tf至tz的持续时间将主要取决于电容器21中的能量以及负载和/或接地故障阻抗。

图29示出了由包含具有电感元件和电容元件的输出滤波器的逆变器传递至负载的功率的时间图。时间t0之前的功率输出对于逆变器是正常的并且与连接至逆变器的负载有关，而逆变器的输出上不存在接地故障。在t0之后的功率输出被部分地提供给负载且部分地提供给故障，例如提供给提供接地故障路径的部件、元件、人或动物。

虚线244示出了在接地故障情况期间传递至负载和故障的功率，其中，逆变器禁用所有切换部件。功率从时间t0到时间t2减小，其中，功率实际上为0。在这种情况下，功率时间图下的面积有效地表示在时间t0存储在输出滤波器电感器和电容器中的能量。

实线243示出了在接地故障情况期间传递至负载和故障的功率，其中，逆变器有意地将输出控制为0。功率从时间t0至t1减小，其中，功率实际上为0。在这种情况下，功率时间曲线243和244下的面积差异有效地表示在时间t0存储在输出滤波器电感器和电容器中的能量与从输出滤波器电感器和输出滤波器电容器有意地传输到能量存储元件或逆变器的供应中的能量之间的差异。对于持续时间，与接地故障信号之后的开关信号相对应的第一能量小于在接地故障信号之前的与同一持续时间的先前开关信号相对应的第二能量。应当指出的是，与实线143相关的能量基本上小于与虚线144相关的能量。

应当指出的是，逆变器通常在逆变器输出的每个周期两次从最小功率变为最大功率，一次用于正向部分，一次用于负向部分。为了提供适当的输出信号，逆变器可能被要求增加到最大功率状态并且被要求在输出的周期中从该最大功率状态减小至零功率状态两次。在这种情况下，逆变器通常能够在输出周期的四分之一中从最大功率状态减小至最小功率状态。如果逆变器能够在正常操作期间主动控制从最大功率状态至零功率状态的输出，则逆变器应当能够在接地故障的情况下在相似的时间内主动控制输出到零功率状态。当不受控制时，降低到零功率状态的时间可能在很大程度上取决于负载的特性，其中，较低的负载会更慢地降低输出电压。

图30描绘了示例磁性材料的典型磁化曲线。曲线相对于穿过已知匝数的线圈的电流绘制，该线圈以包围一些或所有磁性材料的方式放置，从而产生电感元件比如电感器或变压器。

虚线245示出了与电感器电流范围内的0.1T处的标称电感相比的电感元件的相对电感，即，对电流变化抵抗。可以看出，电感元件的相对电感在饱和拐点电流水平i0上显著降低并且在完全饱和电流水平i1下降低至标称电感的10％。

实线246示出了在一系列电感器电流内包含在电感元件的示例磁性材料内的磁通密度。电感器中包含的能量主要包含在磁通量中，其与具有固定或基本固定的几何形状的材料中的磁通密度直接相关。在电流水平i0处，磁性材料内的磁通密度接近合理的最大值。在电流水平i1处，磁通密度达到合理的最大水平，其中，将需要非常大的电流以使材料内的磁通密度显著增加。

虚线245与实线246的斜率有关，这是因为电感元件的电感很大程度上与磁通密度的变化有关，磁通密度的变化影响存储在磁性材料内的能量。

其他磁性材料可以表现出相似或不同的特性，但是在提供最大RMS输出电流的同时限制DC电流最大值对于在电感中具有非线性减小行为的所有材料(饱和特性)仍然是有益的。改变空气间隙、匝数和材料数量也可以改变磁化曲线的形状和行为，但是将保持饱和行为，即使该点出现在不同的电流水平处并且具有不同形状的曲线亦是如此。

逆变器可以依赖于输出滤波器的电感元件的电感来限制电流增加到故障状态的速率。如果输出滤波器的电感元件的电感低于某个阈值例如100uH，则输出电流可能过快地增加，从而导致逆变器中的开关元件上的电流过大，例如在逆变器的单个开关周期内例如在10微秒内的40A。为了防止损坏逆变器，可能需要滤波器的电感元件在该阈值上保持电感，这可能需要增加电感元件的尺寸以支持短路电流。

为了提供足够的电流以允许诸如位于电源下游的熔断器或断路器的保护装置在可接受的时间范围内操作，可能需要电源来为短路状况提供比其提供的常规负载更高的电流。在某些情况下，该电流可能是变频器额定电流的倍数，比如额定电流的三倍。由于短路的低阻抗，因此可以降低电源的输出电压，从而潜在地降低负载的实际功率需求。在这种情况下，可以减小馈送逆变器的电源上的负载，但是逆变器可能仍然需要向短路提供电流以便对下游电路保护装置进行操作。

图31提供了用于逆变器的内部能量存储元件的电压(图示为虚线251)和输出电流(图示为实线253)的图示，其中，在短路状态期间电压降低。逆变器的输出电流的纹波可以在正常操作条件期间通过位于逆变器的输出滤波器中的电感元件和电容元件两者来降低，但是逆变器的输出电流的纹波在短路条件期间可能由于因逆变器的输出端两端的低阻抗连接而导致的输出电压的降低而仅由电感元件降低。在短路情况下，输出电流纹波可能在逆变器的切换频率处超过某个阈值(例如1％)。

输出滤波器的电感元件上的纹波与施加在输出滤波器的电感元件两端的电压相关联，该电压可能与逆变器的开关顺序、逆变器内的内部存储元件上的电压、输出滤波器的电容元件两端的电压、或其组合有关。在某些情况下，降低逆变器内的内部存储元件上的操作电压可以减小输出滤波器的电感元件上两端的纹波，尤其是在逆变器的输出端连接至短路的情况下尤为如此。

图32提供了两种不同的输出波形之间的比较，以生成可比较的RMS(均方根)输出。正弦输出所需的峰值电流明显高于方波输出所需的峰值电流，同时提供等效的清除电流(用于协调装置比如熔断器和断路器的跳闸)。较低的峰值电流可以减少逆变器的输出滤波器上所需的电感器尺寸同时为逆变器内的开关提供保护。

在一些应用中，可以控制输出电流不超过与输出滤波器的电感元件的饱和点有关的电流阈值。控制到最大输出电流可能导致方波输出。可以基于输出滤波器的电感元件中的计算的、估算的或预先配置的预期电流上升速率来执行对最大输出电流的控制。

图33至图37示出了将逆变器电路的输出控制为零的各种实施方案。在一些实施方案中，控制器40接收指示接地故障的数据并且响应于接地故障控制逆变器的开关。在其他实施方案中，逆变器电路包括用以响应于接地故障信号对开关进行控制的逻辑。

图33示出了由电阻阻抗检测的接地故障最小化的示例电路。连接至负载的输出包括连接至地的一个或更多个电阻器43。电阻器43可以替代性地表示负载电路中具有电阻特性的一个或更多个部件或装置。

图34示出了由电容阻抗检测的接地故障最小化的示例电路。连接至负载的输出包括连接至地的一个或更多个电容器41。电容器41可以替代性地表示负载电路中具有电容特性的一个或更多个部件或装置。替代性地，输出滤波器电容器21可以以提供电容41的方式接地。

诸如电压表42之类的传感器可以在逆变器电路11的输出端处检测对地的阻抗。传感器可以在控制器40的内部或外部，控制器40分析来自传感器的传感器数据。控制器40将阻抗与预定阈值进行比较。当对地的阻抗小于预定阈值时，控制器40确定已发生接地故障。响应于根据输出端处看到的阻抗检测到的接地故障的确定，控制器40产生用于逆变器的开关的控制信号，用以使输出32在时间延迟内变为零。时间延迟可以是有意的最小延迟或者是另一预先配置或计算的延迟。

图35A示出了在负载电路52处检测到接地故障的示例系统，该负载电路52连接至逆变器51，逆变器51实现用于接地故障最小化的实施方案中的任何实施方案。如关于图33和图34所描述的，可以在逆变器51处检测到接地故障。图35B示出了在负载电路处检测到接地故障的示例系统，该负载电路与包括发动机45和交流发电机47的发动机发电机组耦接。

发动机45可以包括一个气缸、两个气缸或另一数量的气缸。一个或更多个气缸可以包括摆动的一个或更多个活塞。一个或更多个活塞可以通过连接杆引导通过一个或更多个气缸，连接杆通过曲柄销连接至曲轴。燃烧室包括邻近活塞的头部的燃烧室。燃烧室形成在气缸盖中。在活塞的燃烧循环的一个阶段中，排气端口被活塞阻挡在燃烧室中，并且在随后的阶段中，排气端口与燃烧室气体连通，以将废气通过排气端口释放至消声器。

交流发电机47配置成通过发动机45的操作产生单相或多相信号。受控场交流发电机47可以包括用于产生励磁电流的励磁机电枢。当励磁机电枢在磁通中旋转时，在励磁机电枢的绕组中感应出时变电压。励磁机电枢的输出端连接至发电机的主场部分。可以在有或没有刷子和滑环的情况下进行连接。励磁机的输出端的励磁电流在发电机的转子磁场中提供磁场。当交流发电机的磁场部分相对于定子旋转时，磁通量穿过并穿过交流发电机定子绕组，从而产生时变电压。来自激励器电枢输出端的励磁电流可以被整流或以其他方式控制。

交流发电机47的输出可以是三相信号。多相信号的相位可以彼此偏移预定角度(例如，120度或2*Pi/3弧度)。多相信号可以相对于幅度和频率而变化。

图36A示出了用于负载电路52处的接地故障检测的示例系统。图36B示出了在与包括发动机45和交流发电机47的发动机发电机组耦接的负载电路52处的接地故障检测的示例系统。负载电路52可以包括外部接地故障检测器，比如接地故障电路中断器(GFCI)、敏感接地故障保护装置(5ON)、或配置成产生接地故障信号的接地故障警报(GFA)。接地故障检测器可以将流到负载电路52的电流量与阈值进行比较。当外部接地故障检测器确定出大于阈值的电流在负载电路52中流动时，接地故障信号返回至逆变器电路51。

图37A示出了具有用于在负载电路52处进行接地故障检测的控制器40的示例系统。控制器40可以接收在负载电路52处收集的传感器数据并且分析该传感器数据以确定何时发生接地故障。

图37B示出了具有用于在逆变器电路51处进行接地故障检测的控制器40的示例系统。控制器40可以接收在负载电路52处收集的传感器数据并且处理传感器数据，以在逆变器51处进行分析。例如，控制器40可以对传感器数据进行采样、对传感器数据进行平均、或者对传感器数据执行另一统计操作并且将值发送至逆变器电路51。逆变器电路51将该值与接地故障阈值进行比较并且响应于值识别接地故障。

这些示例中的任何示例中的控制器40可以控制逆变器开关以使逆变器电路的输出滤波器中的一个或更多个有源部件(例如，电容器21)放电。

控制器40可以基于逆变器开关的当前状态来计算反向电压或反向电流(反向信号)。例如，控制器40可以打开和关闭开关以产生预定输出。例如，可以通过在增加的持续时间中施加正的一对开关(例如，SW1和SW4)以达到正弦信号的峰值，然后在增加的持续时间中施加负的一对开关(例如，SW2和SW3)来生成正弦信号。作为该序列的替代，各种实现方式可以基于序列中的逆变器开关的不同组合来生成输出信号。控制器40根据控制器40当前正在控制开关的顺序中的位置来产生反向电压或反向电流。开关序列可以随负载变化而变化。

在一个示例中，控制器40确定负对开关或正对开关是否正在通电。当负对开关通电时，控制器40为反向信号提供负脉冲。当正极对开关通电时，控制器40为反向信号提供正脉冲。在该示例中，极性在通向逆变器开关的电流信号与用于接地故障的反向信号之间改变。

在另一示例中，控制器40确定输出端在输出循环中的何处。控制器40可以基于输出信号的斜率进行该确定。斜率可以由输出信号的离散导数确定。因此，在一些示例中，当输出在零附近下降或上升时，开关信号不被转换而是增加。例如，当斜率为负但输出为正时，控制器40为反向信号提供负脉冲。当斜率为正但输出为负时，控制器40为反向信号提供正脉冲。当斜率和输出均为正或均为负时，控制器40为反向信号提供相反的极性。

在另一示例中，控制器40确定输出端在输出循环中的何处。控制器40可以基于输出信号的时间进行该确定。时间可以是自上次过零点、正过零点至负过零点、或者负过零点至正过零点以来的时间量。在一个示例中，当从过零点起经过了少于预定的时间量时，不提供反向信号。相反，逆变器开关被关断。在另一示例中，当接收到接地故障信号小于远离过零点的预定时间时，转换信号被降低。在另一示例中，当接收到接地故障信号小于远离负过零点的预定时间时，提供正反向信号，并且当接收到接地故障信号小于远离正过零点的预定时间时，提供负反向信号。

在另一示例中，控制器40基于来自接地故障的触发并根据来自PWM信号的脉冲宽度产生反向信号。例如，控制器40可以产生PWM信号，用于控制逆变器电路的输出，使得PWM信号包括变化大小的脉冲。较长的脉冲增加了输出滤波器中存储的能量，这反映在逆变器电路的输出增加中。接地故障指示可以是由控制器40识别的触发器，以确定PWM信号中的最后脉冲的大小。控制器40确定与确定的最后脉冲成比例的反向信号。即较大的最近PWM脉冲指示存储在输出滤波器中的更多能量，并且因此使用具有更大参数的反向信号。反向信号的参数可以包括幅度、持续时间或时间中的任何一者或组合。控制器40可以包括相关联的脉冲宽度值和反向信号参数的查找表。

控制器40可以响应于反向信号的所确定的持续时间的结束来关闭来自开关的反向信号和/或所有控制信号。所确定的持续时间可以由预定时间设定，所述预定时间比如为电路11的输出的四分之一波长。所确定的持续时间可以根据电容器21或输出滤波器的其他部件处的测量电参数来设置。电参数可以是电压、电荷或电流。

另外或在替代方案中，控制器40可以向中断器装置发送停止信号。中断器装置可以被配置成断开DC链路20的路径，该DC链路20去除电路11的源。中断器装置可以断开电路11与负载之间的路径。中断器装置可以禁用电池、燃料电池或其他源与连接至电路11的DC链路之间的升压转换器。

返回参照图19，控制器24是图33、图34、图37A和/或图37B中的控制器40的示例实现方式。控制器24可以包括处理器300、存储器352和通信接口303。控制器24可以连接至工作站或另一外部装置(例如，控制面板)和/或用于接收用户输入的数据库、系统特性、以及本文中所描述的值中的任何值。可选地，控制器24可以包括输入装置304和/或传感器阵列311。传感器阵列311接收来自如上所述的传感器测量值(例如，负载阻抗、逆变器输出等)。可以包括附加的、不同的或更少的组件。处理器300被配置成执行存储在存储器352中的指令，以用于执行本文中所描述的算法。处理器300可以与各种发动机和交流发电机组合兼容，并且可以识别发动机类型、品牌或型号，并且可以基于所识别的发动机类型、品牌或型号来查找系统特性、设置或简档。可以包括附加的、不同的或更少的组件。

图38示出了用于接地故障检测的系统的示例流程图。图38的动作对于控制器24在逆变器电路51内部的实施方案由逆变器电路51执行或者替代性地对于控制器在逆变器电路51外部的实施方案由外部控制器执行。可以包括附加的、不同的或更少的动作。

在动作S201，处理器300确定逆变器输出。处理器300从存储器352或从实时测量(例如，感测电路或传感器阵列311)访问逆变器输出端处的测量电量。逆变器输出可以是在规范下施加至负载的实际功率信号。规范可以是时间间隔的正弦信号的目标值。替代性地，目标值可以指定逆变器输出的幅度范围或均方根范围。目标值可以指定逆变器输出的方差或质量(例如，THD)水平。

在动作S203，处理器300将来自逆变器电路51的输出信号提供至负载电路52。处理器300可以产生用于多个开关的控制信号(例如，PWM信号)。控制信号可以包括用于第一对开关的第一PWM信号和用于第二对开关的第二PWM信号。逆变器电路51响应于控制信号对提供给负载电路52的输出信号的电参数进行定义。

在动作S205，处理器300接收接地故障信号。可以通过负载的测量在逆变器电路51处检测接地故障信号。例如，控制器24或耦接至控制器24的传感器监测通过输出端子看到的阻抗。可以在外部控制器处或者在负载电路52处检测接地故障信号。

在动作S207，处理器300响应于接地故障信号产生用于逆变器电路的开关信号。开关信号包括用于逆变器开关的命令。在一个示例中，开关信号包括用于形成通过逆变器电路的路径的开关中的两个开关的持续时间设置或幅度设置。在一个示例中，开关信号包括逆变器电路中的所有开关的持续时间设置或幅度设置。响应于接地故障信号而产生的开关信号可以基于接地故障之前的开关设置来指定某个开关。例如，当存在两对开关时，如果在检测到接地故障之前在正常操作下激励第一对开关，则响应于接地故障由开关信号激励第二对开关。

处理器300可以包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、模拟电路、数字电路、其组合、或其他现在已知或以后开发的处理器。处理器300可以是单个装置或者是装置的组合，比如与网络、分布式处理或云计算相关联的装置的组合。

存储器352可以是易失性存储器或非易失性存储器。存储器352可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、电子可擦除程序只读存储器(EEPROM)、或其他类型的存储器中的一者或更多者。存储器352可以从网络装置比如安全数字(SD)存储卡中移除。

除了入口端口和出口端口之外，通信接口303还可以包括任何可操作连接。可操作连接可以是可以发送和/或接收的信号、物理通信和/或逻辑通信中的一者。可操作连接可以包括物理接口、电接口和/或数据接口。

通信接口303可以连接至网络。网络可以包括有线网络(例如，以太网)、无线网络或其组合。无线网络可以是蜂窝电话网络、802.11、802.16、802.20或WiMax网络。此外，网络可以是公共网络比如因特网、专用网络比如内联网、或其组合，并且可以利用现在可用或以后开发的各种网络协议，所述各种网络协议包括但不限于TCP/IP基于网络协议。

尽管计算机可读介质(例如，存储器352或数据库)被示出为单个介质，但术语“计算机可读介质”包括诸如集中式或分布式数据库之类的单个介质或多个介质并且/或者包括存储一组或多组指令的相关高速缓存存储器和服务器。术语“计算机可读介质”还应当包括能够存储、编码或携带由处理器执行的一组指令的任何介质或者包括使计算机系统执行本文中所公开的方法或操作中的任何一个或更多个方法或操作的任何介质。

在特定的非限制性示例性实施方案中，计算机可读介质可以包括固态存储器，比如存储卡或容纳一个或更多个非易失性只读存储器的其他封装件。此外，计算机可读介质可以是随机存取存储器或其他易失性可重写存储器。另外，计算机可读介质可以包括磁光或光学介质比如磁盘或磁带或其他存储装置，以捕获载波信号比如通过传输介质传送的信号。可以将对电子邮件或其他自包含信息档案或档案集的数字文件附件视为有形存储介质的分布式介质。因此，本公开被认为包括计算机可读介质或分布式介质以及可以存储数据或指令的其他等同物和后继介质中的任何一者或更多者。计算机可读介质可以是非暂时性的，其包括所有有形计算机可读介质。

在替代性实施方案中，专用硬件实现方式比如专用集成电路、可编程逻辑阵列和其他硬件装置可以构造成实现本文中所描述的方法中的一个或更多个方法。可以包括各种实施方案的设备和系统的应用可以广泛地包括各种电子和计算机系统。本文中所描述的一个或更多个实施方案可以使用两个或更多个特定互连硬件模块或装置来实现功能，所述两个或更多个特定互连硬件模块或装置具有可以在模块之间和通过模块传送的相关控制和数据信号，或者作为专用集成电路的一部分。因此，本系统包括软件实现方式、固件实现方式和硬件实现方式。

一个或更多个实施方案可以包括一种逆变器，该逆变器包括逆变器控制器和至少一个电涌保护装置，其中，逆变器控制器被配置成操作多个开关以向输出端提供交流电，至少一个电涌保护装置用于限制逆变器的直流链路上的电压，至少一个电涌保护装置包括：可变电阻部件，可变电阻部件耦接至逆变器的直流链路；感测电阻器，感测电阻器通过切换部件选择性地与可变电阻部件并联连接；检测装置，检测装置用于测量感测电阻器的参数；以及控制电路，控制电路包括故障感测逻辑，该故障感测逻辑被配置成响应于来自可变电阻部件的信息和来自检测装置的关于感测电阻器的参数的信息来检测可变电阻部件中的故障。

一个或更多个实施方案可以包括一种逆变器，其中，可变电阻部件是第一可变电阻部件，感测电阻器是第一感测电阻器，切换部件是第一切换部件，并且检测装置是第一检测装置，逆变器还包括：第二可变电阻部件，第二可变电阻部件耦接至逆变器的直流链路；第二感测电阻，第二感测电阻通过第二切换部件选择性地与第二可变电阻部件并联连接；以及第二检测装置，第二检测装置被配置成测量第二感测电阻器两端的电压。

一个或更多个实施方案可以包括一种逆变器，其中，故障感测逻辑对来自第一检测装置和第二检测装置的信息进行分析，以确定第一可变电阻部件和第二可变电阻部件的导通电压。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，该逆变器包括耦接至逆变器的直流链路的直流链路电压传感器。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，其中，故障感测逻辑被配置成使用第二切换部件选择性地连接第二开关电阻器，并且被配置成将第一可变电阻部件的导通电压计算为第二感测电阻器两端的电压与直流链路电压传感器的输出之间的差值。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，其中，控制电路被配置成将第一可变电阻部件的导通电压与开路阈值进行比较，并且被配置成在导通电压超过阈值时确定开路可变电阻部件或开路条件。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，其中，控制电路被配置成在导通电压超过阈值时启用故障指示器。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，其中，控制电路被配置成将第一可变电阻部件的导通电压与短路范围进行比较，并且被配置成在导通电压在短路范围内时确定短路可变电阻部件或开路条件。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，其中，控制电路被配置成在导通电压在短路范围内时启用故障指示器。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，其中，故障指示符包括通向管理装置的消息。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，该逆变器包括连接至第一可变电阻部件的熔断器，其中，控制电路被配置成响应于来自直流链路电压传感器的数据来确定熔断器熔断。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，其中，控制电路被配置成在熔断器熔断时启用故障指示器。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，其中，可变电阻部件包括金属氧化物变阻器(MOV)、气体放电管或齐纳二极管。一个或更多个实施方案可以包括逆变器，其中，控制电路响应于直流链路电压传感器的输出而产生用于对与可变电阻部件并联的半导体部件进行操作的控制信号。

一个或更多个实施方案可以包括用于对逆变器的直流链路上的电压进行限制的方法，直流链路包括具有可变阻抗部件和感测部件的电涌抑制装置，该方法包括：从电压检测装置接收测量数据，电压检测装置配置成测量感测部件两端的电压；对感测部件两端的电压的测量数据进行分析；基于分析来确定可变阻抗部件的导通电压；进行导通电压与阈值的比较；以及响应于比较而发出逆变器的故障信号。该方法可以包括接收逆变器的直流链路的第二测量数据，其中，该分析包括第二测量数据。

一个或更多个实施方案可以包括一种系统，该系统包括逆变器控制器和多个电涌保护装置，其中，逆变器控制器被配置成操作多个开关以向输出端提供交流电，所述多个电涌保护装置用于限制逆变器的直流链路上的电压，每个电涌保护装置均包括：多个可变阻抗部件，多个可变阻抗部件耦接至逆变器的直流链路；多个感测部件，多个感测部件选择性地与多个可变阻抗部件并联连接；一个或更多个检测装置，一个或更多个检测装置被配置成测量多个感测部件的参数；以及控制电路，控制电路包括故障检测逻辑，该故障检测逻辑被配置成响应于来自一个或更多个检测装置的关于参数的信息来检测多个可变阻抗部件中的一个可变阻抗部件中的故障。该系统可以包括指示器，该指示器被配置成向用户提供故障的指示，其中，逆变器控制器被配置成响应于故障而将逆变器与电力网断开连接并且/或者其中逆变器控制器被配置成响应于所述故障而生成更换所述多个电涌保护装置中的一个电涌保护装置的通知。

一个或更多个实施方案可以包括具有逆变器控制器和至少一个电涌保护装置的逆变器系统。逆变器控制器被配置成操作多个开关以向输出端提供交流电。至少一个电涌保护装置被配置成限制逆变器的直流链路上的电压。至少一个电涌保护装置包括：可变电阻部件，可变电阻部件耦接至逆变器的直流链路；感测电阻器，感测电阻器通过切换部件选择性地与可变电阻部件并联连接；检测装置，检测装置被配置成测量感测电阻器的参数；以及控制电路，控制电路包括故障检测逻辑，该故障检测逻辑被配置成响应于来自可变电阻部件的信息和来自检测装置的关于检测电阻器的参数的信息来检测可变电阻部件中的故障。

一个或更多个实施方案可以包括用于使提供给接地故障的能量最小化的电路，该电路包括：源；多个开关，所述多个开关包括第一侧开关对和第二侧开关对，其被配置成基于源提供输出信号；输出滤波器，输出滤波器包括耦接至第一侧开关对或第二侧开关对的一个或更多个能量存储元件；控制器，控制器被配置成接收指示已经发生故障的接地故障信号，并且被配置成针对输出滤波器的最小能量状态且响应于接地故障信号而生成用于多个开关的开关信号。一个或更多个能量存储元件包括：第一电感器，第一电感器耦接至多个开关中的至少第一侧开关对；第二电感器，第二电感器耦接至多个开关中的至少第二侧开关对；以及至少一个电容器，至少一个电容器耦接至第一电感器和第二电感器，以用于电路的输出进而进行接地故障校正，其中，响应于接地故障信号的开关信号改变多个开关中的至少一个开关的状态，其中，多个开关中的至少一个开关包括第一侧开关对和第二侧开关对，并且/或者其中响应于接地故障信号的开关信号对电路的多个输出进行转换以用于接地故障校正。接地故障信号可以由外部接地故障检测器产生和/或根据从输出滤波器至地的阻抗来检测，其中，阻抗是电容性阻抗或电阻性阻抗。开关信号可以被配置成改变多个开关以将输出信号控制为零电压，其中，在输出信号处接收到接地故障信号达到基本上零电压之间经过的时间小于输出信号的四分之一周期。开关信号可以包括用于第一侧开关对的第一脉冲宽度调制信号和用于第二侧开关对的第二脉冲宽度调制信号，其中，能量被从输出滤波器主动地移除并且存储在包括接收到接地故障信号之后的电路的逆变器内部。

一个或更多个实施方案可以包括一种用于接地故障校正的方法，该方法包括：经由多个开关提供输出信号，所述多个开关包括耦接至第一电感器的第一侧开关对和耦接至第二电感器的第二侧开关对；在控制器处接收指示已发生故障的接地故障信号；以及响应接地故障信号产生多个开关的开关信号，开关信号将输出信号主动控制为阈值，其中，输出信号为电压并且阈值为零，并且/或者其中响应于接地故障信号的开关信号转换多个输出以进行接地故障校正。接地故障信号可以由外部接地故障检测器产生并且/或者根据输出滤波器至地的阻抗来检测。

一个或更多个实施方案可以包括逆变器电路，该逆变器电路包括：输入端和输出端；接地故障传感器，接地故障传感器耦接至逆变器电路并且被配置成产生指示已发生接地故障的故障信号；控制器，控制器被配置成接收接地故障信号并且产生用于逆变器电路的操作的反向信号，该逆变器电路将能量从逆变器电路的输出端转换至逆变器电路的输入端；以及逆变器电路中的多个开关，所述多个开关包括被配置成提供输出的第一侧开关对和第二侧开关对，其中，反向信号改变第一侧开关对或第二侧开关对的状态。

一个或更多个实施方案可以包括用于使提供给接地故障的能量最小化的电路，该电路包括源、多个开关、输出滤波器和控制器。开关包括第一侧开关对和第二侧开关对，其被配置成基于源提供输出信号。输出滤波器包括耦接至第一侧开关对或第二侧开关对的一个或更多个能量存储元件。控制器被配置成接收指示已经发生故障的接地故障信号，并且被配置成针对输出滤波器的最小能量状态且响应于接地故障信号而产生用于开关的开关信号。

Claims (20)

1.一种用于使提供给接地故障的能量最小化的电路，所述电路包括：

源；

多个开关，所述多个开关包括被配置为基于所述源来提供输出信号的第一侧开关对和第二侧开关对；

输出滤波器，所述输出滤波器包括耦接至所述第一侧开关对或所述第二侧开关对的一个或更多个能量存储元件；以及

控制器，所述控制器被配置为接收指示已经发生故障的接地故障信号，并且所述控制器被配置为针对所述输出滤波器的最小能量状态并且响应于所述接地故障信号来生成用于所述多个开关的开关信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述一个或更多个能量存储元件包括：

第一电感器，所述第一电感器耦接至所述多个开关中的至少所述第一侧开关对。

3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述一个或更多个能量存储元件还包括：

第二电感器，所述第二电感器耦接至所述多个开关中的至少所述第二侧开关对；以及

至少一个电容器，所述至少一个电容器耦接至所述第一电感器和所述第二电感器以提供用于接地故障校正的所述电路的输出。

4.根据权利要求1所述的用于接地故障校正的电路，其中，响应于所述接地故障信号的所述开关信号改变所述多个开关中的至少一个开关的状态。

5.根据权利要求2所述的用于接地故障校正的电路，其中，所述多个开关中的至少一个开关包括所述第一侧开关对和所述第二侧开关对。

6.根据权利要求1所述的用于接地故障校正的电路，其中，响应于所述接地故障信号的所述开关信号对所述电路的多个输出进行转换以用于接地故障校正。

7.根据权利要求1所述的用于接地故障校正的电路，其中，所述接地故障信号由外部接地故障检测器生成。

8.根据权利要求1所述的用于接地故障校正的电路，其中，通过从所述输出滤波器至接地的阻抗来检测所述接地故障信号。

9.根据权利要求8所述的用于接地故障校正的电路，其中，所述阻抗是电容阻抗或电阻阻抗。

10.根据权利要求1所述的用于接地故障校正的电路，其中，所述开关信号被配置为改变所述多个开关以将所述输出信号控制为零电压。

11.根据权利要求10所述的用于接地故障校正的电路，其中，在输出信号处接收到所述接地故障信号到达基本上零电压之间经过的时间小于所述输出信号的四分之一周期。

12.根据权利要求1所述的用于接地故障校正的电路，其中，所述开关信号包括用于所述第一侧开关对的第一脉冲宽度调制信号和用于所述第二侧开关对的第二脉冲宽度调制信号。

13.根据权利要求1所述的用于接地故障校正的电路，其中，在接收到所述接地故障信号之后，从所述输出滤波器主动地移除能量并将能量存储在包括所述电路的逆变器内部。

14.一种用于接地故障校正的方法，所述方法包括：

通过多个开关提供输出信号，所述多个开关包括耦接至第一电感器的第一侧开关对和耦接至第二电感器的第二侧开关对；

在控制器处接收指示已发生故障的接地故障信号；以及

响应于所述接地故障信号而生成用于所述多个开关的开关信号，所述开关信号主动地将所述输出信号控制至阈值。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述输出信号为电压，并且所述阈值为零。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，响应于所述接地故障信号的所述开关信号对多个输出进行转换以用于接地故障校正。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述接地故障信号由外部接地故障检测器生成。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，通过从输出滤波器至接地的阻抗来检测所述接地故障信号。

19.一种设备，包括：

逆变器电路，所述逆变器电路包括输入和输出；

接地故障传感器，所述接地故障传感器耦接至所述逆变器电路并且被配置为生成指示已发生接地故障的故障信号；以及

控制器，所述控制器被配置为接收所述接地故障信号并生成转换信号以用于所述逆变器电路的操作，所述逆变器电路将能量从所述逆变器电路的所述输出转换至所述逆变器电路的所述输入。

20.根据权利要求19所述的设备，还包括：

所述逆变器电路中的多个开关，所述多个开关包括被配置为提供所述输出的第一侧开关对和第二侧开关对，其中，所述转换信号改变所述第一侧开关对或所述第二侧开关对的状态。

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