CN110754034B - 接地检测器以及功率调节器 - Google Patents

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Abstract

功率调节器具备：逆变器电路，将从正极输入端子与负极输入端子输入的直流电压转换为交流电压；分压电路，一端连接于正极输入端子，另一端连接于负极输入端子；以及接地检测器，被输入由分压电路分压后的电压作为输入电压信号，基于输入电压信号的电压的大小，对发生了接地这一情况进行检测。接地检测器在输入电压信号包含具有第一频率以上的频率的第一电压信号、并且第一电压信号相对于交流接地基准电位的偏差为交流接地检测电压以上时，发出交流接地检测信号。接地检测器也可以包括：频率滤波器，使第一电压信号通过；低通滤波器，使确定为比第一频率低的第二频率以下的第二电压信号通过；以及电压比较部，基于第一电压信号与第二电压信号发出交流接地检测信号以及直流接地检测信号。

Description

接地检测器以及功率调节器
技术领域
本发明涉及接地检测器以及功率调节器。
背景技术
功率调节器具备逆变器电路。对逆变器电路的输入侧输入来自太阳能电池面板的直流电压。若在从太阳能电池面板至逆变器电路输入侧的路径中发生接地，则发生直流接地。为了检测直流接地，在逆变器电路的输入侧设有接地检测器。关于这一点，以往例如日本特开2001－218474号公报所公开的那样，已知有对包含逆变器电路的电路的接地进行检测的装置。
在逆变器电路中进行直流交流转换，在逆变器电路的输出侧流过交流电流。与在输入侧的直流接地不同，发生在交流侧的交流接地。以往，作为用于检测交流接地的接地检测器，在功率调节器的逆变器电路输出侧设有接地过电压继电器(所谓的OVGR)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001－218474号公报
发明内容
发明要解决的课题
以往，为了准确地检测交流接地，在逆变器电路输出侧设置接地检测器是不可或缺的。因此，存在逆变器电路输出侧的电路构成复杂化、或电路设置空间增大的问题。本申请发明者反复进行深入研究，结果发现了即使不使用逆变器电路输出侧的OVGR也能够检测交流接地的新的装置构成。
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，目的在于提供一种即使不使用逆变器电路输出侧的接地检测器也能够区分并检测交流接地的接地检测器以及功率调节器。
用于解决课题的手段
本发明的功率调节器具备：逆变器电路，将经由正极输入端子以及负极输入端子输入的直流电压转换为交流电压；分压电路，一端连接于所述正极输入端子，另一端连接于所述负极输入端子；接地检测器，被输入由所述分压电路分压后的电压作为输入电压信号，基于所述输入电压信号的电压的大小，对发生了接地这一情况进行检测，所述接地检测器在所述输入电压信号包含具有预先确定的第一频率以上的频率的第一电压信号、并且所述第一电压信号相对于预先确定的交流接地基准电位对的偏差为预先确定的交流接地检测电压以上时，发出交流接地检测信号。
本发明的接地检测器具备：频率滤波器，被输入输入电压信号，使具有预先确定的第一频率以上的频率的第一电压信号通过，并阻止具有比所述第一频率低的频率的信号；低通滤波器，被输入所述输入电压信号，使确定为比所述第一频率低的第二频率以下的第二电压信号通过，并阻止具有比所述第二频率高的频率的信号；以及电压比较部，在所述第一电压信号相对于预先确定的交流接地基准电位的偏差为预先确定的交流接地检测电压以上时，发出交流接地检测信号，在所述第二电压信号相对于预先确定的直流接地基准电位的偏差为预先确定的直流接地检测电压以上时，发出直流接地检测信号。
发明效果
由于交流接地波形从逆变器电路中的输出侧向输入侧传递，因此即使用直流接地检测用的输入侧接地检测器也能够检测交流接地波形。由于在直流接地与交流接地中电压波形存在不同，因此能够利用该波形的不同，在包含了第一频率以上的信号时检测出交流接地。由此，能够通过逆变器电路输入侧的接地检测器来区分并检测交流接地。
附图说明
图1是表示具备本发明的实施方式的接地检测器以及功率调节器的电力系统的电路框图。
图2是本发明的实施方式的接地检测器的电路框图。
图3是用于说明本发明的实施方式的接地检测器的动作的波形图。
图4是用于说明本发明的实施方式的接地检测器的动作的波形图。
图5是本发明的实施方式的变形例的接地检测器的电路框图。
具体实施方式
图1是表示具备本发明的实施方式的接地检测器16以及功率调节器10的电力系统1的电路框图。在实施方式中，作为一个例子，将电力系统1设为太阳能发电系统。电力系统1具备作为直流电源的太阳能电池面板2、固定太阳能电池面板2的架台3、夹设于太阳能电池面板2与功率调节器10之间的连接箱4、进行直流交流电力转换的功率调节器10、以及主电路引入盘20。电力系统1经由主电路引入盘20与系统电源24～26以及家电负载(未图示)连接。主电路引入盘20具备主电路断路器22。
功率调节器10具备正极输入端子5a、负极输入端子5b、逆变器电路14、分压电路12、接地检测器16、报告部17a、记录部17b、以及断路器18。逆变器电路14将经由正极输入端子5a以及负极输入端子5b输入的直流电压转换为交流电压。逆变器电路14是具有R、S、T这三个相的三相逆变器电路，具有三组由两个半导体开关元件构成的臂电路。
分压电路12是电阻器R1以及电阻器R2的串联电路。分压电路12的一端连接于正极输入端子5a，分压电路12的另一端连接于负极输入端子5b。电阻器R1与电阻器R2的连接点被接地。电阻器R1与电阻器R2的连接点的电压为中性点电位Vc。
对接地检测器16输入中性点电位Vc作为输入电压信号S0。接地检测器16基于输入电压信号S0的电压的大小来对发生了接地这一情况进行检测。接地检测器16连接于报告部17a、记录部17b、以及断路器18。断路器18配置于逆变器电路14的输出侧。当断路器18动作时，功率调节器10与主电路引入盘20的电连接被切断。另外，在图1中，用虚线表示发生直流接地时的接地电流路径。
图2是本发明的实施方式的接地检测器16的电路框图。接地检测器16具备频率滤波器161、低通滤波器162、电压比较部163、直流接地检测端子165、以及交流接地检测端子166。
频率滤波器161是带通滤波器。频率滤波器161仅使具有预先确定的频率范围内的频率的信号通过。即，频率滤波器161能够阻止具有比第一频率f11低的频率的信号以及具有比第三频率f12高的频率的信号。因而，当对频率滤波器161输入输入电压信号S0时，频率滤波器161能够仅使具有第一频率f11以上且第三频率f12以下的频率的第一电压信号S1通过。第三频率f12确定为比第一频率f11高，具体而言，也可以将第一频率f11设为45赫兹，将第三频率f12设为65赫兹。由此，能够仅使具有45赫兹～65赫兹的频率的信号选择性地通过，因此能够从输入电压信号S0准确地取出具有50赫兹或60赫兹的频率的电信号。另外，频率的数值为一个例子。
当对低通滤波器162输入输入电压信号S0时，低通滤波器162阻止具有比第二频率f2高的频率的信号。因而，低通滤波器162能够仅使具有第二频率f2以下的频率的第二电压信号S2通过。第二频率f2是确定为比第一频率f11低的频率。第二频率f2可以是5赫兹，也可以是1赫兹。由此，能够仅使具有足够低的频率的信号选择性地通过，因此能够排除由交流接地引起的频率成分，仅检测由直流接地引起的电压变动。另外，频率的数值为一个例子。
电压比较部163包括第一比较器163a、绝对值生成部164、以及第二比较器163b。电压比较部163将第一电压信号S1以及第二电压信号S2与预先确定的电压即交流接地检测电压Vref1以及直流接地检测电压Vref2进行比较。以下，使用图2～图4，与电压比较部163的构成一起，对接地检测器16的接地检测动作进行说明。图3以及图4是用于说明本发明的实施方式的接地检测器16的动作的波形图。
首先，对交流接地的检测动作进行说明。在第一电压信号S1的电压值成为交流接地检测电压Vref1以上的情况下，第一比较器163a的输出信号为高电平。该高电平信号为交流接地检测信号SAC。交流接地检测信号SAC经由交流接地检测端子166输出至接地检测器16的外部。
在图3中，示出了交流接地波形30。在图3所示的交流接地时，中性点电位Vc周期性地变动。该变动基于逆变器电路14的输出侧的电压频率。由于构建了作为商用系统的系统电源24～26与系统互连系统，因此逆变器电路14输出50赫兹或60赫兹的电压。因而，发生交流接地时的周期性的中性点电位Vc的变动具有50赫兹或60赫兹的频率。
由于在交流接地时输入电压信号S0具有50赫兹或60赫兹的频率，因此输入电压信号S0被低通滤波器162阻止，另一方面，输入电压信号S0通过频率滤波器161而成为第一电压信号S1。第一电压信号S1被第一比较器163a与交流接地检测电压Vref1进行比较。在如图3所示那样第一电压信号S1相对于交流接地基准电位VC01的偏差A1为交流接地检测电压Vref1以上时，第一比较器163a发出交流接地检测信号SAC。通过区分并检测交流接地，能够迅速地确定在逆变器电路14的输出侧存在故障的情况。
另外，也可以如图3所示那样，将第一电压信号S1相对于交流接地基准电位VC01的正电位侧的偏差A1与作为交流接地检测电压的+Vref1进行比较，但并不限定于此。作为变形例，也可以将第一电压信号S1相对于交流接地基准电位VC01的负电位侧的偏差与－Vref1进行比较。
接下来，对直流接地的检测动作进行说明。绝对值生成部164将第二电压信号S2的电压值转换为绝对值。在第二电压信号S2的绝对值成为直流接地检测电压Vref2以上的情况下，第二比较器163b的输出信号为高电平。该高电平信号为直流接地检测信号SDC。直流接地检测信号SDC经由直流接地检测端子165输出至接地检测器16的外部。
在图4中，示出了N相直流接地波形31与P相直流接地波形32。在图4所示的直流接地时，中性点电位Vc仅在P侧或N侧单方面地变动。在直流接地时，在中性点电位Vc中仅出现一个波峰或波谷的波形，中性点电位Vc不会重复周期性的变动。
在发生直流接地时，由于输入电压信号S0仅具有足够低的频率，因此输入电压信号S0通过低通滤波器162而成为第二电压信号S2，另一方面，输入电压信号S0被频率滤波器161阻止。第二电压信号S2在转换为绝对值之后，通过第二比较器163b与直流接地检测电压Vref2进行比较。在如图4所示那样第二电压信号S2相对于直流接地基准电位VC02的偏差A2为直流接地检测电压Vref2以上时，第二比较器163b发出直流接地检测信号SDC。通过区分并检测直流接地，能够迅速地确定逆变器电路14的输入侧存在故障。
另外，在发生了直流接地与交流接地这两方时，输入电压信号S0的低频率成分通过低通滤波器162而成为第二电压信号S2，另一方面，输入电压信号S0的高频率成分通过频率滤波器161而成为第一电压信号S1。由此，上述的交流接地检测以及直流接地检测分别独立地动作，因此可输出交流接地检测信号SAC以及直流接地检测信号SDC这两方。
在实施方式一中，分压电路12的中性点电位Vc设为接地电位。由于基于从该中性点电位Vc起的电压变动来检测接地，因此交流接地基准电位VC01以及直流接地基准电位VC02设为零伏。交流接地基准电位VC01以及交流接地检测电压Vref1能够预先确定为用于准确地检测交流接地的值，直流接地基准电位VC02以及直流接地检测电压Vref2能够预先确定为用于准确地检测直流接地的值。直流接地与交流接地的检测条件可以共用，也可以互不相同。交流接地基准电位VC01与直流接地基准电位VC02也可以设为相同的电位，具体而言，也可以使两方为零伏。或者，使交流接地基准电位VC01与直流接地基准电位VC02中的一方比另一方高而将两者设定为不同的电位。交流接地检测电压Vref1与直流接地检测电压Vref2可以为相同的电压值，也可以使一方比另一方高而设为互不相同的电压值。
由于交流接地波形从逆变器电路14中的输出侧向输入侧传递，因此交流接地波形也输入至设于逆变器电路14的输入侧的接地检测器16。由于直流接地与交流接地时电压波形中存在不同，因此根据实施方式，能够利用该波形的不同，在包含了具有第一频率f11以上的频率的信号时检测出交流接地。由此，能够通过逆变器电路14的输入侧的接地检测器16区分并检测交流接地。即使不使用逆变器电路14输出侧的OVGR也能够区分并检测交流接地。而且，由于实施方式的接地检测器16分别发出直流接地检测信号SDC与交流接地检测信号SAC，因此能够对仅发生直流接地、仅发生交流接地以及发声直流接地与交流接地这两方进行相互区分。
报告部17a响应于交流接地检测信号SAC而报告交流接地，响应于直流接地检测信号SDC而报告直流接地。在发生了交流接地以及直流接地这两方时，能够报告交流接地以及直流接地这两方。记录部17b响应于交流接地检测信号SAC以及直流接地检测信号SDC而记录接地发生历史。记录部17b能够将发生了直流接地与交流接地中的至少一方时的输入电压信号S0的波形记录在可读取记录介质。通过从记录部17b取下可读取记录介质，能够使外部的电子计算机读取接地波形。一旦接地检测器16发出直流接地检测信号SDC与交流接地检测信号SAC中的至少一方，则断路器18跳闸。
图5是本发明的实施方式的变形例的接地检测器116的电路框图。接地检测器116不具备低通滤波器162，代替直流接地检测端子165而具备接地检测端子265。由于没有低通滤波器162，因此输入电压信号S0被原样地输入至电压比较部163。绝对值生成部164将输入电压信号S0的绝对值输入至第二比较器163b。
首先，在发生直流接地时，在接地检测器116中，图4的直流接地波形的绝对值被输入至第二比较器163b。因而，即使利用接地检测器116，也可以通过第二比较器163b中的电压比较与接地检测器16同样地检测直流接地。在该情况下，接地检测器116将接地检测信号SX从接地检测端子265输出。另外，由于设有频率滤波器161，因此不输出交流接地检测信号SAC。
另一方面，在发生交流接地时，在接地检测器116中，图3的交流接地波形30通过频率滤波器161而输入至第一比较器163a。其结果，检测出交流接地并从交流接地检测端子166输出交流接地检测信号SAC。而且，由于在接地检测器116不具备低通滤波器162，因此交流接地波形30在被绝对值生成部164转换后输入至第二比较器163b。其结果，在发生该交流接地时，也从接地检测端子265输出接地检测信号SX。
在上述的接地检测器116中，在基于输入电压信号S0的电压的大小而检测出交流接地与直流接地中的至少一方时，输出接地检测信号SX。而且，能够根据交流接地检测信号SAC的有无来区分交流接地与直流接地。
在图2以及图5的电路构成中，通过设置绝对值生成部164来将P相直流接地波形32和N相直流接地波形31与相同的直流接地检测电压Vref2进行对照，但未必限定于此。作为变形例，也可以不取绝对值而将向负侧的电压变动与图3所示的－Vref2对照。作为进一步的变形例，可以区别电压的正负来区分并检测P相接地与N相接地，也可以由报告部17a报告P相接地与N相的不同、或由记录部17b记录P相接地与N相的不同。也可以在直流接地检测侧不仅判断绝对值还判断极性的有无，从而更准确地确定在P相与N相中的哪个布线上存在故障。
附图标记说明
1电力系统、2太阳能电池面板、3架台、4连接箱、5a正极输入端子、5b负极输入端子、10功率调节器、12分压电路、14逆变器电路、16、116接地检测器、17a报告部、17b记录部、18断路器、20主电路引入盘、22主电路断路器、24～26系统电源、30交流接地波形、31相直流接地波形、32相直流接地波形、161频率滤波器、162低通滤波器、163电压比较部、163a第一比较器、163b第二比较器、164绝对值生成部、165直流接地检测端子、166交流接地检测端子、265接地检测端子、A1、A2偏差、f11第一频率、f12第三频率、f2第二频率、R1电阻器、R2电阻器、S0输入电压信号、S1第一电压信号、S2第二电压信号、SAC交流接地检测信号、SDC直流接地检测信号、SX接地检测信号、Vc中性点电位、VC01交流接地基准电位、VC02直流接地基准电位、Vref1交流接地检测电压、Vref2直流接地检测电压。

Claims (4)

1.一种功率调节器，具备：
逆变器电路，将经由正极输入端子以及负极输入端子输入的直流电压转换为交流电压；
分压电路，一端连接于所述正极输入端子，另一端连接于所述负极输入端子；以及
接地检测器，被输入由所述分压电路分压后的电压作为输入电压信号，基于所述输入电压信号的电压的大小，对发生了接地这一情况进行检测，
所述接地检测器在所述输入电压信号包含具有预先确定的第一频率以上的频率的第一电压信号、并且所述第一电压信号相对于预先确定的交流接地基准电位的偏差为预先确定的交流接地检测电压以上时，发出交流接地检测信号，
所述接地检测器包括：
频率滤波器，被输入所述输入电压信号，使所述第一电压信号通过，并阻止具有比所述第一频率低的频率的信号；
低通滤波器，被输入所述输入电压信号，使被确定为比所述第一频率低的第二频率以下的第二电压信号通过，并阻止具有比所述第二频率高的频率的信号；以及
电压比较部，在所述第一电压信号相对于所述交流接地基准电位的偏差为所述交流接地检测电压以上时，发出所述交流接地检测信号，在所述第二电压信号相对于预先确定的直流接地基准电位的偏差为预先确定的直流接地检测电压以上时，发出直流接地检测信号。
2.如权利要求1所述的功率调节器，其中，
所述频率滤波器阻止具有比被确定为高于所述第一频率的第三频率高的频率的信号。
3.如权利要求1或2所述的功率调节器，其中，
所述功率调节器具备报告部与记录部中的至少一方，该报告部响应于所述交流接地检测信号而报告交流接地，该记录部响应于所述交流接地检测信号而记录交流接地的发生历史。
4.一种接地检测器，具备：
频率滤波器，被输入输入电压信号，使具有预先确定的第一频率以上的频率的第一电压信号通过，并阻止具有比所述第一频率低的频率的信号；
低通滤波器，被输入所述输入电压信号，使确定为比所述第一频率低的第二频率以下的第二电压信号通过，并阻止具有比所述第二频率高的频率的信号；以及
电压比较部，在所述第一电压信号相对于预先确定的交流接地基准电位的偏差为预先确定的交流接地检测电压以上时，发出交流接地检测信号，在所述第二电压信号相对于预先确定的直流接地基准电位的偏差为预先确定的直流接地检测电压以上时，发出直流接地检测信号。
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