CN112415377B - 一种三相并网逆变器继电器失效检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三相并网逆变器继电器失效检测方法。本发明针对三相并网逆变器每一相上的继电器采用同一驱动信号驱动的情况，提出检测逆变器三相输出端对零线N的电压，借助逆变器自身开关管的吸合动作以及实际存在的光伏板PV对地电压配合检测，可以正确检测某一相上的继电器是否发生粘连或无法吸合的故障，且不存在误检的情况，可以达到百分之百准确检测。
Description
技术领域
本发明属于三相并网逆变器领域，具体是一种三相并网逆变器继电器失效检测方法。
背景技术
因安全需要，并网逆变器在输出端和电网端之间须用继电器做电气隔离。对三相并网逆变器，电网A、B、C三相与逆变器输出端之间都必须装有继电器，在逆变器不工作时，必须将继电器可靠断开，以保证逆变器与电网完全没有电气连接。如果发生继电器粘连失效故障，将带来很大的安全隐患。因此逆变器在开机运行前，都必须对继电器进行粘连失效检测，以确保继电器处于正常工作状态。此外，当继电器无法正常吸合，逆变器如果能准确检测并定位发生故障的继电器，也可以大大节省逆变器维修时间和成本。
如果每个继电器驱动信号是独立的，则检测继电器粘连失效或无法吸合失效是非常容易的，只要将需要检测的继电器置于断开或吸合状态，将其它继电器置于吸合或断开状态，再检测继电器两端电压是否相等就可以检测出待检测继电器是否发生失效。然而，逆变器为了降低设计成本，往往A、B、C三相线上的继电器用的是同一个驱动信号，这就给继电器检测带来了困扰，对于常规三相并网逆变器，逆变器检测的电压包括逆变器输出端电压和电网相电压，逆变器输出端电压检测的是逆变器三相Ai、Bi、Ci输出端对DC BUS中点Ni的电压，电网相电压检测的是电网A、B、C三相对零线N的电压，正常情况下若Ni电位和零线N电位相等，可以在继电器断开或吸合状态下，检测逆变器输出端电压和电网相电压是否相等来判断继电器是否发生粘连或无法正常吸合等失效故障，然而Ni点电位在逆变器设计时是悬浮的，有可能与零线N电位相等，也有可能不等，这样，在继电器断开状态下，就有可能因Ni点的悬浮电位，使得检测出的逆变器输出端电压和电网相电压相等而误报继电器粘连失效的情况，反之，在继电器吸合状态，也可能因Ni点电位与零线N电位不等，误认为继电器没有吸合而误报告警，使得逆变器无法正常运行发电。
中国专利CN108761319B 公开了“光伏并网逆变器的继电器失效检测方法、装置以及系统”该专利是针对三相并网设备检测继电器失效，需要额外增加其它点电压的检测，让系统变得复杂，并且也是只能检测出一组同驱动信号的继电器同时粘连失效，不能检测出单个继电器粘连失效故障的情况。
中国专利CN107957546B公开了“一种逆变器并网交流继电器的检测方法及设备”，该专利也是针对三相并网逆变器进行继电器失效检测，但解决的技术问题是电网对地线短路情况下继电器检测失效的问题，与本发明要解决的技术问题完全不同。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种三相并网逆变器继电器失效检测方法，所述三相并网逆变器A、B、C输出端与电网端设有一组继电器隔离，包括如下步骤：
步骤一、向电网A、B、C三相上的所有继电器S1、S2和S3发送同一断开驱动信号；
步骤二、向逆变器功率管Q1、Q3和Q5发送导通信号，并使得功率管Q2、Q4和Q6处于关断状态；其中功率管Q1、Q3和Q5的一端与光伏板PV正端连接，功率管Q2、Q4和Q6的一端与光伏板PV负端连接；
步骤三、分别测量三相并网逆变器输出端电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的平均值；
步骤四、判断每一相逆变器输出端电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的平均值是否大于设定阈值Vt；
若大于设定阈值Vt，则判断继电器断开正常；
若某一相小于设定阈值Vt，则判断该相继电器发生粘连故障。
进一步的，还包括如下步骤：
步骤五、向电网A、B、C三相上的所有继电器S1、S2和S3发送同一吸合驱动信号，分别检测逆变器输出端电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的平均值；
若小于设定阈值Vt，则判断继电器吸合正常；
若某一相大于设定阈值Vt，则判断该相上的继电器无法正常吸合。
进一步的，步骤二中可替代为：向逆变器功率管Q2、Q4和Q6发送导通信号，并使得功率管Q1、Q3和Q5处于关断状态。
进一步的，所述三相并网逆变器的内部逆变电路和光伏板PV之间可以设置防逆流二极管或非隔离DC/DC电路。
进一步的，步骤三中，对电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的电压平均值进行多次计算并取平均值。
进一步的，所述设定阈值Vt为3V。
进一步的，检测到继电器发生粘连故障或无法正常吸合产生告警。
进一步的，所述一组继电器替换为两组或多组继电器串联隔离，当对某一组继电器进行检测时，将其它组继电器处于吸合状态。
进一步的，对各组继电器依次检测。
进一步的，该检测方法应用于无零线接入的三相并网逆变器。
有益效果：
本发明针对三相并网逆变器每一相上的继电器采用同一驱动信号驱动的情况，提出检测逆变器三相Ai、Bi、Ci输出端对零线N的电压，借助逆变器自身开关管Q1、Q3和Q5（或Q2、Q4和Q6）的吸合动作以及实际存在的光伏板PV对地电压配合检测，可以正确检测某一相上的继电器是否发生粘连或无法吸合的故障，且不存在误检的情况，可以达到百分之百准确检测。
本发明不会影响并网逆变器的其它功能，不增加额外成本，并可以通过Ai、Bi、Ci输出端对零线N的电压间接计算出逆变器输出端线电压来实现三相并网逆变器继电器失效检测。
附图说明
图1是本发明的三相并网逆变器继电器失效检测示意图；
图2是本发明的三相并网逆变器内部含非隔离DC/DC电路的继电器失效检测另一示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和2所示，本发明的三相并网逆变器继电器失效检测方法，将现有技术中的检测逆变器三相输出端Ai、Bi、Ci对DC BUS中点Ni的电压改为检测三相输出端Ai、Bi、Ci对零线N的电压，借助逆变器自身功率管的通断特性，在逆变器输出继电器断开情况下，首先导通三相并网逆变器自身电路的功率管Q1、Q3和Q5，并同时断开Q2、Q4和Q6，三相并网逆变器的内部逆变电路与光伏板PV之间可以设置防逆流二极管D或非隔离DC/DC电路等电路，这样逆变器三相输出端Ai、Bi、Ci与光伏板PV正端直通，逆变器三相输出端Ai、Bi、Ci对地电压Via、Vib和Vic等于光伏板PV正端对地电压，该电压为光伏板PV电压的一半，为直流电压，而电网相电压Va、Vb和Vc是交流电压，其一个市电周期内的电压平均值为0，如果检测Via、Vib和Vic在一个市电周期内的电压平均值不为0，判断继电器没有发生粘连故障，否则，若Via、Vib或Vic在一个市电周期内的电压平均值为0，则判断平均值为0的某相上的继电器发生了粘连故障。
若给继电器发吸合指令，正常情况下，继电器吸合后Via、Vib和Vic和Va、Vb和Vc就完全相等，并且等于电网电压，此时若判断Via、Vib和Vic在一个市电周期内的电压平均值为0，就认为继电器正常吸合，否则，若Via、Vib或Vic在一个市电周期内的电压平均值不为0，则判断该相上的继电器没有正常吸合。
可替代的，若在检测前，开通功率管Q2、Q4和Q6，并同时断开功率管Q1、Q3和Q5，则逆变器三相输出端Ai、Bi、Ci就与光伏板PV负端直通，光伏板PV负端对地电压也为PV电压的一半，但为负值，但检测方法与上述检测方法相同。
本发明的三相并网逆变器继电器失效检测方法的具体检测步骤如下：
步骤一、判断电网是否正常，若正常进入步骤二进行继电器检测，否则报电网异常告警；
步骤二、给电网A、B、C三相上的所有继电器S1、S2和S3发送同一断开驱动信号，正常情况下所有继电器S1、S2和S3都断开；
步骤三、发送逆变器功率管Q1、Q3和Q5导通信号，并确保功率管Q2、Q4和Q6始终处于关断状态；
步骤四、分别计算三相并网逆变器输出端电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的平均值，为了检测的可靠性，通常会对电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的电压平均值进行多次计算并取平均值；
步骤五、判断每一相逆变器输出端电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的平均值是否大于设定阈值Vt（理论上该阈值为零，实际应用中电压检测会有误差，可以取阈值为3V）；若大于阈值，则继电器正常断开，跳至步骤五；若电压Via、Vib和Vic某个在一个市电周期内的平均值小于阈值，则可以判断某一相继电器发生粘连故障，报告警并结束检测；
步骤六、再次给A、B、C三相上的所有继电器S1、S2和S3发送同一吸合驱动信号，检测逆变器输出端电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的平均值，如果所有电压均小于设定阈值Vt，则认为继电器吸合正常，否则，若某一相的电压大于设定阈值Vt，则判断该相上的继电器无法正常吸合，并报告警，并退出检测。
以上所有信号的控制指令发出和电压数据采集及计算，均由现有逆变器内部的相关电路和MCU（DSP）数字控制器实现。
本发明的特点是不额外增加逆变器的设计成本，只是将原先的检测逆变器三相输出端Ai、Bi、Ci对DC BUS中点Ni的电压改为检测三相输出端Ai、Bi、Ci对零线N的电压，该改动不影响逆变器的其它功能，但借助逆变器自身功率管Q1、Q3和Q5（或Q2、Q4和Q6）的吸合动作以及实际存在的光伏板PV对地电压配合检测，就可以将继电器粘连和无法吸合的失效故障准确无误地检测出来。
本发明的检测方法不仅适用于三相逆变器Ai、Bi、Ci输出端与电网端有一组继电器隔离，对于有两组或多组继电器串联隔离同样适用。当对某一组继电器进行检测时，只要将其它组继电器处于吸合状态就可以检测，这样依次执行，就可以对所有共用同一驱动信号的继电器组进行检测。
本发明的检测方法不仅适用于有零线接入的三相并网逆变器，对于无零线接入的三相并网逆变器也同样适用。对于并网逆变器没有零线N接入的应用场景，只要实际电网的零线N对地电位理论上为0（实际情况也的确如此），都不影响本发明的有效检测。
本发明不仅适用于图1和图2所示的两电平逆变拓扑，对于三电平或更多电平逆变拓扑，检测方法也是一样的。
Claims (10)
1.一种三相并网逆变器继电器失效检测方法，所述三相并网逆变器A、B、C输出端与电网端设有一组继电器隔离，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、向电网A、B、C三相上的所有继电器S1、S2和S3发送同一断开驱动信号；
步骤二、向逆变器功率管Q1、Q3和Q5发送导通信号，并使得功率管Q2、Q4和Q6处于关断状态；其中功率管Q1、Q3和Q5的一端与光伏板PV正端连接，功率管Q2、Q4和Q6的一端与光伏板PV负端连接；
步骤三、分别测量三相并网逆变器三相输出端Ai、Bi、Ci对零线N的电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的平均值；
步骤四、判断每一相逆变器输出端电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的平均值是否大于设定阈值Vt；
若大于设定阈值Vt，则判断继电器断开正常；
若某一相小于设定阈值Vt，则判断该相继电器发生粘连故障。
2.如权利要求1所述的三相并网逆变器继电器失效检测方法，其特征在于：还包括如下步骤：
步骤五、向电网A、B、C三相上的所有继电器S1、S2和S3发送同一吸合驱动信号，分别检测逆变器输出端电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的平均值；
若小于设定阈值Vt，则判断继电器吸合正常；
若某一相大于设定阈值Vt，则判断该相上的继电器无法正常吸合。
3.如权利要求1或2所述的三相并网逆变器继电器失效检测方法，其特征在于：
步骤二中替代为：向逆变器功率管Q2、Q4和Q6发送导通信号，并使得功率管Q1、Q3和Q5处于关断状态。
4.如权利要求1或2所述的三相并网逆变器继电器失效检测方法，其特征在于：
所述三相并网逆变器的内部逆变电路和光伏板PV之间设置防逆流二极管或非隔离DC/DC电路。
5.如权利要求1或2所述的三相并网逆变器继电器失效检测方法，其特征在于：
步骤三中，对电压Via、Vib和Vic在一个市电周期内的平均值进行多次计算并取平均值。
6.如权利要求1或2所述的三相并网逆变器继电器失效检测方法，其特征在于：
所述设定阈值Vt为3V。
7.如权利要求2所述的三相并网逆变器继电器失效检测方法，其特征在于：
检测到继电器发生粘连故障或无法正常吸合产生告警。
8.如权利要求1或2所述的三相并网逆变器继电器失效检测方法，其特征在于：
所述一组继电器替换为两组或多组继电器串联隔离，当对某一组继电器进行检测时，将其它组继电器处于吸合状态。
9.如权利要求8所述的三相并网逆变器继电器失效检测方法，其特征在于：对各组继电器依次检测。
10.如权利要求1或2所述的三相并网逆变器继电器失效检测方法，其特征在于：
该检测方法应用于无零线接入的三相并网逆变器。
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