CN115210585B - 用于确定光伏系统对地的绝缘电阻的方法和光伏逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定光伏系统(1)对地(PE)的绝缘电阻(RISO)的方法和光伏逆变器(2)。根据本发明，中间电路(6)以中间电路电压(UZK)的形式提供测量所需的电压，并且测量装置(13)被设计成在交流隔离器(8)开路的情况下致动输入端短路开关(SBOOST)用于将DC输入端(3)短路，藉此中间电路电压(UZK)能沿相反方向被施加到DC输入端(3)，并且测量装置(13)被设计成用于在分压器(14)的开关(SISO)打开和闭合情况下检测相应的测量电压(UM1，UM2)，并根据在分压器(14)的开关(SISO)打开和闭合情况下所检测到的两个测量电压(UM1，UM2)的测量值来确定绝缘电阻(RISO)。

Description

用于确定光伏系统对地的绝缘电阻的方法和光伏逆变器
技术领域
本发明涉及一种用于确定光伏系统对地绝缘电阻的方法，该光伏系统具有光伏逆变器，光伏逆变器具有：用于连接到至少一个光伏模块或多个光伏模块的光伏模块串的至少一个DC输入端、带有输入端二极管的DC/DC转换器、中间电路、DC/AC转换器、交流隔离器、用于连接到供电网络和/或用电器的AC输出端、控制装置，光伏逆变器还具有测量装置，测量装置带有：包含至少两个电阻的分压器、用于连接分压器电阻的开关以及电压测量单元，所述电压测量单元用于记录将中间电路电压施加到DC输入端的时候在分压器开关打开和闭合的情况下分压器的至少一个电阻上的测得电压，并用于从所记录的测得电压确定绝缘电阻。
此外，本发明涉及一种用于确定光伏系统对地绝缘电阻的光伏逆变器，其具有用于连接到至少一个光伏模块或多个光伏模块的光伏模块串的至少一个DC输入端、带有输入端二极管的DC/DC转换器、中间电路、DC/AC转换器、交流隔离器、用于连接到供电网络和/或用电器的AC输出端、控制装置，光伏逆变器还具有测量装置，测量装置带有：包含至少两个电阻的分压器、用于连接分压器电阻的开关以及电压测量单元，所述电压测量单元用于记录将中间电路电压施加到DC输入端的时候在分压器开关打开和闭合的情况下分压器的至少一个电阻上的测得电压，并用于从所记录的测得电压确定绝缘电阻。
背景技术
光伏系统对地具有一定的绝缘电阻，其由光伏模块、电缆、光伏逆变器以及与其相连的任何储能装置的对地绝缘电阻构成。为了防止故障电流流经光伏系统的光伏模块或其他部件，并避免危险的接触电压，必须观察绝缘电阻的某些最小限值。为此，必须在交流隔离器开路的情况下连接到供电网络之前测量绝缘电阻。由于各种规定，光伏系统的绝缘电阻必须因此进行定期检查，至少在将光伏逆变器连接至供电网络或用电器之前，或者至少每天一次。取决于特定国家，光伏系统的绝缘电阻的典型限值为30千欧到1兆欧。
为了测量光伏模块的绝缘电阻，将这些多个光伏模块或多个光伏模块的光伏模块串与光伏逆变器断开，施加测量电压，并通过产生的电流确定绝缘电阻。除了这些测量电路非常复杂的事实之外，将光伏模块与逆变器断开也是不可行的或不是简单的事。
为此，也有若干种方法和光伏逆变器，在实现与供电网的连接之前自动测量绝缘电阻。例如，DE 10 2017 113 192 B3描述了一种用于确定光伏系统中的绝缘电阻的方法，该方法比较复杂。
DE 10 2013 227 174 A1描述了一种用于确定光伏系统的绝缘电阻的装置和方法。如果光伏模块没有在供应电压(例如在夜间)或者如果光伏模块受到遮蔽或被雪覆盖，以及在光伏模块带有集成的电子电路的情况下，利用这种方法不可能可靠地确定绝缘电阻。
现代光伏系统，即所谓的混合光伏系统，常常具有储能系统，储能系统可用于暂时存储电能，使得即使在光伏模块没有生成电压的时候也可将电能馈入供电网络或用于为用电器供电。这意味着在夜间也需要或必须将光伏逆变器连接到供电网络或用电器。但是，在接通或闭合交流隔离器之前，先确定绝缘电阻是可取的甚至强制性的。然而，许多众所周知的方法不允许在夜间测量光伏系统的绝缘电阻，因为在没有太阳辐射的情况下，光伏模块具有特别高的电阻，并且使用传统方法不可能在晚上可靠地测量绝缘电阻。另外，在测试绝缘电阻时，常常忽略与逆变器相连的此类储能装置，尽管它们会影响测量结果。
现代光伏模块具有集成的一组电子电路，即所谓的MLPE(模块级电力电子电路)，可用于优化光伏模块的性能。此类电路通常还包括开关，通过这些开关可以禁用各个模块，例如如果模块被遮蔽。例如，出于安全原因，可能需要关停(“快速关停”)配备有这种电子电路的光伏模块，以确保光伏逆变器的供电线上不存在危险的DC电压。在这种情况下，使用传统的测量方法也无法准确地测量绝缘电阻。
发明内容
本发明的目的是创建上述方法和上述光伏逆变器，用于确定光伏系统对地的绝缘电阻，使得能够快速且简单地进行确定，以便防止如果超过限值则光伏逆变器连接到供电网络。光伏系统的全部绝缘电阻，即光伏模块与地之间以及所有可能的储能装置与地之间的所有可能的绝缘电阻，都应进行确定并考虑在内。应该避免或至少减少已知方法和装置的缺点。
就方法而言，该目的通过以下方式实现：由中间电路以中间电路电压的形式提供测量所需的电压，并记录DC输入端被输入端短路开关短路时交流隔离器开路的情况下的测得电压，测得电压每一个都是在分压器的开关打开和闭合的情况下记录的，绝缘电阻是从分压器开关打开和闭合情况下的测量值确定的。使光伏逆变器的DC输入端短路创建出一个电路，其中，来自中间电路的电流沿着与光伏模块并联的旁路二极管的方向流经光伏模块。这意味着精确测量绝缘电阻是可能的，特别是在光伏模块具有特别高电阻时的夜间，或者当光伏模块由于其他原因不产生电压时。借助于电压测量单元，记录开关打开和闭合时的测得电压，并据此确定绝缘电阻。这是通过测得两个测得电压的值并知晓分压器电阻的值实现的。测量所需电压由光伏逆变器的中间电路以中间电路电压的形式提供。中间电路由电源、DC输入端或储能装置供应电能。该方法还适用于具有集成的电子电路、即所谓的MLPE(模块级电力电子电路)的光伏模块，其中对绝缘电阻的可靠测量以前是不可能的。在确定绝缘电阻期间，交流隔离器开路，即光伏逆变器与供电网络或用电器完全断开。当然，也可以在光伏组件供应电压的白天使用这种方法测量绝缘电阻。然而，在这种情况下，输入端短路开关会因更高的电流而承受更大的负载，这意味着绝缘电阻也可以使用传统方法确定。使用这种方法确定绝缘电阻时需要具有单一故障安全性，因为即使与测量相关的若干组件(输入端短路开关、分压器电阻、连接分压器电阻的开关)中的一个组件发生故障，也会使测量不可能，因此不可能进行故障测量。
根据另一特征，光伏逆变器的交流隔离器仅在超过规定最小绝缘电阻时才闭合。这可以防止故障电流高于允许值造成的危害以及对光伏系统部件的损坏。
另一方面，如果要确定绝对绝缘电阻以及检测是否超过了规定最小绝缘电阻，则在指定时间间隔、特别是1秒到10秒期间，记录测得电压。对绝缘电阻绝对值进行测量要求等待各瞬态过程在指定时间间隔内的衰减。在光伏系统的传统功率等级在几千瓦范围内的情况下，1秒到10秒之间范围内的时间间隔已被证明是合适的。因此，绝对绝缘电阻测量比相对绝缘电阻测量花费更长的时间。然后可以将光伏逆变器连接到供电网络和/或用电器。
如果通过光伏逆变器的DC/DC转换器(实施成升压器)的现有升压开关作为输入端短路开关将DC输入端短路，则可以使用现有升压开关准确可靠地确定绝缘电阻，无需专用硬件。
根据本发明的另一个特征，可以测量光伏逆变器在DC输入端处的电压，并且如果电压低于预设限值，则可以利用输入端短路开关将DC输入端短路。这确保了在夜间或当光伏模块由于其他原因(例如，激活集成在光伏模块中的电子电路)不供应电压或供应电压过低时，通过将中间电路电压反向施加到光伏模块上，仍然可以准确记录测量值并因此确定绝缘电阻。
优选的是，除了绝缘电阻之外，系统电容也由分压器开关闭合后的测量电压的时间波形确定。光伏系统通常具有一定的对地系统电容。通常，系统电容比较小，所造成的电容泄漏电流比较低。除了光伏模块的组装类型和光伏系统的部件中可能的绝缘故障之外，还有许多因素(特别是潮湿天气或水)影响系统电容。如果系统电容增加，则电容泄漏电流也增加。如果光伏逆变器连接到供电网络和/或用电器，则在系统电容较高的情况下，较高的电容泄漏电流可能造成系统熔断器跳闸。例如，很多国家都要求剩余电流断路器(RCCB)，这种断路器在低至30mA的电流下触发以保护光伏系统。RCCB被触发后，必须再次手动开启。在这种情况发生之前，可能会过去很长时间，在此期间没有电能被馈入供电网络或没有电能被供应给用电器。结果，光伏系统的产出以及为光伏系统用户带来的可能利润都会降低。借助于电压测量单元，记录在开关打开和闭合情况下的测得电压，并从分压器开关闭合后的测得电压的时间波形确定系统电容。这是通过测得电压的时间波形的时间常数和知晓分压器电阻值实现的。该方法还适用于具有集成的电子电路、即所谓的MLPE(模块级电力电子电路)的光伏模块，其中对系统电容的可靠测量以前是不可能的。在确定系统电容期间，交流隔离器开路，即光伏逆变器与供电网络或用电器完全断开。当然，也可以在光伏模块供应电压的白天使用这种方法测量系统电容。然而，在这种情况下，输入端短路开关会因更高的电流而承受更大的负载，这意味着系统电容也可以使用传统方法确定。确定系统电容时需要具有单一故障安全性，因为即使与测量相关的若干部件(输入端短路开关、分压器电阻、连接分压器电阻的开关)中的一个部件发生故障，也会使测量不可能，因此不可能进行故障测量。
优选的是，光伏逆变器的交流隔离器仅在系统电容低于规定最大系统电容时才闭合。这可以防止在光伏系统的系统电容高于允许值的情况下意外触发剩余电流断路器，并减少光伏系统不产生能量的时间。
测得系统电容还可用于确定通常存在于光伏逆变器输入端的直流隔离器的开关状态。这是可能的，因为光伏逆变器的某些对地电容也是总系统电容的一部分。例如，在对光伏逆变器进行维护工作的期间，直流隔离器开路，使得在光伏逆变器的输入端不存在来自光伏模块的危险DC电压。光伏逆变器的交流隔离器优选仅在直流隔离器闭合而逆变器因此连接到供电网络和/或用电器时才被激活和闭合。如果测得的系统电容低于规定最小系统电容，则表明交流隔离器开路，以及光伏模块因此未连接到光伏逆变器的输入端。于是，测得的系统电容与这种规定最小系统电容的比较可以用作将光伏逆变器连接到供电网络和/或用电器的条件。
如果像在所谓混合逆变器中那样提供储能装置，则可以通过闭合电池隔离器连接这个储能装置，然后可以记录测得电压，并从这些测得电压确定绝缘电阻(合适的话还有系统电容)。通过确保在确定绝缘电阻(合适的话还有系统电容)期间连接储能装置，还可以可靠地测量储能装置对整个绝缘电阻(合适的话还有系统电容)的贡献。
可以在连接和不连接储能系统的情况下确定：超过规定最小绝缘电阻、绝对绝缘电阻、低于规定最大系统电容、和/或绝对系统电容。理想情况是，绝缘电阻(合适的话还有系统电容)在储能装置连接和储能系统断开这两种情况下进行测量。这允许单独测量储能装置对系统电容和绝缘电阻的贡献，然后可以更好地隔离或更快地发现光伏系统中的故障。
优选的是，在夜间确定超过规定最小绝缘电阻、绝对绝缘电阻、低于规定最大系统电容和/或绝对系统电容。如上所述，在例如现代混合逆变器中，在夜间将它们连接到供电网络或用电器也可能是有用或必要的，以便能够例如将能量从储能装置馈送到供电网络。
优选的是，每天至少一次，特别是在每次通过闭合交流隔离器将光伏逆变器连接到供电网络和/或用电器之前，确定超过规定最小绝缘电阻、绝对绝缘电阻、低于规定最大系统电容和/或绝对系统电容。
测得电压有利的是在规定时间间隔上进行平均。例如，测量值的采样频率为10kHz，算术平均值由若干批10个测量值形成。平均导致对测量值进行平滑，并因此获得了更可靠的测量值。
可以显示和/或存储超过规定最小绝缘电阻、绝对绝缘电阻、低于规定最大系统电容和/或绝对系统电容。显示和/或存储测量值可用于存档目的或用于监视目的。当然，如果需要，也可以远程查询这些值，就像平常利用现代光伏系统的其他测量数据一样。
有利的是，在最长10s的测量时间内确定超过规定最小绝缘电阻、绝对绝缘电阻、低于规定最大系统电容和/或绝对系统电容。如此短的测量时间已被证明在常见功率范围为几千瓦的光伏系统中是可能的。由于如此短的测量时间，尽管频繁测量绝缘电阻(合适的话还有系统电容)，但几乎不需要浪费用于将能量馈送到供电网络和/或为用电器供应电能的宝贵时间。因此，这种光伏系统的特点是产出特别高。
根据本发明的目的还通过如上所述的光伏逆变器实现，其中，测量所需的电压可以由中间电路以中间电路电压的形式提供，并且测量装置被设计成在交流隔离器开路的情况下致动输入端短路开关用于将DC输入端短路，这样做允许中间电路电压反向施加到DC输入端，而且测量装置被配置为根据分压器开关闭合后的测得电压的时间波形确定系统电容。在交流隔离器完全开路的情况下，尤其是还在夜间，当光伏模块不供应电压或光伏模块的电子电路被激活时，以及考虑连接至光伏逆变器的任何储能装置时，该光伏逆变器使得能够准确地确定绝缘电阻。硬件支出特别低，测量过程的必要编程也可以在光伏逆变器的已有控制单元中进行。由于电流低，所以电压控制器的开关可以用非常小而且成本低的继电器形成。对于根据本发明的光伏逆变器可以实现的进一步优点，参考上面对用于确定光伏系统对地绝缘电阻的方法的描述。
测量装置优选连接于交流隔离器或控制装置，使得交流隔离器只有在超过规定最小绝缘电阻时才能闭合。这确保了在夜间或当光伏模块由于其他原因(例如，激活集成在光伏模块中的电子电路)不供应电压或供应电压过低时，仍然可以通过将中间电路电压反向施加到光伏模块上而准确地记录测量值并因此确定测量值。
测量装置有利的是被设计成，通过可以在分压器开关打开和闭合的情况下对测得电压进行记录达指定时间间隔(特别是从1秒到10秒)而测量绝缘电阻。对绝缘电阻绝对值进行测量需要在规定时间间隔内等待各种瞬态过程的衰减。当然，由于测量时间更长，所以需要更长的时间才可以将光伏逆变器连接到供电网络或用电器。
根据本发明的另一特征，提供利用至少一个电池隔离器连接于中间电路的至少一个电池端子，用于连接于至少一个储能装置，其中，电池隔离器连接于测量装置或控制装置，使得电池隔离器可以在记录测量电压期间致动。这确保了在测量绝缘电阻(合适的话还有系统电容)时考虑到储能装置的泄漏电流。
如果输入端短路开关由实施成升压器的DC/DC转换器的现有升压开关构成，可以降低硬件支出。
测量装置可设计成测量光伏逆变器在DC输入端处的输入电压，使得如果测得电压低于指定限值，则可以闭合输入端短路开关。这确保了中间电路电压反向施加到光伏模块或光伏模块串，从而确保准确地测量绝缘电阻(合适的话还有系统电容)，即使在夜间或者当光伏模块由于其他原因不供应电压或供应电压过低时。
测量装置在理想情况下还被设计为测量系统电容并将系统电容与规定最大系统电容比较，使得交流隔离器仅在未达到规定最大系统电容时才闭合。
特别是，测量装置设计成，当带有集成的电子电路(所谓的MLPE模块级电力电子电路)的光伏模块连接到DC输入端时，确定绝缘电阻(如果合适的话还有系统电容)。这例如意味着，对于“快速关停”被激活情况下的光伏模块，也可以对绝缘电阻(如果合适的话还有系统电容)进行可靠确定。出于例如安全原因，可能需要执行对配备有这种电子电路的光伏模块的关停，以确保光伏逆变器的供电线上不存在危险的DC电压。
有利的是，提供显示器和/或存储器，用于分别显示和存储超过规定最小绝缘电阻、绝对绝缘电阻、低于规定最大系统电容、和/或绝对系统电容。
附图说明
将参照附图更详细地解释本发明。所示的是：
图1是根据本发明设计的用于确定对地绝缘电阻的光伏逆变器的框图；
图2是根据本发明设计的光伏逆变器的简化电路图，其上连接有光伏模块；
图3是根据本发明设计的光伏逆变器的简化电路图，其上连接的光伏模块具有集成的电子电路；
图4是根据本发明设计的光伏逆变器的简化电路图，其上连接的光伏模块具有集成的电子电路和连接的储能装置；
图5是流程图，显示了相对系统电容和相对绝缘电阻的确定；
图6是流程图，显示了混合逆变器的相对系统电容和相对绝缘电阻的确定，所述混合逆变器连接有储能装置；
图7是流程图，显示了绝对系统电容和绝对绝缘电阻的确定；和
图8是流程图，显示了混合逆变器的绝对系统电容和绝对绝缘电阻的确定，所述混合逆变器连接有储能装置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明设计的光伏系统1的无变压器光伏逆变器2的框图，其用于确定对地PE的绝缘电阻RISO。光伏逆变器2包含至少一个DC输入端3，用于连接到至少一个光伏模块4或多个光伏模块4的光伏模块串4'。光伏模块4具有旁路二极管DBYPASS，用以在光伏模块串4'中的其中一个光伏模块4在阴影中时，使电流流动得以实现。DC/DC转换器5，常设计为升压器或上变频器或升压转换器，其布置在光伏逆变器2的DC输入端3后面。输入端二极管(也称为升压二极管)DBOOST布置在DC/DC转换器5中。其后跟着的是中间电路6、DC/AC转换器7、交流隔离器8和用于连接到电源网络10和/或用电器11的AC输出端9。光伏逆变器2的各个部件借助控制单元12控制或调节。为了即使在夜间当光伏模块4不供应任何电压时也独立于供电网10，通常将合适的储能装置18经由电池连接装置16连接到光伏逆变器2。诸储能装置18经由电池隔离器17连接到光伏逆变器2，以便也能够将这些储能装置18与光伏逆变器2断开。电池隔离器17(它也可以集成在储能装置18中)和储能装置18通常连接到控制单元12，这由虚线表示。电源21为光伏逆变器2的部件供应电能。
光伏系统1对地PE具有一定的系统电容CPV，其由对地PE的若干单个电容CPV,i组成。在等效电路图中，总系统电容CPV可以用各系统电容CPV,i的并联表示。例如，某些电容CPV,i存在于光伏模块4和地PE之间以及任何储能装置18和地PE之间，这些电容加起来为总系统电容CPV。为了防止当光伏逆变器2在存在高于允许值的系统电容值CPV的情况下连接到供电网10或用电器11时触发旨在保护光伏系统1的剩余电流断路器(未示出)，定期确定整个光伏系统1的系统电容CPV是重要的。为此目的，测量相对系统电容CPV，即确定该值是否低于规定最大系统电容CPV_max，就足够了，否则可以确定绝对系统电容CPV。
光伏系统1对地PE还具有一定的绝缘电阻RISO，绝缘电阻RISO也是由对地PE的若干单个局部绝缘电阻RISO,i组成。在等效电路图中，总绝缘电阻RISO可以用各局部绝缘电阻RISO,i的并联表示。例如，某些局部绝缘电阻RISO,i存在于光伏模块4与地PE之间以及任何储能装置18与地PE之间，这些电阻加起来为总绝缘电阻RISO。为了防止对人员造成危险或者还为了防止损坏光伏系统1的部件的风险，重要的是要定期确定整个光伏系统1的实际绝缘电阻RISO，这种定期确定通常甚至是强制性的。可以确定相对绝缘电阻RISO(即超过规定最小绝缘电阻RISO_min)或者绝对绝缘电阻RISO的测量值。
在大多数情况下，系统电容CPV和绝缘电阻RISO二者是同时或紧挨着先后连续确定的。
为此目的，提供测量装置13，其包含分压器14，分压器14包括至少两个电阻R1、R2，以及用于连接分压器14的电阻R1的开关SISO。使用电压测量单元15，记录在分压器14的至少一个电阻R2上的测得电压UMi。测得电压的第一测量值UM1是在开关SISO打开时确定的，而测得电压的第二测量值UM2是在开关SISO闭合时确定的。系统电容CPV可以由开关SISO闭合后的测得电压UM2的时间波形确定。这种确定是通过测得电压UM2的时间波形的时间常数和知晓分压器14的电阻值R1、R2实现的。绝缘电阻RISO也是由两个测量值UM1、UM2以及知晓分压器14的电阻值R1、R2确定的。测量所需的电压以中间电路6的中间电路电压UZK的形式提供。必要的电能由电源21、DC输入端3或储能装置18提供。
以前，系统电容CPV和绝缘电阻RISO的测量是在光伏模块4开始生成电压的白天开始时提供的。通常没必要或不可能也在夜间进行测量。当光伏模块4不产生任何电压时，它们具有非常高的电阻，这就是为什么无法精确测量绝缘电阻RISO的原因(参见图2)。现代光伏系统1，特别是带储能装置18的所谓混合系统，使得即使在夜间测量系统电容CPV和绝缘电阻RISO也是必要而且可行的。
根据本发明，测量装置13被设计成在交流隔离器8开路时致动输入端短路开关SBOOST用于使DC输入端3短路，这样做允许中间电路电压UZK反向施加到DC输入端3。因此，在中间电路6和光伏模块4之间电路闭合，使得电流I(虚线箭头)沿光伏模块4的旁路二极管DBYPASS的正向流动。这意味着系统电容CPV和绝缘电阻RISO在夜间光伏模块4的电阻特别高的时候也可以可靠地得到测量。借助于电压测量单元15，分别在开关SISO打开和闭合的情况下测量出测得电压UM1、UM2，并根据这些测量结果确定系统电容CPV和绝缘电阻RISO。输入端短路开关SBOOST理想情况下可以由实施为升压器的DC/DC转换器5的升压开关SBOOST形成，这意味着不需要专用硬件。这种电路和方法也适用于带有集成的电子电路22(见图3和4)、即所谓的MLPE(模块级电力电子电路)的光伏模块4，其中对系统电容CPV或绝缘电阻RISO的可靠测量到目前为止对于电子电路22的某些电路仍然是不可能的。此外，系统电容CPV或绝缘电阻RISO可以在考虑任何连接的储能装置18的时候特别准确地得到测量。只需要确保在测得电压UM1、UM2的测量期间，通过闭合电池隔离器17连接储能装置18，使得储能装置18中的接地故障也得到适当考虑。理想情况是，系统电容CPV和绝缘电阻RISO是在储能装置18连接以及储能装置18断开这两种情况下进行测量。这样做允许分别测量储能装置18对系统电容CPV和对绝缘电阻RISO的贡献，并且允许光伏系统1中的故障被更好地隔离或更快地发现。
合适的话，测量装置13可以设计成测量DC输入端3上的电压UDC，并且如果测量电压UDC低于指定限值UDC_limit，则在确定系统电容CPV(合适的话还有绝缘电阻RISO)时，可以致动或闭合输入端短路开关SBOOST。这确保了在夜间当光伏模块4没有供应电压或电压UDC太低时，可以精确确定测量值。
为了完整起见，需要说明的是，光伏逆变器2还可以具有多个DC输入端3，用于连接光伏模块4的多个光伏模块串4'。所述用于确定系统电容CPV和绝缘电阻RISO的方法于是可以在每个DC输入端3执行。然后仅针对系统电容CPV低于规定最大系统电容CPV_max的那些光伏模块4的光伏模块串4'，进行与供电网10或到用电器11的连接，或者，只有当该条件适用于所有光伏模块4和光伏系统1的所有部件时，光伏逆变器2的交流隔离器8才闭合。作为交流隔离器8闭合的进一步条件，可以检查是否超过规定最小系统电容CPV_min，超过规定最小系统电容CPV_min表明光伏逆变器2的DC输入端3处的直流隔离器(未示出)闭合。
图2示出了根据本发明的光伏逆变器2的简化电路图，其上连接有光伏模块4，并且象征性地示出了系统电容CPV和与其并联的对地PE的绝缘电阻RISO。光伏模块4在等效电路图中显示为电流源，具有沿流动方向的并联寄生二极管DP、并联电阻RP和串联电阻RS。如果光伏模块4的电池供应电流并且在DC输入端3处存在电压UDC，并且如果寄生二极管上的电压不超过正向电压DP，则只有比较小的串联电阻RS(通常在兆欧范围)起作用。然而，在夜间，光伏模块4的电池不供应任何电流，因此比较高的并联电阻RP(通常为几千欧)起作用。在传统测量方法中，这种高并联电阻RP会使系统电容CPV和绝缘电阻RISO的确定偏离真实，或者使它们无法确定。
诸光伏模块4每个都由旁路二极管DBYPASS桥接，旁路二极管DBYPASS与太阳能电流的流动方向反平行连接。旁路二极管DBYPASS用作光伏模块4中的安全装置，在光伏模块4出现遮蔽或故障的情况下，电流经由旁路二极管DBYPASS分流。旁路二极管DBYPASS通常位于光伏模块4外部。图中示出了光伏模块4的单个电池的等效电路图。多个光伏模块4的光伏模块串4'连接到光伏逆变器2的DC输入端3。跟在后面的DC/DC转换器5被设计为升压器，并且包含与DC输入端3并联布置的升压开关SBOOST(其通常用于调整最大输入DC电压UDC)，以及沿着期望电流流动方向的升压二极管DBOOST。光伏逆变器2的中间电路6由中间电路电容器CZK表示，中间电路电压UZK施加到中间电路电容器CZK上。用于确定系统电容CPV和绝缘电阻RISO的测量装置13包括分压器14，分压器14具有至少两个电阻R1、R2，其中，电阻R1可以通过开关SISO接入或排除。用于记录电阻R2两端测得电压UMi的电压测量单元15布置在电阻R1、R2之间位于分压器14中心。根据本发明，DC输入端3用输入端短路开关SBOOST短路，输入端短路开关SBOOST这里由DC/DC转换器5的升压开关SBOOST形成。这样就形成了经过系统电容CPV和绝缘电阻RISO的电路，依照该电路，中间电路电压UZK反向施加到光伏模块4或光伏模块4的光伏模块串4'(由虚线示出)。电流I因此依照虚线沿旁路二极管DBYPASS的正向流动。这意味着系统电容CPV和绝缘电阻RISO也可以在夜间当光伏模块4具有特别高电阻时可靠地测量。当输入端短路开关SBOOST闭合时，测得电压UM1在分压器14的开关SISO打开的情况下进行记录，而测得电压UM2在分压器14的开关SISO闭合的情况下进行记录。系统电容CPV和绝缘电阻RISO可以由这两个测得电压UM1、UM2的测量值或时间波形确定。
图3示出了根据本发明设计的光伏逆变器2的简化电路图，其上连接有光伏模块4，其具有集成的电子电路22，即所谓的MLPE(模块级电力电子装置)。电子电路22的等效电路图除了二极管DE和高阻测量电阻RM之外还包含开关SE，通过开关SE可以停用相应的光伏模块4。出于例如安全原因，可以通过打开开关SE停用光伏模块4，以确保通往光伏逆变器2的供电线上不存在危险的DC电压。在这种情况下，系统电容CPV(合适的话还有绝缘电阻RISO)不能用传统方法确定，或者不能可靠地确定，因为用于测量系统电容CPV和绝缘电阻RISO的电流由于电子电路22中打开的开关SE而不能流过光伏模块4的光伏模块串4'。由于根据本发明DC输入端3通过输入端短路开关SBOOST短路以及所导致的DC输入端3上中间电路电压UZK反向，此处经由集成在电子电路22中的二极管DE，电流流动是可以的。这意味着当光伏模块4被停用时或者在夜间当光伏模块4电阻非常高时，系统电容CPV和绝缘电阻RISO甚至仍可以得到可靠测量。
图4示出了根据本发明设计的光伏逆变器3的简化电路图，其上连接有光伏模块4，其具有集成的电子电路22和连接的具有集成电池隔离器17的储能装置18。对于其余部分，参照图1和图3对光伏逆变器2的描述适用。在这种情况下，在记录测得电压UMi之前，另外还确保电池隔离器17闭合，从而将储能装置18也考虑在对系统电容CPV和绝缘电阻RISO的测量中。对地PE的来自储能装置18的那部分系统电容CPV,i和绝缘电阻RISO,i被象征性地表示。绝缘电阻RISO(合适的话还有系统电容CPV)每个都在连接和不连接储能装置18的情况下确定。按照这种方式，可以单独确定储能装置18对系统电容CPV和绝缘电阻RISO的贡献，并且可以更快地发现任何绝缘故障。
图5示出了确定相对系统电容CPV和相对绝缘电阻RISO的更详细的流程图。在根据框101开始该方法之后，进行初始化(框102)，在该阶段期间，输入端短路开关SBOOST也闭合。用虚线包围的框200包含用于确定相对系统电容CPV和相对绝缘电阻RISO的方法步骤，即用以确定系统电容CPV是否低于规定最大系统电容CPV_max以及绝缘电阻RISO是否高于规定最小绝缘电阻RISO_min的测试。根据方法步骤202，在分压器14的开关SISO打开的情况下测得第一测得电压UM1。此后，根据步骤203闭合开关SISO。然后(步骤205)，在分压器14的开关SISO闭合的情况下测得第二测得电压UM2。此后，根据步骤206确定绝缘电阻RISO，然后根据步骤207确认该电阻是否高于规定最小绝缘电阻RISO_min。根据开关SISO闭合情况下的测得电压UM2的时间波形，确定系统电容CPV(步骤208)，并且查明该电容是否低于规定最大系统电容CPV_max(框209)。如果绝缘电阻RISO和系统电容CPV都没有超过或低于相应的限值，则根据框301，分压器14的开关SISO和输入端短路开关SBOOST打开，然后通过闭合交流隔离器8，将光伏逆变器2连接到供电网10和/或用电器11(框302)。
如果绝缘电阻RISO低于规定最小绝缘电阻RISO_min，即查询207返回一个否定结果，则根据方法步骤303，程序等待规定时间并且在一定时间长度之后(框306)测量重新开始，处理跳转到方法步骤101。在超过了一定数量的测量或一定时间之后，根据框304发出错误消息，并且分压器的开关SISO和输入端短路开关SBOOST打开。因此，没有测量到足够高的绝缘电阻RISO。如果系统电容CPV超过规定最大系统电容CPV_max，即如果查询209返回一个否定结果，则输出错误消息并且分压器14的开关SISO打开(框305)，然后在指定时间段之后(框306)处理返回到开始(框101)。
图6示出了针对连接有储能装置18的混合逆变器根据图5的流程图。为了简单起见，框200内的方法步骤在此没有像在图5中那样详细地示出。
除了在储能装置18连接(即电池隔离器17闭合)的情况下在图5中描述的方法步骤之外，在确定相对系统电容CPV、即电容是否低于规定最大系统电容CPV_max(框207)以及相对绝缘电阻RISO、即电阻是否超过规定最小绝缘电阻RISO_min(框209)之后，通过使电池隔离器17开路而断开储能装置18，并打开分压器14的开关SISO(框401)。如果在电池隔离器17开路时发生故障，则根据框402发出错误消息。否则，确定绝缘电阻RISO(框403)和系统电容CPV(框406)，并与规定最小绝缘电阻RISO_min进行比较(框405)和与规定最大系统电容CPV_max进行比较(框406)。如果查询405和406返回肯定结果，则根据框407，分压器14的开关SISO和输入端短路开关SBOOST打开，随后通过闭合交流隔离器8，在没有连接储能装置18的情况下将光伏逆变器2连接到供电网络10或用电器11(方框408)。如果查询405和406之一返回否定结果，则根据框304或305发出错误消息，并在等待指定时间(框306)后，重新开始用于确定相对系统电容CPV(合适的话还有绝缘电阻RISO)的方法。
图7示出了确定绝对系统电容CPV和绝对绝缘电阻RISO的更详细流程图。在这种情况下更详细地示出了根据框102的初始化。因此，根据框104，测量光伏逆变器2的DC输入端3处的电压UDC，并将其与指定限值UDC_limit进行比较(框104)。如果该比较返回肯定结果，则这表明光伏模块4没有在供应电压(例如，晚上时间或光伏模块4的电子电路22的开关SE打开)，并且DC输入端3被输入端短路开关SBOOST短路(框105)。否则，输入端短路开关SBOOST保持开路(框106)，并且在DC输入端3没有短路的情况下确定绝对系统电容CPV和绝对绝缘电阻RISO。
除了根据图5的方法步骤之外，此处在分压器14的开关SISO打开的情况下对第一测得电压UM1的测量和在分压器14的开关SISO闭合的情况下对第二测得电压UM2的测量，进行达指定的时间段Δt，特别是1秒到10秒，使得瞬态过程可以衰减并获得稳定的读数(框201和204)。否则，系统电容CPV和绝缘电阻RISO的确定按照图5所示和所述进行。
最后，图8示出了针对连接有储能装置18的混合逆变器根据图7的流程图。在初始化(框102)期间，通过闭合电池隔离器17，储能装置18连接到光伏逆变器2(框103)。之后，初始化对应于图7中所示的初始化。为了清楚起见，这里没有显示图7中描述的用于测量绝对系统电容CPV和绝对绝缘电阻RISO的等待时间(框201和205)，并且框200被组合在一起。如果在连接储能装置18的情况下测量返回肯定结果，则在连接储能装置18的情况下光伏逆变器2连接到供电网络10或用电器11(框302)，否则在储能装置18断开的情况下重复测量(框401至406)。如果该测量返回肯定结果，则在储能装置18断开的情况下光伏逆变器2连接到供电网络10或用电器11(框408)。如果该测量也返回否定结果，则光伏逆变器2不连接到供电网络10或用电器11，并且在经过了指定时间(框306)之后在方法步骤101重新开始测量。
通过考虑连接到光伏逆变器2的任何储能装置18，本发明能够简单且可靠地确定光伏系统1对地PE的系统电容CPV(合适的话还有绝缘电阻RISO)，特别是还可以在夜间或者当光伏模块4被停用时。

Claims (18)

1.用于确定光伏系统(1)对地(PE)的绝缘电阻(RISO)的方法，该光伏系统(1)具有光伏逆变器(2)，所述光伏逆变器(2)具有：用于连接到至少一个光伏模块(4)或多个光伏模块(4)的光伏模块串(4')的至少一个DC输入端(3)、带有输入端二极管(DBOOST)的DC/DC转换器(5)、中间电路(6)、DC/AC转换器(7)、交流隔离器(8)、用于连接到供电网络(10)和/或用电器(11)的AC输出端(9)、控制装置(12)，所述光伏逆变器(2)还具有测量装置(13)，测量装置(13)带有：包含至少两个电阻(R1，R2)的分压器(14)、用于连接分压器(14)的电阻(R1)的开关(SISO)和电压测量单元(15)，电压测量单元(15)用于记录在分压器(14)的开关(SISO)打开和闭合的情况下分压器(14)的至少一个电阻(R2)上的测得电压(UMi)，并用于从所记录的测得电压(UMi)的时间波形确定绝缘电阻(RISO)，其特征在于，中间电路(6)以中间电路电压(UZK)的形式提供测量所需的电压，并记录DC输入端(3)被输入端短路开关(SBOOST)短路时交流隔离器(8)开路的情况下的测得电压(UMi)，这种情况将中间电路电压(UZK)沿相反方向施加到DC输入端(3)，测得电压(UM1，UM2)的每一个都是在分压器(14)的开关(SISO)打开和闭合的情况下记录的，并且绝缘电阻(RISO)是根据在分压器(14)的开关(SISO)打开和闭合情况下所记录的两个测得电压(UM1，UM2)的测量值确定的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，仅当超过规定最小绝缘电阻(RISO_min)时才闭合交流隔离器(8)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过在指定时间段(Δt)记录测得电压(UM1，UM2)而测量绝缘电阻(RISO)。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在光伏逆变器(2)的DC输入端(3)测量电压(UDC)，并且如果该电压(UDC)低于预设限值(UDC_limit)，则DC输入端(3)用输入端短路开关(SBOOST)短路。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据分压器(14)的开关(SISO)闭合后的测得电压(UM2)的时间波形而确定系统电容(CPV)。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过闭合电池隔离器(17)连接储能装置(18)，并且记录测得电压(UM1，UM2)并将其用于确定绝缘电阻(RISO)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，超过规定最小绝缘电阻(RISO_min)、绝对绝缘电阻(RISO)、低于规定最大系统电容(CPV_max)、和/或绝对系统电容(CPV)，均在连接和不连接储能装置(18)的情况下确定。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，显示和/或存储超过规定最小绝缘电阻(RISO_min)、绝对绝缘电阻(RISO)、低于规定最大系统电容(CPV_max)、和/或绝对系统电容(CPV)。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，超过规定最小绝缘电阻(RISO_min)、绝对绝缘电阻(RISO)、低于规定最大系统电容(CPV_max)、和/或绝对系统电容(CPV)，是在最大10秒的测量时间(tm)内确定的。
10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述指定时间段(Δt)是1秒到10秒。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，记录测得电压(UM1，UM2)并将其用于确定系统电容(CPV)。
12.一种光伏逆变器(2)，用于确定光伏系统(1)对地(PE)的绝缘电阻(RISO)，其具有：用于连接到至少一个光伏模块(4)或多个光伏模块(4)的光伏模块串(4')的至少一个DC输入端(3)、带有输入端二极管(DBOOST)的DC/DC转换器(5)、中间电路(6)、DC/AC转换器(7)、交流隔离器(8)、用于连接到供电网络(10)和/或用电器(11)的AC输出端(9)、控制装置(12)，所述光伏逆变器(2)还具有测量装置(13)，测量装置(13)带有：包含至少两个电阻(R1，R2)的分压器(14)、用于连接分压器(14)的电阻(R1)的开关(SISO)以及电压测量单元(15)，所述电压测量单元(15)用于记录当中间电路电压(UZK)被施加到DC输入端(3)时在分压器(14)的开关(SISO)打开和闭合的情况下分压器(14)的至少一个电阻(R2)上的测得电压(UMi)，并用于从所记录的测得电压(UMi)确定绝缘电阻(RISO)，其特征在于，中间电路(6)以中间电路电压(UZK)的形式提供测量所需的电压，并且测量装置(13)被设计成在交流隔离器(8)开路的情况下致动输入端短路开关(SBOOST)用于将DC输入端(3)短路，其结果是中间电路电压(UZK)能够沿着相反方向施加到DC输入端(3)，并且测量装置(13)被配置成记录分压器(14)的开关(SISO)打开和闭合情况下的测得电压(UM1，UM2)，并根据分压器(14)的开关(SISO)打开和闭合情况下所记录的两个测得电压(UM1，UM2)的测量值，确定绝缘电阻(RISO)。
13.如权利要求12所述的光伏逆变器(2)，其特征在于，测量装置(13)连接到交流隔离器(8)或控制装置(12)，使得仅当超过规定最小绝缘电阻(RISO_min)时才闭合交流隔离器(8)。
14.如权利要求12或13所述的光伏逆变器(2)，其特征在于，测量装置(13)被设计成：通过在分压器(14)的开关(SISO)打开和闭合的情况下对测得电压(UM1，UM2)进行记录达指定时间间隔(Δt)而测量绝缘电阻(RISO)。
15.如权利要求12或13所述的光伏逆变器(2)，其特征在于，提供带有至少一个电池隔离器(17)并连接到中间电路(6)的至少一个电池端子(16)，用于连接到至少一个储能装置(18)，其中，电池隔离器(17)连接到测量装置(13)或控制装置(12)，使得电池隔离器(17)能够在记录测得电压(UM1，UM2)期间被致动。
16.如权利要求12或13所述的光伏逆变器(2)，其特征在于，输入端短路开关(SBOOST)由实施成升压器的DC/DC转换器(5)的现有升压开关(SBOOST)形成。
17.如权利要求12或13所述的光伏逆变器(2)，其特征在于，测量装置(13)被设计成测量系统电容(CPV)，并将系统电容(CPV)与规定最大系统电容(CPV_max)比较，使得交流隔离器(8)仅在未超过规定最大系统电容(CPV_max)时才闭合。
18.如权利要求14所述的光伏逆变器(2)，其特征在于，所述指定时间间隔(Δt)是1秒到10秒。
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