CN116490790A - 用于应急备用电网运行的监控装置 - Google Patents

用于应急备用电网运行的监控装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116490790A
CN116490790A CN202180077303.1A CN202180077303A CN116490790A CN 116490790 A CN116490790 A CN 116490790A CN 202180077303 A CN202180077303 A CN 202180077303A CN 116490790 A CN116490790 A CN 116490790A
Authority
CN
China
Prior art keywords
insulation
voltage
inverter
ground potential
fault current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180077303.1A
Other languages
English (en)
Inventor
R·俊格瑞斯马尔
S·威泽
M·沃尔夫
B·多佩尔鲍尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fronius International GmbH
Original Assignee
Fronius International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fronius International GmbH filed Critical Fronius International GmbH
Publication of CN116490790A publication Critical patent/CN116490790A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G01R31/42—AC power supplies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
    • G01R27/18—Measuring resistance to earth, i.e. line to ground
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/33—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Alarm Systems (AREA)

Abstract

为了确定在逆变器(2)的AC接头(AC1、AC2)和接地电位(GND)之间的AC绝缘电阻(Rf)，在应急备用电网运行(NE)中执行绝缘测试(I)，其中，在应急备用电网运行(NE)中AC接头(AC1、AC2)与AC能量库(4)连接，以便将能量从DC能量源(2)传输给AC能量库(4)，其中，求取在AC接头(AC1、AC2)和接地电位(GND)之间流动的AC故障电流(ifAC)并且从AC故障电流(ifAC)计算AC绝缘电阻(RisoAC)。

Description

用于应急备用电网运行的监控装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定在逆变器的AC接头和接地电位之间的AC绝缘电阻的方法，其中，在逆变器的DC接头上施加DC电压并且在逆变器的各AC接头之间施加AC电压，DC接头与DC能量源连接，并且在应急备用电网运行中AC接头与AC能量库连接，以便将能量从DC能量源传输给AC能量库。此外，本发明还涉及一种用于求取在逆变器的AC接头和接地电位之间的AC绝缘电阻的监控装置，其中，逆变器的DC接头能与DC能量源连接，并且在应急备用电网运行中逆变器的AC接头能与AC能量库连接，并且本发明还涉及一种带有监控单元的逆变器。
背景技术
也称为变流器的逆变器是一种直流/交流转换器并且因此将施加在各DC接头之间的输入侧上的输入直流电压(DC电压)转换成一个或多个施加在各AC接头之间的输出侧上的输出交流电压(AC电压)。逆变器的DC接头与直流电压能量源(DC能量源)连接、例如与处在发电机运行中的光伏设备连接。DC能量源提供DC电压并且向逆变器供能。在电网运行中，逆变器的AC接头与供电网连接，以便将由DC能量源提供的能量馈入供电网中。AC电压有利地与供电网的电网电压同步。如果逆变器例如设计为三相的，那么对于每个相设置一个AC接头，并且AC接头分别与供电网的一个电网相连接，其中，零线也可以作为AC接头引出。
然而，在应急备用电网运行中，逆变器的AC接头与供电网分离并且取而代之地与交流电压能量库(AC能量库)连接，由DC能量源提供的能量因此由逆变器输出给AC能量库。AC接头与供电网的分离全极地进行并且既可以在内部在逆变器内进行、也可以在外部进行。在应急备用电网运行中也可能的是，多相的逆变器在单相运行中运行。为了实现单相运行，例如可以运行三个相分支中的仅两个相分支，其中，输出在四个AC接头(三个相和一条零线)中的两个AC接头之间的单相输出交流电压。
在供电网中设置电网保护装置，其中，可以设置故障电流保护开关、保险丝等。因为电网保护装置布置在电网侧，所以该电网保护装置只在电网运行中有效，但在应急备用电网运行中无效，因为所有的AC接头都与供电网分离。
因而，对逆变器而言，在许多情况下均需要设置保护装置，这些保护装置在不能在电网运行的范畴内采用供电网的保护装置时在应急备用电网运行中保护和/或监控逆变器和特别是逆变器的AC接头。从如下现有技术中仅部分地得到一些合适的考虑。
因此，DE102014109513A1描述了用于监控电力线路的方法和装置，但该电力线路是车辆的组成部分、而不是逆变器的组成部分。因而在DE102014109513A1中不述及逆变器的特点。
此外，DE102016103883A1的主题是用于电动车辆中的DC总线的DC总线漏电检测。根据定义，DE102016103883A1涉及电气的直流参量，但这并不包括对AC接头的观察。
此外，EP2256506A1和EP3620800A1披露了一些用于监控整个非封闭电力网的方案，这些方案同样仅能够有限地转用于由逆变器和AC库构成的封闭系统。
发明内容
因此，本发明的任务是给出一种用于逆变器的保护装置，该保护装置在应急备用电网运行中能正常工作。
按照本发明通过如下方式解决所述任务，即，在应急备用电网运行中执行绝缘测试，其中，求取在AC接头和接地电位之间流动的AC故障电流并且从AC故障电流计算AC绝缘电阻。
优选地，可以使用逆变器的与AC绝缘电阻对应的电压来计算AC绝缘电阻，并且可以从AC故障电流和与AC绝缘电阻对应的电压计算AC绝缘电阻，如这从电气工程学充分已知的那样。这样的电压可以如开头所描述的那样是施加在逆变器的各AC接头之间的输出侧上的输出交流电压(AC电压)，“与AC绝缘电阻对应”在此应理解为，所提及的电压实现AC绝缘电阻的计算。
除了施加在逆变器的各AC之间的输出侧上的AC电压外，也可以使用与这种施加在逆变器的各AC接头之间的AC电压相关联的电压来计算AC绝缘电阻，例如按照这样的意义可以从该电压求取施加在逆变器的各AC接头之间的AC电压。这例如可以是逆变器的AC接头和接地电位之间下降的电压。如果用于计算AC绝缘电阻的电压通过AC绝缘电阻下降，那么在最简单的情况下也可以使用欧姆定律从AC故障电流和相应的电压来计算AC绝缘电阻。
此外，所述任务通过一种监控装置解决，该监控装置包括故障电流求取单元，该故障电流求取单元设计用于求取在AC接头和接地电位之间流动的AC故障电流，其中，监控装置还包括计算单元，该单元设计用于在使用AC故障电流的情况下计算AC绝缘电阻。优选地，计算单元在此可以根据上面的实施方案使用电压、如AC电压，从而从AC故障电流和AC电压计算AC绝缘电阻。因此能够实现在逆变器的正在进行的运行中监控AC绝缘电阻。在此使用AC故障电流，当在AC接头和接地电位之间的AC绝缘电阻小时、也就是说存在AC绝缘故障时出现AC故障电流。如果在逆变器中没有出现绝缘故障，那么在AC接头和接地电位之间存在大的AC绝缘电阻，因此仅小的并且可忽略不计的AC故障电流在AC接头和接地电位之间流动。可以认为AC绝缘电阻趋于无穷大。但如果出现绝缘故障，那么AC绝缘电阻小并且大的AC故障电流在AC接头和接地电位之间流动。亦即，通过所求取的AC故障电流能够识别绝缘故障、即变小的AC绝缘电阻。
监控单元可以是逆变器的集成的组成部分，或者也可以单独构造。逆变器和AC能量库在应急备用电网运行(也称为孤岛运行)中构成IT(IsoléTerre，孤立的土地)系统。IT系统不接地，因此与TN电网相反的是，在AC接头上取消了故障电流保护开关和/或交直流测量单元，以便节省成本。按照本发明，在应急备用电网运行中主动监控在AC接头和接地电位之间的AC绝缘电阻。被动的测量原理与此相比是不利的，因为不能识别到AC接头上的对称的故障或DC接头上的绝缘故障。如果例如在单相的应急备用电网运行时，一个相和零线相对于接地电位具有相同的绝缘故障，那么对该相相对于接地电位和零线电位的被动电压测量根据现有技术不能确认故障，因为不会发生位移。
按照本发明，从施加在一个中间电路接头和接地电位之间的、可以借助电压测量单元求取的绝缘电压和位于所述一个中间电路接头和接地电位之间的绝缘阻抗计算AC故障电流。绝缘阻抗在此可以是事先已知的。也可以由施加在逆变器的中间电路中点和接地电位之间的绝缘电压和处在中间电路中点和接地电位之间的绝缘阻抗计算AC故障电流。根据逆变器的结构，也可以将零线直接与逆变器的中间电路中点连接。绝缘电压既可以包括直流电压分量也可以包括交流电压分量。
为此，故障电流求取单元可以设计用于从绝缘电压和绝缘阻抗计算AC故障电流，所述绝缘电压施加在中间电路接头和接地电位之间或者施加在中间电路中点和接地电位之间，并且所述绝缘阻抗处在中间电路接头和接地电位之间或者处在中间电路中点和接地电位之间。
可以多次重复绝缘测试，优选以测试时钟速率周期性地重复绝缘测试，特别优选以在秒的范围内的测试时钟速率周期性地重复绝缘测试。因此能够利用测试时钟速率来检查是否有AC故障电流流动并推断出绝缘故障。
优选设置电压测量单元，其设计用于测量施加在中间电路接头和接地电位之间或者施加在中间电路中点和接地电位之间的绝缘电压，其中，故障电流求取单元设计用于，从绝缘电压和处在中间电路接头和接地电位之间或者处在中间电路中点和接地电位之间的绝缘阻抗计算AC故障电流。
可以通过寄生DC电容、例如PV发电机的DC侧的电容或者通过寄生DC电容和并联的DC绝缘电阻来近似计算绝缘阻抗。
有利地，在绝缘测试、优选整个绝缘测试期间，将测试频率大于AC电压的AC频率的测试信号接到AC电压上。测试信号有利地具有最大120V的幅度。可以设置10mA的故障电流阈值和/或50欧姆/伏特的AC绝缘电阻阈值。如果不设置测试信号，那么可以将AC电压的AC频率用于绝缘测试。
优选在绝缘故障出现后的10秒内输出信号、例如形式为不可应答的光学显示的信号。
在AC故障电流超过故障电流阈值时和/或在低于AC绝缘电阻的绝缘电阻阈值时可以将逆变器切换到故障电流运行中和/或至少部分切断。可以这样选择绝缘电阻阈值，使得AC绝缘电阻位于一个标准的范围内。在传统的IT系统中，检测到一次绝缘故障不会引起切断；然而就逆变器而言，可以考虑立即切断。
优选地，通过如下方式检测DC绝缘故障，即，在中间电路接头中的一个中间电路接头和接地电位之间接入高阻电阻并且在接入高阻电阻之前和之后求取在中间电路接头中的一个中间电路接头和接地电位之间的绝缘电压的直流电压分量。所求取的各绝缘电压的直流电压分量彼此间的比例给出有关绝缘电阻水平的信息。绝缘电阻越是高阻，那么通过接入高阻电阻使得在中间电路接头上相对于接地电位的电位移动得就越强烈。因此，例如借助电压测量单元可以在闭合功率开关之前和之后求取绝缘电压并且从绝缘电压的由此获得的测量值识别在任意位置上出现的DC绝缘故障。优选地，对DC绝缘故障的这种识别不仅在接通逆变器之前执行，而且也在正在进行的应急备用电网运行中执行。当逆变器在AC接头和DC接头之间没有电流分离时，对DC绝缘故障的确定是特别有利的。因此，整体的绝缘电阻由AC绝缘电阻和DC绝缘电阻组成。
在中间电流接头和接地电位之间出现的DC绝缘电阻也可以借助DC故障电流单元测量，其中，可以使用交直流测量单元(RCMU，剩余电流监控单元)。交直流测量单元求取在中间电路接头上的总电流并且因此按故障电流保护开关的作用原理工作。交直流测量单元基本上可以用于识别DC绝缘故障，但仅当DC故障电流在中间电路接头和接地电位之间流动时。然而，如果DC绝缘故障出现在在无故障情况下处于接地电位上的位置处，则没有DC故障电流流动，因此在使用交直流测量单元的情况下不能识别出DC绝缘故障。
可以设置逆变器的电网运行，其中，在从应急备用电网运行切换到电网运行时，逆变器的AC接头与AC能量库分离和/或与供电网连接，以便将能量从DC能量源传输到供电网中。在电网运行中优选中断绝缘测试。这在如下情况下是特别有利的，即，在供电网中已经实施了诸如故障电流保护装置、过电流保护装置等保护措施。
附图说明
接下来参照图1至5更为详细地阐释本发明，这些图示例性地、示意性地并且非限制性地示出了本发明的有利设计方案。其中：
图1示出了一种包括逆变器、AC能量库、DC能量源和监控装置的布置系统；
图2示出了带有故障电流求取单元作为故障电流测量单元的布置系统；
图3示出了带有用于测量在绝缘阻抗上的绝缘电压的电压测量单元的布置系统；
图4示出了用于测量绝缘阻抗的一种备选的布置系统；
图5示出了AC频率、测试频率以及相关的故障电流、相位角、AC电压、故障电流相位角和绝缘电阻的变化曲线。
具体实施方式
图1示出了一种包括逆变器2、AC能量库4和DC能量源3的布置系统。逆变器2的AC接头AC1、AC2与AC能量库4连接以及逆变器2的DC接头DC+、DC-与DC能量源3连接。AC接头AC1、AC2例如可以构成逆变器2的两个相。逆变器2还包括可选的中间电路，其带有中间电路接头ZK+、ZK-，在这些中间电路接头之间出现DC中间电路电压Uzk。
也可以将基本多相设计的、例如三相设计的逆变器2与两相的AC能量库4连接，其中，逆变器2的三个相中的两个相与AC能量库4连接。多相的、例如三相的AC能量库4也可以与逆变器2的AC接头连接，其中，多个AC接头、例如三个AC接头分别由逆变器2的相构成。
逆变器2通过DC中间电路电压ZK、ZK-将由DC能量源3提供的DC输入电压Ue转换为AC电压ua，该AC电压又被提供给AC能量库4。因此，能量从DC能量源3传输给AC能量库4。DC电压Ue施加在各DC接头DC+、DC-之间并且AC电压ua施加在各AC接头AC1、AC2之间。例如可以设置电机或另外的耗电器作为AC能量库4。例如可以设置电池/蓄电器和/或光伏电池作为DC能量源3。
不仅在DC接头DC+、DC-上、而且在AC接头AC1、AC2上均可以分别设置滤波电容器和/或滤波电感器(未在图中示出)。
逆变器4也可以双向设计，这意味着，施加在AC接头AC1、AC2上的AC电压ua也可以转换为DC中间电路电压ZK+、ZK-并且进一步转换为施加在DC接头DC+、DC-上的DC输入电压Ue。因此也能够实现从AC接头AC1、AC2至中间电路的能量输送，在中间电路上例如连接有直接消耗PV电流的蓄电器/电池。双向的逆变器2也称为混合逆变器。因此也可以利用分开的AC接头也向耗电器供电，亦即例如由蓄电器/电池向耗电器供电。AC接头可以借助AC分离器打开，从而逆变器2与供电网分离。
在图中，逆变器2因此处于应急备用电网运行NE中，因为AC分离器是打开的，因此为简化起见没有示出供电网和AC分离器。如果将逆变器2切换到电网运行中(未示出)，那么AC接头AC1、AC2与供电网的电网相连接(闭合的AC分离器)并且AC能量库4可以被分离。如果将逆变器2再次切换到应急备用电网运行NE中，那么AC接头AC1、AC2与供电网的电源相分离并且与AC能量库4连接。能量库4例如可以是至少一个集成到逆变器2中的插座，至少一个耗电器可以被连接到该插座上并且可以被供电。
亦即，在这种变型方案中，逆变器2可以在应急备用电网运行NE中例如为与集成的插座连接的那些消耗器供电。所有另外的消耗器在此可以与AC分离器分离。
在另一种变型方案中也可能的是，集成的插座在电网运行期间也由供电网供电。在此，AC能量库尽管如此仍可以在电路技术上被分离并且一定程度上可以说与至供电网的连接桥接。
在应急备用电网运行NE中，电网保护装置在供电网的一侧是无效的，因为逆变器2与供电网分离并且因此也与电网保护装置分离。更确切地说，结合AC能量库4存在IT系统，该IT系统根据定义没有与接地电位GND连接。在逆变器2的AC接头AC1、AC2和接地电位GND之间存在AC绝缘电阻RisoAC，其中，按照本发明设置用于求取欧姆的AC绝缘电阻RisoAC的监控装置1。监控装置1包括故障电流求取单元10，该故障电流求取单元设计用于求取在AC接头AC1、AC2和接地电位GND之间流动的AC故障电流ifAC以执行绝缘测试I。计算单元11在使用AC故障电流ifAC的情况下计算AC绝缘电阻RisoAC。在AC绝缘电阻RisoAC中的“AC”指的是逆变器2的AC侧，在AC侧上出现AC绝缘电阻RisoAC。
如果在逆变器2中没有出现绝缘故障，那么AC绝缘电阻RisoAC是高的。但如果在逆变器2中出现了绝缘故障，那么AC绝缘电阻RisoAC降低。亦即，在出现绝缘故障时AC绝缘电阻RisoAC是低的。
如果故障电流求取单元10设计为故障电流测量单元，如图2所示那样，那么可以直接测量AC故障电流ifAC以执行绝缘测试I。可以设置交直流测量单元(英语为RCMU，剩余电流监控单元)作为故障电流测量单元10，其包围AC接头AC1、AC2并且测量总电流。
故障电流求取单元10和计算单元11可以相应地与逆变器的未示出的控制单元/调节单元连接，控制单元/调节单元设计用于操控故障电流求取单元10和计算单元11。
备选或附加地，故障电流求取单元10可以设计用于计算AC故障电流ifAC以执行绝缘测试I。为此可以在中间电路接头ZK+、ZK-中的一个中间电路接头和接地电位GND之间求取绝缘电压Uiso的交流电压分量，如在图3中所示那样。结合已知的在中间电路接头ZK+、ZK-中的一个中间电路接头和接地电位GND之间存在的绝缘阻抗Ziso，在故障电流求取单元10中可以计算AC故障电流ifAC。然后可以从AC故障电流ifAC相应地计算AC绝缘电阻RisoAC。如图4所示，特别是在多相的逆变器2中，也可以求取在中间电路中点ZKm和接地电位GND之间的绝缘电压Uiso的交流电压分量。可以如上面参考图3所描述的那样计算AC故障电流ifAC。绝缘电压Uiso可以在使用电压测量单元12的情况下求取，如在图3和4中示出的那样。电压测量单元12优选测量绝缘电压Uiso的直流电压分量和交流电压分量。
优选地，在绝缘测试I期间、特别是整个绝缘测试期间，将测试频率f大于AC电压ua的AC频率fAC的测试信号s调制到AC电压ua上，这在图1至4中通过“ua(+s)”表示。为了产生测试信号，可以设置测试信号生成器，为了将测试信号调制到AC电压ua上，可以设置测试信号耦合单元。
优选通过已知的寄生DC电容CisoDC、例如直流电压源(例如PV发电机)的DC侧电容近似计算绝缘阻抗Ziso。DC电容CisoDC可以对于逆变器2中的其它例行程序而言是需要的并且相应优选连续地被求取。在这种情况下，为了计算AC故障电流ifAC可以调用已经求取的DC电容CisoDC。可以认为绝缘阻抗Ziso几乎相当于电抗Xc，该电抗通过在AC电压的AC频率fAC下或者在使用测试信号s时在测试信号s的测试频率f下的寄生DC电容CisoDC形成。也可以通过已知的寄生DC电容CisoDC和并联的欧姆的DC绝缘电阻RisoDC来近似计算绝缘阻抗Ziso，如在图3中所表明的那样。在DC绝缘电阻RisoDC和DC电容CisoDC中的“DC”涉及逆变器2的DC侧，在DC侧上出现DC绝缘电阻RisoDC和DC电容CisoDC。特别是在绝缘阻抗Ziso的欧姆的DC绝缘电阻RisoDC小的情况下，绝缘阻抗Ziso又可以通过电抗Xc近似计算，因为在DC绝缘电阻RisoDC小或低的情况下已经可以认为存在DC绝缘故障，因此可以省去对AC绝缘电阻RisoAC的计算。
在两种情况下均可以直接从商ifAC＝Uiso/Ziso(在AC频率fAC下，或者当使用测试信号s时在测试信号s的测试频率f下)计算AC故障电流ifAC的值和相位角。为了计算AC故障电流ifAC，优选在AC频率fAC下或者当使用测试信号s时在测试信号s的测试频率f下，使用绝缘电压Uiso的交流电压分量。
与AC故障电流是根据图2测量还是根据图1、图3和/或图4进行计算无关的是，AC故障电流ifAC用作计算单元11的输入，该计算单元计算AC绝缘电阻RisoAC。为此，可以规定下列步骤：
在下一个步骤中，计算在AC电压ua(或测试信号s)的AC相位角与AC故障电流ifAC的故障电流相位角/>之间的相位偏差/> 亦即，相位偏差/>是AC电压ua(或测试信号s)和AC故障电流ifAC之间的过零距离。如果测试信号s叠加于AC电压ua，那么具有测试信号s的测试频率f的分量与所得到的电压ua+s有关。
如上面所阐述的那样，在DC绝缘电阻RisoDC高的情况下，可以从已知的关系(Z对应于Ziso)近似形成方程式/>然后可以对该方程式求解RisoAC，因此可以计算AC绝缘电阻RisoAC。
在此优选周期性地、例如在秒的范围内周期性地计算AC绝缘电阻RisoAC。
同样可以使用测试频率为f的测试信号s来计算AC绝缘电阻RisoAC。与AC频率fAC叠加/调制的测试频率f在此可以等于AC电压ua的AC频率fAC，或者优选等于更高的频率。测试信号s优选在绝缘测试I期间永久施加。
图5中，将在使用50Hz的AC频率fAC(右)下的和在使用150Hz的测试频率f(左)下的绝缘测试的测量值进行对比。
上图示出了带有AC频率fAC和测试频率f的绝缘电压Uiso的交流电压分量；在下图中则可以看到带有AC频率fAC和测试频率f的AC故障电流ifAC。可看出的是，在使用测试频率f大于AC频率fAC(亦即在此150Hz＞50Hz)测试信号s时的故障电流ifAC(或其幅度)比在使用AC频率fAC时所对应的故障电流ifAC更高。
此外，在图5左边示出了测试信号s的AC相位角和相关的故障电流相位角/>(虚线)，并且在图5右边示出了AC电压的AC相位角/>和相关的故障电流相位角/>(虚线)。亦即可看出的是，在AC频率f下的故障电流相位角/>偏离于在测试频率f下的故障电流相位角/>在绝缘测试I期间计算AC绝缘电阻RisoAC，这优选以测试时钟速率周期性地重复。测试时钟速率可以处于秒的范围内并且例如为1到5秒、优选3秒，这意味着，每1到5秒、优选每3秒重复绝缘测试I。如果从在AC电压ua(或测试信号s)的AC相位角/>与故障电流相位角/>之间的相位偏差/>计算出的AC绝缘电阻RisoAC低于预定的绝缘电阻阈值，那么存在AC绝缘故障。
因为DC电容CisoDC的电抗XC随频率上升，所以AC故障电流ifAC同样随着频率的上升而上升(参看图5，ifAC)，因此能够补偿可能波动的寄生DC电容CisoDC的影响。绝缘电压Uiso的交流电压分量的测量不受或仅略微受到增加的频率(这在此借助测试频率f＝150Hz相对AC频率f示出)的影响，因为尽管电流上升，但电抗XC也以同样程度降低。
因为逆变器4在AC接头和DC接头之间没有电流分离，所以也可以额外检测DC绝缘故障。这可以借助故障电流求取单元10(例如按图2的交直流测量单元RCMU)实现，故障电流求取单元测量故障电流ifAC的交流电压分量和直流电压分量。交直流测量单元特别适用于检测突然出现的DC绝缘故障。
但通常也可以通过如下方式检测DC绝缘故障，即，借助测试开关S将高阻的电阻R接入到中间电路接头ZK+、ZK-之一和接地电位GND之间，如图3中虚线所示那样并且同样对按图4的变型方案适用。测试开关S可以通过监控装置1操控。
可以通过如下方式检测DC绝缘故障，，即，将将高阻的电阻R接入到中间电路接头ZK+、ZK-之一和接地电位GND之间并且在接入高阻的电阻R之前和之后分别求取在中间电路接头ZK+、ZK-之一和接地电位GND之间的绝缘电压Uiso的直流电压分量。这两个直流电压分量彼此间的比例能够推断出绝缘电阻RisoDC的大小。绝缘电阻RisoDC越是高阻，则通过接通高阻的电阻R在中间电路接头ZK+、ZK-上相对于接地电位GND的电位移动得就越强烈。绝缘电压Uiso彼此间的比例越大，则DC绝缘电阻RisoDC就越大。
为了在按图2的变型方案中达到足够的速度和电流电阻，有利的是，用半导体开关替换或补充在交直流故障电流检测器中设置的开关，以便实现测试开关S。在所有的变型方案中，在接入高阻的电阻R之前和之后，求取在中间电路接头ZK+、ZK-之一和接地电位GND之间的绝缘电压Uiso的直流电压分量。
为了对DC绝缘故障和AC绝缘故障进行组合的绝缘监控，现在优选可以使用一个例行程序的下列流程：
1.检查是否存在DC绝缘故障
2.如果存在DC绝缘故障，则重复所述检查
3.如果不存在DC绝缘故障，将逆变器2切换到电网运行或应急备用电网运行中
4.检查是否存在DC或AC绝缘故障。这根据之前所描述的流程以测试时钟速率周期性地/串行地进行。
步骤4可以规定，根据规定，在应急备用电网运行期间在IT网中必须持续地检查AC和DC绝缘故障。在检测AC或DC绝缘故障时，亦即在AC绝缘电阻和/或DC绝缘电阻RisoDC过小时，可以相应地切断逆变器2。

Claims (10)

1.用于确定在逆变器(2)的AC接头(AC1、AC2)和接地电位(GND)之间的AC绝缘电阻(Rf)的方法，其中，在逆变器(2)的各DC接头(DC1、DC1)之间施加DC电压(Ue)并且在逆变器(2)的各AC接头(AC1、AC2)之间施加AC电压(ua)，DC接头(DC1、DC2)与DC能量源(3)连接，并且在应急备用电网运行(NE)中AC接头(AC1、AC2)与AC能量库(4)连接，以便将能量从DC能量源(2)传输给AC能量库(4)，其特征在于，在应急备用电网运行(NE)中执行绝缘测试(I)，其中，求取在AC接头(AC1、AC2)和接地电位(GND)之间流动的AC故障电流(ifAC)并且从AC故障电流(ifAC)计算AC绝缘电阻(RisoAC)，其中，从施加在中间电路接头(ZK+、ZK-)中的一个中间电路接头和接地电位(GND)之间的或者施加在中间电路中点(ZKm)和接地电位(GND)之间的绝缘电压(Uiso)、优选绝缘电压(Uiso)的交流电压分量以及处在所述一个中间电路接头(ZK+、ZK-)和接地电位(GND)之间的或者处在中间电路中点(ZKm)和接地电位(GND)之间的绝缘阻抗(Ziso)计算AC故障电流(ifAC)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，多次重复绝缘测试(I)，优选以测试时钟速率周期性地重复绝缘测试，特别优选以在秒的范围内的测试时钟速率周期性地重复绝缘测试。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过寄生DC电容(CisoDC)或通过寄生DC电容(CisoDC)和并联的DC绝缘电阻(RisoDC)近似计算绝缘阻抗(Ziso)。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在绝缘测试(I)期间，将测试频率(f)大于AC电压(ua)的AC频率(fAC)的测试信号调制到AC电压(ua)上。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在AC故障电流(IfAC)超过故障电流阈值时和/或在低于AC绝缘电阻(RisoAC)的绝缘电阻阈值时，将逆变器(4)切换到故障电流运行中和/或至少部分切断。
6.按照权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于，设置逆变器(2)的电网运行(NB)，其中，在从应急备用电网运行(NE)切换到电网运行(NB)时，将逆变器(2)的AC接头(AC1、AC2)与AC能量库(4)分离和/或与供电网连接，以便将能量从DC能量源(2)传输到供电网中，并且在电网运行(NB)中中断绝缘测试(I)。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，通过在中间电路接头(ZK+、ZK-)和接地电位(GND)之间接入高阻电阻来检测DC绝缘故障，在接入高阻电阻之前和之后分别求取在中间电路接头(ZK+、ZK-)之一和接地电位(GND)之间的绝缘电压(Uiso)的直流电压分量，并且求取各所求取的绝缘电压(Uiso)的比例并且从该比例推断出DC绝缘故障。
8.用于求取在逆变器(2)的AC接头(AC1、AC2)和接地电位(GND)之间的AC绝缘电阻(RisoAC)的监控装置(1)，其中，逆变器(2)的DC接头(DC1、DC1)能与DC能量源(3)连接，并且在应急备用电网运行(NE)中逆变器(2)的AC接头(AC1、AC2)能与AC能量库(4)连接，其特征在于，监控装置(1)包括故障电流求取单元(10)，故障电流求取单元设计用于求取在AC接头(AC1、AC2)和接地电位(GND)之间流动的AC故障电流(ifAC)，故障电流求取单元(10)设计用于，从施加在中间电路接头(ZK+、ZK-)和接地电位(GND)之间的绝缘电压(Uiso)、优选绝缘电压(Uiso)的交流电压分量以及处在中间电路接头(ZK+、ZK-)中的一个中间电路接头和接地电位(GND)之间的绝缘阻抗(Ziso)计算AC故障电流(ifAC)，并且监控装置(1)包括计算单元(11)，计算单元设计用于在使用AC故障电流(ifAC)的情况下计算AC绝缘电阻(RisoAC)。
9.按照权利要求8所述的监控装置(1)，其特征在于，设置电压测量单元(12)，电压测量单元设计用于测量施加在中间电路接头(ZK+、ZK-)中的一个中间电路接头和接地电位(GND)之间的绝缘电压(Uiso)、优选绝缘电压(Uiso)的交流电压分量，并且故障电流求取单元(10)设计用于，从绝缘电压(Uiso)、优选绝缘电压(Uiso)的交流电压分量和处在中间电路接头(ZK+、ZK-)和接地电位(GND)之间的绝缘阻抗(Ziso)计算AC故障电流(ifAC)。
10.包括逆变器(2)和按照权利要求8或9所述的监控单元(1)的布置系统。
CN202180077303.1A 2020-11-26 2021-11-25 用于应急备用电网运行的监控装置 Pending CN116490790A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20210023.6 2020-11-26
EP20210023 2020-11-26
PCT/EP2021/082950 WO2022112393A1 (de) 2020-11-26 2021-11-25 Überwachungsvorrichtung für den netzersatzbetrieb

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116490790A true CN116490790A (zh) 2023-07-25

Family

ID=73598744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180077303.1A Pending CN116490790A (zh) 2020-11-26 2021-11-25 用于应急备用电网运行的监控装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230408569A1 (zh)
EP (1) EP4252014B1 (zh)
CN (1) CN116490790A (zh)
AU (1) AU2021388896B2 (zh)
WO (1) WO2022112393A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114966205A (zh) * 2021-02-19 2022-08-30 华为数字能源技术有限公司 一种绝缘阻抗检测方法、装置及系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2256506B1 (de) 2009-05-27 2019-07-03 Bender GmbH & Co. KG Verfahren und Vorrichtung zur Isolationsüberwachung von ungeerdeten Gleich- und Wechselspannungsnetzen
US9274159B2 (en) 2013-07-16 2016-03-01 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for monitoring an electric power circuit
US9645185B2 (en) 2015-03-05 2017-05-09 Ford Global Technologies, Llc AC traction motor fault detection using DC bus leakage hardware
DE102018121979A1 (de) 2018-09-10 2020-03-12 Bender Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Isolationsüberwachung eines Umrichter-gespeisten Stromversorgungssystems

Also Published As

Publication number Publication date
AU2021388896B2 (en) 2024-05-16
EP4252014A1 (de) 2023-10-04
EP4252014B1 (de) 2024-05-08
AU2021388896A1 (en) 2023-06-22
EP4252014C0 (de) 2024-05-08
US20230408569A1 (en) 2023-12-21
WO2022112393A1 (de) 2022-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9153953B2 (en) Fault detection apparatus
KR0184651B1 (ko) 절연 상태 측정 방법, 절연 상태 판단 장치, 및 이를 이용한 분산형 전력 발전 시스템
US7986500B2 (en) Ground fault detection in an ungrounded electrical system
US8310242B2 (en) Circuit arrangement and method for insulation monitoring for inverter applications
US7786735B2 (en) Corrective device protection
CN106066450B (zh) 具有电压监控的绝缘监控装置及基于其的方法
US10882404B2 (en) Earth fault detecting device, and electricity storage system
RU2666803C1 (ru) Способ для измерения сопротивления изоляции в незаземленной электрической сети постоянного тока и для локализации замыкания на землю и двухполюсное устройство ввода тока
CN103419643B (zh) 一种高压配电控制方法及其装置
US8964339B2 (en) Faulty protective earth ground circuit detection system and method
US20090015973A1 (en) Increased Voltage Vehicle Electrical System
KR20140041621A (ko) 절연물의 결함을 검출하는 디바이스
US11275102B2 (en) Method for monitoring a ground resistance of an electric installation
CN105164545A (zh) 蓄电装置的异常检测电路及具备该电路的蓄电装置
CN106405322A (zh) 使用多功能测试电流的扩展的绝缘故障搜索的方法及装置
KR102158595B1 (ko) 절연 감시 시스템
CN116490790A (zh) 用于应急备用电网运行的监控装置
CN113906643A (zh) 检测直流电网中的接地故障
CN109842097A (zh) 电子保护电路
CN104160573A (zh) 备用电力系统和用于备用电力系统的接地装置
CN203543694U (zh) 一种高压配电控制装置
KR102111492B1 (ko) 누설 전류 감지 기능을 갖는 에너지 저장 장치
AU2019352740B2 (en) Method for testing a disconnection point of a photovoltaic inverter, and a photovoltaic inverter of this type
US11148545B2 (en) Vehicle ground fault detection
KR20230060662A (ko) 리튬 배터리용 에너지저장시스템의 안정성 시험 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination