CN117277242B - 一种光伏系统的漏电流抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光伏系统的漏电流抑制方法，应用于光伏系统，光伏系统通过DC/AC单元输出端分别与电网连接的继电器S1和S2的闭合来实现并网；漏电流的抑制包括如下过程：在进行并网时，将两个继电器进行先后的分级闭合，且在第一个继电器闭合前，光伏系统适于将DC/AC单元输出端的对地电容Cac+和Cac‑的电压vac+和vac‑控制为零。本申请的有益效果：本申请可以通过多种控制方式对共模电压进行控制，并通过继电器的分级闭合来解决传统并网系统中由于继电器闭合引起的漏电流超标的问题，可以防止漏电保护器出现无故障跳闸；进而可以有效的提高光伏系统的并网稳定性。

Description

一种光伏系统的漏电流抑制方法
技术领域
本申请涉及电气故障技术领域，尤其是涉及一种光伏系统的漏电流抑制方法。
背景技术
如图1所示，为现有的一种光伏系统的典型拓扑结构，其前级为DC/DC单元110，这里可以采用Boost拓扑，但不限于此；后级为DC/AC单元120，这里可以采用Heric拓扑，但不限于此。当进行光伏系统的并网时，需要闭合继电器S1和S2；在实际中，发现继电器闭合时容易触发网侧的漏电保护器，即图1中的输出地电流即漏电流i0容易超标，这将会影响光伏系统的正常并网，所以现在急需对继电器闭合时所产生的漏电流进行抑制。
发明内容
本申请的其中一个目的在于提供一种能够解决上述背景技术中至少一个缺陷的光伏系统的漏电流抑制方法。
为达到上述的至少一个目的，本申请采用的技术方案为：一种光伏系统的漏电流抑制方法，应用于光伏系统的并网过程，光伏系统通过DC/AC单元的输出端分别与电网连接的继电器S1和S2的闭合来实现并网；其中，继电器S2与电网的零线端连接，继电器S1与电网的火线端连接；漏电流的抑制包括如下过程：在进行并网时，将继电器S2和S1按照顺序先后进行分级闭合，且在继电器S2闭合前，光伏系统适于将DC/AC单元输出端的对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-控制为零。
优选的，光伏系统适于通过软件控制共模电压的方式将电压vac+和vac-控制为零；或者，光伏系统适于通过硬件钳位的方式将电压vac+和vac-控制为零。
优选的，DC/AC单元通过软件控制先不发差模电压，只发共模电压voc；以使得DC/AC单元的输出端对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-为零。
优选的，共模电压voc=，以使得DC/AC单元的输出端对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-为零；其中，Vdc为母线电压；VPV为光伏系统中光伏组件的输出电压；CPV+和CPV-分别为光伏组件的输出正负端的对地电容；Cdc+和Cdc-分别为正负母线的对地电容。
优选的，DC/AC单元发共模电压voc的过程如下：将指令值为零和反馈电压vac-作差后送入PI控制器，进而产生共模参考指令voc *；DC/AC单元适于按照共模参考指令voc *生成共模电压voc。
优选的，DC/AC单元发共模电压voc的过程如下：检测光伏组件的输出负端对地电压VPV-，然后加上半母线电压Vdc/2并取反；将得到信号作为共模参考指令voc *，DC/AC单元适于按照共模参考指令voc *生成共模电压voc。
优选的，DC/AC单元的输出端与电网之间并联有开关单元；则硬件钳位的过程如下：DC/AC单元先不发波，然后将开关单元导通，以使得光伏系统的共模回路被隔断；进而DC/AC单元的输出端对地电容Cac+和Cac-失去能量，则电压vac+和vac-为零。
优选的，在继电器S2闭合后，DC/AC单元适于发差模电压，然后将继电器S1闭合。
优选的， DC/AC单元在发差模电压后对电网的电压进行跟踪；以使得DC/AC单元的差模电压与电网的电压实现同频、同相和同幅后对继电器S1进行闭合。
优选的，在差模电压与电网的电压同频、同相和同幅后，于电网的过零点之前的时间对继电器S1进行闭合；其中，/>等于继电器S1闭合的延时时间。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
本申请可以通过多种控制方式对共模电压进行控制，并通过继电器的分级闭合来解决传统并网系统中由于继电器闭合引起的漏电流超标的问题，可以防止漏电保护器出现无故障跳闸；进而可以有效的提高光伏系统的并网稳定性。
附图说明
图1为现有技术中一种光伏系统的拓扑结构示意图。
图2为图1所示光伏系统的对地电容分布结构示意图。
图3为图1所示光伏系统在继电器未闭合前对应的等效电路图。
图4为图3所示等效电路图的简化结构示意图。
图5为本发明获取共模参考的其中一个实施例的电路结构示意图。
图6为本发明获取共模参考的另一个实施例的电路结构示意图。
图7为本发明进行共模回路隔断的电路结构示意图。
图中：DC/DC单元110、DC/AC单元120、开关单元130。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、 “横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，光伏系统包括依次连接的光伏组件PV、DC/DC单元110以及DC/AC单元120，光伏系统通过DC/AC单元120的输出端与电网进行连接，且DC/AC单元120的输出端和电网之间分别通过串联的继电器S1和继电器S2进行连接，进而通过继电器S1和继电器S2的闭合来实现光伏系统的并网；其中，继电器S2与电网的零线端连接，继电器S1与电网的火线端连接。
为了方便对本申请的方案进行理解，首先可以对继电器闭合前引起漏电流的共模电压进行分析。
根据图1所示的光伏系统的拓扑结构，可以分析得到图2所示的光伏系统的对地电容分布结构示意图。光伏系统在并网时主要考虑的对地阻抗有：光伏组件PV的输出侧正负端对地电容CPV+和CPV-；正负母线的对地电容Cdc+和Cdc-；DC/AC单元120的输出端对地电容Cac+和Cac-以及电网的对地阻抗Cg。
根据图2可以对光伏系统未进行并网前的电路进行等效，得到如图3所示的等效电路图。其中，DC/AC单元120本身产生的差模电压和共模电压分别为vo/2以及voc；vo为母线中点O的电压。一般来说，CPV+=CPV-=CPV，Cdc+=Cdc-=Cdc，则对图3所示的等效电路进行简化，可以得到图4所示的简化电路示意图。
则根据图4所示，直流侧等效的直流电源为：
；则对应的等效阻抗由2CPV+2Cdc决定。
一般来说，等效阻抗（2CPV+2Cdc）的电压为Vdc1+vac1；其中，Vdc1为直流电压，vac1为交流电压。则根据图4所示，可以得到对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-对应的表达式：
。
。
一般来说，对地电容Cac+=Cac-=Cac；则根据图4可以得到如下表达式：
。
对上式进行化简，可以得到下式：
。
按照直流和交流分别相等的原则：
。
。
将上式带入电压vac+和vac-对应的表达式中，可以得到：
。
。
由上式可知，在继电器S1和S2闭合前，对地电容Cac+和Cac-本身就具有电压，这一电压在继电器闭合时，会造成突变的电流分量，进而引起漏电流i0超标，使得漏电保护装置发生跳闸。为了实现对光伏系统进行并网时，由于继电器的闭合导致的漏电流i0超标进行抑制，本申请提供了下述的漏电流抑制方法。
本申请的其中一个实施例，如图5至图7所示，一种光伏系统的漏电流抑制方法，应用于光伏系统的并网过程，光伏系统通过DC/AC单元120的输出端分别与电网连接的继电器S1和S2的闭合来实现并网。则漏电流的抑制包括如下过程：在进行并网时，将继电器S2和S1按照顺序先后进行分级闭合，且在继电器S2闭合前，光伏系统可以将DC/AC单元120输出端的对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-控制为零。
应当知道的是，由前述的内容可知，在继电器闭合前，DC/AC单元120输出端的对地电容Cac+和Cac-本身就具有电压。所以要想在闭合继电器后保证不导致漏电流i0的超标，需要在继电器闭合前将DC/AC单元120输出端的对地电容Cac+和Cac-的电压消除，进而在继电器闭合时，光伏系统进行并网的电流分量基本不会产生突变，以保证漏电保护装置不会出现非故障跳闸。
还应当知道的是，由图4所示的简化电路可知，在对地电容Cac+和Cac-的电压被消除后，若将两个继电器同时进行闭合，则在对地电容Cac+和Cac-的电压进行恢复时也可能会产生电流分量的突变。
而本实施例采用将继电器进行先后分级的闭合，即在对地电容Cac+和Cac-的电压被消除后，可以先闭合一个继电器。由于继电器S1连接于电网的火线端，继电器S2连接于电网的零线端；如图4所示，若先闭合继电器S1，将导致对地电容Cac+通过继电器S1与电网进行连接，进而产生一定的电流分量的突变；而先闭合继电器S2，电网依旧与对地电容Cac+和Cac-处于断路状态，进而无法产生电流分量的突变。所以，在对地电容Cac+和Cac-的电压被消除后，可以先闭合继电器S2；然后在撤去对对地电容Cac+和Cac-的电压消除后，可以将继电器S1进行闭合。
本实施例中，光伏系统对于对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-控制为零的控制方式有多种，包括但不限于下述的两种方式。
方式一：如图5和图6所示，光伏系统可以通过软件控制共模电压voc的方式将对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-控制为零。
具体的控制过程如下：光伏系统通过软件控制DC/AC单元120先不发差模电压，只发共模电压voc；以使得DC/AC单元120的输出端对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-为零。
可以理解的是，由图4所示的简化电路图可知，DC/AC单元120可以通过发共模电压voc与对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-进行相应的抵消，进而使对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-为零。则由前述的内容可知，共模电压voc=- Vdc_eq=，代入对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-的表达式中，可以得到vac+=vo/2，vac-=-vo/2。由于DC/AC单元120不发差模电压，即vo=0；进而电压vac+和vac-的值均为零。
本方式中，对于DC/AC单元120发共模电压voc的具体控制方法有多种，包括但不限于下述的两种：
方法一：闭环产生法，如图5所示，将指令值为零和反馈电压vac-作差后送入PI控制器，进而可以产生共模参考指令voc *。然后DC/AC单元120可以按照共模参考指令voc *生成共模电压voc。
方法二：直接产生法，如图6所示，检测光伏组件PV的输出负端对地电压VPV-，然后加上半母线电压Vdc/2并取反。然后将得到信号作为共模参考指令voc *发送至DC/AC单元120，进而DC/AC单元120可以按照共模参考指令voc *生成共模电压voc。
可以理解的是，光伏组件PV的输出负端对地电压VPV-加上半母线电压Vdc/2所得到的电压其实就是母线中点的对地电压；由图4可知，该电压在数值上等于Vdc_eq+Vdc1+vac1。在取反后，将此电压信号作为共模参考指令voc *，其实质上是使voc= – (Vdc_eq+Vdc1+vac1)；进而可以实现对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-的值为零。
方式二：如图7所示，光伏系统可以通过硬件钳位的方式将电压vac+和vac-控制为零。
具体的，如图1和图7所示，光伏系统的DC/AC单元120的输出端与电网之间还并联有开关单元130。则具体的硬件钳位的过程如下：光伏系统控制DC/AC单元120先不发波，然后将开关单元130导通以使得光伏系统的共模回路被隔断。进而DC/AC单元120输出端的对地电容Cac+和Cac-将失去能量，则相应的电压vac+和vac-为零。
可以理解的是，开关单元130的具体结构有多种，其中一种结构如图7所示，开关单元130包括一对串联的开关管S3和S4；开关管S3和S4可以采用场效应管或可控晶闸管。本实施例中开关管S3和S4优选采用场效应管，且开关管S3和S4的连接方向相反。
本实施例中，对于继电器S1和S2的分级闭合过程，在继电器S2闭合后，光伏系统可以控制DC/AC单元120发差模电压，然后将继电器S1进行闭合。
为了方便理解，下面可以针对软件控制和硬件钳位分别对继电器的分级闭合过程进行详细的描述。
针对软件控制，继电器的分级闭合过程如下：
S110：光伏系统通过软件控制DC/AC单元120不发差模，只发共模电压voc，且在数值上voc=-Vdc_eq。然后将继电器S2闭合，将不会对共模电流产生冲击。
S120：在继电器S2闭合后，光伏系统控制DC/AC单元120发差模电压，然后将继电器S1进行闭合。
针对硬件钳位，继电器的分级闭合过程如下：
S210：光伏系统控制DC/AC单元120先不发波。
S220：然后将开关单元130进行开通，这样可以对共模回路进行隔断，以使得对地电容Cac+和Cac-没有能量，导致相应的电压vac+和vac-为零。然后闭合继电器S2，将不会对共模电流产生冲击。
S230：在继电器S2闭合后，光伏系统控制DC/AC单元120发差模电压，然后将继电器S1进行闭合。
应当知道的是，在继电器S1闭合后，光伏系统将与电网进行并网。此时若DC/AC单元120的差模电压与电网电压不同步，将会对光伏系统的并网造成一定的影响。所以，在步骤S120或S230中，在继电器S1闭合前，需要保证DC/AC单元120发的差模电压与电网电压同步。
具体的，在步骤S120或S230中，光伏系统在控制DC/AC单元120发差模电压后可以对电网的电压进行跟踪；以使得DC/AC单元120的差模电压与电网的电压实现三同，即同频、同相和同幅；然后再将继电器S1进行闭合。
应当知道的是，在进行继电器S1的闭合时，尽可能的将继电器S1于电网电压的过零点时刻进行闭合，以最大化的减小继电器闭合造成的漏电流突变。
具体的，在DC/AC单元120控制差模电压与电网的电压同频、同相和同幅后，于电网的过零点之前的时间对继电器S1进行闭合；其中，/>等于继电器S1闭合的延时时间。
应当知道的是，继电器S1的闭合存在延时，延时的时间为。所以想要继电器S1的闭合时刻与电网电压的过零点时刻对应，需要提前一个延时时间/>对继电器S1进行闭合，进而在继电器S1完全闭合时，电网的电压正好处于过零点位置；从而可以最大化的减小继电器闭合造成的漏电流突变。
以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种光伏系统的漏电流抑制方法，应用于光伏系统的并网过程，光伏系统通过DC/AC单元的输出端分别与电网连接的继电器S1和S2的闭合来实现并网；其中，继电器S2与电网的零线端连接，继电器S1与电网的火线端连接；其特征在于，漏电流的抑制包括如下过程：
在进行并网时，将继电器S2和S1按照先将继电器S2闭合，然后将继电器S1闭合的顺序先后进行分级闭合；且在继电器S2闭合前，光伏系统将DC/AC单元输出端的对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-控制为零。
2.如权利要求1所述的光伏系统的漏电流抑制方法，其特征在于：光伏系统通过软件控制共模电压的方式将电压vac+和vac-控制为零；或者，光伏系统通过硬件钳位的方式将电压vac+和vac-控制为零。
3.如权利要求2所述的光伏系统的漏电流抑制方法，其特征在于：DC/AC单元通过软件控制先不发差模电压，只发共模电压voc；以使得DC/AC单元的输出端对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-为零。
4.如权利要求3所述的光伏系统的漏电流抑制方法，其特征在于：
共模电压voc=，以使得DC/AC单元的输出端对地电容Cac+和Cac-的电压vac+和vac-为零；
其中，Vdc为母线电压；VPV为光伏系统中光伏组件的输出电压；CPV+和CPV-分别为光伏组件的输出正负端的对地电容；Cdc+和Cdc-分别为正负母线的对地电容。
5.如权利要求4所述的光伏系统的漏电流抑制方法，其特征在于：DC/AC单元发共模电压voc的过程如下：将指令值为零和反馈电压vac-作差后送入PI控制器，进而产生共模参考指令voc *；DC/AC单元按照共模参考指令voc *生成共模电压voc。
6.如权利要求4所述的光伏系统的漏电流抑制方法，其特征在于：DC/AC单元发共模电压voc的过程如下：检测光伏组件的输出负端对地电压VPV-，然后加上半母线电压Vdc/2并取反以得到共模参考指令voc *；DC/AC单元按照共模参考指令voc *生成共模电压voc。
7.如权利要求2所述的光伏系统的漏电流抑制方法，其特征在于：DC/AC单元的输出端与电网之间并联有开关单元；则硬件钳位的过程如下：
DC/AC单元先不发波，然后将开关单元导通，以使得光伏系统的共模回路被隔断；进而DC/AC单元的输出端对地电容Cac+和Cac-失去能量，则电压vac+和vac-为零。
8.如权利要求1-7任一项所述的光伏系统的漏电流抑制方法，其特征在于：在继电器S2闭合后，DC/AC单元发差模电压，然后将继电器S1闭合。
9.如权利要求8所述的光伏系统的漏电流抑制方法，其特征在于：DC/AC单元在发差模电压后对电网的电压进行跟踪；以使得DC/AC单元的差模电压与电网的电压实现同频、同相和同幅后对继电器S1进行闭合。
10.如权利要求9所述的光伏系统的漏电流抑制方法，其特征在于：在差模电压与电网的电压同频、同相和同幅后，于电网的过零点之前的时间对继电器S1进行闭合；其中，等于继电器S1闭合的延时时间。
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