CN118151045A - 电力系统和对地阻抗的检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电力系统和对地阻抗的检测方法，电力系统包括变流器和短路检测装置，变流器包括串联的正母线电容和负母线电容且两个母线电容串联连接点为中性点，短路检测装置与等效中性点相连，等效中性点对地电势差与中性点对地电势差正相关，等效中性点包括变流器三相输出端连接端。短路检测装置向等效中性点输出第一、第二电压值，获取在输出第一、第二电压值情况下短路检测装置第一电流值和第二电流值。短路检测装置基于第一电压值、第二电压值、第一电流值和第二电流值获取电力系统对地阻抗，且在对地阻抗小于设定阈值时上报或者发出对地阻抗异常故障信息。采用本申请，可检测电力系统交流侧以及直流侧对地阻抗，对地阻抗检测范围广。

Description

电力系统和对地阻抗的检测方法

技术领域

本申请涉及电力电子领域，尤其涉及一种电力系统和对地阻抗的检测方法。

背景技术

为了提高光伏系统或者光伏储能系统的可靠性，需要监视系统对地的阻抗短路故障，系统发生漏液、不规范施工、线缆与支架摩擦等原因可能导致系统对地阻抗异常，引发系统中的光伏组串线缆等对地短路故障，对地阻抗异常时需要上报对地阻抗异常或者报警。传统发电、供电系统中，通常安装专用检测设备，专职进行系统对地阻抗检测。而专用检测设备价格昂贵，且增加系统复杂性，导致采购、安装和维护成本变高。出于兼容性和成本考虑，可以将对地阻抗检测功能逐渐集成到系统中其它设备，如集成到抗电势诱导衰减设备，通过复用抗电势诱导衰减设备实现对地阻抗检测功能。

本申请的发明人在研究和实验过程中发现，复用抗电势诱导衰减设备实现对地阻抗检测时，由于在抗电势诱导衰减设备外需要借助外接电阻协同，导致检测成本高，且只能检测系统交流侧的对地阻抗，无法兼顾检测直流侧的对地阻抗，阻抗短路故障检测效果差。

发明内容

本申请实施例提供一种电力系统和对地阻抗的检测方法，可同时检测电力系统交流侧的对地阻抗以及直流侧的对地阻抗，阻抗短路故障检测范围更广。

第一方面，本申请提供了一种电力系统，电力系统包括变流器和短路检测装置，变流器的输入端用于连接直流电源，变流器的输出端用于与交流负载耦合，变流器包括串联的正母线电容和负母线电容，正母线电容与负母线电容的串联连接点为中性点，短路检测装置与等效中性点相连，等效中性点的对地电势差与中性点的对地电势差正相关，等效中性点包括变流器的三相输出端的连接端。短路检测装置用于，向等效中性点输出第一电压值，获取在输出第一电压值的情况下短路检测装置的第一电流值，向等效中性点输出第二电压值，获取在输出第二电压值的情况下短路检测装置的第二电流值。短路检测装置用于，响应于第一电压值和第二电压值的差值，与第一电流值和第二电流值的差值之比小于设定阈值，上报或者发出对地阻抗异常故障信息。

本申请中，短路检测装置可以向等效中性点进行多次调压，结合每次调压的电压值以及电流值大小获取放电系统的交流侧以及直流侧的对地阻抗。短路检测装置获取电力系统的对地阻抗不需要额外的电阻，降低了检测成本，且能同时检测电力系统交流侧的对地阻抗以及直流侧的对地阻抗。短路检测装置可以响应于对地阻抗小于设定阈值，确定直流电源(可以是光伏组件或者储能电池)与变流器的输入端之间线路对地阻抗异常，或者变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路对地阻抗异常，对地阻抗检测范围更广。

在一种可能的实现方式中，电力系统的对地阻抗与第一电压值和第二电压值的差值和第一电流值和第二电流值的差值之比为正相关，短路检测装置用于，响应于对地阻抗小于设定阈值，确定直流电源与变流器的输入端之间线路对地阻抗异常，或者变流器的输出端与交流负载之间线路对地阻抗异常。短路检测装置获取电力系统的对地阻抗不需要额外的电阻，降低了检测成本，且能同时检测电力系统交流侧的对地阻抗以及直流侧的对地阻抗，阻抗短路故障检测范围更广，提高了电力系统工作的可靠性。

在一种可能的实现方式中，电力系统中包括变压器，变流器的输出端连接变压器的原边绕组，变压器的副边绕组用于连接交流负载，短路检测装置与变压器上的等效中性点相连。短路检测装置可以向等效中性点进行多次调压，结合每次调压的电压值以及电流值大小获取放电系统的交流侧以及直流侧的对地阻抗。

在一种可能的实现方式中，短路检测装置用于，在第一时刻向等效中性点输出第一电压值，并在第二时刻向等效中性点输出第二电压值，第一时刻和第二时刻之间的时间间隔为变流器输出交流电压周期的整数倍。基于第一电压值和第二电压值的差值与第一电流值和第二电流值的差值之比得到对地阻抗。这里，由于短路检测装置输出第一电压值和输出第二电压值的时刻间隔了变流器输出交流电压周期的整数倍，使得来自变流器的输出电压或者来自电网的输出电压、电流干扰可以抵消，进一步提高短路检测装置获取电力系统的对地阻抗的准确度。

在一种可能的实现方式中，短路检测装置用于，向等效中性点输出交流电压，交流电压的高电平持续时间为第一时间间隔，交流电压的低电平持续时间为第二时间间隔，获取交流电压为高电平期间内，短路检测装置输出的第一电压值和在输出第一电压值的情况下短路检测装置的第一电流平均值，获取交流电压为低电平期间内，短路检测装置输出的第二电压值和在输出第二电压值的情况下短路检测装置的第二电流平均值，第一时间间隔和第二时间间隔为变流器输出交流电压周期的整数倍。基于第一电压值和第二电压值的差值，与第一电流平均值和第二电流平均值的差值之比得到对地阻抗。这里，由于短路检测装置输出的交流电压的高电平持续时间以及低电平持续时间均为变流器输出交流电压周期的整数倍，使得来自变流器的输出电压或者来自电网的输出电压、电流干扰可以抵消，进一步提高短路检测装置获取电力系统的对地阻抗的准确度。

在一种可能的实现方式中，短路检测装置输出的交流电压波形为方波或梯形波。上述交流电压的高电平持续时间和低电平持续时间均为变流器输出交流电压周期的整数倍，使得来自变流器的输出电压或者来自电网的输出电压、电流干扰可以抵消，进一步提高短路检测装置获取电力系统的对地阻抗的准确度。

在一种可能的实现方式中，短路检测装置输出的交流电压波形为方波与周期波动的信号叠加，或者梯形波与周期波动的信号叠加，周期波动的信号周期的整数倍等于第一时间间隔和第二时间间隔。由于第一时间间隔和第二时间间隔的持续时间等于叠加的正弦波的周期整数倍，则短路检测装置获取第一时间间隔或第二时间间隔内，短路检测装置输出的电压与变流器任一相端口输出交流电压的叠加的平均值，上述叠加的正弦波和任一相端口输出的交流电压均可以抵消，不影响后续对地阻抗的计算。

在一种可能的实现方式中，变流器包括逆变电路，逆变电路包括至少一个桥臂和串联的正母线电容和负母线电容，桥臂并联在串联的正母线电容和负母线电容的两端，桥臂的一端与正母线电容和负母线电容的连接端相连，桥臂的另一端用于与交流负载耦合。

在一种可能的实现方式中，变流器包括直流变换电路，直流变换电路的输入端用于连接直流电源，直流变换电路的正极输出端和负极输出端分别连接在串联的正母线电容和负母线电容两端。

第二方面，本申请提供了一种对地阻抗的检测方法，其特征在于，其特征在于，方法包括向等效中性点输出第一电压值，获取在输出第一电压值的情况下输出的第一电流值，向等效中性点输出第二电压值，获取在输出第二电压值的情况下输出的第二电流值。响应于第一电压值和第二电压值的差值，与第一电流值和第二电流值的差值之比小于设定阈值，上报或者发出对地阻抗异常故障信息。其中，等效中性点的对地电势差与中性点的对地电势差正相关，中性点为变流器中正母线电容与负母线电容的串联连接点，变流器的输入端用于连接直流电源，变流器的输出端用于与交流负载耦合。

本申请中，通过向等效中性点进行多次调压，结合每次调压的电压值以及电流值大小获取放电系统的交流侧以及直流侧的对地阻抗。获取电力系统的对地阻抗不需要额外的电阻，降低了检测成本，且能同时检测电力系统交流侧的对地阻抗以及直流侧的对地阻抗。可以响应于对地阻抗小于设定阈值，确定直流电源(可以是光伏组件或者储能电池)与变流器的输入端之间线路对地阻抗异常，或者变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路对地阻抗异常，对地阻抗检测范围更广。

在一种可能的实现方式中，电力系统的对地阻抗与第一电压值和第二电压值的差值和第一电流值和第二电流值的差值之比为正相关，方法包括响应于对地阻抗小于设定阈值，确定直流电源与变流器的输入端之间线路对地阻抗异常，或者变流器的输出端与交流负载之间线路对地阻抗异常。获取电力系统的对地阻抗不需要额外的电阻，降低了检测成本，且能同时检测电力系统交流侧的对地阻抗以及直流侧的对地阻抗，阻抗短路故障检测范围更广。

在一种可能的实现方式中，方法包括在第一时刻向等效中性点输出第一电压值，并在第二时刻向等效中性点输出第二电压值，第一时刻和第二时刻之间的时间间隔为变流器输出交流电压周期的整数倍。这里，由于输出第一电压值和输出第二电压值的时刻间隔了变流器输出交流电压周期的整数倍，使得来自变流器的输出电压或者来自电网的输出电压、电流干扰可以抵消，进一步提高获取电力系统的对地阻抗的准确度。

在一种可能的实现方式中，方法包括向等效中性点输出交流电压，交流电压的高电平持续时间为第一时间间隔，交流电压的低电平持续时间为第二时间间隔，获取交流电压为高电平期间内，向等效中性点输出的第一电压值和在输出第一电压值的情况下输出的第一电流平均值，获取交流电压为低电平期间内，向等效中性点输出的第二电压值和在输出第二电压值的情况下输出的第二电流平均值，第一时间间隔和第二时间间隔为变流器输出交流电压周期的整数倍。基于第一电压值和第二电压值的差值，与第一电流平均值和第二电流平均值的差值之比得到对地阻抗。由于输出的交流电压的高电平持续时间以及低电平持续时间均为变流器输出交流电压周期的整数倍，使得来自变流器的输出电压或者来自电网的输出电压、电流干扰可以抵消，进一步提高短路检测装置获取电力系统的对地阻抗的准确度。

在一种可能的实现方式中，方法包括向等效中性点输出的交流电压波形为方波或梯形波。或者，向等效中性点输出的交流电压波形为方波与周期波动的信号叠加，或者梯形波与周期波动的信号叠加，周期波动的信号周期的整数倍等于第一时间间隔和第二时间间隔。由于第一时间间隔和第二时间间隔的持续时间等于叠加的正弦波的周期整数倍，则获取第一时间间隔或第二时间间隔内输出的电压与变流器任一相端口输出交流电压的叠加的平均值，上述叠加的正弦波和任一相端口输出的交流电压均可以抵消，不影响后续对地阻抗的计算。

附图说明

图1是本申请提供的电力系统的应用场景示意图；

图2是本申请提供的电力系统的一结构示意图；

图3是本申请提供的电力系统的另一结构示意图；

图4是本申请提供的电力系统的另一结构示意图；

图5是本申请提供的电力系统的另一结构示意图；

图6是本申请提供的电力系统的交流侧等效电路示意图；

图7是本申请提供的电力系统的直流侧等效电路示意图；

图8是本申请提供的短路检测装置的一输出电压波形示意图；

图9是本申请提供的电力系统的交流侧以及直流侧等效电路示意图；

图10是本申请提供的短路检测装置的另一输出电压波形示意图；

图11是本申请提供的短路检测装置的另一输出电压波形示意图。

具体实施方式

参见图1，图1是本申请提供的电力系统的应用场景示意图。在本申请提供的电力系统中可包括直流电源和变流器，其中，直流电源可由光伏阵列组成，光伏阵列的输出端可以连接变流器的第一端，变流器的第二端连接交流负载。在图1所示的电力系统中，光伏阵列可以由一个或者多个光伏组串并联组成，一个光伏组串可以由一个或者多个光伏组件串联得到。变流器可以对光伏阵列提供的直流电进行电压变流转换之后输出交流电至交流负载，交流负载可以为交流电网或者交流用电设备。这里，上述变流器并网时，交流负载可以为交流电网，上述变流器离网时，交流负载可以为交流用电设备。

在一些可行的实施方式中，请再次参见图1，上述直流电源还可以包括储能电池，储能电池的输出端可以连接变流器的第一端，变流器的第二端连接交流负载。变流器可以对储能电池提供的直流电进行变流转换，并将变流转换后得到交流电输出给交流负载供电。

在一些可行的实施方式中，请再次参见图1，电力系统中可以包括变压器，变流器的第二端可以通过变压器连接交流负载，上述变压器可以改变(可以是升压、降压等)变流器提供的交流电，并将变压后的交流电给交流负载供电。

在图1所示的应用场景中，由于电力系统发生漏液、不规范施工、线缆与支架摩擦等原因可能导致系统对地阻抗异常，比如，可能引发系统中的光伏组串线缆等对地短路故障，对地阻抗异常时需要上报对地阻抗异常或者报警，从而及时对故障线缆进行维修、更换。传统发电、供电系统中，通常安装专用检测设备，专职进行系统对地阻抗检测。而专用检测设备价格昂贵，且增加系统复杂性，导致采购、安装和维护成本变高。出于兼容性和成本考虑，可以将对地阻抗检测功能逐渐集成到系统中其它设备，如集成到抗电势诱导衰减(Potential Induced Degradation，PID)设备，通过复用抗PID设备实现对地阻抗检测功能。当光伏组件使用一段时间后，会出现发电性能衰减的问题，进而导致整个光伏系统的输出功率下降，通过抗PID设备对光伏组件进行抬压，可以避免光伏组件对地共模电压过低，维持了光伏组件发电性能。然而，复用抗PID设备实现对地阻抗检测时，由于在抗PID设备外需要借助外接电阻协同，导致检测成本高，且只能检测电力系统交流侧的对地阻抗，无法兼顾检测直流侧的对地阻抗，阻抗短路故障检测效果差。

本申请提供的电力系统中，电力系统可以包括变流器和短路检测装置(图1中未示出)，当电力系统变流器连接的直流电源包括光伏组串时，电力系统包含的短路检测装置可以是抗PID设备，当上述变流器连接的直流电源仅包括储能电池时，上述短路检测装置可以是具有电压源功能的其他设备，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。变流器可以包括串联的正母线电容和负母线电容，且正母线电容与负母线电容的串联连接点为中性点，上述短路检测装置可以与等效中性点相连，等效中性点的对地电势差与中性点的对地电势差正相关。具体的，短路检测装置可以向等效中性点进行至少两次调压，换句话说，短路检测装置可以向等效中性点输出至少两次电压值，获取多次调压中的第一电压值和第二电压值，并分别获取在输出上述第一电压值的情况下短路检测装置的第一电流值以及在输出上述第二电压值的情况下短路检测装置的第二电流值。进一步地，短路检测装置可以基于第一电压值和第二电压值的差值，以及第一电流值和第二电流值的差值，确定电力系统的对地阻抗。这里，短路检测装置可以向等效中性点进行多次调压，结合每次调压的电压值以及电流值大小，短路检测装置可以获取放电系统的交流侧以及直流侧的对地阻抗。短路检测装置获取电力系统的对地阻抗不需要额外的电阻，降低了检测成本，且能同时检测电力系统交流侧的对地阻抗以及直流侧的对地阻抗。短路检测装置可以响应于对地阻抗小于设定阈值，确定直流电源(可以是光伏组件或者储能电池)与变流器的输入端之间线路对地阻抗异常(比如对地短路)，或者变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路对地阻抗异常，对地阻抗检测范围更广。

参见图2，图2是本申请提供的电力系统的一结构示意图，在图2所示的电力系统中可以包括直流电源、变流器和变压器，其中，直流电源可以是包括多个光伏组串的光伏阵列或者储能电池等。上述变流器的输入端连接该电力系统中的直流电源，变流器的输出端通过变压器与交流电网耦合。在图2所示的电力系统中，变流器对直流电源输出的直流电进行变流转换，并将变流转换后得到的交流电(可以是第一交流电)输出到变压器，变压器基于变流器输出的交流电进行电压变换，并经过并网点向交流电网输出升压或者降压后的交流电(可以是第二交流电)以对交流负载供电。

在图2所示的电力系统中，电力系统可以包括短路检测装置，上述短路检测装置可以是具有电压源功能的设备，比如可以是抗PID设备，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。变流器可以包括串联的正母线电容和负母线电容(图2未示出)，且正母线电容与负母线电容的串联连接点为中性点，上述短路检测装置可以与等效中性点相连，等效中性点的对地电势差与中性点的对地电势差正相关。比如，短路检测装置可以与变压器上的等效中性点相连。具体的，变压器上的等效中性点可以为变压器与变流器之间星形接线的情况下，变压器包含线圈的首端连接在一起的共同接点。短路检测装置可以向变压器上的等效中性点进行至少两次调压，换句话说，短路检测装置可以向变压器上的等效中性点输出至少两次电压值，获取多次调压中的第一电压值和第二电压值，并分别获取在输出上述第一电压值的情况下短路检测装置的第一电流值以及在输出上述第二电压值的情况下短路检测装置的第二电流值。进一步地，短路检测装置可以基于第一电压值和第二电压值的差值，以及第一电流值和第二电流值的差值，确定电力系统的对地阻抗。这里，电力系统的对地阻抗可以包括直流电源(可以是光伏组件或者储能电池)与变流器的输入端之间线路上的对地阻抗Rdc1和Rdc2，以及包括变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路上的对地阻抗Rac1、Rac2和Rac3。短路检测装置可以响应于对地阻抗小于设定阈值，确定直流电源与变流器的输入端之间线路对地短路，或者变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路对地短路。短路检测装置获取电力系统的对地阻抗不需要额外的电阻，降低了检测成本，且能同时检测电力系统交流侧的对地阻抗以及直流侧的对地阻抗，阻抗短路故障检测范围更广，提高了电力系统工作的可靠性。

在一些可行的实施方式中，参见图3，图3是本申请提供的电力系统的另一结构示意图，在图3所示的电力系统中，电力系统可以包括短路检测装置，上述短路检测装置可以是具有电压源功能的设备，比如可以是抗PID设备，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。变流器可以包括串联的正母线电容和负母线电容(图3未示出)，且正母线电容与负母线电容的串联连接点为中性点，上述短路检测装置可以与等效中性点相连，等效中性点的对地电势差与中性点的对地电势差正相关。比如，短路检测装置可以与变流器的三相输出端的连接端相连。短路检测装置可以向变压器上的等效中性点进行至少两次调压，换句话说，短路检测装置可以向变压器上的等效中性点输出至少两次电压值，获取多次调压中的第一电压值和第二电压值，并分别获取在输出上述第一电压值的情况下短路检测装置的第一电流值以及在输出上述第二电压值的情况下短路检测装置的第二电流值。进一步地，短路检测装置可以基于第一电压值和第二电压值的差值，以及第一电流值和第二电流值的差值，确定电力系统的对地阻抗。这里，电力系统的对地阻抗可以包括直流电源与变流器的输入端之间线路上的对地阻抗Rdc1和Rdc2，以及包括变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路上的对地阻抗Rac1、Rac2和Rac3。短路检测装置可以响应于对地阻抗小于设定阈值，确定直流电源与变流器的输入端之间线路对地短路，或者变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路对地短路。短路检测装置获取电力系统的对地阻抗不需要额外的电阻，降低了检测成本，且能同时检测电力系统交流侧的对地阻抗以及直流侧的对地阻抗，阻抗短路故障检测范围更广，提高了电力系统工作的可靠性。

下面将结合图2至图11对本申请实施例提供的变流器和短路检测装置进行示例说明。上述变流器可以包括逆变电路，该逆变电路可以包括多个桥臂，各个桥臂可以包括串联的四个桥臂开关管，串联的四个桥臂开关管并联在变流器中正母线电容和负母线电容的两端。请一并参见图4，图4是本申请提供的电力系统的另一结构示意图。如图4所示，图4中电力系统包含的变流器可以包括逆变电路，该逆变电路包括串联的电容C1和电容C2，以及3个桥臂(桥臂a、桥臂b和桥臂c)，其中桥臂a、桥臂b和桥臂c分别为ABC三相桥臂，且上述桥臂a、桥臂b以及桥臂c分别引出ABC三相对应的端口。桥臂a可以包括串联的四个桥臂开关管(为方便描述，可以表示为开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13和开关管Q14)，开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13和开关管Q14依次串联且并联在电容C1和电容C2的两端，开关管Q11和开关管Q12的连接端通过串联的两个二极管与开关管Q13和开关管Q14的连接端相连，串联的两个二极管的连接端与电容C1和电容C2的连接端(即中性点)相连，且开关管Q12与开关管Q13的连接端可以引出A相端口，该A相端口可以通过一个电感和一个电容与上述中性点相连。桥臂b可以包括开关管Q21、开关管Q22、开关管Q23、开关管Q24和两个二极管，桥臂c可以包括开关管Q31、开关管Q32、开关管Q33、开关管Q34和两个二极管。可以理解的，图4所示的变流器中，桥臂b以及桥臂c的电路结构与上述桥臂a相同，此处不再赘述。这里，当上述变流器连接的直流电源包括光伏组串时，上述变流器还可以包括直流变换电路，以直流变换电路为BOOST电路为例，该直流变换电路可以包括串联的开关管Q10和二极管D1，开关管Q10和二极管D1串联后并联在电容C1和电容C2两端，开关管Q10和二极管D1连接端与电感L1的一端相连，电感L1的另一端作为变流器的正极输入端，开关管Q10和电容C2的连接端作为变流器的负极输入端。当上述变流器连接的直流电源仅包括储能电池时，上述变流器的逆变电路输入端可以通过双向功率变换电路与储能电池相连，请一并参见图5，图5是本申请提供的电力系统的另一结构示意图。如图5所示，图5中电力系统包含的变流器可以包括逆变电路，该逆变电路的电路结构与上述图4所示的逆变电路相同，此处不再赘述。上述变流器可以包括串联的开关管Q10和开关管Q20，开关管Q10和开关管Q20串联后并联在电容C1和电容C2两端，开关管Q10和开关管Q20连接端与电感L1的一端相连，电感L1的另一端作为变流器的正极输入端，开关管Q10和电容C2的连接端作为变流器的负极输入端。上述图4或者图5所示的变流器中，变流器的各开关管可以为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，简称为MOS管，还可以为绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)等，在此不做限制。变流器的A相端口、B相端口和C相端口相连的电感分别作为变流器的三相输出端。变流器的正极输入端和负极输入端用于连接直流电源，正极输入端和负极输入端与直流电源之间线路上的对地阻抗分别表示为Rdc1和Rdc2，变流器的三相输出端用于连接变压器的原边绕组，且A相端口、B相端口和C相端口与变压器之间线路上的对地阻抗分别表示为Rac1、Rac2和Rac3。

当电力系统变流器连接的直流电源包括光伏组串时，电力系统包含的短路检测装置可以是抗PID设备，当上述变流器连接的直流电源仅包括储能电池时，上述短路检测装置可以是具有电压源功能的其他设备，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。上述短路检测装置可以与等效中性点相连，等效中性点的对地电势差与中性点的对地电势差正相关。比如，短路检测装置可以与变流器的三相输出端的连接端相连，或者，短路检测装置可以与变压器上的等效中性点相连。图4所示的电力系统以短路检测装置与变压器上的等效中性点相连为例，该变压器上的等效中性点可以为变压器与变流器之间星形接线的情况下，变压器包含线圈的首端连接在一起的共同接点。短路检测装置可以向变压器上的等效中性点进行至少两次调压，换句话说，短路检测装置可以向变压器上的等效中性点输出至少两次电压值，获取多次调压中的第一电压值和第二电压值，并分别获取在输出上述第一电压值的情况下短路检测装置的第一电流值以及在输出上述第二电压值的情况下短路检测装置的第二电流值。进一步地，短路检测装置可以基于第一电压值和第二电压值的差值，与上述第一电流值和第二电流值的差值之比，得到电力系统的对地阻抗。这里，电力系统的对地阻抗可以包括直流电源(可以是光伏组件或者储能电池)与变流器的输入端之间线路上的对地阻抗Rdc1和Rdc2，以及包括变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路上的对地阻抗Rac1、Rac2和Rac3。请一并参见图6，图6是本申请提供的电力系统的交流侧等效电路示意图。如图6所示，电力系统的交流侧可以包括由变流器的三相输出端等效三个的交流电压源，分别是A相端口、B相端口和C相端口输出的交流电压源Ua、交流电压源Ub和交流电压源Uc。交流电压源Ua、交流电压源Ub和交流电压源Uc分别与对地阻抗Rac1、Rac2和Rac3串联后，并联在短路检测装置等效的电压源Upid两端。请一并参见图7，图7是本申请提供的电力系统的直流侧等效电路示意图。如图7所示，电力系统的直流侧可以包括由变流器正直流母线和负直流母线之间母线电压的一半等效的直流电压源Ubus1和Ubus2，以及变流器输入端电压等效的直流电压源Uin，直流电压源Ubus1和对地阻抗Rdc1串联后并联在短路检测装置等效的电压源Upid两端，直流电压源Ubus2、直流电压源Uin和对地阻抗Rdc2串联后并联在短路检测装置等效的电压源Upid两端。

在一些可行的实施方式中，短路检测装置可以在第一时刻向等效中性点输出第一电压值，并在第二时刻向等效中性点输出第二电压值，且上述第一时刻和第二时刻之间的时间间隔为变流器输出交流电压周期的整数倍，或者，当上述变流器并网时，上述第一时刻和第二时刻之间的时间间隔为可以为交流电网周期的整数倍。短路检测装置可以基于第一电压值和第二电压值的差值与第一电流值和第二电流值的差值之比得到电力系统的对地阻抗。具体的，以图4所示的变流器为例，短路检测装置可以在第一时刻向变压器上的等效中性点输出第一电压值(为方便描述，可以表示为Upid1)，并间隔变流器输出交流电压周期的整数倍后，在第二时刻向变压器上的等效中性点输出第二电压值(为方便描述，可以表示为Upid2)，并分别获取在输出Upid1的情况下短路检测装置的第一电流值(为方便描述，可以表示为Ipid1)以及在输出Upid1的情况下短路检测装置的第二电流值(为方便描述，可以表示为Ipid1)。请一并参见图8，图8是本申请提供的短路检测装置的一输出电压波形示意图。如图8所示，短路检测装置可以在a1输出Upid1，并在变流器输出交流电压周期T0后的a2输出Upid2。其中，图8中的正弦波形可以是变流器的A相端口、B相端口或者C相端口中任一相输出的交流电压波形。以正弦波形为A相端口输出的交流电压波形为例，短路检测装置输出Upid1的时刻，与输出Upid2的时刻所对应的A相电压大小相同，由于A相端口输出的交流电压大小在a1、a2时刻相同，则当求取Upid2与Upid1的差值时，A相端口输出的交流电压可以抵消。同理，当求取Ipid2与Ipid1的差值时，A相端口输出的交流电流也可以抵消，B相端口与C相端口输出的交流电压、交流电流类似。可以理解的，上述图6中的交流电压源Ua、交流电压源Ub和交流电压源Uc在上述图8的调压情况下可以等效为导线。请一并参见图9，图9是本申请提供的电力系统的交流侧以及直流侧等效电路示意图。图9中包含的等效电路1可以是上述图6所示的交流侧等效电路与图7所示的直流侧等效电路的叠加。等效电路1中可以包括Rac0，Rac0为上述图6中对地阻抗Rac1、Rac2和Rac3的并联等效阻抗。Rac0并联在串联的直流电压源Ubus0和对地阻抗Rdc1两端，直流电压源Ubus0为变流器正直流母线和负直流母线之间母线电压的一半等效的直流电压源，直流电压源Ubus0和对地阻抗Rdc1的连接端通过串联的直流电压源Uin和对地阻抗Rdc2接地。基于戴维南定理，可以将上述等效电路1等效为简化后的等效电路2，其中，等效电路2包括串联的直流电压源Ucm和对地阻抗Rcm，直流电压源Ucm为等效电路1中直流电压源Ubus0和直流电压源Uin的等效直流电压源，对地阻抗Rcm为并联的对地阻抗Rac1、Rac2和Rac3叠加对地阻抗Rdc1和Rdc2的等效阻抗，即对地阻抗Rcm为电力系统直流侧和交流侧的等效对地阻抗。短路检测装置可以在第一时刻向等效中性点输出Upid1，并间隔变流器输出交流电压周期的整数倍后，在第二时刻向性点或者等效中性点输出Upid2，并分别获取在输出Upid1的情况下短路检测装置的Ipid1以及在输出Upid1的情况下短路检测装置的Ipid1，则如图9所示，电力系统直流侧和交流侧的等效对地阻抗Rcm可以表示为：

这里，由于短路检测装置输出第一电压值和输出第二电压值的时刻间隔了变流器输出交流电压周期的整数倍，使得来自变流器的输出电压或者来自电网的输出电压、电流干扰可以抵消，进一步提高短路检测装置获取电力系统的对地阻抗的准确度。短路检测装置可以响应于电力系统的对地阻抗小于设定阈值，确定直流电源与变流器的输入端之间线路对地短路，或者变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路对地短路。短路检测装置获取电力系统的对地阻抗不需要额外的电阻，降低了检测成本，且能同时检测电力系统交流侧的对地阻抗以及直流侧的对地阻抗，阻抗短路故障检测范围更广，提高了电力系统工作的可靠性。

在一些可行的实施方式中，短路检测装置可以输出交流电压，该交流电压的高电平持续时间可以为第一时间间隔，交流电压的低电平持续时间可以为第二时间间隔。短路检测装置可以获取交流电压为高电平期间内，输出的第一电压值和在输出第一电压值的情况下短路检测装置的第一电流平均值，并获取交流电压为低电平期间内，输出的第二电压值和在输出第二电压值的情况下短路检测装置的第二电流平均值，上述第一时间间隔和上述第二时间间隔为变流器输出交流电压周期的整数倍。具体的，以图4所示的变流器为例，短路检测装置可以向变压器上的等效中性点输出交流电压，该交流电压的高电平持续时间可以为第一时间间隔(为方便描述，可以表示为T1)，交流电压的低电平持续时间可以为第二时间间隔(为方便描述，可以表示为T2)，T1和T2为变流器输出交流电压周期T0的整数倍。请一并参见图10，图10是本申请提供的短路检测装置的另一输出电压波形示意图。如图10所示，短路检测装置可以输出高电平持续时间为T1、低电平持续时间为T2的矩形波交流电压，且T1、T2的持续时间可以为一个变流器输出交流电压周期T0。其中，图10中的正弦波形可以是变流器的A相端口、B相端口或者C相端口中任一相输出的交流电压波形。以正弦波形为A相端口输出的交流电压波形为例，短路检测装置可以获取交流电压为高电平期间内，输出的第一电压值(为方便描述，可以表示为Upid1)和在输出Upid1的情况下短路检测装置的第一电流平均值，并获取交流电压为低电平期间内，输出的第二电压值(为方便描述，可以表示为Upid2)和在输出第二电压值的情况下短路检测装置的第二电流平均值。由于T1、T2的持续时间为变流器输出交流电压周期T0，即T1、T2的持续时间为A相端口输出交流电压的周期，则短路检测装置可以通过获取T1内，短路检测装置输出的电压与A相端口输出交流电压的叠加的平均值，A相端口输出的交流电压可以抵消，从而得到上述Upid1。可以通过获取T2内，短路检测装置输出的电压与A相端口输出交流电压的叠加的平均值，A相端口输出的交流电压可以抵消，从而得到上述Upid2。同理，短路检测装置可以通过获取T1内，短路检测装置输出的电流与A相端口输出交流电流的叠加的平均值，A相端口输出的交流电流可以抵消，从而得到第一电流平均值作为第一电流值(为方便描述，可以表示为Ipid1)，短路检测装置可以通过获取T2内，短路检测装置输出的电流与A相端口输出交流电流的叠加的平均值，A相端口输出的交流电流可以抵消，从而得到第二电流平均值作为第二电流值(为方便描述，可以表示为Ipid2)，B相端口与C相端口输出的交流电压、交流电流类似。可以理解的，上述图6中的交流电压源Ua、交流电压源Ub和交流电压源Uc在上述图10的调压情况下可以等效为导线。同样的，基于上述图9所示的等效电路1和等效电路2，可以得到电力系统直流侧和交流侧的等效对地阻抗为第一电压值和第二电压值的差值，与第一电流平均值和第二电流平均值的差值之比得到对地阻抗。这里，由于短路检测装置输出的交流电压的高电平持续时间以及低电平持续时间均为变流器输出交流电压周期的整数倍，使得来自变流器的输出电压或者来自电网的输出电压、电流干扰可以抵消，进一步提高短路检测装置获取电力系统的对地阻抗的准确度。短路检测装置可以响应于电力系统的对地阻抗小于设定阈值，确定直流电源与变流器的输入端之间线路对地短路，或者变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路对地短路。短路检测装置获取电力系统的对地阻抗不需要额外的电阻，降低了检测成本，且能同时检测电力系统交流侧的对地阻抗以及直流侧的对地阻抗，阻抗短路故障检测范围更广，提高了电力系统工作的可靠性。

在一些可行的实施方式中，上述短路检测装置输出的交流电压波形为方波或梯形波等，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。上述交流电压的高电平持续时间和低电平持续时间均为变流器输出交流电压周期的整数倍。

在一些可行的实施方式中，上述短路检测装置输出的交流电压波形可以为方波或梯形波与其他周期波动的信号叠加，请一并参见图11，图11是本申请提供的短路检测装置的另一输出电压波形示意图。如图11所示，短路检测装置可以输出高电平持续时间为T1、低电平持续时间为T2的矩形波交流电压，且该矩形波可以叠加另一个正弦波，上述T1和T2的持续时间等于该正弦波的周期整数倍。该交流电压波形中，由于T1和T2的持续时间等于叠加的正弦波的周期整数倍，则短路检测装置获取T1或者T2内，短路检测装置输出的电压与变流器任一相端口输出交流电压的叠加的平均值，上述叠加的正弦波和任一相端口输出的交流电压均可以抵消，不影响后续对地阻抗的计算。

在一些可行的实施方式中，当短路检测装置与变压器上的等效中性点相连时，短路检测装置可以在变流器停止工作时，响应于对地阻抗小于设定阈值，确定变流器的输出端与变压器的原边绕组之间线路出现对地短路。

在一些可行的实施方式中，短路检测装置响应于对地阻抗小于设定阈值，可以上报或者发出对地阻抗异常故障信息。具体的，控制器可以向独立的通信装置(比如移动电话或者其他便携通信设备)发送对地短路故障信息，使得通信装置通过图像、声音等方式提示电力系统中出现对地短路故障。或者，控制器可以向在电力系统中安装的报警设备发送对地短路故障信息，使得报警设备通过图像、声音等方式提示对地短路故障，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。

在一些可行的实施方式中，上述变流器中的桥臂a可以包括串联的四个桥臂开关管(为方便描述，可以表示为开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13和开关管Q14)，开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13和开关管Q14依次串联且并联在电容C1和电容C2的两端，开关管Q11和开关管Q12的连接端通过串联的两个开关管(开关管Q15和开关管Q16)与开关管Q13和开关管Q14的连接端相连，开关管Q15和开关管Q16的连接端与中性点相连，且开关管Q12与开关管Q13的连接端可以引出A相端口。桥臂b以及桥臂c的电路结构与上述桥臂a相同，此处不再赘述。

在一些可行的实施方式中，上述变流器中的桥臂a可以包括两个串联的第一桥臂开关管和第二桥臂开关管(为方便描述，可以表示为开关管Q11和开关管Q12)，开关管Q11和开关管Q12可以并联在功率变换器中串联的电容C1和电容C2的两端，开关管Q11和开关管Q12的连接端可以引出A相端口，且开关管Q11和开关管Q12的连接端可以通过另外串联的第三桥臂开关管和第四桥臂开关管(为方便描述，可以表示为开关管Q13和开关管Q14)与电容C1和电容C2的串联连接点相连。桥臂b以及桥臂c的电路结构与上述桥臂a相同，此处不再赘述。

Claims (14)

1.一种电力系统，其特征在于，所述电力系统包括变流器和短路检测装置，所述变流器的输入端用于连接直流电源，所述变流器的输出端用于与交流负载耦合，所述变流器包括串联的正母线电容和负母线电容，所述正母线电容与所述负母线电容的串联连接点为中性点，所述短路检测装置与等效中性点相连，所述等效中性点的对地电势差与所述中性点的对地电势差正相关，所述等效中性点包括所述变流器的三相输出端的连接端；

所述短路检测装置用于，向所述等效中性点输出第一电压值，获取在输出所述第一电压值的情况下所述短路检测装置的第一电流值，向所述等效中性点输出第二电压值，获取在输出所述第二电压值的情况下所述短路检测装置的第二电流值；

所述短路检测装置用于，响应于所述第一电压值和所述第二电压值的差值，与所述第一电流值和所述第二电流值的差值之比小于设定阈值，上报或者发出对地阻抗异常故障信息。

2.根据权利要求1所述的电力系统，其特征在于，所述电力系统的对地阻抗与所述第一电压值和所述第二电压值的差值和所述第一电流值和所述第二电流值的差值之比为正相关，所述短路检测装置用于，响应于所述第一电压值和所述第二电压值的差值，与所述第一电流值和所述第二电流值的差值之比小于所述设定阈值，确定所述对地阻抗小于所述设定阈值，上报或者发出所述对地阻抗异常故障信息。

3.根据权利要求1或2所述的电力系统，其特征在于，所述电力系统中包括变压器，所述变流器的输出端连接所述变压器的原边绕组，所述变压器的副边绕组用于连接交流负载，所述短路检测装置与所述变压器上的等效中性点相连。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电力系统，其特征在于，所述短路检测装置用于，在第一时刻向所述等效中性点输出所述第一电压值，并在第二时刻向所述等效中性点输出所述第二电压值，所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间间隔为所述变流器输出交流电压周期的整数倍。

5.根据权利要求1-3任一项所述的电力系统，其特征在于，所述短路检测装置用于，向所述等效中性点输出交流电压，所述交流电压的高电平持续时间为第一时间间隔，所述交流电压的低电平持续时间为第二时间间隔，获取所述交流电压为高电平期间内，所述短路检测装置输出的第一电压值和在输出所述第一电压值的情况下所述短路检测装置的第一电流平均值，获取所述交流电压为低电平期间内，所述短路检测装置输出的第二电压值和在输出所述第二电压值的情况下所述短路检测装置的第二电流平均值，所述第一时间间隔和所述第二时间间隔为所述变流器输出交流电压周期的整数倍；

基于所述第一电压值和所述第二电压值的差值，与所述第一电流平均值和所述第二电流平均值的差值之比得到所述对地阻抗。

6.根据权利要求5所述的电力系统，其特征在于，所述短路检测装置输出的交流电压波形为方波或梯形波。

7.根据权利要求6所述的电力系统，其特征在于，所述短路检测装置输出的交流电压波形为所述方波与周期波动的信号叠加，或者所述梯形波与所述周期波动的信号叠加，所述周期波动的信号周期的整数倍等于所述第一时间间隔和所述第二时间间隔。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电力系统，其特征在于，所述变流器包括逆变电路，所述逆变电路包括至少一个桥臂和所述串联的正母线电容和负母线电容，所述桥臂并联在所述串联的正母线电容和负母线电容的两端，所述桥臂的一端与所述正母线电容和所述负母线电容的连接端相连，所述桥臂的另一端用于与所述交流负载耦合。

9.根据权利要求8所述的电力系统，其特征在于，所述变流器包括直流变换电路，所述直流变换电路的输入端用于连接所述直流电源，所述直流变换电路的正极输出端和负极输出端分别连接在所述串联的正母线电容和负母线电容两端。

10.一种对地阻抗的检测方法，其特征在于，其特征在于，所述方法包括：

向等效中性点输出第一电压值，获取在输出所述第一电压值的情况下输出的第一电流值，向所述等效中性点输出第二电压值，获取在输出所述第二电压值的情况下输出的第二电流值；

响应于所述第一电压值和所述第二电压值的差值，与所述第一电流值和所述第二电流值的差值之比小于设定阈值，上报或者发出对地阻抗异常故障信息；

其中，所述等效中性点的对地电势差与中性点的对地电势差正相关，所述中性点为变流器中正母线电容与负母线电容的串联连接点，所述变流器的输入端用于连接直流电源，所述变流器的输出端用于与交流负载耦合。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述对地阻抗与所述第一电压值和所述第二电压值的差值和所述第一电流值和所述第二电流值的差值之比为正相关，所述方法包括：

响应于所述第一电压值和所述第二电压值的差值，与所述第一电流值和所述第二电流值的差值之比小于所述设定阈值，确定所述对地阻抗小于所述设定阈值，上报或者发出所述对地阻抗异常故障信息。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

在第一时刻向所述等效中性点输出所述第一电压值，并在第二时刻向所述等效中性点输出所述第二电压值，所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间间隔为所述变流器输出交流电压周期的整数倍。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

向所述等效中性点输出交流电压，所述交流电压的高电平持续时间为第一时间间隔，所述交流电压的低电平持续时间为第二时间间隔，获取所述交流电压为高电平期间内，向所述等效中性点输出的第一电压值和在输出所述第一电压值的情况下输出的第一电流平均值，获取所述交流电压为低电平期间内，向所述等效中性点输出的第二电压值和在输出所述第二电压值的情况下输出的第二电流平均值，所述第一时间间隔和所述第二时间间隔为所述变流器输出交流电压周期的整数倍；

基于所述第一电压值和所述第二电压值的差值，与所述第一电流平均值和所述第二电流平均值的差值之比得到所述对地阻抗。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

向所述等效中性点输出的交流电压波形为方波或梯形波；

或者，向所述等效中性点输出的交流电压波形为所述方波与周期波动的信号叠加，或者所述梯形波与所述周期波动的信号叠加，所述周期波动的信号周期的整数倍等于所述第一时间间隔和所述第二时间间隔。