CN1774847A

CN1774847A - 太阳能发电系统

Info

Publication number: CN1774847A
Application number: CN200480009985.9A
Authority: CN
Inventors: A·W·布伊; J·M·M·维斯臣; H·H·W·纳布; R·A·A·M·贾科布斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2006-05-17
Also published as: WO2004093284A1; EP1616378A1; US20060237057A1; JP2006526378A

Abstract

在太阳能发电系统中使用具有转换参考电平的接地故障检测系统。结果始终都可以确定该设备的漏电阻。

Description

太阳能发电系统

本发明涉及一种太阳能发电系统，该系统配备有

-太阳能电池板，包括

-第一输出端子和第二输出端子，

-置于输出端子之间的串联设置的光电池，

-接地故障检测装置，包括

-检测电路，该检测电路配备有包括第一和第二欧姆电阻器并连接该第一和第二输出端子的串联设置SA，

-第一信号产生器，用于产生信号S1，该信号S1表示第一和第二欧姆电阻器的公共端子与第二输出端子之间的电压差ΔV，

-耦合到接地故障检测装置的安全电路，用于根据信号S1改变太阳能发电系统的工作状态。

本发明还涉及一种包括该接地故障检测装置和该安全电路的壳体。

如在开头的段落中提到的太阳能发电系统通常是公知的。注意，太阳能电池板可包括一串串联设置的子电池板。图1中示出了用在这种太阳能发电系统中的太阳能电池板和接地故障检测装置。Vpv表示连接在第一输出端子K1和第二输出端子K2之间的串联设置的光电池的总电压。(1-n)Vpv表示由光电池的第一小部分产生的电压，nVpv表示由光电池的第二小部分产生的电压。n的值在零和一之间。Rx表示漏电阻器，该漏电阻器将太阳能电池板在光电池的第一和第二小部分之间的点连接到地电位。地电位表示太阳能发电系统所处的环境的电位。在公知的太阳能发电系统中，第一欧姆电阻器R1和第二欧姆电阻器R2的公共端子耦合到地电位。电路部分SC是安全电路，用于根据信号S1改变太阳能功率转换器的工作状态。通过欧姆电阻器R2形成用于产生信号S1的第一信号产生器。在图1中所示的电路中，信号S1等于电压差ΔV。安全电路SC的第一输入端子连接到欧姆电阻器R1和欧姆电阻器R2的公共端子。安全电路SC的第二输入端子连接到太阳能电池板的第二输出端子K2。第三输入端子连接到太阳能电池板的第一输出端子K1。太阳能电池板的第一输出端子K1通过开关元件Q连接到DC-AC转换器INV的第一输入端子。工作中，该DC-AC转换器将由太阳能电池板提供的DC电流转换成要提供给电力网的AC电流。安全电路SC的输出端子连接到开关元件Q的控制电极。图1中通过虚线表示出这种连接关系。DC-AC转换器INV的第二输入端子连接到第二输出端子K2。K3和K4是用于连接到电力网的DC-AC转换器INV的第一和第二输出端子。

接下来是图1中所示的太阳能发电系统的工作过程。实际上，经常假设n＝1或0，换句话说，假设在第一输出端子K1或第二输出端子K2或连接到这些输出端子的导线上发生对地的电流泄漏。当例如假设n＝1时，漏电阻器Rx与欧姆电阻器R1并联。当例如选择欧姆电阻器R1和R2的电阻相等时，电压差ΔV将为0.5*Vpv，这种情况下漏电阻器Rx的电阻为无穷大。在漏电阻器的电阻为有限值的情况下，电压差ΔV的值将高于0.5*Vpv，且可以很容易地从电压差ΔV的值中导出漏电阻器Rx的电阻。因为当n＝1时电压差ΔV和漏电阻之间具有明确的关系，所以电压差ΔV是表示漏电阻的信号。在电压差ΔV的值变为高于预定参考值的情况下，安全电路SC操作开关Q呈现为不导通，使得逆变器不能提供任何电力给电力网。通常，DC-AC转换器配备有一个或多个开关元件和一个用于控制开关元件的导通状态的控制电路。如果不利用开关元件Q，也就可以使包括在DC-AC转换器中用于控制包括在DC-AC转换器中的开关元件的控制电路失去作用。

类似地，当假设n＝0时，漏电阻器与欧姆电阻器R2并联。在再次选择欧姆电阻器R1和R2的电阻相等的情况下，漏电阻器Rx的有限电阻与小于0.5*Vpv的电压差ΔV的值相对应，并且再次用电压差ΔV来明确地表示漏电阻器Rx的电阻。在这种情况下(n＝0)，当电压差ΔV变为小于预定参考值时安全电路SC使开关元件Q呈现为不导通。

但是，实际上，并不是始终从输出端子K1和K2中之一处泄露，而是也可以从位于输出端子之间的太阳能电池板中的端子处泄漏。换句话说，n的值是在0和1之间的某个值，但通常不会准确地知道。可以看出(见图1)，在这种情况下，可以发生这种情况，即，因为R1/R2＝n/(1-n)，所以漏电阻器Rx具有有限值，但却不承载泄漏电流。在这种情况下，电压差ΔV的值将不受流过Rx的泄漏电流的影响，使得泄漏不会被检测到。对于n、R1和R2之间其它的每种关系(换句话说，对于R1/R2≠n/(1-n))，流过漏电阻器Rx的电流都将不为零，使得流过Rx的泄漏电流将导致电压差ΔV的值不同于R1*Vpv/(R1+R2)，因此可检测到泄漏。但是，由于n的值是未知的，所以也不知道Rx的电阻与电压差ΔV的值之间的关系。由于在规则中规定，在Rx的电阻下降到低于预定值的情况下要求太阳能发电系统不被接通或将其关断，因此在实际操作中，这会导致造成很严重的问题。

本发明的目的是提供一种包括接地故障检测系统的太阳能发电系统，其允许在所有环境条件下精确地确定Rx的电阻。

因此，根据本发明，在开头的段落中提到的太阳能发电系统的特征在于，该接地故障检测装置进一步配备有：

-包括在串联设置SA中的第三欧姆电阻器，

-开关电路部分，包括开关元件，并旁路该第三欧姆电阻器，

-耦合到开关元件的控制电极的控制电路，用于控制开关元件的导通状态，和

-耦合在第一信号产生器和安全电路之间用于产生第二信号S2的第二信号产生器，该第二信号S2表示在太阳能发电系统和其所处环境之间的漏电阻。

在根据本发明的电路布置中，在控制电路已使包括在开关电路中的开关元件呈现为不导通时，以及在控制电路已使包括在开关电路中的开关元件呈现为导通时，都测量电压差ΔV。从这两次测量中，可以在所有的环境条件下通过第二信号产生器导出n值和Rx的电阻，使得例如，安全电路可以在泄漏的量达到必须要进行动作的程度的情况下断开负载与太阳能发电系统的连接。

在根据本发明的太阳能发电系统的优选实施例中，该太阳能发电系统进一步包括耦合到太阳能电池板的第一和第二输出端子的DC-AC转换器。这种DC-AC转换器例如可以用来将由太阳能电池板产生的DC电流转换成要提供给电力网的AC电流。

优选地，包括在串联设置SA中的第三欧姆电阻器耦合在第二输出端子和第二欧姆电阻器之间。一个很重要的优点是，控制包括在开关电路中的开关元件的控制电路不需要包括电平移位器，因此可以比较简单。

已发现，在下面这种情况下是有利的，即第二信号产生器包括微控制器，用以与包括在开关电路中的导通或不导通的开关元件一起从ΔV的两次测量中导出漏电阻Rx。

为了保护包括在接地故障检测装置和安全电路中的电路不受湿气等的影响，这两个电路部分都可以包含在壳体中。在太阳能发电系统包括DC-AC转换器的情况下，优选地，该DC-AC转换器也包含在该壳体中。

将参考附图解释根据本发明的太阳能发电系统的实施例。在附图中：

图1示出了现有技术中的太阳能发电系统，和

图2示出了根据本发明的太阳能发电系统。

在上文中已经讨论了图1中所示的太阳能发电系统。

图2中与图1中的部件和电路部分相同的部件和电路部分已标记上相同的附图标记。而且在图2中，Vpv表示连接在第一输出端子K1和第二输出端子K2之间的串联设置的光电池的总电压。(1-n)Vpv表示由光电池的第一小部分产生的电压，nVpv表示由光电池的第二小部分产生的电压。n的值在零和1之间。Rx表示漏电阻器，该漏电阻器将太阳能电池板在光电池的第一和第二小部分之间的点连接到地电位。在图2中所示的太阳能发电系统中，第一输出端子K1通过形成串联设置SA的串联设置的三个欧姆电阻器R1、R2和R3连接到第二输出端子K2。欧姆电阻器R1和欧姆电阻器R2的公共端子连接到地。欧姆电阻器R3通过开关元件SW1被旁路，该开关元件SW1形成开关电路部分。电路部分CC是用于控制开关元件SW1的导通状态的控制电路。开关元件SW1的控制电极耦合到电路部分CC的输出端子。串联设置的欧姆电阻器R2和R3与开关元件SW1和控制电路CC一起形成第一信号产生器，用于产生信号S1，该信号S1表示第一欧姆电阻器R1和第二欧姆电阻器R2的公共端子与第二输出端子K2之间的电压差ΔV。实际上在这个实施例中，信号S1等于电压差ΔV。电路部分SSG是第二信号产生器，用于产生第二信号S2，该第二信号S2表示太阳能发电系统和其所处环境之间的漏电阻Rx。电路部分SSG包括图2中没有示出的微控制器。电路部分SSG的各个输入端子分别连接到欧姆电阻器R1和欧姆电阻器R2的公共端子以及第二输出端子K2。电路部分SSG的另一个输入端子连接到太阳能电池板的第一输出端子K1。安全电路SC的各个输入端子连接到电路部分SSG的对应的输出端子。经由电路部分SSG的另一个输出端子，包括在电路部分SSG中的微控制器的输出端子连接到控制电路CC的输入端子。经由这种连接，该微控制器可以触发控制电路CC以便使开关元件SW1呈现导通或不导通。图2中用虚线表示出这种连接。太阳能电池板的第一输出端子K1通过开关元件Q连接到DC-AC转换器INV的第一输入端子。安全电路SC的输出端子与开关元件Q的控制电极连接。用虚线表示出这种连接。DC-AC转换器INV的第二输入端子连接到第二输出端子K2。K3和K4是用于连接到电力网的DC-AC转换器INV的第一和第二输出端子。

接下来是图2中所示的太阳能发电系统的工作过程。

在太阳能发电系统变为运转的之后，微控制器就立即确保控制电路CC维持该接地故障检测装置在第一种工作状态。在接地故障检测装置的该第一种工作状态，开关元件SW1保持在不导通状态。测量在该第一种工作状态中电压ΔV的值ΔV1，并将该值存储在包括在电路部分SSG中的存储器中。随后，该微控制器确保该接地故障检测装置保持在第二种工作状态。在接地故障检测装置的该第二种工作状态中，开关元件SW1被呈现为导通。由于通过这种方式欧姆电阻器R3被有效地脱离开串联设置SA，所以电压差ΔV具有与第一值不同的第二值ΔV2，该第二值也存储在包括在电路部分SSG中的存储器中。

提供了接下来的等式：

ΔV＝Vpv*(RxRy+RyR1(1-n))/(RxRy+RyR1+RxR1)

在第一种工作状态中，ΔV＝ΔV1，并且Ry＝R2+R3，而在第二种工作状态中，ΔV＝ΔV2，且Ry＝R2。代入该等式中得到带有两个未知参数(n和Rx)的两个等式。可以通过微控制器从这些等式中找出这两个参数的值。当Rx的值小于预定参考值时，安全电路SC使开关元件Q呈现为不导通，使得DC-AC转换器保持为不工作。注意，Vpv的值非常依赖于如照射到太阳能电池板上的日光量这类参数，使得始终必须要测量Vpv的实际值。

将指出，根据接地故障检测装置的精确执行，可以在第一次触发或接通太阳能发电系统时执行接地故障检测装置两种不同的工作状态中的ΔV的测量。然后保持开关元件Q为不导通，使得DC-AC转换器不变为运转的，在这种情况下漏电阻Rx变为小于参考值。可供选择地，可以规则地如每个小时一次地执行该测量，或者在太阳能发电系统的使用者手动地或例如通过遥控设备来命令执行该测量时再执行。

Claims

1.太阳能发电系统，配备有：

-太阳能电池板，包括

-第一输出端子和第二输出端子，

-置于输出端子之间的串联设置的光电池，

-接地故障检测装置，包括

-耦合到接地故障检测装置的安全电路，用于根据信号S1改变太阳能发电系统的工作状态，

其特征在于，该接地故障检测装置进一步配备有：

-包括在串联设置SA中的第三欧姆电阻器，

-包括开关元件并旁路该第三欧姆电阻器的开关电路部分，

2.根据权利要求1的太阳能发电系统，其中，该太阳能发电系统进一步包括耦合到第一和第二输出端子的DC-AC转换器。

3.根据权利要求1或2的太阳能发电系统，其中，第三欧姆电阻器耦合在第二输出端子和第二欧姆电阻器之间。

4.根据权利要求1、2或3的太阳能发电系统，其中，第二信号产生器包括微控制器。

5.根据权利要求1-4的太阳能发电系统，其中，该太阳能发电系统包括包含接地故障检测装置和安全电路的壳体。

6.根据权利要求2和5的太阳能发电系统，其中，该壳体进一步包含该DC-AC转换器。