CN203596750U

CN203596750U - 具有绝缘监测装置的逆变器

Info

Publication number: CN203596750U
Application number: CN201320649007.7U
Authority: CN
Inventors: 布卡德·米勒
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2023-10-21

Abstract

公开了一种逆变器，其具有第一节点、第二节点、和接地点。第一开关在第一节点与接地点之间提供了可切换的连接路径，第二开关在第二节点与接地点之间提供了可切换的连接路径。逆变器还包括绝缘监测装置，其被构造为在第一开关闭合、第二开关断开时测量第一电流，并且在第一开关断开、第二开关闭合时测量第二电流。根据第一电流和第二电流来确定第一节点与接地点之间的第一等效绝缘电阻和第二节点与接地点之间的第二等效绝缘电阻。只有在绝缘电阻值小于预定的阀值时才允许逆变器运行。

Description

具有绝缘监测装置的逆变器

技术领域

本发明涉及一种逆变器，其具有确定相对于接地点的绝缘电阻值的能力。

背景技术

在诸如设有光伏发电机和逆变器的光伏设备之类的电气设备中，载压零件之间的绝缘性可能会由于潮湿、污垢或短路而恶化。因而，电压源（如发电机）的正节点或负节点与地面之间的绝缘电阻可能会减小。

在接地设备中，这会导致故障电流，可对故障电流进行监测并适当地对其作出反应。在未接地的设备中，在单个接地故障的情况下不会存在这种电流。只有存在例如因有人接触设备而导致的第二接地故障时，才可能存在潜在危险的故障电流。因此，有必要确定这种设备的接地状态，特别是在设备开始运行前。

发明内容

在本发明的一个方面，提供一种逆变器，特别是作为电气设备的一部分的逆变器，其包括第一节点、第二节点、和接地点。第一开关在第一节点与接地点之间提供了可切换的连接路径，第二开关在第二节点与接地点之间提供了可切换的连接路径。绝缘监测装置被构造为在第一开关闭合、第二开关断开时测量第一电流，在第一开关断开、第二开关闭合时测量第二电流。根据第一电流和第二电流确定第一节点与接地点之间的第一等效绝缘电阻和第二节点与接地点之间的第二等效绝缘电阻。可使用第一绝缘电阻值和第二绝缘电阻值来确定逆变器的接地状态，只有当确定的等效绝缘电阻或组合电阻值（如两个单独的绝缘电阻值的并联电阻值）小于预定的阀值时才允许逆变器运行。否则，电压源（如光伏发电机）可与逆变器断开。

可使用第一节点与第二节点之间的电压（例如发电机连接到逆变器时的发电机电压）来确定第一等效绝缘电阻和第二等效绝缘电阻。

在一个优选的实施例中，可以在接地点处测量第一电流和第二电流。为此，可使用电流传感器或分流电阻器。利用相同的配置来测量第一电流和第二电流。作为替换，第一电流可以被测量为连接在第一节点与第一开关之间的第一分流电阻器上的电压降，第二电流可以被测量为连接在第二节点与第二开关之间的第二分流电阻器上的电压降。在该配置中，可在相应的节点电位处或接近相应的节点电位处测量电流值，从而使测量更简便并准确。

在另一个有利的实施例中，该逆变器还包括连接在第二节点与第二开关之间的恒流源、以及用于测量第一电流和第二电流的电流传感器，该电流传感器连接在第一节点与第一开关之间。此外，提供优选为晶体管（例如MOSFET或IGBT）的桥接开关，其用于可切换性地将电流传感器与第一开关之间的中点连接到恒流源与第二开关之间的中点。在该实施例中，可实现位于或接近第一节点电位的单个电流传感器，例如集成在位于第一节点电位的微控制器中，从而简化了准确并有成本效益的电流测量，进而简化了对设备的接地状态的准确监测。

作为选择，第一开关和第二开关可被配置为单个双路开关，或者被配置为单个或两个继电器或半导体开关。

在本发明的实施中，可以将逆变器的第一节点连接到光伏发电机的正极端子，将第二节点连接到光伏发电机的负极端子，和/或优选地，所述逆变器可以是无变压器的逆变器。

附图说明

参照下面的附图对本发明进行更详细的描述。

图1示出了本发明的第一实施例。

图2示出了本发明的第二实施例。

图3示出了本发明的第三实施例。

具体实施方式

如图1所示的电气设备包括逆变器1，该逆变器1的第一节点50连接到光伏发电机90的正极端子。发电机90的负极端子连接到逆变器1的第二节点60。串联连接的第一开关10与第二开关20位于第一节点50与第二节点60之间。第一开关10与第二开关20之间的中点经由电流传感器30连接到接地点70。此外，第一节点50与第二节点60之间的电压U_G由电压传感器40确定。绝缘监测装置80耦接到电压传感器40以及电流传感器30，从而分别从这些传感器获得测量数值，并且绝缘监测装置80还被构造为控制第一开关10和第二开关20。

在绝缘监测过程中，优选地，在连接到发电机90后、启动逆变器的运行前，绝缘监测装置80将第一开关10闭合，同时将第二开关20断开，并通过电流传感器30测量第一电流值I₁。在该第一开关配置中，由于直接接到接地点70，第一节点50被置为接地电位。随后，断开第一开关10，闭合第二开关20，并通过电流传感器30测量第二电流值I₂。在该第二开关配置中，第二节点60被置为接地电位。

可以看到，不依赖于发电机90或逆变器1中的接地故障的位置和数量，设备的接地状态可由置于第一节点50与接地点70之间的第一等效绝缘电阻R_P和置于第二节点60与接地点70之间的第二等效绝缘电阻R_n表示。第一等效绝缘电阻R_P和第二等效绝缘电阻R_n二者在图1中被标示为具有虚线连接线的电阻器。可将该二者组合在一起作为单个等效绝缘电阻R_ISO，R_ISO ^-1=R_P ^-1+R_n ^-1，即，假定两个电阻并联。

在第一开关配置中，第一电流I₁对应于流经第二等效绝缘电阻R_n的电流，在第二开关配置中，第二电流I₂对应于流经第一等效绝缘电阻R_P的电流，因此，可使用下面的等式计算绝缘电阻（流向接地点70的电流为正电流值）：

R_n=U_G/I₁；R_P=U_G/-I₂；R_ISO=U_G/(I₁-I₂)

在图2中，第一电流I₁和第二电流I₂的测量是通过确定连接在节点50与和开关10之间的第一分流电阻器105以及连接在节点60和开关20之间的第二分流电阻器115上的电压降实现的。电压降是通过相应的电压传感器100、110测量的，电压传感器100、110耦接到绝缘监测装置80以传送测量值。用于对第一电流I₁和第二电流I₂进行测量的两种开关配置、以及用于确定等效绝缘电阻R_P、R_n、R_ISO的等式保持不变。由于在测量过程中电压传感器100、110对于各自的节点电位是打开或关闭的，因此能够进行准确的电压测量。

图3示出了本发明的另一个优选的实施例。提供电流I_S的恒流源200插在第二节点60与第二开关20之间，单个电流传感器210插在第一节点50与第一开关10之间。此外，桥接开关220可切换性地将电流传感器210与第一开关10之间的中点连接到恒流源200与第二开关20之间的中点。在以上述的第一开关配置和第二开关配置通过电流传感器210进行电流测量的过程中，桥接开关220是闭合的。因而，电流传感器210测量恒流源200与各等效绝缘电阻R_P、R_n上的电流的组合电流I_S。相应地，可通过修改后的等式计算等效绝缘电阻：

R_n=U_G/(I₁-I_S)；R_P=U_G/(I_S-I₂)；R_ISO=U_G/(I₁-I₂)

当然，电流传感器210也可以是具有相应的电压传感器的分流电阻器。由于电流传感器对于其中一个节点电位是打开或关闭的，因此可利用逆变器的处于相同电位的电子组件（如微控制器）进行简单、有成本效益、并且准确的测量。

参考标号列表

1逆变器

10、20开关

30电流传感器

40电压传感器

50、60节点

70接地点

80绝缘监测装置

90光伏发电机

100、110电压传感器

105、115分流电阻器

200恒流源

210电流传感器

220桥接开关

Claims

1.一种逆变器（1），其包括：

第一节点（50）、第二节点（60）、和接地点（70），

第一开关（10），其在所述第一节点（50）与所述接地点（70）之间提供了可切换的连接路径，

第二开关（20），其在所述第二节点（60）与所述接地点（70）之间提供了可切换的连接路径，

其特征在于，所述逆变器（1）还包括绝缘监测装置（80），其被构造为：

在所述第一开关（10）闭合、所述第二开关（20）断开的同时，测量第一电流，

在所述第一开关（10）断开、所述第二开关（20）闭合的同时，测量第二电流，以及

根据所述第一电流和所述第二电流，确定所述第一节点（50）与所述接地点（70）之间的第一等效绝缘电阻（R_P）以及所述第二节点（60）与所述接地点（70）之间的第二等效绝缘电阻（R_n）。

2.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，使用所述第一节点（50）与所述第二节点（60）之间的电压来确定所述第一等效绝缘电阻（R_P）和所述第二等效绝缘电阻（R_n）。

3.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，在所述接地点（70）处测量所述第一电流和所述第二电流。

4.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述第一电流被测量为连接在所述第一节点（50）与所述第一开关（10）之间的第一分流电阻器（105）上的电压降，所述第二电流被测量为连接在所述第二节点（60）与所述第二开关（20）之间的第二分流电阻器（115）上的电压降。

5.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器（1）还包括：

恒流源（200），其连接在所述第二节点（60）与所述第二开关（20）之间，

电流传感器（210），其用于测量所述第一电流和所述第二电流，该电流传感器（210）连接在所述第一节点（50）与所述第一开关（10）之间，以及

桥接开关（220），其用于可切换性地将所述电流传感器（210）与所述第一开关（10）之间的中点连接到所述恒流源（200）与所述第二开关（20）之间的中点。

6.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述第一开关（10）和所述第二开关（20）被构造为单个双路开关。

7.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述第一开关（10）和所述第二开关（20）被构造为继电器或半导体开关。

8.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述第一节点（50）为正接线端子，所述第二节点（60）为负接线端子，用于连接光伏发电机（90）。

9.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器（1）为无变压器的逆变器。

10.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述绝缘监测装置（80）还被构造为只有在所确定的等效绝缘电阻（R_P、R_n、R_ISO）小于预定的阀值时才允许逆变器（1）运行。