電路安排及包括其的光伏逆變器的制造方法
【專利摘要】一種用于將光伏發(fā)電機(1)的接線(PV-)接地的電路安排(5)包括一個從該接線(PV-)向地電勢(PE)延伸的接地支路(6)和該接地支路(6)中的一個限制電路(7)。該限制電路(7)利用該地電流(12)對該限制電路(7)所造成的漸增的熱負荷來漸增地限制一個流過該接地支路(6)的地電流(12)的一個安培數(shù)(I)，其方式為使得即使該光伏發(fā)電機(1)的任何其他接線(PV+)出現(xiàn)接地故障仍避免該地電流(12)導致的該限制電路(7)的一個熱過載。
【專利說明】電路安排及包括其的光伏逆變器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2011年11月15日提交的標題為“限制功率的發(fā)電機接地(Leistungsbegrenzte Generatorerdung)，，的德國專利申請?zhí)?DE 10 2011 055 371.1 的優(yōu)先權(quán)。
現(xiàn)有技術(shù)
[0003]從歐洲專利申請公開EP 2 107 589 Al已知借助保險絲將光伏發(fā)電機的接線接地。提供了一種電路安排，以用于既關(guān)于流過保險絲的地電流又關(guān)于故障電流所導致的保險絲熔斷來調(diào)查保險絲。只有當光伏發(fā)電機與提供電流隔離的逆變器例如通過變壓器連接時，光伏發(fā)電機的接線才有可能通過保險絲永久性地接地。進一步地，借助保險絲的永久性接地不允許光伏發(fā)電機在IT(isol6 terre)電網(wǎng)中運行，該電網(wǎng)一般是對于電地線隔離的，從而使得任何正在發(fā)生的接地故障都只導致準時接地并且不直接要求流動的地電流所造成的停機。
[0004]EP 2 107 589 Al的用于調(diào)查保險絲的電路安排包括一種用于確定光伏發(fā)電機的接線相對于電地線的隔離電阻的測量安排，這是從德國專利申請公開DE 10 2006 022 686Al已知的。在此測量安排中，光伏發(fā)電機的接線各自通過一個分流電阻器與電地線連接，并且相對于感興趣的隔離電阻來求相對于電地線的電壓的值，這些電壓之后由于光伏發(fā)電機的輸出電壓而出現(xiàn)在光伏發(fā)電機的接線處。
[0005]當光伏發(fā)電機通過無變壓器的逆變器與具有地線參考的交流(AC)功率電網(wǎng)連接時，可以通過適當?shù)剡\行逆變器來實現(xiàn)光伏發(fā)電機的接線的虛接地。只要逆變器尚未運行，例如在夜間或清晨或深夜時分，當光伏發(fā)電機的輸出電壓只為低時，然而此虛接地尚未出現(xiàn)，并且光伏發(fā)電機的薄膜模塊在這些時間段內(nèi)可能會損壞。這還適用于虛接地的一種特殊變體，這是從EP 2 136 449 BI中已知的，并且其中，在一個輸出側(cè)交流功率電網(wǎng)和該逆變器之間設(shè)置有一個變壓器。出現(xiàn)在變壓器的初級側(cè)的交流功率電網(wǎng)的電勢中心點通過一個偏移電壓相對于地電勢偏移到以下程度:逆變器的輸入側(cè)的光伏發(fā)電機相對于地電勢整體處于一個希望的(正或負)電勢上。
[0006]美國專利申請公開US 2010/0085670 Al披露了一種光伏模塊監(jiān)控系統(tǒng)。一種所謂的串組合器包括一個接地故障測試開關(guān)，該接地故障測試開關(guān)與若干負的直流串之間的一個接地故障限流器以及逆變器地線串聯(lián)連接。
[0007]德國專利申請公開DE 199 31 055 Al披露了一種用于避免用高頻電壓使電容器過載的保護電路。要保護的電容器與一個PTC熱敏電阻器串聯(lián)連接。如果電流流過該PTC熱敏電阻器，該PTC熱敏電阻器變熱并且其電阻增大。從而，將另外被應(yīng)用于該電容器的故障電壓跨熱的熱敏電阻器下降。
[0008]由一個晶體管和一個限流電阻器的串聯(lián)連接組成的和由用于控制晶體管的柵極的限制電路組成的限流電路是眾所周知的。在此，限制電路由一個第二電阻器和一個與該晶體管和該限流電阻器并聯(lián)連接的二極管組成。該晶體管的柵極與該第二電阻器和該二極管之間的限制電路的中心點連接。這種限流電路原則上可以設(shè)置成與接地支路中的繼電器串聯(lián)，該接地支路用于光伏發(fā)電機的接線例如將此接線接地，只要它尚未被與該光伏發(fā)電機連接的無變壓器的逆變器虛接地。然而，在這種情況下，不論是繼電器將必須具有非常大的尺寸還是限流電阻器的歐姆電阻將必須比較高以使這種電路安排能夠處理潛在高功率，這些潛在高功率可能由于高電壓和由于補償電流的高安培數(shù)通過接地而發(fā)生在光伏發(fā)電機中，這些補償電流可以由于光伏發(fā)電機相對于地線的高電容而在電路中流動。第一選擇意味著一個大型且昂貴的繼電器。第二選擇意味著即使在關(guān)閉繼電器之后仍然在接地支路中安排一個具有高歐姆電阻的限流電阻器。這產(chǎn)生的效果是:即使具有一個在實踐中不可能避免的一直較小的持久性地電流，顯著的電壓跨限流電阻器下降。結(jié)果是，與接地支路連接的接線并未牢固地接地，而是由于跨限流電阻器下降的電壓而在一個相對于地電勢偏移的電勢上。這種電路安排將因此不適合光伏發(fā)電機的薄膜模塊的完全保護。
[0009]歐洲專利申請公開EP 2 091 123 A2披露了一種用于將直流電流系統(tǒng)的接線接地的電路安排。在此，在從接線延伸至地電勢的接地支路中提供了一個限流二極管。具有該限流二極管的接地支路正常地提供了與該接地支路連接的接線的牢固接地。在接地故障的情況下，限流二極管限制了流過接地支路的地電流的安培數(shù)。EP 2 091 123 A2的披露內(nèi)容并不涉及具有光伏發(fā)電機的光伏發(fā)電站。進一步地，這并不直接適用于光伏發(fā)電機，因為現(xiàn)有光伏發(fā)電機的幾百多達幾千伏特的輸出電壓相當高，并且因為在即使安培數(shù)有限的接地故障電流的情況下，高電功率仍流過接地支路并可能輕易地損壞電子零件，如接地支路中所安排的限流二極管。
[0010]仍然需要一種電路安排，即使逆變器(光伏發(fā)電機通過該逆變器與具有地線參考的交流功率電網(wǎng)連接)未在運行，光伏發(fā)電機的接線仍然可以通過這種電路安排牢固接地，并且如果發(fā)生接地故障，該電路安排不會損壞。進一步地，該電路安排應(yīng)該允許光伏發(fā)電機的接線的可開關(guān)式接地。
[0011]實用新型概述
[0012]本實用新型涉及一種用于將光伏發(fā)電機的接線接地的電路安排。該電路安排包括一個從該接線向地電勢延伸的接地支路和該接地支路中的一個限制電路。該限制電路利用該地電流對該限制電路所造成的漸增的熱負荷來漸增地限制一個流過該接地支路的地電流的一個安培數(shù)，其方式為使得即使該光伏發(fā)電機的任何其他接線出現(xiàn)接地故障仍避免該地電流所導致的該限制電路的一個熱過載。
[0013]進一步地，本實用新型涉及一種光伏逆變器，該光伏逆變器包括至少一個光伏發(fā)電機的多條接線，以及一種根據(jù)本實用新型的電路安排，該電路安排用于該至少一個光伏發(fā)電機的一條接線。
[0014]根據(jù)對下列附圖和詳細說明的檢查，本實用新型的其他特征和優(yōu)點將對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。旨在將所有此類附加特征和優(yōu)點在如權(quán)利要求書所限定的本實用新型范圍內(nèi)包括在此。
[0015]附圖簡要說明
[0016]參考下列附圖可以更好地理解本實用新型。圖中的組件并不必須按比例，相反，重點放在了清楚地展示本實用新型的原理上。在附圖中，相同的參考號代表貫穿這若干視圖的相應(yīng)部分。
[0017]圖1是示出了本實用新型的電路安排的原理的電路圖。
[0018]圖2示出了本實用新型的電路安排的限制電路的一個實施例。
[0019]圖3示出了該限制電路的進一步實施例。
[0020]圖4示出了根據(jù)圖3的限制電路中的電流和電壓方向。
[0021]圖5示出了該限制電路的另一個實施例。
[0022]圖6示出了根據(jù)圖5的限制電路中的電流和電壓方向。
[0023]詳細說明
[0024]本實用新型的用于將光伏發(fā)電機的接線接地的電路安排包括一個從該接線延伸至地電勢的接地支路。在該接地支路中安排有一個限制電路，該限制電路利用該地電流對該限制電路所造成的漸增的熱負荷來漸增地限制一個流過該接地支路的地電流的一個安培數(shù)，其方式為使得即使該光伏發(fā)電機的任何其他接線出現(xiàn)接地故障仍避免該地電流所導致的該限制電路的一個熱過載。這意味著對流過該接地支路的地電流的限制隨著該地電流對限制電路所造成的熱負荷的增加而增加，不僅是莫名其妙地而至少是如此強以致于即使電勢相對于與該接地支路連接的接線相差最大的光伏發(fā)電機的接線出現(xiàn)接地故障的情況下仍安全地避免了限制電路的熱過載。此外，對地電流的安培數(shù)的限制可以在地電流對限制電路僅造成較小熱負荷的情況下保持較小。這意味著，只要不發(fā)生接地故障，該限制電路的電阻只會非常小，并且借助限制電路的接地如此牢固以致于不會產(chǎn)生與接地支路連接的光伏發(fā)電機的接線的電勢相對于地電勢的任何不希望的偏移。
[0025]該限制電路可能會間接地或直接地依賴跨接地支路或限制電路下降的電壓的方向來限制地電流的安培數(shù)。該電壓和該電壓所導致的地電流確定轉(zhuǎn)化成限制電路中的熱量的電功率。該電壓的方向(熱容的基本固定的值和該限制電路與散熱器的熱耦合一起)確定限制電路內(nèi)積累了多少這種熱量，并從而給該限制電路施加熱負荷。
[0026]該限制電路還可以將流過接地支路的地電流的安培數(shù)限制為一個最大瞬時值，這樣使得限制了該限制電路中所耗散的瞬時功率。然后，該限制電路例如額外地將地電流的安培數(shù)的時間平均值限制為一個最大平均值，該最大平均值相對于最大瞬時值被減小從而進一步限制所耗散的功率損耗的時間平均值。例如，與最大瞬時值相比，最大平均值可以減小至少50%。優(yōu)選地，減小至少75%。
[0027]無論如何，如果地電流只在短時間內(nèi)占優(yōu)勢，則根據(jù)本實用新型的限制電路的設(shè)計對流過接地支路的地電流的安培數(shù)提供稍弱的限制，這可能發(fā)生在常規(guī)運行中，并且與表示失效(具體地接地故障)的更持久的功率損耗相反，只造成短期的功率損耗。
[0028]根據(jù)本實用新型的直接或(通過成為原因的功率損耗)至少間接地依賴對限制電路的熱負荷的對地電流的安培數(shù)的限制與將地電流的安培數(shù)簡單限制為固定的最大值相比具有重要的優(yōu)點，這潛在地發(fā)生于待接地的光伏發(fā)電機的接線處，避免了熱過載對限制電路所造成的損壞。因此，即使光伏發(fā)電機中出現(xiàn)任何接地故障，仍保證其功能。
[0029]雖然對地電流的安培數(shù)的限制(對限制電路只有少量熱負荷)根據(jù)本實用新型保持較小，即雖然短期內(nèi)可能流過甚至更高的地電流，但該限制電路在對昂貴的繼電器不存在必要性的情況下為能夠通過接地支路激活地線提供了基礎(chǔ)。因為當通過關(guān)閉接地支路來激活或連接地線時可能流動的任何補償電流的安培數(shù)受限制電路的限制，作為用于激活地線的開關(guān)與接地支路中的限制電路串聯(lián)連接的繼電器并不負載有這樣一個使其不能保持廉價的高功率。如果在通過接地支路進行高電壓補償?shù)倪^程中的高損耗功率的耗散所造成的熱量被限制電路的熱容所緩沖并因此不造成短期的功率限制，可以短期保持這種補償過程。這意味著可以快速實現(xiàn)要通過接地來實現(xiàn)的與接地支路連接的光伏發(fā)電機的接線的電勢的調(diào)整。
[0030]然而，光伏發(fā)電機的接地故障所導致的流過接地支路的持久性地電流的安培數(shù)具體受根據(jù)本實用新型的限制電路的強烈限制。如果在這種情況下(取決于接地故障的位置)高達光伏發(fā)電機的輸出電壓的電壓跨該接地支路下降，即使具有一個相對較低的地電流，仍有一個相對高的電功率耗散成限制電路中的熱量。對限制電路的伴隨的熱負荷造成對地電流的安培數(shù)的特別強的限制。
[0031 ] 具體地，本實用新型的電路安排的限制電路可以包括一個安排在該接地支路中的晶體管。此晶體管可以主要被控制成用于限制流過接地支路的地電流的安培數(shù)。具體地，該限流電路可以包括一個晶體管和一個第一電阻器的第一串聯(lián)連接以及一個齊納二極管和一個第二電阻器的第二串聯(lián)連接，該第二串聯(lián)連接與該第一串聯(lián)連接并聯(lián)連接，并且其中心點與該晶體管的柵極連接。然后可以實現(xiàn)根據(jù)本實用新型的對地電流的額外限制，因為與該晶體管串聯(lián)連接的額外限流的第一電阻器是一個與該晶體管熱耦合的熱變電阻器。在正常的工作溫度，這種電路安排的整個歐姆電阻可以如此小以致于產(chǎn)生了與該接地支路連接的光伏發(fā)電機的接線的牢固接地。當電流開始流過晶體管時，晶體管升溫，并且，由于熱耦合，該熱變電阻器(PTC電阻器)也升溫。結(jié)果是，晶體管的工作點偏移并且其歐姆電阻增加。相對應(yīng)地，整個電路安排的歐姆電阻比該PTC電阻器的歐姆電阻增加得更強烈。此增加在該電路的當前歐姆電阻處強烈依賴跨接地支路下降的電壓并依賴此電壓所導致的地電流。結(jié)果是，有效地限制了該限制電路中所積累的熱量，該熱量在該限制電路中通過流過該接地支路的地電流的電功率耗散而生成。
[0032]作為上述其線性運行的替代方案，被運行以用于限制流過該接地支路的地電流的安培數(shù)的晶體管可以被控制以用于依賴跨限制電路下降的電壓相隔一定間隔地完全地阻塞該電流。這意味著這些間隔之間的時距變得無窮，即，當跨接地支路下降的電壓接近零時，電流從不阻塞。反之亦然，這些間隔之間的時距變得越來越短，即，當跨接地支路下降的電壓增大時，晶體管正在更頻繁地阻塞電流。晶體管正在阻塞電流的時間段還可以延長。以此方式，通過流過接地支路的功率耗散在限制電路中生成的并在限制電路中積累的熱量也被限制到一個無害的水平。
[0033]在不具有外接電源的情況下工作是本實用新型的電路安排的一個較大優(yōu)點。它用在與其連接的光伏發(fā)電機的接線處出現(xiàn)的電壓為自己供電。這當然不適用于與本實用新型的電路安排的限制電路串聯(lián)連接的繼電器。這種繼電器需要被外部控制。然而，接地支路中的限流電路的這種繼電器和該晶體管在其非受控狀態(tài)下優(yōu)選地關(guān)閉或打“開”(即導通)。這保證了本實用新型的電路安排將與接地支路連接的光伏發(fā)電機的接線牢固地接地，即使在不提供主動控制的夜間和清晨和深夜時分。
[0034]本實用新型的電路安排還可以用于將光伏發(fā)電機的接線永久地接地，即不僅在與光伏發(fā)電機連接的逆變器不工作的時刻。在此類情況下，額外的繼電器在接地支路中不是必需的，由此，對應(yīng)的逆變器一運行，通過根據(jù)本實用新型的電路安排的地線就可以斷開。
[0035]本實用新型的電路安排對任何正在發(fā)生的接地故障都不靈敏。它限制了任何正在發(fā)生的接地電流。當?shù)仉娏髟俅巫冃r，例如由于已經(jīng)消除了接地故障，通過本實用新型的電路安排的地線再次變得具有低歐姆電阻，即它再次牢固接地。然而，在沒有額外措施的情況下，本實用新型的電路安排不適合指示外部正在發(fā)生的接地故障以便例如要求將其消除。
[0036]對于額外的保護而言，接地支路中的電路安排可以包括一個保險絲，在該限制電路以任何理由不再能夠?qū)⒘鬟^接地支路的地電流限制到一個可接受水平時該保險絲熔斷。
[0037]根據(jù)本實用新型的電路安排優(yōu)選地集成在一個光伏逆變器中。在此，該接地支路可以直接與光伏逆變器的一個輸入側(cè)接線連接，該接線是為光伏發(fā)電機而提供的。將接地支路與光伏逆變器的輸入側(cè)直流電壓鏈路連接也是可能的。
[0038]現(xiàn)在更詳細地參照附圖，圖1將光伏發(fā)電機I表示為一個串聯(lián)連接或一串多個光伏模塊2。光伏發(fā)電機I與光伏逆變器3連接，該光伏逆變器將電能從光伏發(fā)電機I饋入一個交流功率電網(wǎng)4。該交流功率電網(wǎng)4包括一個地線參考，其中，其中性導體具有一個相對于地電勢(PE)為零的電勢。在逆變器3的運行中，光伏發(fā)電機I虛接地，這樣使得負接線PV-也包括一個相對于PE為零的電勢。以此方式，被制成薄膜模塊的光伏模塊2相對于PE被整體保持在一個正電勢。然而，如果逆變器3未在運行，則不出現(xiàn)此虛接地。這具體適用于夜間以及清晨和深夜時分，或由于故障狀態(tài)或在逆變器的維護期間。提供電路安排5是為了也在這些時間段將光伏發(fā)電機I的光伏模塊2保持在一個相對于PE的正電勢。該電路安排5包括一個接地支路6，其中，一個限制電路7與一個繼電器8串聯(lián)連接。該繼電器8包括一個關(guān)閉或?qū)ɑ鶓B(tài)，并被控制以用于當逆變器3開始運行并提供接線PV-虛接地時中斷或斷開接地支路6。只要繼電器關(guān)閉，電路安排5就提供接線PV-的牢固接地，即用于以低歐姆電阻接地。該限制電路7不僅關(guān)于其安培數(shù)而且關(guān)于在限制電路7中耗散成熱量的電功率損耗限制流過接地支路6的地電流。此熱量在限制電路7中積累并對限制電路7施加熱負荷。借助限制電路7，始終避免了在接地故障的情況下發(fā)生的高地電流。進一步地，關(guān)閉繼電器8時，由于跨接地支路下降的電壓而流動的通過地線的補償電流得到限制。首先，保證了電路安排5的完整性，因為保護該電路安排避免其組件的過載。
[0039]在圖1中，除光伏逆變器3之外，電路安排5也被單獨地描繪。然而，優(yōu)選地，它是光伏逆變器3的一部分，即與光伏逆變器3的其他組件安排在同一個殼體中。
[0040]圖2示出了接地支路6中的根據(jù)圖1的電路安排5的限制電路7的優(yōu)選基本概念。在此限制電路中，限流電阻器R1與接地支路6中的晶體管T1串聯(lián)連接。晶體管T1的柵極受控于限制電路7的部分電路9。根據(jù)本實用新型，該部分電路9與限流電阻器R1 —起提供功率限制。
[0041]這具體可以怎樣實現(xiàn)從圖3中可見。在此，該部分電路9是一個第二電阻器R2和一個齊納二極管Z1的串聯(lián)連接。在這個范圍內(nèi)，它是一個常見的限流電路。然而，限流電阻器R1被制成熱變電阻器，并且與晶體管T1熱耦合。該熱耦合在圖3中用雙頭箭頭10表示。當其安培數(shù)由該晶體管限制的地電流流過接地支路6時，電壓跨晶體管T1下降，并且相應(yīng)地，發(fā)生使晶體管T1升溫的功率損耗。由于熱耦合，電阻器R1也升溫。結(jié)果是，電阻器R1的歐姆電阻增大。從一開始，即只要僅不受晶體管T1限制的最低地電流流動，電阻器R1的歐姆電阻只具有一個非常低的值，并因此不造成根據(jù)圖1的接線PV-相對于PE的電勢的相關(guān)偏移。由于增大的歐姆電阻及其與第二電阻器R2的關(guān)系，漸增地限制地電流的安培數(shù)。以此方式，對進一步加熱晶體管T1的地電流的電功率存在漸增的限制。此限制相對于跨限制電路7下降的電壓多少有些延遲，因為晶體管T1和因此熱耦合的熱變電阻器T1并不是立即升溫的。然而，這并不是缺陷，因為它允許在根據(jù)圖1通過繼電器8連接電路安排5時快速將接線PV-接地。然而，在不通過使其熱過載而危及到限制電路7的整體性的情況下，安全地限制了在接地故障的過程中發(fā)生的地電流。
[0042]圖4示出了當根據(jù)圖3構(gòu)造限制電路7時跨接地支路6和限制電路7下降的電壓U的方向11和流過根據(jù)圖1的接地支路6的地電流的安培數(shù)I在各種條件下的方向12。從時間點t(i 一直到時間點h，繼電器8是打開的。在光伏發(fā)電機I的接線PV-處相對于PE出現(xiàn)了一個電壓Utl,此電壓通常對應(yīng)于光伏發(fā)電機I的輸出電壓的一半并且為負。沒有電流流過接地支路6。在時間點h，通過關(guān)閉繼電器8激活借助根據(jù)本實用新型的電路安排5的地線。通過地線的補償電流流過將此地電流的安培數(shù)限制為值I1的限制電路7。接線PV-和地電勢(PE)之間的電壓降低到一個接近零的值。由于此正常補償過程相對較短期，晶體管T1沒有顯著的升溫，并且相對應(yīng)地熱變電阻器R1也沒有升溫。從而，在&和〖2之間，限制電路7僅限制安培數(shù)I而不限制補償電流的電功率。在時間點t2之后，跨接地支路6下降的電壓相對較小，即接線PV-以一個較低的歐姆電阻接地。靜態(tài)地電流流過接地支路6，其安培數(shù)I2由光伏發(fā)電機I的隔離電阻所確定。
[0043]在接地故障在時間點t3發(fā)生在光伏發(fā)電機的區(qū)域中的情況下，跨限制電路7下降的電壓強烈地增大，并且安培數(shù)I首先再次被限制為安培數(shù)Ii。雖然跨該電路下降的電壓不像在^和t2之間的補償過程中那樣降低，然而，發(fā)生耗散成晶體管T1中的熱量的功率損耗。如果在晶體管內(nèi)積累一段更長的時間，此熱量具體地使晶體管T1的溫度升高。由于熱耦合10，熱變電阻器R1的溫度和歐姆電阻也增大。結(jié)果是，地電流的安培數(shù)I進一步直接被熱變電阻器R1的增大的歐姆電阻并被部分電路9所確定的最大安培數(shù)對熱變電阻器R1的歐姆電阻的依賴性兩者直接地限制，直到限制電路7取得熱平衡并且電流依賴跨限制電路7下降的電壓U保持在一個恒定的低電平。
[0044]如果在時間點t6消除了接地或隔離故障，跨限制電路7下降的電壓U由于仍然流動的地電流降低。這減少了提供給晶體管T1的功率損耗，并且其結(jié)果是，(由于晶體管T1與在此未描繪出的散熱器的耦合)晶體管T1的溫度和與晶體管T1熱耦合的電阻器R1的溫度降低。從而，流過限制電路7的電流的安培數(shù)由于降低的電壓U再次以最大限度增加到高達1:。當再次提供與h和t2之間的補償過程相對應(yīng)的牢固接地時，安培數(shù)再次降低到其靜態(tài)終值12，并且在時間點t7存在一個與從h至t3的時間段相對應(yīng)的情形。
[0045]圖5示出了根據(jù)本實用新型的電路安排5的接地支路6中的限制電路7的一個進一步實施例。額外地，描繪了根據(jù)圖1的繼電器8,并表明了發(fā)電機電容CeE。發(fā)電機電容CeE代表圖1的光伏發(fā)電機I相對于地線的固有電容，該電容由于其光伏模塊2的較大的表面面積而較高。根據(jù)圖5，除電阻器R2和與電阻器R2串聯(lián)連接的齊納二極管Z1之外，用于控制晶體管T1的柵極的部分電路9由進一步的部件組成，這些部件包括電阻器&至1?6、晶體管M1和M2,、一個進一步的二極管Z2、和一個電容器C。這些部件構(gòu)成了一個“狀態(tài)觀察器”，該狀態(tài)觀察器基于跨限制電路7下降的電壓的時間方向估計晶體管T1的溫度，并且依賴此溫度控制晶體管T1以用于相隔一定間隔阻塞流過接地支路6的電流。電阻器R5和R6的尺寸結(jié)合電容器C的電容確定了晶體管T1的開啟和關(guān)閉時刻,并從而確定晶體管T1中相對于其時間平均值所耗散的功率耗損。在此上下文中，電容器C的電容可以被視為晶體管T1的熱容的對應(yīng)物。電阻器R3和R4結(jié)合電阻器R1和R2來調(diào)整功率損耗限度，在該限度以下不能控制用于阻塞流過接地支路6的地電流的晶體管1\。通常，對用于暫時阻塞地電流的晶體管T1的控制還可以用另一種方式而非借助在此描繪的限制電路7實現(xiàn)。例如，功率的直接測量可以由一個評估單元(例如微控制器)進行并評估，其方式為使得允許補償過程期間的短期高功率，其中，一方面晶體管未被阻塞，并且另一方面永久性平均功率被晶體管的脈沖控制限制為一個低值。然而，相比之下，圖5中所描繪的限制電路7的實施例在這個范圍內(nèi)是優(yōu)選的，因為它在沒有任何直接測量和沒有數(shù)字評估單元的情況下工作并因此本質(zhì)上可以更簡單地實現(xiàn)。
[0046]圖6示出了跨接地支路6和限制電路7下降的電壓U的方向11和流過根據(jù)圖5的接地支路6的地電流的安培數(shù)I在各種條件下的方向12。在此，時間段h至至t2和t2至t3內(nèi)的電壓U和安培數(shù)I的方向與圖4的相應(yīng)時間段相似。
[0047]如果在時間點t3發(fā)生接地故障，該接地故障導致跨接地支路6下降的電壓U上升至Utl，則地電流的安培數(shù)被限制成最大值I115然而，由于電壓Uci未下降，部分電路9由于跨電容器C下降的電壓Uc得到迅速的熱過載并從而在時間點t4通過阻塞晶體管T1而中斷電流。在一段可通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)電容器C和電阻器R4和R5的尺寸調(diào)整的時間段之后，由于跨電容器C下降的電壓Uc的減小，試圖通過在時間點t5解除對晶體管T1的阻塞而再次提供接地。由于仍然存在接地故障，流過接地支路6的地電流迅速地再次達到安培數(shù)的最大值I。如果這沒有減小電壓，即不提供接地，則在短時間之后再次通過阻塞晶體管T1來停止電流。晶體管T1的此脈沖操作的發(fā)生直到接地故障被消除為止。從而，只有這種地電流會相對于其時間平均值而流動，其安培數(shù)對應(yīng)于安培數(shù)的最大值I1的f倍，f是晶體管T1的脈沖操作的占空比，即晶體管T1的導通時間的比例。在另外可比較的條件下被以此二態(tài)方式限制的地電流的大小可以對應(yīng)于在時間點t6流過以根據(jù)圖3的模擬方式運行的限制電路7(見圖4)的地電流。借助于晶體管T1的受控脈沖操作，對限制電路7中(具體地晶體管T1中)所生成和積累的熱量存在限制，并因此對晶體管T1的熱負荷也存在限制。當在時間點t6消除了接地故障并且因此晶體管T1再次不被阻塞時，跨接地支路6下降的電壓U降低，并且地電流可以以安培數(shù)I1流動，直到再次提供低歐姆接地。由于晶體管T1不被阻塞，地電流的安培數(shù)的靜態(tài)終值I2從時間點t7起永久性地流動。在此，在時間點t7的狀態(tài)也對應(yīng)于t2和t3之間的時間段內(nèi)的限制電路7的狀態(tài)。
[0048]可以在實質(zhì)上不背離本實用新型精神和原則的情況下對本實用新型的優(yōu)選實施例做出許多改變和修改。所有此類修改及改變在此都意在包括在如下列權(quán)利要求書所限定的本實用新型的范圍內(nèi)。
[0049]參考號列表
[0050]I光伏發(fā)電機
[0051]2光伏模塊
[0052]3逆變器
[0053]4交流功率電網(wǎng)
[0054]5電路安排
[0055]6接地支路
[0056]7限制電路
[0057]8繼電器
[0058]9部分電路
[0059]10熱耦合
[0060]11電壓U的方向
[0061]12地電流的安培數(shù)I的方向
[0062]N零線
[0063]P相導體
[0064]PV-負接線
[0065]PV+正接線
[0066]PE地電勢
[0067]R1電阻器
[0068]R2電阻器
[0069]R3電阻器
[0070]R4電阻器
[0071]R5電阻器
[0072]Z1二極管
[0073]Z2二極管
[0074]M1晶體管
[0075]M2晶體管
[0076]C電容器
[0077]Cge發(fā)電機電容
[0078]Uc跨電容器C下降的電壓
[0079]t時間點
[0080]U電壓
[0081]I安培數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種電路安排(5)，用于將光伏發(fā)電機⑴的接線(PV-)接地，該電路安排包括 -一個從該接線(PV-)延伸至地電勢(PE)的接地支路(6)以及 -該接地支路(6)中的一個限制電路(7)，該限制電路(7)被配置成用于限制流過該接地支路出)的一個地電流(12)的一個安培數(shù)(I)，其特征在于，該限制電路(7)被配置成用于利用該地電流(12)對該限制電路(7)所造成的漸增的熱負荷來漸增地限制該地電流(12)的該安培數(shù)(I)，其方式為使得即使該光伏發(fā)電機(I)的任何其他接線(PV+)出現(xiàn)接地故障仍避免該地電流(12)導致的該限制電路(7)的一個熱過載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路安排(5)，其特征在于，該限制電路(7)被配置成用于依賴跨該限制電路⑵下降的電壓⑶的方向(11)來限制該地電流(12)的該安培數(shù)(I)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電路安排(5)，其特征在于，該接地支路(6)中的該限制電路(7)與一個用于激活接地的開關(guān)串聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的電路安排(5)，其特征在于，該開關(guān)是一個繼電器(8)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電路安排(5)，其特征在于，該限制電路(7)包括一個被安排在該接地支路(6)中的晶體管(T1)。
6.如權(quán)利要求5所述的電路安排(5)，其特征在于，該晶體管(T1)被控制以用于限制該地電流(12)的該安培數(shù)(I)。
7.如權(quán)利要求6所述的電路安排(5)，其特征在于，該晶體管(T1)與一個熱變電阻器(Rl)串聯(lián)連接并熱耦合。
8.如權(quán)利要求6所述的電路安排(5)，其特征在于，該晶體管(T1)被依賴跨該限制電路(7)下降的一個電壓(U)控制以用于相隔一定間隔阻塞該地電流。
9.如權(quán)利要求1或2所述的電路安排(5)，其特征在于，為該限制電路(7)提供來自跨該接地支路(6)下降的電壓(U)的電能。
10.如權(quán)利要求1或2所述的電路安排(5)，其特征在于，在該接地支路(6)中安排有一根保險絲。
11.一種光伏逆變器(3)，包括 -用于至少一個光伏發(fā)電機⑴的多條接線(PV-，PV+)，以及 -一個權(quán)利要求1-10中任一項所述的電路安排(5),用于該至少一個光伏發(fā)電機(I)的這些接線(PV-，PV+)中的一條接線(PV-)。
【文檔編號】H02H7/20GK204156511SQ201290000979
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月15日
【發(fā)明者】法比安·施納貝爾, C·阿爾特霍夫 申請人:艾思瑪太陽能技術(shù)股份公司