本實(shí)用新型涉及電力電子控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

在逆變系統(tǒng)中，直流側(cè)輸入之間易發(fā)生故障。例如，直流側(cè)輸入之間短路，將會(huì)產(chǎn)生較大的瞬間電流，由此出現(xiàn)損壞元器件、火災(zāi)等危險(xiǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般通過設(shè)置保護(hù)裝置來避免上述危險(xiǎn)的發(fā)生。

通常，現(xiàn)有的保護(hù)裝置采用電橋測(cè)量或者漏電流傳感器，分別對(duì)輸入正極對(duì)地的絕緣阻抗和輸入負(fù)極對(duì)地的絕緣阻抗進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算獲得直流輸入側(cè)正負(fù)極之間的絕緣阻抗，并以此為依據(jù)控制逆變器的交直流斷路器斷開，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變系統(tǒng)的保護(hù)。

然而，上述現(xiàn)有的保護(hù)裝置具有以下不足之處：一是直流輸入側(cè)正負(fù)極之間的絕緣阻抗的計(jì)算過程較為復(fù)雜；二是由于受制于直流側(cè)的絕緣阻抗的變化快慢程度，例如，在光伏系統(tǒng)中，光伏逆變器的直流側(cè)輸入為光伏電池板，即使電池板發(fā)生了短路，產(chǎn)生較大的瞬間電流，絕緣阻抗迅速降低，該短路電流也不能讓直流斷路器斷開；由此，并不能在故障時(shí)及時(shí)、可靠地為逆變系統(tǒng)提供安全性保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例的目的在于，提供一種逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置，以實(shí)現(xiàn)能夠簡(jiǎn)單、快速地獲得直流側(cè)的絕緣阻抗的同時(shí)，以此為判斷依據(jù)，從而在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)、可靠地為逆變系統(tǒng)提供安全性保護(hù)。

為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置，包括：控制器，以及分別與所述控制器連接的AD采樣電路和開關(guān)量控制電路：所述AD采樣電路用于采集逆變系統(tǒng)的直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓和交流側(cè)電流；所述控制器用于根據(jù)采集到的所述直流側(cè)電壓、所述直流側(cè)電流、所述交流側(cè)電壓和所述交流側(cè)電流，以及設(shè)定的功率閾值和阻抗閾值，確定是否發(fā)送控制信號(hào)；所述開關(guān)量控制電路用于在所述控制器確定發(fā)送控制信號(hào)后，根據(jù)接收到的所述控制信號(hào)控制逆變系統(tǒng)的直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器均斷開。

優(yōu)選地，所述控制器用于根據(jù)采集到的所述直流側(cè)電壓、所述直流側(cè)電流、所述交流側(cè)電壓和所述交流側(cè)電流計(jì)算直流側(cè)和交流側(cè)之間的功率差值，并根據(jù)所述功率差值與所述設(shè)定的功率閾值和阻抗閾值，確定是否發(fā)送控制信號(hào)。

優(yōu)選地，所述控制器用于當(dāng)所述功率差值大于設(shè)定的功率閾值時(shí)，根據(jù)所述功率差值和所述直流電壓計(jì)算直流側(cè)的絕緣阻抗，并且，當(dāng)所述絕緣阻抗小于設(shè)定的阻抗閾值時(shí)，確定發(fā)送控制信號(hào)。

優(yōu)選地，所述控制器還用于當(dāng)所述功率差值小于設(shè)定的功率閾值時(shí)，或者，當(dāng)所述功率差值大于設(shè)定的功率閾值，且所述絕緣阻抗大于設(shè)定的阻抗閾值時(shí)，確定不發(fā)送控制信號(hào)。

優(yōu)選地，所述控制器包括：依次連接的AD控制模塊、計(jì)算及判斷模塊和數(shù)字量輸出控制模塊，所述AD控制模塊與所述AD采樣電路相連接，所述數(shù)字量輸出控制模塊與所述開關(guān)量控制電路相連接。

優(yōu)選地，所述控制器還包括與所述計(jì)算及判斷模塊連接的故障報(bào)警模塊。

優(yōu)選地，還包括與所述故障報(bào)警模塊連接的顯示及報(bào)警電路，用于顯示所述絕緣阻抗的值，并當(dāng)所述絕緣阻抗小于阻抗閾值時(shí)，顯示用于表征所述逆變系統(tǒng)的直流側(cè)發(fā)生故障的報(bào)警信息。

優(yōu)選地，所述控制器為微控制單元MCU或現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置，通過AD采樣電路采集逆變系統(tǒng)的直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓和交流側(cè)電流，控制器根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)以及設(shè)定的功率閾值和阻抗閾值，確定是否向開關(guān)量控制電路發(fā)送控制信號(hào)，進(jìn)一步在確定發(fā)送控制信號(hào)后，開關(guān)量控制電路根據(jù)該控制信號(hào)控制逆變系統(tǒng)的直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器均斷開，實(shí)現(xiàn)了能夠簡(jiǎn)單、快速地獲得直流側(cè)的絕緣阻抗的同時(shí)，以此為判斷依據(jù)，從而在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)、可靠地為逆變系統(tǒng)提供安全性保護(hù)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；為方便理解，圖中示出了PV陣列、直流側(cè)斷路器、直流側(cè)支撐電容、逆變器、三相電感、交流繼電器、三相濾波電容、交流側(cè)斷路器、變壓器和電網(wǎng)；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二的保護(hù)裝置中控制器展開的結(jié)構(gòu)框圖。

附圖標(biāo)號(hào)說明

S1-直流側(cè)斷路器、C-直流側(cè)支撐電容、DC/AC-逆變器、L1～L3-三相電感、R-交流繼電器、C1～C3-三相濾波電容、S2-交流側(cè)斷路器、110-控制器、120-AD采樣電路、130-開關(guān)量控制電路、140-顯示及報(bào)警電路、210-AD控制模塊、220-計(jì)算及判斷模塊、230-數(shù)字量輸出控制模塊、240-故障報(bào)警模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本實(shí)用新型實(shí)施例中的“第一”、“第二”等術(shù)語僅用于區(qū)別不同步驟、設(shè)備或模塊等，既不代表任何特定技術(shù)含義，也不表示它們之間的必然邏輯順序。

實(shí)施例一

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。參照?qǐng)D1，逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置包括：包括控制器110，以及分別與控制器110連接的AD采樣電路120和開關(guān)量控制電路130；AD采樣電路120用于采集逆變系統(tǒng)的直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓和交流側(cè)電流；控制器110用于根據(jù)采集到的直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓和交流側(cè)電流，以及設(shè)定的功率閾值和阻抗閾值，確定是否發(fā)送控制信號(hào)；開關(guān)量控制電路130用于在控制器110確定發(fā)送控制信號(hào)后，根據(jù)接收到的控制信號(hào)控制逆變系統(tǒng)的直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器均斷開。

進(jìn)一步地，控制器110用于根據(jù)采集到的直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓和交流側(cè)電流計(jì)算直流側(cè)和交流側(cè)之間的功率差值，并根據(jù)功率差值與設(shè)定的功率閾值和阻抗閾值，確定是否發(fā)送控制信號(hào)。

具體來說，當(dāng)功率差值大于設(shè)定的功率閾值時(shí)，根據(jù)功率差值和直流電壓計(jì)算直流側(cè)的絕緣阻抗，并且，當(dāng)絕緣阻抗小于設(shè)定的阻抗閾值時(shí)，控制器110確定發(fā)送控制信號(hào)。當(dāng)功率差值小于設(shè)定的功率閾值時(shí)，或者，當(dāng)功率差值大于設(shè)定的功率閾值，且絕緣阻抗大于設(shè)定的阻抗閾值時(shí)，控制器110確定不發(fā)送控制信號(hào)。

以下結(jié)合圖1對(duì)本實(shí)施例的逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1以光伏發(fā)電的逆變系統(tǒng)為例，參照?qǐng)D1，主電路拓?fù)錇槿鄻蚴诫娐?，主電路的結(jié)構(gòu)具體包括依次連接的直流側(cè)斷路器S1、直流側(cè)支撐電容C、逆變器DC/AC、三相電感L1～L3、交流繼電器R和交流側(cè)斷路器S2，以及與交流側(cè)斷路器S2并聯(lián)的三相濾波電容C1～C3。此外，圖1中的逆變器適用于，但不局限于圖1所示的電氣結(jié)構(gòu)。

AD采樣電路120中采用AD采樣芯片，該逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置通過控制器110控制AD采樣芯片讀取AD數(shù)據(jù)，AD數(shù)據(jù)包括直流側(cè)電壓Udc、直流側(cè)電流Idc、交流側(cè)電壓Ua、Ub和Uc，以及交流側(cè)電流Ia、Ib和Ic。對(duì)照?qǐng)D1，AD采樣芯片可采集直流側(cè)斷路器S1所在位置處的直流側(cè)電壓Udc，直流側(cè)支撐電容C所在位置處的直流側(cè)電流Idc，三相電感L1～L3所在位置處的交流側(cè)電流Ia、Ib和Ic，以及交流側(cè)斷路器S2所在位置處的交流側(cè)電壓Ua、Ub和Uc。

利用Udc、Idc、Ua、Ub、Uc、Ia、Ib和Ic計(jì)算直流側(cè)和交流側(cè)之間的功率差值ΔP，并比較ΔP和功率閾值ΔP*的大小，在ΔP大于ΔP*時(shí)計(jì)算直流側(cè)的絕緣阻抗Rx，并比較Rx與阻抗閾值Rx*的大小，在Rx小于Rx*時(shí)發(fā)送斷開直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器的命令。開關(guān)量控制電路130接收該命令，并輸出用于控制直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器斷開的控制信號(hào)給直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器，從而控制直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器執(zhí)行斷開操作。

以下詳細(xì)說明該逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置在實(shí)際應(yīng)用中的工作原理，具體如下：

步驟1：逆變系統(tǒng)上電初始化，輸入Rx*和ΔP*。這里，Rx*為系統(tǒng)設(shè)定的可以運(yùn)行的最小絕緣電阻值，ΔP*為設(shè)定的直流側(cè)和交流側(cè)之間的功率差值的閾值，可以通過上位機(jī)軟件進(jìn)行修改和靈活配置；

步驟2：當(dāng)逆變系統(tǒng)檢測(cè)直流輸入電壓在正常工作范圍內(nèi)，直流輸入電流為0，且三相交流電壓均正常時(shí)，閉合S1和S2，逆變器開始工作。

步驟3：逆變器并網(wǎng)輸出功率時(shí)，該逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置實(shí)時(shí)讀取AD數(shù)據(jù)，計(jì)算直流側(cè)輸入功率和交流側(cè)輸出功率。

具體地，通過下式(1)計(jì)算直流側(cè)輸入功率，通過下式(2)計(jì)算交流側(cè)輸出功率：

Pdc＝Udc×Idc………………………………………………………式(1)

其中，Pdc為直流側(cè)輸入功率，Udc為直流側(cè)電壓，Idc為直流側(cè)電流。

P＝UaIa+UbIb+UcIc………………………………………………式(2)

其中，P為交流側(cè)輸出功率，Ua為交流側(cè)A相電壓，Ia為交流側(cè)A相電流，Ub為交流側(cè)B相電壓，Ib為交流側(cè)B相電流，Uc為交流側(cè)C相電壓，Ic為交流側(cè)C相電流。

步驟4：根據(jù)步驟3計(jì)算得到的直流側(cè)輸入功率和交流側(cè)輸出功率，通過下式(3)計(jì)算直流側(cè)和交流側(cè)之間的功率差值ΔP。

ΔP＝P－Pdc…………………………………………………………式(3)

其中，P為交流側(cè)輸出功率，Pdc為直流側(cè)輸入功率，ΔP為直流側(cè)和交流側(cè)之間的功率差值。

步驟5：判斷ΔP與ΔP*的關(guān)系，若ΔP小于或等于ΔP*，則認(rèn)為Rx值大于Rx*，可以不用計(jì)算Rx值，逆變系統(tǒng)正常運(yùn)行，并返回步驟3。若ΔP大于ΔP*，則進(jìn)入步驟6。

步驟6：根據(jù)下式(4)計(jì)算Rx。

Rx＝Udc²/ΔP

其中，Rx為直流側(cè)的絕緣阻抗，Udc為直流側(cè)電壓，ΔP為直流側(cè)和交流側(cè)之間的功率差值。

步驟7：判斷Rx與Rx*的關(guān)系，若Rx小于Rx*時(shí)，斷開S1和S2，系統(tǒng)停機(jī)；若Rx大于或等于Rx*時(shí)，逆變系統(tǒng)正常運(yùn)行，并返回步驟3，循環(huán)執(zhí)行上述步驟3-步驟7的處理。

本實(shí)用新型實(shí)施例的逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置，通過AD采樣電路采集逆變系統(tǒng)的直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓和交流側(cè)電流，控制器根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)以及設(shè)定的功率閾值和阻抗閾值，確定是否向開關(guān)量控制電路發(fā)送控制信號(hào)，進(jìn)一步在確定發(fā)送控制信號(hào)后，開關(guān)量控制電路根據(jù)該控制信號(hào)控制逆變系統(tǒng)的直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器均斷開，實(shí)現(xiàn)了能夠簡(jiǎn)單、快速地獲得直流側(cè)的絕緣阻抗的同時(shí)，以此為判斷依據(jù)，從而在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)、可靠地為逆變系統(tǒng)提供安全性保護(hù)。

實(shí)施例二

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二的保護(hù)裝置中控制器展開的結(jié)構(gòu)框圖。可視為圖1所示裝置實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，圖2中示出了控制器的具體結(jié)構(gòu)，以及增加了顯示和報(bào)警電路。

如圖2所示，控制器110可以包括：依次連接的AD控制模塊210、計(jì)算及判斷模塊220和數(shù)字量輸出控制模塊230，AD控制模塊210與AD采樣電路120相連接，數(shù)字量輸出控制模塊230與開關(guān)量控制電路130相連接。

具體地，AD采樣電路120將采集到的AD數(shù)據(jù)傳輸給AD控制模塊210，AD控制模塊210發(fā)送用于控制AD采樣電路120采集AD數(shù)據(jù)的控制信號(hào)，將AD數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算及判斷模塊220，并完成計(jì)算ΔP、判斷ΔP和ΔP*的大小、計(jì)算Rx、判斷Rx和Rx*的大小的處理，將最終的判斷結(jié)果發(fā)送給數(shù)字量輸出控制模塊230，數(shù)字量輸出控制模塊230根據(jù)判斷結(jié)果生成用于控制逆變系統(tǒng)的直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器均斷開或者閉合的控制信號(hào)，并發(fā)送給開關(guān)量控制電路130。

進(jìn)一步地，該控制器110還可以包括與計(jì)算及判斷模塊220連接的故障報(bào)警模塊240。

更進(jìn)一步地，該逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置還可以包括與故障報(bào)警模塊240連接的顯示及報(bào)警電路140，用于顯示絕緣阻抗的值，并當(dāng)絕緣阻抗小于阻抗閾值時(shí)，顯示用于表征逆變系統(tǒng)的直流側(cè)發(fā)生故障的報(bào)警信息。

也就是說，計(jì)算及判斷模塊220通過比較Rx與Rx*的大小關(guān)系判斷是否需要報(bào)警。需要報(bào)警時(shí)，計(jì)算及判斷模塊220將Rx的值和故障數(shù)據(jù)發(fā)送給故障報(bào)警模塊240，故障報(bào)警模塊240控制顯示及報(bào)警電路140顯示Rx的值和報(bào)警信息。

優(yōu)選地，控制器110可以為微控制單元MCU或現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA。

需要說明的是，本申請(qǐng)是利用了MCU或者FPGA的常規(guī)處理功能，本申請(qǐng)的核心在于控制器、AD采樣電路、開關(guān)量控制電路和顯示及報(bào)警電路組成的整個(gè)架構(gòu)，以及控制器內(nèi)部的框架結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型實(shí)施例的逆變系統(tǒng)的保護(hù)裝置，在圖1所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還具有如下技術(shù)效果：

一方面，本實(shí)施例中，控制器由AD控制模塊、計(jì)算及判斷模塊和數(shù)字量輸出控制模塊，且外圍電路(如AD采樣電路、開關(guān)量控制電路)與控制器內(nèi)各個(gè)模塊直接相連，由此，完成了數(shù)據(jù)采集和計(jì)算判斷的處理，從而準(zhǔn)確且快速地獲得直流側(cè)的絕緣阻抗，進(jìn)而在絕緣阻抗小于阻抗閾值時(shí)，通過數(shù)字量輸出控制模塊生成用于控制逆變系統(tǒng)的直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器均斷開的控制信號(hào)，極大地提高了逆變系統(tǒng)的安全性和可靠性；

另一方面，通過故障報(bào)警模塊和與其連接的顯示及報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)獲得的絕緣阻抗進(jìn)行顯示，以及當(dāng)絕緣阻抗小于阻抗閾值時(shí)，對(duì)報(bào)警信息的顯示。并且，本實(shí)施例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。

再一方面，功率單元控制器通過MCU或者FPGA實(shí)現(xiàn)，由此，能夠在第一時(shí)間主動(dòng)執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作，斷開交直流開關(guān)(直流側(cè)斷路器和交流側(cè)斷路器)。從而進(jìn)一步為逆變系統(tǒng)提供全面、快速、可靠的保護(hù)功能。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。