光伏逆变器接地故障控制电路及一种光伏逆变器系统的制作方法

1.本实用新型属于逆变器故障控制技术领域，尤其涉及光伏逆变器接地故障控制电路及一种光伏逆变器系统。


背景技术：

2.随着光伏行业的不断发展，逆变器的功率等级不断增大。为了降低系统成本、减小系统损耗，市场现有的集中式、集散式及组串式等逆变器多采用提升系统电压的方式降低系统成本。当前逆变器行业在提升系统电压等级的同时，对光伏系统接地故障的检测和处理方案做出进一步的研究和探索。
3.随着光伏行业系统电压等级的不断提高，现有技术是采用逆变器母线中点接地方式降低直流侧对地的安规等级，降低系统设计成本。但此方案当逆变器发生直流侧或者交流侧接地故障时会使直流侧对地承受全母线电压，如果母线持续高压，可能导致逆变器直流侧出现电压击穿、直流防雷器及系统的emc等一系列装置被击穿等问题。可见，现有技术中，对于光伏系统接地故障的处理，存在系统风险高的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型提供光伏逆变器接地故障控制电路，旨在解决系统风险高的问题。
5.本实用新型是这样实现的，提供一种光伏逆变器接地故障控制电路，包括：光伏组串单元、电压转换单元、控制开关以及逆变单元，其中，
6.所述光伏组串单元、所述电压转换单元以及所述逆变单元依次连接，所述控制开关连接所述电压转换单元的第一输入端与第二输入端，当检测到所述逆变单元出现接地故障时，所述控制开关闭合对所述电压转换单元及所述逆变单元进行短路；或
7.所述控制开关连接所述逆变单元的第一输入端与第二输入端，当检测到所述逆变单元出现接地故障时，所述控制开关闭合对所述逆变单元进行短路。
8.本实用新型还提供一种光伏逆变器系统，包括所述光伏逆变器接地故障控制电路、整流单元以及变压器控制单元，其中，
9.所述变压器控制单元包括交流接地开关及变压器；
10.所述整流单元一端连接所述光伏逆变器接地故障控制电路中的电压转换单元的输出端，另一端连接所述变压器的输入端；
11.所述交流接地开关的一端接保护地，另一端连接所述变压器的中性点，所述变压器还连接所述光伏逆变器接地故障控制电路的逆变单元。
12.更进一步地，所述整流单元包括整流装置、整流控制开关、第一电容、第二电容以及第三电容，其中，
13.所述整流装置与所述整流控制开关串联后一端连接所述电压转换器的输出端，另一端连接所述变压器控制单元的输入端；
14.所述第一电容、所述第二电容以及所述第三电容并联在所述逆变单元与所述变压
器的输入端之间的母线上。
15.更进一步地，所述光伏逆变器接地故障控制电路的控制开关连接在光伏组件单元与所述电压转换单元之间，当检测到所述逆变单元出现接地故障时，通过控制所述控制开关闭合对所述电压转换单元以及所述逆变单元进行短路，释放直流母线高压。
16.更进一步地，所述光伏逆变器接地故障控制电路的所述控制开关连接在所述电压转换单元与所述逆变单元之间，当检测到所述逆变单元出现接地故障时，通过控制所述控制开关闭合对所述逆变单元进行短路，释放直流母线电压。
17.更进一步地，所述光伏逆变器系统对应的电压等级包括多种。
18.更进一步地，控制所述交流接地开关以及所述整流控制开关闭合，通过所述整流装置给母线上的所述第一电容、所述第二电容以及所述第三电容充电，直至所述逆变器母线的电压满足预设的并网条件。
19.本实用新型所达到的有益效果：本实用新型因为增加一个控制开关连接电压转换单元的第一输入端与第二输入端，当检测到逆变单元出现接地故障时，控制开关闭合对电压转换单元及逆变单元进行短路；或将控制开关连接逆变单元的第一输入端与第二输入端，当检测到逆变单元出现接地故障时，控制开关闭合对逆变单元进行短路，可以防止逆变单元侧的逆变器母线电压过高，造成直流线缆电压击穿、硬件器件损坏等安全事故，从而降低了发生光伏逆变器接地故障时电路的事故风险。
附图说明
20.图1是本实用新型提供的一种光伏逆变器接地故障控制电路的电路示意图；
21.图2是本实用新型提供的另一种光伏逆变器接地故障控制电路的电路示意图；
22.图3是本实施例提供的一种光伏逆变器系统的电路图；
23.图4是本实施例提供的另一种光伏逆变器系统的电路图；
24.其中，1、光伏组串单元，2、电压转换单元，3、逆变单元，4、整流单元，5、变压器控制单元。
具体实施方式
25.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.现有技术中，逆变器发生直流侧或者交流侧接地故障时会使直流侧对地承受全母线电压，如果母线持续高压，可能导致逆变器直流侧出现电压击穿、直流防雷器及系统的emc等一系列装置被击穿等问题。但是本实用新型因为增加一个控制开关连接电压转换单元的第一输入端与第二输入端，当检测到逆变单元出现接地故障时，控制开关闭合对电压转换单元及逆变单元进行短路；或将控制开关连接逆变单元的第一输入端与第二输入端，当检测到逆变单元出现接地故障时，控制开关闭合对逆变单元进行短路，可以防止逆变单元侧的逆变器母线电压过高，造成直流线缆电压击穿、硬件器件损坏等安全事故，从而降低了发生光伏逆变器接地故障时电路的事故风险。
27.实施例一
28.本实施例提供一种光伏逆变器接地故障控制电路，包括：光伏组串单元1、电压转换单元2、控制开关以及逆变单元3，其中，
29.光伏组串单元1、电压转换单元2以及逆变单元3依次连接，控制开关连接电压转换单元2的第一输入端与第二输入端，当检测到逆变单元3出现接地故障时，控制开关闭合对电压转换单元2及逆变单元3进行短路；或
30.控制开关连接逆变单元3的第一输入端与第二输入端，当检测到逆变单元3出现接地故障时，控制开关闭合对逆变单元3进行短路。
31.具体的，参考图1所示，图1为本实用新型实施例提供的一种光伏逆变器接地故障控制电路的电路示意图。上述的光伏组串单元1可以是由多个光伏组件串联后形成。上述的电压转换单元2包括dcdc变换器，dcdc变换器包括两个输入端(第一输入端pv 与第二输入端pv-)，以及两个输出端(第一输出端bus 与第二输出端bus-)。逆变单元3包括逆变器，且包括两个输入端(第一输入端bus 与第二输入端bus-)。上述控制开关为sw1。
32.更具体的，继续参考图1所示，上述dcdc变换器的pv 、pv-与光伏组串单元1的两个输出端对应连接；dcdc变换器的bus 、bus-与逆变单元3的bus 、bus-相同端对应连接。
33.作为一种可能的实施例方式，当控制开关sw1一端连接在光伏组串单元1的一个输出端与电压转换单元2的pv 之间，另一端连接在光伏组串单元1的另一个输出端与电压转换单元2的pv-之间时，若逆变器出现接地故障，光伏系统会控制dcdc变换器及逆变器关机，控制开关sw1闭合，对电压转换单元2的两个输入端进行短路，此时光伏组串单元1与控制开关sw1形成回路，防止了电压继续流向电压转换单元2与逆变单元3，导致逆变器直流侧对地承受全部母线电压，造成安全事故。
34.作为另一种可能的实施例方式，参考图2所示，图2为本实用新型实施例提供的另一种光伏逆变器接地故障控制电路的电路示意图。还可以将控制开关sw1一端连接在电压转换单元2的bus 与逆变单元3的bus 之间，另一端连接在电压转换单元2的bus-与逆变单元3的bus-之间时，当逆变器出现接地故障，光伏系统会控制dcdc变换器及逆变器关机，控制开关sw1闭合，对逆变单元3的两个输入端进行短路，此时光伏组串单元1与电压转换单元2以及控制开关sw1形成回路，防止了电压继续流向逆变单元3，导致逆变器直流侧对地承受全部母线电压，造成安全事故。
35.需要说明的是，本实施例提出的采用控制开关sw1，在母线电压接地的光伏系统发生直流侧接地故障时，短路母线的方案不限于dcdc变换器拓扑和逆变器拓扑，只要是采用在光伏板侧或者直流侧通过控制开关sw1短接直流侧的方式解决接地故障的光伏并网系统均在本实用新型的保护范围内。
36.在本实用新型实施例中，通过增加一个控制开关sw1将电压转换单元2的pv 与pv-进行连接，当逆变单元3出现接地故障时，系统会控制电压转换单元2与逆变单元3关机进行保护。此时，可以通过闭合控制开关sw1对电压转换单元2以及逆变单元3进行短路，使光伏组串单元1与开关单元形成闭合回路，从而释放直流母线电压。或者将控制开关sw1对逆变单元3的bus 与bus-进行连接，当逆变单元3的直流侧出现接地故障时，系统会控制电压转换单元2与逆变单元3关机，闭合控制开关sw1对逆变单元3进行短路，使光伏组串单元1、电压转换单元2与控制单元形成闭合回路，从而防止了逆变单元3侧的逆变器承受过高的母线电压，造成直流线缆电压击穿、硬件器件损坏等安全事故，降低了发生光伏逆变器接地故障
时电路的事故风险。
37.实施例二
38.参考图3所示，图3为本实施例提供的一种光伏逆变器系统的电路图。本实施例提供一种光伏逆变器系统，包括光伏逆变器接地故障控制电路、整流单元4以及变压器控制单元5。其中，变压器控制单元5包括交流接地开关及变压器。
39.整流单元4一端连接光伏逆变器接地故障控制电路中的电压转换单元2的输出端，另一端连接变压器的输入端。
40.交流接地开关的一端接保护地，另一端连接变压器的中性点，变压器还连接光伏逆变器接地故障控制电路的逆变单元3。
41.具体的，上述的光伏逆变器系统为交流中性点可控接地与上述光伏逆变器接地故障控制电路相结合的光伏逆变器系统。上述的变压器即t1，交流接地开关为sw2。
42.更具体的，本实施例的工作原理为光伏系统启动前闭合交流接地开关sw2，使得交流中性点接地，闭合整流单元4后启动给整流单元4设置在逆变器母线上电容充电。当逆变器母线电压满足预设的并网条件后，逆变器可以启动无功模式维持母线电压，保证了正负对地均压。通过交流接地开关sw2控制交流中性点接地，间接保证直流正负极对地电势相等。此时，再启动dcdc变换器直到其bus端的输出电压满足逆变器发有功功率的条件后，光伏系统便可以开始正式根据电站调度需求并网发电。
43.这样，本实施例通过提出交流中性点可控接地与带有可控开关组件组成的光伏逆变器系统，保证了系统的直流对地电压为母线电压的一半，降低了直流侧对地的安规等级，从而降低了系统成本。
44.更具体的，本实施例还针对上述光伏逆变器提出一种漏电流检测及漏电流处理方式。其中，作为一种可能的实施例方式，继续参考图3所示，本系统包括的光伏逆变器接地故障控制电路中，控制开关sw1可以增加在dcdc变换器的pv 与pv-之间，将pv 与pv-进行连接。当系统运行过程中出现接地故障时，在t1的交流侧的漏电流传感器(连接在交流接地开关sw2与接地段之间的霍尔元件)可以迅速检测到漏电流故障，此时直流侧对地高压会通过交流接地电阻进行缓慢释放，同时光伏逆变器系统会根据漏电流故障信号控制pv侧的控制开关sw1闭合，短接光伏组串单元1输出，从而使dcdc变换器不再输出pv侧电压，对直流母线电压进行释放，防止逆变器母线电压过高，造成安全事故。
45.作为另一种可能的实施例方式，参考图4所示，当逆变单元3的逆变器出现接地故障时，直接闭合控制开关sw1短接dcdc变换器输出侧。这样，同样可有效防止光伏系统接地后出现的直流侧对地持续高压的问题，降低了系统的风险。
46.在本实施例中，通过在箱变侧并网t1的中性点增加交流接地开关sw2，利用光伏逆变器并网后其交流中性点与直流母线中点等电位原理，保证了光伏系统直流对地电压为母线电压的一半，降低了直流侧对地的安规等级，降低了系统成本。并且当检测到逆变单元3出现接地故障时，利用增加一个控制开关sw1在dcdc变换器的pv 与pv-之间，将pv 与pv-进行连接的方式，实现电压转换单元2的pv侧的短路，或者将控制开关sw1增加到逆变器的bus 与bus-之间，将逆变器的bus 与bus
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进行连接，实现光伏组串单元1侧电压短路，或者对逆变器输入端一侧进行电压短路，对直流母线电压进行释放，防止逆变器母线电压过高，造成安全事故的问题。
47.实施例三
48.本实施例还提供一种光伏逆变器系统，在实施例二的基础上，上述整流单元4包括整流装置、整流控制开关、第一电容、第二电容以及第三电容，其中，
49.整流装置与整流控制开关串联后一端连接电压转换器的输出端，另一端连接变压器控制单元5的输入端。
50.第一电容、第二电容以及第三电容并联在逆变单元3与变压器的输入端之间的母线上。
51.具体的，参考图3所示，上述第一电容为c1、第二电容为c2、第三电容为c3，c1、c2、c3可以用于存储能量。整流控制开关为sw3。
52.更具体的，光伏逆变器系统启动前，闭合交流接地开关sw2保证交流中性点接地，同时闭合整流控制开关sw3，通过整流装置启动给设置在逆变器母线上的c1、c2、c3进行充电。当逆变器母线电压满足预设的并网条件后，逆变器启动通过无功模式维持母线电压，利用逆变器启动后交流中性点和母线中点等电位原理，保证了正负对地均压，当直流侧dcdc电路输出电压满足逆变器有功并网要求时，逆变器开始输出有功模式开始并网。
53.这样，本实施例通过提出交流中性点可控接地与带有可控开关组件组成的光伏逆变器系统，保证了系统的直流对地电压为母线电压的一半，降低了直流侧对地的安规等级，从而降低了系统成本。
54.需要说明的是，上述交流中性点可控接地与上述光伏逆变器接地故障控制电路相结合的光伏逆变器系统对应的电压等级包括多种，可以是1000v系统、1500v系统、2000v系统、3000v系统以及更高等级的光伏逆变器系统等。且本实施例提供的系统可以包括集中式、集散式及组串式等光伏逆变器系统中。
55.在本实用新型实施例中，当逆变单元3的逆变器出现接地故障时，通过将控制开关sw1增加在电压转换单元2的pv侧的方式实现短路pv侧电压，或者将控制开关sw1增加在逆变单元3的直流输入侧的方式，实现逆变器的直流输入侧短路，从而防止逆变单元3侧的逆变器母线电压过高，造成直流线缆电压击穿、硬件器件损坏等安全事故，降低了发生光伏逆变器接地故障时电路的事故风险。
56.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。