一种光伏逆变系统及其绝缘故障检测方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种光伏逆变系统及其绝缘故障检测方法。

背景技术

在光伏并网发电过程中，若光伏阵列的对地绝缘电阻的阻值低于一定的指标要求或绝缘电阻失效，就会危及光伏发电设备或者用户的人身安全。因此，需要在光伏阵列并网前对光伏阵列的绝缘电阻进行检测。

当前光伏逆变器的绝缘检测电路，都是对光伏逆变器进行整体检测。然而，随着光伏逆变器单机容量的增加，单台光伏逆变器中光伏输入的支路数量也相应增加。所有支路中某一支路的组件对地绝缘阻抗出现问题后，光伏逆变器无法准确识别哪一支路出现问题。

因此，当前的检测方案，还需要运维和检修人员通过手工检测，检查每一支路的组件是否出现绝缘问题，给运维和检修带来很多不便。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光伏逆变系统及其绝缘故障检测方法，以实现绝缘故障的支路定位。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种光伏逆变系统的绝缘故障检测方法，所述光伏逆变系统中DCAC变换器电路的直流侧并联连接有多个BOOST电路；所述光伏逆变系统的绝缘故障检测方法包括：

判断所述光伏逆变系统是否出现绝缘故障；

若判断结果为是，则逐一控制各所述BOOST电路中的开关管开通，并同时判断所述光伏逆变系统中直流母线的正负极电压是否切换为平衡状态；

对于正负极电压切换为平衡状态的所述BOOST电路，判定其所接光伏子阵发生绝缘故障。

可选的，判断所述光伏逆变系统中直流母线的正负极电压是否切换为平衡状态，包括：

判断所述直流母线的正极电压和负极电压之间的绝对值差值是否处于第一预设范围内；

若判断结果为是，则判定正负极电压切换为平衡状态。

可选的，判断所述光伏逆变系统是否出现绝缘故障，包括：

计算所述直流母线的对地绝缘阻抗；

判断所述对地绝缘阻抗是否低于预设的异常阈值；

若判断结果为是，则判定所述光伏逆变系统出现绝缘故障。

可选的，在判定所述光伏逆变系统出现绝缘故障之后，还包括：

根据所述直流母线的正极电压和负极电压，确定所述光伏逆变系统出现绝缘故障的相应极。

可选的，根据所述直流母线的正极电压和负极电压，确定所述光伏逆变系统出现绝缘故障的相应极，包括：

判断所述直流母线的正极电压和负极电压之间的绝对值差值是否超出第二预设范围；

若判断结果为是，则判定绝对值较小的一极出现绝缘故障。

可选的，在对于正负极电压切换为平衡状态的所述BOOST电路，判定其所接光伏子阵发生绝缘故障之后，还包括：

对于所接光伏子阵发生绝缘故障的所述BOOST电路，控制其输入端的可控开关断开；

控制所述光伏逆变系统启动并网。

可选的，在控制所述光伏逆变系统启动并网之前，还包括：

再次判断所述光伏逆变系统是否出现绝缘故障；

若判断结果为否，则控制所述光伏逆变系统启动并网。

可选的，在对于正负极电压切换为平衡状态的所述BOOST电路，判定其所接光伏子阵发生绝缘故障之后，还包括：

先对所接光伏子阵发生绝缘故障的所述BOOST电路进行记录；

再在完成对于全部所述BOOST电路所接光伏子阵是否发生绝缘故障的判断之后，执行对于所接光伏子阵发生绝缘故障的所述BOOST电路，控制其输入端的可控开关断开的步骤。

本发明第二方面还提供了一种光伏逆变系统，包括：控制系统和受控于所述控制系统的DCAC变换电路、多个BOOST电路及多个可控开关；其中：

各所述BOOST电路的输入端分别通过对应的所述可控开关，连接对应的光伏子阵；

各所述BOOST电路的输出端并联连接至直流母线；

所述DCAC变换电路的直流侧连接于所述直流母线，所述DCAC变换电路的交流侧用于连接电网；

所述控制系统用于执行如权利要求1-8任一项所述的光伏逆变系统的绝缘故障检测方法。

可选的，所述BOOST电路为：对称三电平BOOST电路、悬浮电容BOOST电路和两电平BOOST电路中的任意一种。

可选的，所述可控开关为断路器中的主触点。

可选的，各所述BOOST电路的输入端正负极传输支路上，分别设置有相应的主触点。

可选的，所述控制系统、各所述BOOST电路和所述DCAC变换电路，集成于组串式逆变器中。

可选的，各所述BOOST电路分别为相应DCDC变换器中的主电路；

所述DCAC变换电路为逆变器中的主电路。

可选的，所述控制系统包括：设置于各所述DCDC变换器中的第一控制器，和，设置于所述逆变器中的第二控制器；

各所述第一控制器分别与所述第二控制器通信连接；

各所述可控开关均受控于所述第二控制器。

可选的，所述控制系统包括：系统控制器、设置于各所述DCDC变换器中的第一控制器，和，设置于所述逆变器中的第二控制器；

各所述第一控制器和所述第二控制器分别与所述系统控制器通信连接；

各所述可控开关均受控于所述系统控制器。

本发明提供的光伏逆变系统的绝缘故障检测方法，其首先判断光伏逆变系统是否出现绝缘故障；若判断结果为是，则逐一控制其各BOOST电路中的开关管开通，并同时判断该光伏逆变系统中直流母线的正负极电压是否切换为平衡状态；当某一BOOST电路中的开关管开通时，直流母线的正负极电压切换为平衡状态，则说明该路BOOST电路的输入端正负极对地阻抗分布不均，也即该路BOOST电路所接的光伏子阵发生绝缘故障，进而实现了对于绝缘故障的支路定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光伏逆变系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光伏逆变系统的绝缘故障检测方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的光伏子阵正极对地阻抗异常的等效阻抗图；

图4a、图4b和图4c分别为本发明实施例提供的BOOST电路的三种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的光伏子阵正极对地阻抗异常且正负极短路时的等效阻抗图；

图6、图7和图8为本发明实施例提供的光伏逆变系统的绝缘故障检测方法的另外三种流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明提供一种光伏逆变系统的绝缘故障检测方法，以实现绝缘故障的支路定位。

参见图1，该光伏逆变系统包括：控制系统(图中未展示)和受控于控制系统的DCAC变换电路102、多个BOOST电路101及多个可控开关(如图中所示的各个S1、S2和Sn)；其中：

各BOOST电路101的输入端分别通过对应的可控开关，连接对应的光伏子阵。各光伏子阵中可以包括多个并联连接的光伏组串，各光伏组串包括多个串联连接的光伏组件；图1为一种示例，光伏组串PV1和PV2并联构成第一个光伏子阵，通过正负极的可控开关S1连接第一个BOOST电路101的输入端；光伏组串PV3和PV4并联构成第二个光伏子阵，通过正负极的可控开关S2连接第二个BOOST电路101的输入端；光伏组串PV2n-1和PV2n并联构成第二个光伏子阵，通过正负极的可控开关Sn连接第n个BOOST电路101的输入端。

各BOOST电路101的输出端通过直流母线并联连接至DCAC变换电路102的直流侧。DCAC变换电路102的交流侧用于连接电网。

该控制系统用于执行如下所述的绝缘故障检测方法；参见图2，该光伏逆变系统的绝缘故障检测方法包括：

S101、判断光伏逆变系统是否出现绝缘故障。

实际应用中，通过设置于光伏逆变系统中直流母线上的绝缘检测电路，即可检测系统直流侧光伏阵列对地的绝缘情况，并根据该检测结果即可判断系统是否出现绝缘故障。

若判断结果为是，也即光伏逆变系统出现绝缘故障，则执行步骤S102。

S102、逐一控制各BOOST电路中的开关管开通，并同时判断光伏逆变系统中直流母线的正负极电压是否切换为平衡状态。

一般绝缘阻抗故障，可能为某一串光伏组件的正极或者负极对地绝缘阻抗异常，假设图1中第一路BOOST电路101正极出现阻抗低，则会导致正负极对地阻抗分布不均，图3所示为光伏子阵正极对地阻抗异常的等效阻抗图。

正常情况下，各路BOOST电路101输入端都是Rp＝Rn，此时Vdcp＝Vdcn；当某一串光伏组件的正极或者负极对地绝缘阻抗异常，比如图1中第一路BOOST电路101输入端正极出现阻抗低，此时Rf<

由于实际应用中，图1中的各个BOOST电路101一般为：两电平BOOST电路(如图4a所示)、对称三电平BOOST电路(如图4b所示)或悬浮电容BOOST电路(如图4c所示)等。所以，通过将BOOST电路中的开关管T1开通，可以将正极和负极连接在一起。

如果某一路BOOST电路所接光伏子阵发生绝缘故障，比如图1中所示的第一个BOOST电路，则将其开关管T1开通之后，此时的等效阻抗如图5所示；可知，此时正极和负极对地等效阻抗接近，忽略干扰因素和误差，直流母线上则有Vdcp＝Vdcn，此时直流母线的正负极电压恢复平衡，即切换为平衡状态。而如果该路BOOST电路所接光伏子阵未发生绝缘故障，则将其开关管T1开通之后，由于绝缘故障BOOST电路中的开关管T1仍然关断，所以绝缘故障所带来的正负极阻抗分配不均仍存在于系统中，此时，直流母线的正极对地电压Vdcp和负极对地电压Vdcn之间仍然会有很大差距，比如图3中所示的|Vdcp|<<|Vdcn|。

因此，逐一控制各BOOST电路中的开关管T1开通，并同时保持其他BOOST电路中的开关管T1关断，进而根据正极对地电压Vdcp和负极对地电压Vdcn的变化，可以定位出哪一路光伏子阵出现绝缘阻抗低异常，例如图1中所示情况，则可以准确定位到第一路BOOST电路所接光伏子阵对地绝缘阻抗异常。

S103、对于正负极电压切换为平衡状态的BOOST电路，判定其所接光伏子阵发生绝缘故障。

通过将绝缘阻抗异支路的BOOST电路的开关管T1闭合，将该路光伏子阵的正极和负极短路，使得正极和负极对地阻抗一样，从而使得正极对地电压和负极对地电压绝对值恢复到接近或误差大幅减小，从而定位为此路光伏子阵出现绝缘阻抗异常。

本实施例提供的光伏逆变系统的绝缘故障检测方法，通过上述原理，当某一BOOST电路中的开关管开通时，直流母线的正负极电压切换为平衡状态，则说明该路BOOST电路的输入端正负极对地阻抗分布不均，也即该路BOOST电路所接的光伏子阵发生绝缘故障，进而实现了对于绝缘故障的支路定位。

相比于现有技术中逆变器检测绝缘阻抗异常时，只能判断出所有输入的光伏阵列出现阻抗异常，却无法定位到具体哪一个支路的情况，本实施例基于现有电路，通过软件逻辑判断可定位到具体哪一个支路光伏子阵的绝缘阻抗出现异常，方便并网前的绝缘故障维护和检修工作进行。

执行该绝缘故障检测方法时，其步骤S102中的判断光伏逆变系统中直流母线的正负极电压是否切换为平衡状态，具体可以是：

判断直流母线的正极电压和负极电压之间的绝对值差值是否处于第一预设范围内；也即，判断||Vdcp|-|Vdcn||

该第一预设范围也即[-V1，+V1]，实际应用中，可取V1＝0.2Vpv，但并不仅限于此，其具体参数可以依据实际情况选取。

另外，执行该绝缘故障检测方法时，其步骤S101中，判断光伏逆变系统是否出现绝缘故障，具体可以包括：计算直流母线的对地绝缘阻抗；判断对地绝缘阻抗是否低于预设的异常阈值；若判断结果为是，则判定光伏逆变系统出现绝缘故障。

当绝缘阻抗值低于某个阈值时，则判断为绝缘阻抗异常故障。如图1所示，当第一支路正极对地阻抗Rf小于设定阈值时，则逆变器识别出绝缘阻抗低故障。

进一步的，当判定光伏逆变系统出现绝缘故障之后，还包括图6中所示的：

S201、根据直流母线的正极电压和负极电压，确定光伏逆变系统出现绝缘故障的相应极。

假设图1中第一路BOOST电路101正极出现阻抗低，则此时图3中有Rf<

实际应用中，该步骤S201，具体可以包括：

判断直流母线的正极电压和负极电压之间的绝对值差值是否超出第二预设范围；也即，判断||Vdcp|-|Vdcn||>V2是否成立；若判断结果为是，则判定绝对值较小的一极出现绝缘故障。

该第二预设范围也即[-V2，+V2]，实际应用中，可取V2＝0.8Vpv，但并不仅限于此，其具体参数可以依据实际情况选取。

值得说明的是，现有技术中的绝缘阻抗检测方案，在运维和检修人员排除绝缘阻抗故障前，逆变器无法并网工作，会损失系统发电量。

因此，本实施例在上述实施例的基础之上，如图7所示(以在图6的基础上为例)，在步骤S103之后，还包括：

S104、对于所接光伏子阵发生绝缘故障的BOOST电路，控制其输入端的可控开关断开。

S105、控制光伏逆变系统启动并网。

通过上述原理，识别出具体是哪一路光伏子阵存在绝缘故障后，通过各BOOST电路输入端的可控开关(如1图中所示的各个S1、S2和Sn)，将此路光伏子阵断开，从而保证了剩余光伏子阵的绝缘阻抗正常，逆变器可以重新并网发电，从而实现了系统的最大发电量需求。

实际应用中，该可控开关可以是可控断路器，比如断路器的主触点，或者，该可控开关也可以是其他具备分段能力的开关，此处不做具体限定，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。而且，各BOOST电路的输入端正负极传输支路上，分别设置有相应的可控开关。

优选的，参见图8，在步骤S105之前，该绝缘故障检测方法，还可以包括：

S202、再次判断光伏逆变系统是否出现绝缘故障；若判断结果为否，则执行步骤S105。

而且，在步骤S103之后，还可以先对所接光伏子阵发生绝缘故障的BOOST电路进行记录；以便在完成对于全部BOOST电路所接光伏子阵是否发生绝缘故障的判断之后，可以分辨出所接光伏子阵发生绝缘故障的BOOST电路，并执行步骤S104。

其余过程及原理参见上述实施例即可，此次不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种光伏逆变系统，如图1所示，具体包括：控制系统(图中未展示)和受控于控制系统的DCAC变换电路102、多个BOOST电路101及多个可控开关(如图中所示的各个S1、S2和Sn)；其中：

各BOOST电路101的输入端分别通过对应的可控开关，连接对应的光伏子阵。各光伏子阵中可以包括多个并联连接的光伏组串，各光伏组串包括多个串联连接的光伏组件；图1为一种示例，光伏组串PV1和PV2并联构成第一个光伏子阵，通过正负极的可控开关S1连接第一个BOOST电路101的输入端；光伏组串PV3和PV4并联构成第二个光伏子阵，通过正负极的可控开关S2连接第二个BOOST电路101的输入端；光伏组串PV2n-1和PV2n并联构成第二个光伏子阵，通过正负极的可控开关Sn连接第n个BOOST电路101的输入端。实际应用中，各个BOOST电路101的输入端还应设置有相应的支撑电容C2。

图1中均以各个光伏子阵包括两个光伏组串为例进行展示，实际应用中并不仅限于此，各个光伏子阵中的光伏组串数量可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

各BOOST电路101的输出端通过直流母线并联连接至DCAC变换电路102的直流侧。DCAC变换电路102的直流侧也应该设置有相应的母线电容，实际应用中还可以分为串联连接的正母线电容和负母线电容。DCAC变换电路102的交流侧用于连接电网。

该控制系统用于执行上述实施例所述的绝缘故障检测方法；该光伏逆变系统的绝缘故障检测方法不再赘述，参见上述实施例即可。

实际应用中，各个BOOST电路101可以为：两电平BOOST电路(如图4a所示)、对称三电平BOOST电路(如图4b所示)或悬浮电容BOOST电路(如图4c所示)等，此处仅为部分示例，但并不仅限于此，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

该可控开关可以为断路器中的主触点。并且，各BOOST电路的输入端正负极传输支路上，分别设置有相应的主触点。

值得说明的是，该光伏逆变系统中，其控制系统、各BOOST电路101和DCAC变换电路102，可以以集成于组串式逆变器中的形式存在，也可以分别独立存。.

各BOOST电路101和DCAC变换电路102分别独立存在时，各BOOST电路101分别为相应DCDC变换器中的主电路；DCAC变换电路102为逆变器中的主电路。

此时，控制系统可以包括：设置于各DCDC变换器中的第一控制器，和，设置于逆变器中的第二控制器；各第一控制器分别与第二控制器通信连接；各可控开关均受控于第二控制器。

该控制系统也可以包括：系统控制器、设置于各DCDC变换器中的第一控制器，和，设置于逆变器中的第二控制器；各第一控制器和第二控制器分别与系统控制器通信连接；各可控开关均受控于系统控制器。

关于该光伏逆变系统的结构设置，可以参见现有技术，只要其控制系统能够实现上述实施例提供的绝缘故障检测方法即可，均在本申请的保护范围内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。