防雷保护装置及逆变器

技术领域

本发明属于防雷保护技术领域，尤其涉及防雷保护装置及逆变器。

背景技术

目前，防雷装置通常采用金属氧化物压敏电阻(metal-oxide varistor，MOV)和气体放电管(GAS)组合的方式，由于MOV的等效阻抗在几十兆欧左右，而气体放电管的等效阻抗很大，通常达到上千兆欧，可见气体放电管的阻抗远远大于MOV的阻抗，根据串联电路中阻抗越大其分压越高，在正常情况下被保护线路的大部分电压由气体放电管承受，尤其在高压系统中，因此，需要选用耐压很大的气体放电管，但是，目前市场上耐压大的气体放电管很少，而且成本很高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供防雷保护装置及逆变器，以降低对防雷装置的耐压性能要求。采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种防雷保护装置，包括：第一过压保护器、第二过压保护器和调压电路；

所述第一过压保护器和所述第二过压保护器串联于被保护线路与地之间，且所述第一过压保护器连接所述被保护线路，所述第二过压保护器接地；

所述调压电路包括第一分压电路，所述第一分压电路并联在所述第二过压保护器两端，所述第一分压电路用于调整所述第一过压保护器或所述第二过压保护器上的压降。

在一种可能的实现方式中，所述第一分压电路的等效阻抗小于或等于所述第一过压保护器的等效阻抗，其中，所述第一过压保护器的等效阻抗小于所述第二过压保护器的等效阻抗；

或者，

所述第一分压电路的等效阻抗大于所述第一过压保护器的等效阻抗，且小于所述第二过压保护器的等效阻抗。

在一种可能的实现方式中，所述第一分压电路为贴片电阻或压敏电阻。

在一种可能的实现方式中，所述被保护线路包括至少两条线路；

所述第一过压保护器包括至少两个第一过压保护器件，且所述第一过压保护器件的数量所述被保护线路的数量相同；所述第二过压保护器包括第二过压保护器件；

每个第一过压保护器件的一端连接互不相同的被保护线路，每个第一过压保护器件的另一端连接所述第二过压保护器件的一端，所述第二过压保护器件的另一端接地。

在一种可能的实现方式中，所述被保护线路为逆变器的直流输入母线和交流输出相线中的至少一种。

在一种可能的实现方式中，所述调压电路还包括第二分压电路，其中，所述第二分压电路包括数量与被保护线路的数量相等的分压器件；

每个分压器件的一端连接一个互不相同的被保护线路，每个分压器件的另一端连接所述第一过压保护器和所述第二过压保护器的公共点。

在一种可能的实现方式中，所述第二分压电路中的分压器件为开关型过压保护器件或限压型过压保护器件。

在一种可能的实现方式中，所述第一过压保护器包括开关型过压保护器件或限压型过压保护器件。

第二方面，本发明还提供了一种逆变器，包括逆变模块，以及与所述逆变模块连接的防雷保护装置，其中该防雷保护装置为第一方面任意一种可能的实现方式提供的防雷装置。

在一种可能的实现方式中，所述防雷保护装置包括：第一防雷保护装置和第二防雷保护装置；

所述第一防雷保护装置与所述逆变模块的直流输入母线连接；

所述第二防雷保护装置与所述逆变模块的交流输出相线连接。

本发明提供的防雷保护装置包括串联于被保护线路与地之间的第一过压保护器和第二过压保护器，且第一过压保护器连接被保护线路、第二过压保护器接地。而且，该防雷保护装置还包括调压电路，该调压电路至少包括并联在第二过压保护器两端的第一分压电路。防雷保护装置处于正常工况时，该第一分压电路用于调整第一过压保护器或第二过压保护器上的压降。通过调整第一分压电路的阻抗值，降低第二过压保护器(或第一过压保护器)上的压降，从而降低第二过压保护器(或第一过压保护器)的耐压性能要求，进而降低防雷保护装置的硬件成本。

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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种防雷保护装置的结构示意图；

图2是本发明提供的另一种防雷保护装置的结构示意图；

图3是本发明提供的一种应用于逆变器直流输入侧的防雷保护装置的结构示意图；

图4是本发明提供的另一种应用于逆变器直流输入侧的防雷保护装置的结构示意图；

图5是本发明提供的又一种应用于逆变器直流输入侧的防雷保护装置的结构示意图；

图6是本发明提供的再一种应用于逆变器直流输入侧的防雷保护装置的结构示意图；

图7是本发明提供的另一种应用于逆变器直流输入侧的防雷保护装置的结构示意图；

图8是本发明提供的又一种应用于逆变器直流输入侧的防雷保护装置的结构示意图；

图9是本发明提供的一种应用于逆变器交流输出侧的防雷保护装置的结构示意图；

图10是本发明提供的另一种应用于逆变器交流输出侧的防雷保护装置的结构示意图；

图11是本发明提供的一种逆变器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参见图1，示出了本发明提供的一种防雷保护装置的结构示意图，如图1所示，该防雷保护装置包括第一过压保护器(即SPD1)、第二过压保护器(即SPD2)和调压电路。

其中，SPD1和SPD2串联于被保护线路与地(即PE)之间，而且，SPD1连接被保护线路，SPD2连接PE。

调压电路至少包括第一分压电路，该第一分压电路并联在SPD2两端，用于调整第一过压保护器或第二过压保护器上的压降。

在一种应用场景中，SPD1采用限压型过压保护器件如MOV，SPD2采用开关型过压保护器件如GAS，MOV的等效阻抗在MΩ级，GAS的等效阻抗在GΩ级，可见SPD1的等效阻抗远远小于SPD2的等效阻抗。

该应用场景下，当第一分压电路的等效阻抗小于或等于SPD1的等效阻抗时，第一分压电路与SPD2并联，并联阻抗小于任意一个并联支路上的阻抗，因此，第一分压电路和SPD2的并联等效阻抗远远小于SPD2。由于SPD1的等效阻抗不变，使得防雷保护装置中的整体阻抗变小，导致整体电路中的电流增大，进而导致SPD1上的压降增大，最终降低了SPD2上的压降。

当第一分压电路的等效阻抗大于SPD1的等效阻抗时，可以实现第一分压电路与SPD2的并联等效阻抗大于SPD1的等效阻抗，此时，第一分压电路上的压降大于SPD1上的压降，这样，能够降低对SPD1的耐压性能要求。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，SPD2可以采用限压型过压保护器件，例如，MOV。

开关型过压保护器件是当电路中的电压超过其击穿电压时，开关型保护器件导通，其上的压降基本为0，例如，气体放电管就是开关型过压保护器件的一种。

限压型过压保护器件是当限压型过压保护器件两端的电压达到其耐受电压时，将电压箝位在某个电压限值。例如，MOV属于限压型过压保护器件。

本实施例中，如图1所示，调压电路仅包括第一分压电路，该第一分压电路并联在SPD2两端，且通过参考SPD1的等效阻抗合理配置第一分压电路的等效阻抗能够有效降低SPD2或SPD1上的压降。

在本发明另一种可能的实现方式中，如图2所示，调压电路包括第一分压电路和第二分压电路，第二分压电路并联于SPD1两端，第二分压电路并联于SPD2两端。

参考第二分压电路的等效阻抗合理配置第一分压电路的等效阻抗，有效降低SPD2或SPD1上的压降。

需要说明的是，第一分压电路和第二分压电路均可以采用贴片电阻或限压型过压保护器件(如，MOV)，此处不做限定。

本实施例提供的防雷保护装置，增加调压电路，该调压电路至少包括并联在第二过压保护器两端的第一分压电路。防雷保护装置处于正常工况时，该第一分压电路用于调整第一过压保护器或第二过压保护器上的压降。通过调整第一分压电路的阻抗值，降低第二过压保护器(或第一过压保护器)上的压降，从而降低第二过压保护器(或第一过压保护器)的耐压性能要求，进而降低防雷保护装置的硬件成本。

在光伏发电系统中，逆变器是核心设备，逆变器的稳定性将直接影响整个电网的运行稳定性。因此，防雷保护是逆变器要实现的重要保护功能之一。逆变器直流输入侧和交流输出侧都需要设置防雷保护装置。

下面先以设置在逆变器的直流输入侧的防雷保护装置为例进行说明：

请参见图3，示出了本发明一种应用于逆变器的直流输入侧的防雷保护装置的结构示意图，该防雷保护装置应用于逆变器的直流输入端，即被保护线路是连接逆变器的直流输入端的直流母线。

如图3所示，本应用场景中，逆变器所连接的直流母线包括一个正直流母线和一个负直流母线。SPD1包括两个第一过压保护器件分别为MOV1和MOV2；而且，SPD2为气体放电管GAS。

MOV1的一端连接正直流母线PV+，MOV1的另一端连接GAS的一端，GAS的另一端接PE端。

MOV2的一端连接负直流母线PV-，MOV2的另一端连接GAS与MOV1的公共端。

第一分压电路包括电阻R，R并联在GAS两端。

在一种应用场景下，希望选用很小击穿电压的GAS，可以将R的阻值配置为小于或等于MOV1或MOV2的自身阻抗。

MOV的自身阻抗为MΩ级，因此R的阻值为MΩ级；而GAS的阻抗在GΩ级，R与GAS并联后的并联等效阻抗小于R的阻值。电路中的总阻抗减小，在电压一定的情况下，电路中的电流变大，而MOV1或MOV2的阻抗未变，因此，MOV1或MOV2上的压降增大；又由于电压一定，所以GAS上的压降变小。综上所述，可以选择击穿电压较小的GAS，以保证正常工况下GAS不会被击穿。

在另一种应用场景下，希望选用很小耐压的MOV，可以将R的阻值配置为大于MOV1或MOV2的自身阻抗，实现MOV1(或MOV2)两端的电压低于GAS两端的电压，此时，可以选用耐压小一点的MOV，当然需要保证正常工况下GAS不会被击穿。

请参见图4，示出了另一种防雷保护装置的结构示意图，与图3所示实施例的不同之处在于：调压电路包括第一分压电路和第二分压电路，其中，第一分压电路为R3，第二分压电路为R1和R2。

如图4所示，R1并联在MOV1两端，R2并联在MOV2两端，R3并联在GAS两端。

本实施例中，可以参考R1和R2的阻值来配置R3的阻值；

由于R1与MOV1并联，所以R1上的压降与MOV1上的压降相同；同理，R2两端的电压与MOV2两端的电压相同。

如果将R3的阻抗配置为小于或等于R1(或R2)的阻抗，则可实现R3两端的电压小于或等于R1(或R2)两端的电压。又由于R3与GAS并联，R3两端的电压与GAS两端的电压相等，所以GAS两端的电压小于或等于MOV1(或MOV2)两端的电压。此时，可以选用击穿电压很小的GAS即可保证正常工况下GAS不会被击穿。

同理，如果将R3的阻抗配置为大于R1(或R2)的阻抗，则可实现MOV1(或MOV2)两端的电压小于GAS两端的电压，因此，可以选用耐压较小的MOV，当然此时需要保证GAS在正常工况下不会被击穿。

而且，图4所示的防雷保护装置中，可以将R1、R2的阻抗配置为小于MOV2或MOV2的自身阻抗。因此，R3可以选用的阻抗值更小的阻抗，从而进一步降低成本。

此外，图3和图4所示的由MOV+GAS构成的防雷保护装置，在雷击导通后，GAS上的残压基本为0V，整个回路中只有MOV1或MOV2形成的残压，因此，与全由MOV构成的防雷保护装置相比，MOV+GAS构成的防雷保护装置的整个回路中残压较低，从而降低了后级电路的耐压要求。

在本发明的另一个实施例中，图3所示防雷保护装置中的SPD2也可以采用限压型过压保护器件，如图5所示，SPD2采用MOV实现；整个防雷保护装置的工作过程与图3所示实施例相同，此处不再赘述。

在本发明的又一个实施例中，图4所示防雷保护装置中的SPD2也可以采用限压型过压保护器件，如图6所示，SPD2采用MOV实现，其它与图4所示实施例相同，此处不再赘述。

在本发明的其它实施例中，防雷保护装置应用在包括多路输入的逆变器的输入端，该逆变器包括多个正直流母线和一个负直流母线。此种应用场景下，SPD1包括多个第一过压保护器件，且第一过压保护器件的数量与逆变器直流母线的数量相同，其中，第一过压保护器件可以采用限压型过压保护器件，如MOV。

如图7所示，MOV1的一端连接正直流母线PV1+，MOV1的另一端连接GAS的一端；MOV2的一端连接正直流母线PV2+，MOV2的另一端连接GAS的一端；依次类推，MOVn的一端连接正直流母线PVn+，MOVn+1的一端连接负直流母线PV-。

在本发明的一个实施例中，调压电路仅包括第一分压电路，该第一分压电路并联在SPD2两端。

其中，该第一分压电路可以采用贴片电阻实现，或者，也可以采用限压型保护器件实现。

图7所示的防雷保护装置中SPD2采用GAS实现，在其它实施例中，SPD2还可以采用其它的开关型过压保护器件，或者限压型过压保护器件，此处不做限定。

在本发明的另一个实施例中，如图8所示，调压电路在第一分压电路的基础上还可以包括第二分压电路，且第二分压电路包括与被保护线路的数量相同的分压器件，每个分压器件与一个MOV并联。

如图8所示，R1并联在MOV1两端，依次类推，Rn并联在MOVn两端，Rn+1并联在MOVn+1两端。第二分压电路包括Rn+2，Rn+2并联在SPD2两端。

本实施例所示的防雷保护装置的工作过程与图4所示的防雷保护装置相同，此处不再赘述。

逆变器的交流输出侧同样需要设置防雷保护装置，此种应用场景下，被保护线路为逆变器的交流输出相线。

请参见图9，示出了本发明提供的逆变器的交流输出侧的防雷保护装置的结构示意图。

如图9所示，逆变器的交流输出相线分别为L1、L2和L3，即被保护线路分别为L1、L2和L3。

SPD1包括三个第一过压保护器件分别为MOV1、MOV2和MOV3；SPD2为GAS。MOV1的一端连接L1，MOV1的另一端连接GAS的一端，GAS的另一端接地；MOV2连接在L2和GAS之间，MOV3连接在L3和GAS之间。

本实施例中，调压电路包括第一分压电路，该第一分压电路并联在SPD2两端。

本实施例提供的防雷保护装置的工作过程与图3所示的防雷保护装置的工作过程相同，此处不再赘述。

图9所示的防雷保护装置中的调压电路在第一分压电路的基础上还可以包括第二分压电路，得到如图10所示的防雷保护装置。

如图10所示，该防雷保护装置中的调压电路包括第一分压电路和第二分压电路，其中，第二分压电路包括R1、R2和R3，第一分压电路包括R4。

R1与MOV1并联，R2与MOV2并联，R3与MOV3并联，R4与SPD2并联。

参考R1、R2或R3的阻抗值配置R4的阻抗，具体的配置过程与图4所示实施例相同，此处不再赘述。

在本发明的其它实施例中，图9和图10所示实施例中的SPD2还可以选用其它开关型过压保护器件，或者，选用限压型过压保护器件，此处不作限定。

另一方面，本发明还提供了设置有上述实施例提供的防雷保护装置的逆变器。

请参见图11，示出了本发明提供的一种逆变器的结构示意图，如图11所示，该逆变器包括逆变模块、第一防雷保护装置和第二防雷保护装置。

第一防雷保护装置与逆变模块的直流输入端连接、第二防雷保护装置与逆变模块的交流输出端连接。

图11所示的逆变模块的直流输入端包括一个正输入端PV+和一个负输入端PV-，此时，第一防雷保护装置可以采用图3-图6所示的防雷保护装置中的任意一种。

在另一种应用场景中，逆变模块的直流输入端包括n个正输入端和一个负输入端，此种应用场景下，第一防雷保护装置可以采用图7～图8所示的结构及其它可能结构的防雷保护装置中的任意一种，此处不再一一详述。

第二防雷保护装置可以采用图9～图10所示结构及其它可能的结构所示的防雷保护装置中的任意一种。

本实施例提供的逆变器，在逆变模块的直流输入端和交流输出端均设置有上述的防雷保护装置，此种防雷保护装置增加调压电路以调整第一过压保护器或第二过压保护器两端的电压，降低第一过压保护器或第二过压保护器的耐压性能要求，从而降低了防雷保护装置的硬件成本，进而降低了逆变器的硬件成本。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请各实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本申请各实施例中的装置及终端中的模块和子模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或子模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个子模块或模块可以结合或者可以集成到另一个模块，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块或子模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或子模块的部件可以是或者也可以不是物理模块或子模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块或子模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块或子模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或子模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块或子模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块或子模块集成在一个模块中。上述集成的模块或子模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块或子模块的形式实现。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。