用于逆變器的絕緣電阻測量的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有獨(dú)立權(quán)利要求1的前序部分的特征的用于測量逆變器的絕緣電阻的方法以及涉及一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求8的前序部分的具有至少一個(gè)半橋并且具有用于測量絕緣電阻的設(shè)備的逆變器，所述半橋具有兩個(gè)有源開關(guān)元件。
【背景技術(shù)】
[0002]逆變器尤其可以是PV逆變器，也就是將電能由光伏發(fā)電機(jī)饋入到交流電網(wǎng)中。
[0003]逆變器可以具有輸出側(cè)的變壓器。但是尤其也可以涉及無變壓器的逆變器。
[0004]所測量的絕緣電阻雖然包括逆變器的這些絕緣電阻，但尤其涉及在輸入側(cè)連接到逆變器的電流源一一亦即例如PV發(fā)電機(jī)一一的絕緣電阻。
[0005]在逆變器的運(yùn)行中電流源可以具有接地參考。因此可以例如將其電極中的一個(gè)在逆變器的運(yùn)行中接地。而且在接地的電網(wǎng)上在無變壓器的逆變器的運(yùn)行中通過位于逆變器輸出端上的電網(wǎng)電壓建立否則未接地的電流源的接地參考。然而，對(duì)于絕緣電阻的測量可以除去這樣的接地連接，因?yàn)闇y量對(duì)地的絕緣電阻。
[0006]由文獻(xiàn)EP I 857 825 Al 和與之平行(parallel)的 US 7, 576, 547 B2 已知一種測量設(shè)備，該測量設(shè)備具有用于求取處于電壓下的電設(shè)備的絕緣電阻的接地點(diǎn)或具有饋電電壓的設(shè)備，該饋電電壓具有正電極和負(fù)電極。在此設(shè)有兩個(gè)開關(guān)或一個(gè)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，它們分別在兩個(gè)電極中的一個(gè)與接地點(diǎn)之間建立電流通路，以便在出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)絕緣故障時(shí)以任意的電位參考求取總體上產(chǎn)生的絕緣電阻。為了求取絕緣電阻實(shí)施兩次連續(xù)測量，其中，在這些測量中的第一次中第一開關(guān)閉合，而第二開關(guān)斷開，其中，在這些測量中的第二次中第一開關(guān)斷開，而第二開關(guān)閉合。在這些測量中測量流經(jīng)分別建立的到接地點(diǎn)的連接的電流。由兩個(gè)所測量的電流計(jì)算絕緣電阻，所述文獻(xiàn)對(duì)此給出了詳細(xì)指導(dǎo)。
[0007]已知的測量設(shè)備可以具體地設(shè)置用于針對(duì)絕緣錯(cuò)誤監(jiān)視光伏設(shè)備，該光伏設(shè)備將電能由光伏發(fā)電機(jī)饋入到交流電網(wǎng)中。為了構(gòu)造已知的測量設(shè)備待在逆變器上設(shè)置的部件是眾多的并且顯著提高了逆變器的總成本。
[0008]由文獻(xiàn)DE 10 2006 031 663 B3已知一種用于測量IT網(wǎng)中的絕緣電阻的方法。IT網(wǎng)具有直流電壓中間電路和包括第一和第二功率開關(guān)的自換向的變流器。此外，用于測量對(duì)地的中間電路電壓的測量設(shè)備由分壓器和兩個(gè)所分配的電位測量裝置組成并且是IT網(wǎng)的一部分。該方法包括例如在運(yùn)行開始時(shí)的離線測量，在所述運(yùn)行開始變流器的所有第一或所有第二功率開關(guān)閉合。在該開關(guān)狀態(tài)下測量中間電路的兩個(gè)電位以及中間電路電壓并且由此確定絕緣電阻。
[0009]由文獻(xiàn)DE 10 2010 054 413 Al已知一種用于在系統(tǒng)中絕緣錯(cuò)誤的定位的方法，該系統(tǒng)包括具有高側(cè)和低側(cè)的直流部分和包括具有由兩個(gè)功率開關(guān)組成的串聯(lián)電路的逆變器的交流部分，所述功率開關(guān)連接在高側(cè)與低側(cè)之間。直流部分以直流電壓源的直流電壓饋電。實(shí)現(xiàn)了直接位于高側(cè)上的功率開關(guān)的接通、直接位于低側(cè)上的功率開關(guān)的接通、在兩種接通狀態(tài)中的每一個(gè)中分別測量在高側(cè)與地之間的高側(cè)絕緣電壓以及在低側(cè)與接地之間的低側(cè)絕緣電壓并且最后基于測量結(jié)果來求取是否在直流或交流部分中存在絕緣錯(cuò)誤。
[0010]由在本申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)日才公開的文獻(xiàn)DE 10 2011 007 222 Al得知一種逆變器電路，其中，為了進(jìn)行絕緣監(jiān)視，借助于逆變器的交流電壓測量電阻改變用于絕緣監(jiān)視的分壓器的分壓器比例，其方式是，這些交流電壓測量電阻借助于橋電路的IGBT與中間電路電位耦合。在逆變器的正常運(yùn)行中，位于直流電壓測量電阻上的電壓是輸出電壓的當(dāng)前值并且用于輸出電壓的調(diào)節(jié)。絕緣監(jiān)視通過以在中間電路電位與地之間的電位差的形式的實(shí)際電壓的電壓測量實(shí)現(xiàn)。將該實(shí)際電壓與依賴于IGBT的開關(guān)位置的、預(yù)給定的額定電壓進(jìn)行比較。如果在實(shí)際電壓與額定電壓之間的差超過預(yù)給定的度量，則顯示絕緣錯(cuò)誤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，提供一種用于測量逆變器的絕緣電阻的方法以及具有用于測量絕緣電阻的設(shè)備的逆變器，所述設(shè)備應(yīng)用絕緣電阻的有源測量，而無需為此產(chǎn)生尚成本。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的任務(wù)通過具有獨(dú)立權(quán)利要求1的特征的方法和具有獨(dú)立權(quán)利要求8的特征的逆變器解決。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求2至7中描述。從屬權(quán)利要求9至18涉及根據(jù)本發(fā)明的逆變器的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0013]在有源測量逆變器的絕緣電阻的原理的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)中，通過閉合接地開關(guān)使位于逆變器的半橋的兩個(gè)有源開關(guān)元件之間的中點(diǎn)與接地點(diǎn)連接。隨后借助于半橋的開關(guān)元件一一所述開關(guān)元件在逆變器的正常運(yùn)行中用于驅(qū)動(dòng)輸出電流一一使與接地點(diǎn)連接的中點(diǎn)依次與逆變器的位于半橋上的中間電路電壓的兩個(gè)未接地的電極連接。測量流經(jīng)如此與接地點(diǎn)建立的連接的電流。測量值的分析處理隨后以原則上已知的方式實(shí)現(xiàn)。
[0014]如果不使用輸入側(cè)的直流/直流調(diào)整器，則中間電路電壓等于逆變器的輸入電壓，所述輸入電壓由所連接的電流源提供，所述中間電路電壓位于逆變器的半橋上并且其電極可選擇地與接地點(diǎn)連接。
[0015]如果在本發(fā)明的限定中參考流到接地點(diǎn)的電流，則因此不涉及確定的電流流向。相反，電流流向依賴于驅(qū)動(dòng)所述電流的電壓對(duì)地的極性。因?yàn)槟孀兤鞯闹虚g電路電壓的兩個(gè)電極通常具有不同的對(duì)地的極性，所以電流流向至少當(dāng)半橋的中點(diǎn)首先更長時(shí)間地與中間電路電壓的第一電極并且隨后更長時(shí)間地與另一電極連接時(shí)發(fā)生變化。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的方法利用逆變器半橋的有源開關(guān)元件用于逆變器的中間電路電壓的兩個(gè)未接地的電極與接地點(diǎn)的連接的建立。也就是說，在逆變器中應(yīng)用原本存在的并且可加載相應(yīng)電壓的開關(guān)元件作為用于接通中間電路電壓的兩個(gè)電極的開關(guān)。單單由此可以相對(duì)于由文獻(xiàn)EP I 857 825 Al和平行的US 7，576，547 B2已知的獨(dú)立的測量設(shè)備顯著降低在逆變器上的絕緣電阻的測量成本。為了絕緣電阻的測量待建立的在半橋的中點(diǎn)與接地點(diǎn)之間的連接相比之下不需要可更大幅加載的開關(guān)，尤其是如果在所述連接中設(shè)有高歐姆保護(hù)電阻。
[0017]在根據(jù)本發(fā)明的用于測量絕緣電阻的方法中，不僅以相比于逆變器在饋電到所連接的交流電網(wǎng)時(shí)的正常運(yùn)行不常規(guī)的方式控制逆變器的半橋的開關(guān)元件，而且逆變器在測量時(shí)刻還不與交流電網(wǎng)連接，或者逆變器為了絕緣電阻的測量又與在其正常運(yùn)行中連接的交流電網(wǎng)分離。
[0018]流經(jīng)到接地點(diǎn)的連接的電流優(yōu)選作為在測量電阻上的電壓降測量，所述測量電阻連接在半橋的中點(diǎn)與接地點(diǎn)之間。這包括:中間電路電壓的兩個(gè)電極與接地點(diǎn)的連接通過相同的測量電阻引導(dǎo)并且相應(yīng)地也需要僅僅一個(gè)測量裝置。
[0019]所述測量裝置可以涉及逆變器的這樣的測量裝置，所述測量裝置在逆變器的正常運(yùn)行中測量在相比于在半橋的中點(diǎn)與接地點(diǎn)之間的測量電阻更低歐姆的測量電阻上的電壓降，以便測量由半橋到所連接的交流電網(wǎng)中的電流。也就是說，參照用于流到接地點(diǎn)的電流的測量裝置也可以在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用在逆變器中反正存在的裝置，這進(jìn)一步降低了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的測量方法的附加成本。
[0020]具體地，開關(guān)元件可以在根據(jù)本發(fā)明的測量方法中依次并且分別僅僅一次地在測量期間閉合，以便使得兩個(gè)直流電流依次由中間電路電壓的兩個(gè)電極流經(jīng)到接地點(diǎn)的連接。這相應(yīng)于由文獻(xiàn)EP I 857 825 Al和US 7，576，547 B2已知的測量原理的實(shí)現(xiàn)。然而該實(shí)現(xiàn)的前提在于，半橋的開關(guān)元件可以閉合顯著的、也就是比在正常的逆變器運(yùn)行中所需要的時(shí)間長多倍的時(shí)間。即使在此出現(xiàn)的開關(guān)元件負(fù)荷僅僅很小一一尤其當(dāng)在與接地點(diǎn)的連接中設(shè)置保護(hù)電阻時(shí)，盡管如此也不能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)的閉合，因?yàn)槔玳_關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)器借助于自舉電路供以電壓。
[0021]然而在該情況下也可應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實(shí)施方式，其中，控制開關(guān)元件，以便使得周期性的交流電流通過逆變器的電網(wǎng)扼流圈流經(jīng)到接地點(diǎn)的連接，或者以便在半橋的中點(diǎn)調(diào)節(jié)用于到接地點(diǎn)的電流的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓，所述驅(qū)動(dòng)電壓位于中間電路電壓的兩個(gè)電極對(duì)地的電壓之間。也就是說，例如可以根據(jù)脈寬調(diào)制的原理如此控制開關(guān)元件，使得通過由電網(wǎng)扼流圈并且可能的另外的元件一一例如濾波電容器和保護(hù)電阻組成的濾波器驅(qū)動(dòng)到接地點(diǎn)中的交流電流。所述交流電流不僅可以是正弦形的而且例如也可以是矩形的并且具有非常低的頻率，由此所述交流電流在連接到逆變器的電流源的更大的泄漏電容的情況下也允許絕緣電阻的有意義的測量。具體地，用于測量絕緣電阻而形成的交流電流可以比在逆變器的正常運(yùn)行中通過電網(wǎng)扼流圈輸出的交流電流長至少2倍、優(yōu)選至少5倍、還更優(yōu)選