專利名稱：檢測太陽能發(fā)電系統(tǒng)接地故障的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)的接地故障檢測裝置和方法，特別涉及到這樣一種接地故障檢測裝置和方法，它檢測太陽能電池的接地故障狀態(tài)，并且停止太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的一個逆變器，該系統(tǒng)用一個非隔離式逆變器將太陽能電池產(chǎn)生的DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率，并且將AC功率輸出到市電系統(tǒng)。
對應著從幾W到數(shù)千kW的輸出功率，使用太陽能電池的太陽能發(fā)電裝置采用了各種形式。一般的家庭普遍采用的太陽能發(fā)電裝置是3到5kW太陽能電池和一個3到5kW逆變器的組合。在太陽能電池安裝面積可以比一般家庭大的公寓套房或公共設施中，可以采用的太陽能發(fā)電裝置是10kW太陽能電池和并聯(lián)連接的兩到三個3到5kW逆變器的組合。
采用太陽能電池的典型系統(tǒng)將太陽能電池產(chǎn)生的DC功率轉(zhuǎn)換(DC/AC轉(zhuǎn)換)成AC功率并且將AC功率提供給市電系統(tǒng)。圖8的電路圖示意性地表示了這種太陽能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)。
參見圖8，標號101代表太陽能電池組，它是通過將多個太陽能電池組件串聯(lián)連接成太陽能電池串并且將太陽能電池串并聯(lián)連接而構(gòu)成的；102是一個執(zhí)行DC/AC轉(zhuǎn)換的逆變器；而104是市電系統(tǒng)。
太陽能電池組101的DC輸出由一個電流采集盒(未示出)來采集并且由逆變器102轉(zhuǎn)換成市電AC功率。由太陽能電池組101，電流采集盒和逆變器102組成一個太陽能發(fā)電裝置。由太陽能發(fā)電裝置產(chǎn)生的AC功率可以通過一個配電開關板(未示出)提供給家中的負載或者是市電系統(tǒng)104。
為了在太陽能電池組101發(fā)生DC接地故障的情況下防止電氣沖擊并保護電路，在常規(guī)的逆變器102中設有電流互感器105，控制電路106和系統(tǒng)互連開關108。
電流互感器105中的一個檢測電路將太陽電池組101正、負極之間的差動電流值(接地故障檢測值)和一個預定的門限值相比較，從而檢測出太陽能電池組101的接地故障。如果檢測到接地故障，控制電路106就停止逆變器102中的逆變器電路107并且還關斷系統(tǒng)互連開關108以確保安全并保護市電系統(tǒng)。
在日本專利公開09-285015號所描述的結(jié)構(gòu)中，已經(jīng)考慮到了由于水滴粘在太陽能電池組件上會使地與太陽能電池組件之間的電容增大。當代表接地故障狀態(tài)的接地故障檢測值處在預定值或以上時，就抑制逆變器107的輸出功率。如果接地故障檢測值仍然在預定值或以上，就停止逆變器電路107，并且關斷系統(tǒng)互連開關108。
然而，這種常規(guī)裝置存在以下的缺點。
在逆變器102的DC電流路徑中會發(fā)生對應著來自逆變器電路107的市電AC頻率輸出的電壓變化。電壓的這一變化會傳到太陽能電池組的DC電流路徑中造成對地AC電流的變化(接地電平的變化)。對地AC電流的這一變化會通過太陽能電池組本身的電容變成AC漏電流分量。AC漏電流分量會隨著提供給逆變器電路的電流量即太陽能發(fā)電裝置的發(fā)電量的增大而增大。
在逆變器的接地故障檢測中，當太陽能電池的DC電流路徑中發(fā)生接地故障時，必須立即從市電系統(tǒng)上斷開DC電流路徑，以免接地故障電流繼續(xù)流動。因此，逆變器的接地故障檢測的靈敏度必須設置得很高。
出于這一原因，在常規(guī)的裝置中，即使是DC電流路徑?jīng)]有接地故障，由于靜電電容對AC漏電流分量的影響也可能出現(xiàn)被確定為接地故障的操作錯誤，并且逆變器可能被停止。
另外，在日本專利公開09-285015號所描述的裝置中，由于發(fā)電量在接地故障檢測值因靜電電容的影響而增大時會受到抑制，太陽能發(fā)電裝置的總發(fā)電量就會降低。
為了實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面提供了一種在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中檢測太陽能電池接地故障的接地故障檢測裝置，該系統(tǒng)會使一個非隔離式逆變器將太陽能電池產(chǎn)生的DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率，并且將AC功率輸出到市電系統(tǒng)，該裝置包括用于檢測太陽能電池的輸出線之間的差動電流的差動電流檢測裝置；AC漏電流消除裝置，用于從差動電流中消除由太陽能電池的對地電容造成的AC漏電流分量；以及確定裝置，通過將來自AC漏電流消除裝置的電流輸出值和一個預定門限值相比較來確定是否出現(xiàn)了接地故障狀態(tài)。
按照本發(fā)明，在一個太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，它能使一個非隔離式逆變器將太陽能電池產(chǎn)生的DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率，并且將AC功率輸出到市電系統(tǒng)，在檢測接地故障中，要檢測太陽能電池的輸出線之間的差動電流，并且從差動電流中消除因太陽能電池的對地電容造成的AC漏電流分量，并且通過將消除AC漏電流分量之后的電流值和一個預定門限值相比較來確定是否出現(xiàn)了接地故障狀態(tài)。
按照這種方案，就能防止盡管DC電流路徑中沒有接地故障狀態(tài)但由于靜電電容造成的AC漏電流分量的影響致使的任何接地故障狀態(tài)確定，并且能精確地確定接地故障狀態(tài)。
從以下結(jié)合附圖的說明中還可以看出本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點，在所有附圖中都采用了相同的標號來表示相同或類似的零件。
作為說明書一個組成部分的附圖和說明書一起表示了本發(fā)明的實施例，可用來解釋本發(fā)明的原理。
圖1的方框圖表示包括本發(fā)明第一實施例的接地故障檢測裝置的一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖2的電路圖表示圖1中所示的逆變器電路7的細節(jié)；圖3A到3D用曲線表示了在圖1所示的接地故障檢測裝置中關于接地故障檢測的信號波形；圖4A到4F用曲線表示了圖1中各個部位的信號波形；圖5的方框圖表示包括本發(fā)明第二實施例的接地故障檢測裝置的一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖6的方框圖表示包括本發(fā)明第三實施例的接地故障檢測裝置的一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖7用曲線表示了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量和按照對地電容值的漏電流預測值之間的關系；以及圖8的方框圖表示包括常規(guī)的接地故障檢測裝置的一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
圖1的方框圖表示一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)，它采用了按照本發(fā)明第一實施例的接地故障檢測裝置。以下要簡要描述其主要部件。
參見圖1，標號1代表一個太陽能電池組，它是通過串聯(lián)連接多個太陽能電池組件構(gòu)成太陽能電池串并且將太陽能電池串并聯(lián)連接而組成的。太陽能電池組件的光電轉(zhuǎn)換部分可以使用非晶體硅基材料，多晶硅或者是結(jié)晶硅。按照用途或者是安裝現(xiàn)場使用適當?shù)奶柲茈姵亟M件。
標號2代表一個逆變器。用一個電流采集盒(未示出)采集太陽能電池組1的輸出并且引導到逆變器2。在逆變器2中，來自太陽能電池組的DC輸出被轉(zhuǎn)換成AC功率，或者是通過調(diào)節(jié)DC電壓或DC電流使太陽能電池的電壓/電流工作點保持在最大功率。
逆變器2的輸出線包括兩條電壓線和一條中線，由兩條電壓線之間的200V的AC電壓構(gòu)成一個200V單相三線系統(tǒng)。
來自逆變器2的200V單相三線輸出被輸出到市電系統(tǒng)4。也就是將太陽能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的AC功率連接到市電系統(tǒng)4。通過一個配電開關板(未示出)來連接逆變器2和市電系統(tǒng)4。除了逆變器2和市電系統(tǒng)4之外，還有一個家中的負載(未示出)連接到配電開關板上。
當太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量超過負載的使用量時，功率被出售給市電系統(tǒng)。反之，當太陽能發(fā)電裝置的發(fā)電量小于負載的使用量時，就從市電系統(tǒng)購買功率。
以下要描述逆變器2的主要部件。
為了將來自太陽能電池組1的DC功率輸出轉(zhuǎn)換成200V的單相AC功率，用一個增壓器電路9將接收的DC輸出電壓增壓到320V。這一電壓值會將增加的系統(tǒng)電壓加到AC輸出電壓的峰值上。
本發(fā)明所使用的太陽能電池組1具有最佳工作電壓為200V的陣列結(jié)構(gòu)。因為最大功率工作點跟蹤控制是在150到300V的范圍內(nèi)執(zhí)行的，增壓器電路9相對于150到300V的輸入電壓輸出一個320V的電壓。
本實施例的增壓器電路9是由圖1中所示的一個增壓斬波器電路構(gòu)成的，其切換頻率是20kHz。
逆變器電路7將利用增壓器電路9增壓到320V的DC電壓的功率轉(zhuǎn)換成市電AC功率。圖2的電路圖表示了逆變器電路7的細節(jié)。
在本實施例的逆變器電路7中，用一個IGBT作為主電路的開關元件。工作頻率被設置在音頻以上的20kHz。逆變器電路7是由四個IGBT元件Q1到Q4以及濾波器L和C構(gòu)成的。逆變器電路7通過正弦調(diào)制PWM控制來反復導通/關斷IGBT元件，從而將DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率。
在本實施例中，用一個可以由外部信號導通/關斷的電磁繼電器來構(gòu)成系統(tǒng)互連開關8。
系統(tǒng)互連開關8在逆變器的工作狀態(tài)下被導通，而在逆變器的停止狀態(tài)下被關斷。如果在太陽能發(fā)電系統(tǒng)工作期間檢測到逆變器2或市電系統(tǒng)4中的一個故障，就用來自控制電路6的一個斷開指令斷開系統(tǒng)互連開關8。
電流互感器5被布置在逆變器2中，用來在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時防止任何電氣沖擊并保護電流路徑。電流互感器5輸出太陽能電池組1的正、負極之間的差動電流，這對于檢測太陽能電池組1的接地故障狀態(tài)是必要的。
在本實施例中，電流互感器5被布置在逆變器2輸入端的DC電流路徑中。然而，電流互感器5也可以布置在逆變器2輸出端的AC電流路徑中，或者是可以被插入在增壓器電路9和逆變器電路7之間，同時將兩條線連到一起。這是因為，在本實施例的無互感器方案中，DC電路中的接地故障電流不僅會變成DC電路中的不平衡電流，還會在AC電路中產(chǎn)生不平衡電流。
在本實施例中，電流互感器5被布置在逆變器2中。然而，電流互感器5也可以布置在逆變器2之外。
用濾波器電路10消除來自電流互感器5的差動電流輸出的預定頻率分量。由于本實施例中使用的逆變器電路執(zhí)行切換的頻率是20kHz，用濾波器電路10消除20kHz的分量。
用一個2fc分量消除電路15消除2fc的頻率，它是系統(tǒng)AC頻率的二倍。在本實施例中，對一個對應著系統(tǒng)AC頻率的半周期(1/2fc(Hz))的數(shù)據(jù)取平均值并且輸出。
為了消除系統(tǒng)AC頻率二倍的頻率分量2fc，采用一個帶通濾波器來消除頻率2fc，或者是與系統(tǒng)頻率同步地在系統(tǒng)頻率的過零點上對數(shù)據(jù)采樣。本實施例可以采用其中任何一種方法。
檢測電平設置裝置21輸出一個預置接地故障檢測值的門限值。在安裝逆變器2時設置這個值。以下要說明當接地故障檢測電平被設置在50mA時所執(zhí)行的操作。
一個比較器20將檢測電平設置裝置21輸出的值與一個值相比較，后者是借助于讓電流互感器5的輸出通過濾波器電路10和2fc分量消除電路15而獲得的。如果來自2fc分量消除電路15的輸出值(DC輸出值)超過了從檢測電平設置裝置21輸出的值，比較器20就輸出一個接地故障檢測信號。
控制電路6控制逆變器電路7和系統(tǒng)互連開關8。一旦從比較器20接收到一個接地故障檢測信號，控制電路6就分別向逆變器電路7和系統(tǒng)互連開關8輸出一個停止指令和斷開指令。
以下要描述按照這一實施例具有上述結(jié)構(gòu)的接地故障檢測裝置的工作方式。
如上所述，在本實施例的逆變器2中，電流互感器5獲得從太陽能電池組1的正極一側(cè)提供的電流和由其負極一側(cè)提供的電流之間的一個差動電流Ic。根據(jù)差動電流Ic的電平來檢測DC電流路徑的接地故障狀態(tài)。具體地說，接地故障檢測裝置包括電流互感器5，消除PWM分量的濾波器電路10，消除作為系統(tǒng)頻率二倍的頻率2fc的影響的2fc分量消除電路15，比較器20，以及檢測電平設置裝置21。
圖3A到3D用曲線表示了有關接地故障檢測的信號波形。圖3A表示當逆變器2穩(wěn)定工作時的系統(tǒng)AC電壓輸出波形。圖3B表示電流互感器5在此時的檢測波形。圖3C表示從電流互感器5的檢測波形中消除PWM分量也就是本實施例中的20kHz切換頻率后獲得的波形。圖3D表示消除二倍于系統(tǒng)頻率的頻率分量2fc后獲得的結(jié)果，也就是針對對應著系統(tǒng)AC頻率半周期的數(shù)據(jù)取時間平均值所獲得的波形。在此處假設太陽能電池組1沒有接地故障，而太陽能發(fā)電系統(tǒng)是按照預定的發(fā)電量持續(xù)工作的。
當逆變器電路7執(zhí)行切換以產(chǎn)生圖3A所示的200V單相三線輸出波形時，有一個具有二倍于市電AC頻率的頻率AC分量被疊加在太陽能電池組1的DC電流路徑上。該分量與太陽能電池組1和地(GND)之間的靜電電容之間的相互作用會產(chǎn)生一個AC漏電流。此時用圖1中所示的電容22來抑制DC電流路徑的AC分量。為了充分抑制AC變化，必須要增大該電容的電容量。因為電容22必須采用具有高擊穿電壓的電容器，電容量的增大會增加成本和空間。在本實施例的逆變器中，用一個具有數(shù)千μF電容量的電容器作為電容22。即便采用這樣高電容量的電容器，在DC電流路徑中仍然有AC變化，并且由于太陽能電池組1的靜電電容會產(chǎn)生一個AC漏電流。
如圖3B所示的AC漏電流的影響造成的接地故障檢測波形是由電流互感器5來檢測的。圖3B所示的接地故障檢測波形中包含20kHz切換頻率的PWM分量。圖3C所示的波形是用濾波器電路10消除了PWM分量而獲得的。然而，圖3C所示的波形中包含二倍于系統(tǒng)AC頻率的頻率分量2fc。如果用2fc分量消除電路15消除頻率分量2fc，就獲得了圖3D所示的波形。
如上所述，在本實施例中，接地故障狀態(tài)是用不僅消除了PWM分量而且還消除了二倍于系統(tǒng)AC頻率的頻率分量后所獲得的信號波形來檢測的。這樣就能防止因靜電電容對AC漏電流分量的影響而錯誤地確定接地故障所造成的會停止逆變器的任何操作錯誤。
假設實際已經(jīng)發(fā)生了接地故障，就將僅僅消除了20kHz切換頻率的接地故障檢測與不僅消除了20kHz切換頻率還消除了二倍于系統(tǒng)AC頻率的頻率2fc后的接地故障檢測相比較。假設在檢測電平設置裝置21中設置的檢測電平是50mA。
在圖4A到4F的曲線中，沿著橫坐標繪制的是時間，沿著縱坐標繪制的是電平。圖4A和4D表示接地故障分量Idc的信號電平。圖4B和圖4E表示僅僅消除了20kHz切換頻率時獲得的信號電平。圖4C和4F表示當執(zhí)行平均處理以消除電流互感器5的檢測信號中二倍于系統(tǒng)AC頻率的頻率2fc以及20kHz切換頻率時獲得的信號電平。圖4A到4C表示了在時間T1已經(jīng)發(fā)生了60mA的接地故障的情況。圖4D到4F表示了在時間T2已經(jīng)發(fā)生了40mA的接地故障的情況。
在太陽能電池組1中實際的接地故障分量Idc具有圖4A和4D所示的電平。然而，電流互感器5的信號電平輸出與接地故障分量Idc和AC漏電流分量Iac的總和是等效的。如果僅僅用濾波器電路10從電流互感器5的信號中消除20kHz的切換頻率，就會獲得圖4B和4E中所示的信號電平。即便是在這種狀態(tài)下，因為AC漏電流分量Iac的影響很大，難以確定接地故障分量Idc是否超過了門限值“50mA”。出于這個原因，發(fā)生上述檢測錯誤的概率很高。
另外，AC漏電流分量Iac的值會隨著切換電流的幅值也就是發(fā)電量而改變。出于這個原因，如果AC漏電流分量Iac的影響很大，就不能精確地檢測DC接地故障。
另一方面，在本實施例的結(jié)構(gòu)中，不但消除了20kHz的切換頻率，還用2fc分量消除電路15從電流互感器5的檢測信號中消除了二倍于系統(tǒng)AC頻率的頻率分量2fc，就能根據(jù)圖4C和4F所示的信號電平確定接地故障分量Idc是否超過了門限值“50mA”。在這種情況下，如圖4C和4F中所示，AC漏電流分量Iac的影響變得很小。因此，在圖4C所示的情況下就能精確地確定Idc超過了50mA。在圖4F所示的情況下能夠精確地確定Idc沒有超過50mA。
如上所述，按照本實施例，由于從電流互感器5的檢測信號中消除二倍于系統(tǒng)AC頻率的頻率分量2fc后能夠減少AC漏電流分量Iac的影響，就能更精確地檢測到DC接地故障。
以下要描述本發(fā)明第二實施例的接地故障檢測裝置。在第一實施例中，為了減少靜電電容造成的AC漏電流分量的影響，采取了平均處理從接地故障檢測值中消除二倍于系統(tǒng)AC頻率的頻率分量2fc。在本實施例中是檢測DC電流路徑對地電壓中的變化。另外還預先輸入太陽能電池的對地電容值。通過用電壓對地變化值和靜電電容值為參數(shù)來計算由對地電容造成的AC漏電流分量，執(zhí)行一種預定的算術運算。按照這種處理方式，從接地故障檢測值中減少因太陽能電池組的對地電容造成的AC漏電流分量的影響，從而精確地檢測DC接地故障。
圖5的方框圖表示采用本實施例的接地故障檢測裝置的一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)。與參照圖1所述的結(jié)構(gòu)類似，太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池組1和逆變器41。逆變器41的輸出被輸出到AC市電系統(tǒng)4。接地故障檢測裝置被安置在逆變器41中。與第一實施例中相同的標號代表圖5中相同的部件，在此省略了有關的說明。以下要說明與第一實施例的區(qū)別部分。
用一個對地電壓變化檢測裝置30檢測地電位與連接到太陽能電池組1和增壓器電路9的DC路徑中的對地電位之間的差值電壓中的變化。
對地電容設置裝置31預先輸入太陽能電池組1的靜電電容。因為太陽能電池組的對地電容值是由太陽能電池組的類型和容量所確定的，可以輸入太陽能電池組的類型和發(fā)電容量。如果能預先確定所使用的太陽能電池的類型，就僅僅輸入發(fā)電容量。如果發(fā)電容量也已經(jīng)確定了，就使用一個固定值。
一個計算部32根據(jù)對地電壓變化檢測裝置30的檢測值和對地電容設置裝置31的設定值來計算太陽能電池組1的靜電電容造成的AC漏電流預測值。
也就是說，假設E是對地電壓變化檢測裝置30的檢測值，f是頻率，而C是在對地電容設置裝置31中設定的靜電電容值，得到的AC漏電流i就是i＝2πfCE一個計算部33接收由電流互感器5檢測的接地故障檢測值和來自計算部32的AC漏電流預測值，并且向一個比較器20輸出一個信號，該信號是從接地故障檢測值中減去AC漏電流預測值而獲得的。當計算部33的輸出值超過由檢測電平設置裝置21設置的一個值時，比較器20就輸出一個接地故障檢測信號。用濾波器電路34消除PWM分量。
在本實施例的逆變器41中，接地故障檢測裝置的組成是電流互感器5，濾波器電路34，對地電壓變化檢測裝置30，對地電容設置裝置31，計算部32和33，比較器20，以及檢測電平設置裝置21。
以下簡要介紹本實施例的接地故障檢測裝置的工作方式。檢測太陽能電池1的DC電流路徑中對地電壓的變化。根據(jù)這一檢測值和對地電容的設定值，按照一個預定的公式由靜電電容計算出AC漏電流預測值。從電流互感器5的檢測值中減去這一預測值，將所得的值與檢測門限值相比較，從而確定一種接地故障狀態(tài)。
如上所述，按照本實施例，接地故障狀態(tài)是根據(jù)從電流互感器輸出中減去由對地電壓的變化和靜電電容值計算出的一個AC漏電流預測值所獲得的一個值來確定的。按照這種處理方式能減少AC漏電流分量的影響，從而更精確地檢測DC接地故障。
以下要描述本發(fā)明第三實施例的接地故障檢測裝置。在本實施例中是檢測逆變器的增壓器部分的電壓變化。另外還預先輸入太陽能電池的對地電容值。用對地電壓變化值和靜電電容值作為參數(shù)執(zhí)行一種預定的算術運算，由此計算出AC漏電流的預測值。按照這種處理方式能夠從接地故障檢測值中消除AC漏電流的影響，從而精確地檢測DC接地故障。
圖6的方框圖表示包括本實施例的接地故障檢測裝置的一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。與參照圖1所述的結(jié)構(gòu)類似，太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池組1和逆變器51。逆變器51的輸出被輸出到AC市電系統(tǒng)4。接地故障檢測裝置被安置在逆變器51中。與第一和第二實施例中相同的標號在圖6中代表相同的部件，在此省略了有關的說明。以下要說明與第一和第二實施例的區(qū)別部分。
用增壓器部分電壓變化檢測裝置35檢測由增壓器電路9增壓的電壓部分隨逆變器電路7變化的狀態(tài)。
一個計算部36根據(jù)增壓器部分電壓變化檢測裝置35的檢測值和對地電容設置裝置31的設定值來計算太陽能電池組1的靜電電容造成的AC漏電流預測值。
也就是說，假設E是對地電壓變化檢測裝置35的檢測值，f是頻率，而C是在對地電容設置裝置31中設定的靜電電容值，得到的AC漏電流i就是i＝2πfCE一個計算部37接收由電流互感器5檢測的接地故障檢測值和來自計算部36的AC漏電流預測值，并且向一個比較器20輸出一個信號，該信號是從接地故障檢測值中減去AC漏電流預測值而獲得的。當計算部37的輸出值超過由檢測電平設置裝置21設置的一個值時，比較器20就輸出一個接地故障檢測信號。
在本實施例的逆變器51中，接地故障檢測裝置的組成是電流互感器5，去除PWM分量的濾波器電路34，增壓器部分電壓變化檢測裝置35，計算部36和37，比較器20，以及檢測電平設置裝置21。
以下簡要介紹本實施例的接地故障檢測裝置的工作方式。
本實施例利用了這樣的事實，即隨著逆變器電路7的切換所產(chǎn)生的增壓器部分的電壓變化的增加，由太陽能電池組1的靜電電容造成的AC漏電流也會增加。
也就是說，計算部36根據(jù)增壓器部分電壓變化檢測裝置35的輸出和存儲在對地電容設置裝置31中的值來計算由靜電電容造成的AC漏電流預測值。然后用計算部37從電流互感器5的檢測值中減去計算的預測值，用以減少AC漏電流分量Iac的影響，從而更精確地檢測DC接地故障。
增壓器電路9中的電壓變化是由逆變器電路的切換電流也就是逆變器的發(fā)電量和電容器22的電容所決定的。因此，由太陽能電池組的對地電容造成的AC漏電流就是由逆變器的發(fā)電量和太陽能電池的對地電容所確定的。
在控制電路6中，可以根據(jù)逆變器的發(fā)電量和來自靜電電容設置裝置的輸入值來計算來自靜電電容的漏電流預測值。
如上所述，按照本實施例，從接地故障檢測裝置的檢測信號中去掉由逆變器增壓器部分電壓的檢測值和太陽能電池組的對地電容計算出的一個值，用以減少AC漏電流分量的影響，從而更精確地檢測DC接地故障。
圖7用曲線表示了由靜電電容造成的漏電流預測值中的變化，它是由逆變器的發(fā)電量和靜電電容獲得的。如圖7所示，漏電流與發(fā)電量和對地電容成比例。
即便是通過從接地故障檢測裝置的檢測值中減去由圖7所示的曲線獲得的漏電流預測值來減少AC漏電流分量Iac的影響，也能精確地檢測DC接地故障。
本發(fā)明可以應用于由多個設備組成的系統(tǒng)或者是由單個設備構(gòu)成的裝置。
另外，本發(fā)明的目的也可以這樣來實現(xiàn)，提供一個存儲媒體來存儲執(zhí)行上述處理的程序代碼到一個計算機系統(tǒng)或裝置(例如是個人計算機)，從該存儲媒體用計算機系統(tǒng)或裝置的CPU或MPU讀出這種程序代碼，然后執(zhí)行該程序。
在這種情況下，利用從存儲媒體中讀出的程序代碼來實現(xiàn)這種實施例的功能，并且用存儲這種程序代碼的存儲媒體構(gòu)成本發(fā)明。
另外，諸如軟盤，硬盤，光盤，磁光盤，CD-ROM，CD-R，磁帶，非易失性存儲卡，以及ROM都可以用來提供程序代碼。
另外，通過執(zhí)行由計算機讀出的程序代碼還可以實現(xiàn)上述實施例的附加功能。本發(fā)明包括的情況有，由在計算機上運行的OS(操作系統(tǒng))等等按照程序代碼的指示來執(zhí)行一部分或是完整的程序，并且實現(xiàn)上述實施例的功能。
另外，本發(fā)明還包括這樣的情況，將從存儲媒體讀出的程序代碼寫入一個插入計算機中的功能擴展卡，或者是寫入設在連接到計算機上的一個功能擴展裝置的存儲器中后，由功能擴展卡或者是功能擴展裝置所包含的CPU等等按照程序代碼的指示來執(zhí)行一部分或是完整的程序，并且實現(xiàn)上述實施例的功能。
無需脫離本發(fā)明的原理及其范圍就能實現(xiàn)許多顯而易見的不同實施例，應該認識到本發(fā)明并非僅限于所述的具體實施例，唯獨權利要求書是對本發(fā)明的限定。
權利要求
1.在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中檢測太陽能電池接地故障的一種接地故障檢測裝置，該系統(tǒng)會使一個非隔離式逆變器將太陽能電池產(chǎn)生的DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率，并且將AC功率輸出到市電系統(tǒng)，該裝置包括用于檢測太陽能電池的輸出線之間的差動電流的差動電流檢測裝置；AC漏電流消除裝置，用于從差動電流中消除由太陽能電池的對地電容造成的AC漏電流分量；以及確定裝置，通過將上述AC漏電流消除裝置輸出的電流值和一個預定門限值相比較來確定是否出現(xiàn)了接地故障狀態(tài)。
2.按照權利要求1的裝置，其特征是上述AC漏電流消除裝置從差動電流中消除二倍于市電系統(tǒng)頻率的頻率分量。
3.按照權利要求1的裝置，其特征是上述AC漏電流消除裝置根據(jù)太陽能電池的輸出線的電壓變化量和太陽能電池的對地電容計算出AC漏電流的預測值，并且從差動電流值中減去這一預測值。
4.按照權利要求1的裝置，其特征是上述AC漏電流消除裝置根據(jù)非隔離式逆變器的增壓器部分的電壓變化量和太陽能電池的對地電容計算出AC漏電流的預測值，并且從差動電流值中減去這一預測值。
5.按照權利要求1的裝置，其特征是上述AC漏電流消除裝置根據(jù)非隔離式逆變器的輸出功率量和太陽能電池的對地電容計算出AC漏電流的預測值，并且從差動電流值中減去這一預測值。
6.按照權利要求1的裝置，其特征是上述AC漏電流消除裝置包括濾波器裝置，用來從差動電流中消除非隔離式逆變器的PWM分量。
7.一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括用來檢測太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能電池接地故障的接地故障檢測裝置，該系統(tǒng)會使一個非隔離式逆變器將太陽能電池產(chǎn)生的DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率，并且將AC功率輸出到市電系統(tǒng)，該裝置包括，用于檢測太陽能電池的輸出線之間的差動電流的差動電流檢測裝置；AC漏電流消除裝置，用于從差動電流中消除由太陽能電池的對地電容造成的AC漏電流分量；以及確定裝置，通過將上述AC漏電流消除裝置輸出的電流值和一個預定門限值相比較來確定是否出現(xiàn)了接地故障狀態(tài)；以及控制裝置，按照來自上述接地故障檢測裝置的確定結(jié)果來控制上述非隔離式逆變器的操作以及一個系統(tǒng)互連開關的狀態(tài)。
8.在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中檢測太陽能電池接地故障的一種接地故障檢測方法，該系統(tǒng)會使一個非隔離式逆變器將太陽能電池產(chǎn)生的DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率，并且將AC功率輸出到市電系統(tǒng)，該方法包括以下步驟檢測太陽能電池的輸出線之間的差動電流；從差動電流中消除由太陽能電池的對地電容造成的AC漏電流分量；并且通過將消除了AC漏電流分量之后的電流值和一個預定門限值相比較來確定是否出現(xiàn)了接地故障狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及檢測太陽能發(fā)電系統(tǒng)接地故障的裝置和方法。在一個太陽能發(fā)電系統(tǒng)中,系統(tǒng)會使一個非隔離式逆變器將太陽能電池產(chǎn)生的DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率,并且將AC功率輸出到市電系統(tǒng),為了檢測接地故障,檢測太陽能電池的輸出線之間的差動電流,從差動電流中消除由太陽能電池的對地電容造成的AC漏電流分量;并且通過將消除了AC漏電流分量之后的電流值和一個預定門限值相比較來確定是否出現(xiàn)了接地故障狀態(tài)。按照這種方式,盡管DC電流路徑中存在靜電電容,也能防止由此造成的AC漏電流分量的影響所導致的錯誤的接地故障狀態(tài)確定,并且能精確地確定接地故障狀態(tài)。
文檔編號H02H3/16GK1373368SQ02103160
公開日2002年10月9日 申請日期2002年2月1日 優(yōu)先權日2001年2月2日
發(fā)明者近藤博志, 真鍋直規(guī), 竹原信善 申請人:佳能株式會社