光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測系統(tǒng)與方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測系統(tǒng)與方法，在夜間逆變器處于待機狀態(tài)，直流母線電壓降低，啟動逆變器軟啟回路，向母線電容進行充電，使逆變器母線電容電壓等于直流電壓，充電完成后停止軟啟，此時控制輔助測試電阻回路工作，母線電容通過輔助測試電阻進行放電，則母線電容此時為零狀態(tài)響應。通過放電時間段內進行母線電壓積分除以母線電壓壓降和輔助測試電阻即可計算出電容容值，并根據(jù)計算出的容值與預先設置電容值下限比較，判斷電容容值是否合格，如不合格，即進行故障告警，提示更換母線電容，防止由于母線電容性能下降或失效帶來的進一步危害。
【專利說明】
光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測系統(tǒng)與方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及光伏并網(wǎng)發(fā)電領域，特別是光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測系 統(tǒng)與方法。
【背景技術】
[0002] 太陽能作為可再生能源之一，具有儲量豐富、分布廣泛、清潔無污染、綠色環(huán)保的 優(yōu)點，是公認的替代能源。太陽能電池板發(fā)出的直流電經(jīng)逆變器轉化為與電網(wǎng)電壓等幅、同 頻、同相的交流電，輸送到電網(wǎng)。
[0003] 光伏并網(wǎng)逆變器由開關器件單元、直流母線電容單元等關鍵部分組成，而直流母 線電容是光伏并網(wǎng)逆變器至關重要的一個單元，其作用為光伏并網(wǎng)逆變器在直流側和交流 側交換過程中，吸收和提供動態(tài)所需瞬時電流，維護直流母線的電壓穩(wěn)定，還可W吸收IGBT 關斷尖峰電壓等。光伏并網(wǎng)逆變器要求具備25年的使用壽命，但由于多種原因，直流母線電 容的性能將會降低，主要表現(xiàn)為電容容值降低，從而導致直流母線電壓紋波增大，輸出電流 THD增加，當直流母線電壓紋波超過光伏并網(wǎng)逆變器耐受值時，還將導致IGBT炸毀，事故擴 大，很多情況，都是IGBT等其它元件損壞，才發(fā)現(xiàn)是直流母線電容容值降低的原因，因此直 流母線電容容值的自動檢測就十分重要。
[0004] 目前光伏并網(wǎng)逆變器直流母線電容容值的檢測方法，在實施時必然影響系統(tǒng)正常 運行?，F(xiàn)有技術中還沒有不影響系統(tǒng)運行的簡單有效的檢測方法，針對運種情況，本文提出 一種光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測方法，該方法簡單、有效、穩(wěn)定、可靠。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測系統(tǒng)，W及利用 該系統(tǒng)的檢測方法，用W解決現(xiàn)有技術檢測影響系統(tǒng)正常運行的問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0007] 光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測系統(tǒng)，包括用于連接光伏設備（如光伏板 等)的直流端子，直流端子連接直流母線，直流母線通過變流器、軟啟動電路連接交流端子， 交流端子用于連接交流電網(wǎng)；直流母線上連接有母線電容和電壓傳感器;所述直流母線上 連接有輔助測試回路，輔助測試回路包括串聯(lián)的輔助測試電阻和控制開關。
[000引本發(fā)明還提供了一種光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測方法，步驟如下：
[0009] 當檢測夜晚來臨、直流母線電壓低于設定值時，斷開光伏設備與直流母線的連接， 連接交流電網(wǎng)，對母線電容充電；
[0010] 充電完畢后，斷開交流電網(wǎng)，投入輔助現(xiàn)聯(lián)回路，母線電容對輔助現(xiàn)聯(lián)回路放電；
[0011] 至少檢測放電過程中的起止電壓和放電時間，根據(jù)電量之差與電氣量積分相等的 關系，計算出母線電容容值。
[0012] 進一步的，所述電量之差為電壓差與母線電容的乘積，電量差與電氣量積分相等 的關系3
母線電容容值的計算公式：
[0013]
;其中，Uc(tl)、Uc(t2)分別為起止電壓，tl、t2為起止時刻， R41為輔助測試電阻，C為母線電容。
[0014] 進一步的，當計算出的母線電容容值與設定的母線電容容值相比，差距超過限值 時則進行告警，提示更換母線電容。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是，該電容檢測方法能夠在每天夜間進行自動檢測，能夠及時 的掌握母線電容的性能指標，且不影響白天的正常發(fā)電并網(wǎng)，因此該方法不影響系統(tǒng)運行， 而且檢測頻率高，簡單、有效，便于在實際工程中實現(xiàn)和推廣。
[0016] 另外通過逆變器自身的電壓霍爾即可檢測到精確的母線電壓值，不需要增加額外 的檢測裝置，然后再經(jīng)過電壓積分計算即可得到電容的容值。相對于利用電流積分進行計 算，不僅減少了檢測變量，而且可W避免由于電流較小，檢測不準確帶來的檢測誤差從而降 低了計算誤差。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明實施例的一種光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測系統(tǒng)；
[0018] 圖2是本發(fā)明實施例的一種光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測方法。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0020] 如圖1所示，光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測系統(tǒng)，包括用于連接光伏設備 (如光伏板等）的直流端子，直流端子連接直流母線，直流母線通過變流器、軟啟動電路連接 交流端子。交流端子用于連接交流電網(wǎng);直流母線上連接有母線電容。直流母線上還設有用 于檢測母線電壓的電壓傳感器。
[0021] 軟啟動電路包括主接觸器和軟啟接觸器、軟啟電阻，用于光伏并網(wǎng)并且降低啟動 電流的沖擊。變流器采用橋式變流器，即圖中功率橋。
[0022] 上述電路部分均屬于現(xiàn)有技術的光伏并網(wǎng)部分。本發(fā)明在結構部分的改進在于， 在直流母線上還連接有輔助測試回路，輔助測試回路包括串聯(lián)的輔助測試電阻與相應的控 制開關。本實施例中，電壓傳感器為霍爾電壓傳感器。作為其他實施方式，也可W采用其他 類型的電壓傳感器。
[0023] 本發(fā)明進行母線電容容值測試的原理是：
[0024] 在每天晚上隨著太陽光線的逐漸變弱，電池板端口電壓也逐漸降低，逆變器停止 工作，待直流側電壓降低到0VW后，逆變器啟動交流軟啟回路(軟啟接觸器和軟啟電阻)對 直流母線電容進行充電，待充電完畢停止軟啟回路，然后啟動輔助測試回路進行放電，利用 直流放電過程對母線電容的容量進行檢測。電容檢測主要利用其中的交流電網(wǎng)、軟啟回路、 功率橋、輔助測試回路、母線電容和霍爾電壓傳感器，其中交流電網(wǎng)提供電源，軟啟回路和 功率橋構成整流回路，向母線電容進行充電，輔助測試回路為母線電容放電，電壓霍爾傳感 器進行母線電壓檢測。然后逆變器利用自身控制器進行電容計算。
[0025] 根據(jù)電容的性質，有下述表達式：
[0026]
(1)
[0027] R41為輔助測試電阻。
[002引對（1)式兩巧巧A可得：
[0029]
12)
[0030] BF
人而可得到電容容值，即容量的計算公式：
[00 川
（3)
[0032] 從公式(3)可看出，知道tl~t2時刻母線電容C兩端的電壓變化Δυ和母線電容兩 端的電壓uc(t)即可根據(jù)公式(3)計算出電容容量值。
[0033] 具體測試過程如圖2所示：
[0034] 當檢測到夜晚逆變器停機W后，直流電壓小于20V(即某一個接近0V的設定值，本 領域技術人員可W根據(jù)實際情況進行選擇)時，啟動軟啟回路對電容進行充電。
[0035] 待充電完畢后(充電到設定一個電壓值即可停止)停止軟啟回路，同時啟動輔助測 試電阻(通過閉合與輔助測試電阻串聯(lián)的控制開關來啟動輔助測試回路），在母線電壓從化 (tl)至化(t2)的過程中對直流母線電壓進行積分，當檢測到母線電壓小于化(t3)時將輔助 測試回路切除（通過斷開控制開關實現(xiàn)切除），其中Uc(t3)<Uc(t2)<Uc(tl)，然后利用公式 (3)對母線電容容值進行計算，將計算的結果與設定的電容容值進行比較，當計算的母線電 容容值與設定的電容容值相比(通過相除或者相減），差距過大時就提示對母線電容問題嚴 重，需要進行更換的信息。
[0036] 上述實施例中，進行母線電容檢測的時段是夜晚來臨之后，運樣就不會影響光伏 正常工作。因此，就需要判斷夜晚來臨；可W通過計時的方式實現(xiàn)對夜晚的判斷，比如控制 器自動計時忍片或者由主控系統(tǒng)活動計時信息;準確判斷夜晚來臨能夠避免白天烏云遮擋 導致停機情況也進行母線電容檢測。作為其他實施方式，還可W與停機的信息相結合判斷 夜晚來臨。
[0037] 根據(jù)需要的頻率，可W選擇每天夜晚進行檢測，或者若干天檢測一次。
[0038] 上述實施例中，采用檢測母線電壓，利用電量差（即電壓差與電容之積)與電壓積 分相等的關系檢測容值。作為其他實施方式，也可W通過在輔助測試回路中串入電流傳感 器(如電流互感器)來檢測放電電流，通過放電電流的積分與電量差相等的關系來檢測容 值，具體計算的公式即將式(3)中電壓積分改為電流積分(去掉分母上的電阻）即可，故不再 寶述。但是由于霍爾電壓傳感器屬于直流母線上本身就具有的設備，因此，采用電壓積分進 行計算不需要引入額外的設備，相對于電流積分的方案，成本更低。
[0039] 上述實施例，圖1中直流端子為光伏設備的輸出端，因此在投入輔助測試回路充電 和放電時，需要斷開光伏設備與圖1中直流端子的連接，避免光伏設備參與對母線電容的充 電和對輔助測試電阻的放電。
[0040] W上給出了本發(fā)明設及的【具體實施方式】，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。 在本發(fā)明給出的思路下，采用對本領域技術人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技 術手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應技術手段基本相同、實現(xiàn) 的發(fā)明目的也基本相同，運樣形成的技術方案是對上述實施例進行微調形成的，運種技術 方案仍落入本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1. 光伏并網(wǎng)逆變器母線電容容值自動檢測系統(tǒng)，包括用于連接光伏設備的直流端子， 直流端子連接直流母線，直流母線通過變流器、軟啟動電路連接交流端子，交流端子用于連 接交流電網(wǎng)；直流母線上連接有母線電容和電壓傳感器;其特征在于，所述直流母線上連接 有輔助測試回路，輔助測試回路包括串聯(lián)的輔助測試電阻和控制開關。2. 如權利要求1所述檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，步驟如下： 當檢測夜晚來臨、直流母線電壓低于設定值時，斷開光伏設備與直流母線的連接，連接 交流電網(wǎng)，對母線電容充電； 充電完畢后，斷開交流電網(wǎng)，投入輔助測試回路，母線電容對輔助測試回路放電； 至少檢測放電過程中的起止電壓和放電時間，根據(jù)電量之差與電氣量積分相等的關 系，計算出母線電容容值。3. 根據(jù)權利要求2所述的檢測方法，其特征在于，電量之差與電氣量積分相等的關系為，母線電容容值的計算公式：;其中，Uc(tl)、Uc(t2)分別為起止電壓，tl、t2為起止時刻，1? 41為 輔助測試電阻，C為母線電容。4. 根據(jù)權利要求2所述的檢測方法，其特征在于，當計算出的母線電容容值與設定的母 線電容容值相比，差距超過限值時則進行告警，提示更換母線電容。
【文檔編號】H02M7/5387GK106058930SQ201610528533
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月6日
【發(fā)明人】許恩澤, 蘆開平, 梁燕, 李建偉, 劉重洋, 馮勇亮
【申請人】許繼集團有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 國網(wǎng)天津市電力公司, 國家電網(wǎng)公司