[發明專利]逆變器和用于檢測在供能網絡中的斷相的方法

在審

• 申請號: 201410747781.0
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104730406A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 克里斯蒂安·哈爾特;克里斯蒂安·哈特;克里斯多佛·約爾丹
• 申請（專利權）人: 艾思瑪太陽能技術股份公司
• 主分類號: G01R31/02
• 分類號: G01R31/02;G01R29/16
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;鄭霞

本發明涉及一種用于檢測在一個供能網絡中一個逆變器運行時的斷相(Phasenausfall)的方法，該逆變器為了存儲電能而通過一個YNd變壓器與該供能網絡相連。此外，本發明涉及一種用于實施所適配的逆變器的方法。

逆變器用于將直流電轉換成一種適合于存儲到一個供能網絡中的網絡兼容(netzkonformen)的交流電。此類的逆變器例如應用在光伏系統中。如果在該供能網絡與該逆變器之間的流電學(galvanische)分離是所希望的，或者由于用于確定的供能網絡的指示和法律規定也是所要求的，則該開頭所述的變壓器安排在該逆變器的一個交流電輸出與該供能網絡之間。尤其在直接連接到一個中等電壓網絡的更大的光伏系統的情況下，變壓器的使用是不可或缺的。在此，此外通常要求該中等電壓網絡必須有效地接地，例如根據標準規范“IEEE142-工業和商業電力系統的接地”。一種通過使用所謂的YNd變壓器的此類所要求的有效的接地必須在技術上適合并且低成本地實施。在這種命名法中，縮寫“YN”描述一種以具有接地的星形點的星形電路(Sternschaltung)形式的高電壓側并且“d”描述一種以三角形電路形式的低電壓側。在一些情況下，該供能網絡的操作員也明確地預定使用一種此類的YNd變壓器。

根據IEEE?1547-2003對光伏系統的另一個要求是，該供能網絡的故障狀態必須在該變壓器的低電壓側，也就是說，在光伏系統內部檢測，并且該光伏系統在識別確定的故障狀態后與網絡斷開。根據規定IEEE1547-2003第4.2.3部分，一個在此方面相關的故障狀態尤其也是一個單相的缺相，也就是在該光伏系統與供能網絡之間或者在該供能網絡內部通常的三個相中的一個相上的中斷。

原則上，一個單相的缺相可以通過在該供能網絡內的測量裝置，也就是在一個YNd變壓器的輸出側(高電壓側)上檢測到。例如能夠在所有的三個相中監測電流并且直接檢測到一個相的中斷。然而，由于在該高電壓側上的復雜的測量技術，一種此類的解決方案是十分高耗費且高成本的。

文件US?4,600,961描述用于在一個三相的供能網絡中檢測高阻抗接地故障的一種裝置和一種方法。該裝置包括用于測量以這三個相流入的電流的電流傳感器，其中借助于合適的過濾器從電流測量值獲得正序電流和負序電流(Mitsystem-und)，并且形成測得的負序電流與正序電流的一個比率。當該比率超過了一個配屬于其的閾值時，顯示一個高阻抗的接地。由于在供能網絡中高壓下進行測量所需的復雜的測量技術，這種裝置相應地也是高耗費的。

為了將電能存儲到該供能網絡中，以一個脈沖寬度調制方法(PWM方法)操控該逆變器的一個輸出級(大部分情況是一個輸出橋)的功率開關器。為此測得輸出電流和輸出電壓以及其基頻。根據輸出電流的額定值與實際值之間的差值確定輸出電流的設定值。替代性地，在所謂的電壓調節逆變器的情況下形成輸出電壓的額定值與實際值之間的差值并且確定輸出電壓的設定值。從輸出電流或輸出電壓的設定值中產生逆變器的功率開關器的經脈沖寬度調制的控制信號，并且該功率開關器相應地根據該控制信號進行節拍化(getaktet)。

該供能網絡的確定的故障狀態，依賴于逆變器與供能網絡之間使用的變壓器的類型，在光伏系統的逆變器側的交流電壓網絡上示出，并且能夠在那里檢測且在適當時進行考慮。然而，該供能網絡的單相缺相在所述的YNd變壓器中在變壓器另一側的交流電壓側上(也就是在光伏系統中)恰好沒有直接反映出來。在其他的變壓器類型中，例如在所謂的YNy變壓器中，一個缺相在光伏系統一側上直接示出，并且能夠由該逆變器的已知的運行方法識別和考慮。然而，在該變壓器類型中沒有給出該開頭所述的有效接地的前提條件。

因此，本發明的目的是，給出一種用于檢測開頭所述類型的逆變器的斷相的方法，該逆變器通過一個變壓器而流電學分離地與該供能網絡相連接，其中，快速且可靠地識別在該供能網絡中的一個單相的缺相。另一個目的是給出一個適合于實施該方法的逆變器。

該目的通過帶有相應獨立權利要求的特征的一種用于檢測缺相的方法或一種逆變器實現。有利的設計和改進方案是各從屬權利要求的主題。

在一個根據本發明的方法中，測定該逆變器的輸出電流和輸出電壓的值，并且該逆變器的功率開關器借助于控制信號切換，其中這些控制信號依賴于輸出電流和輸出電壓的值在該供能網絡的一個基頻處產生。該方法具有以下步驟：將輸出電流的值轉換為用該供能網絡的基頻旋轉的坐標系的一個對稱的正序電流值和一個對稱的負序電流值。如果負序電流值與正序電流值的比率在比一個預定的時間段更長的時間比一個預定的閾值更大，則確定該負序電流值與正序電流值的一個比率并且檢測到在該供能網絡中的一個斷相。