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用于在逆变器上实施关断测试的方法和装置与流程

文档序号:24941677发布日期:2021-05-04 11:34
用于在逆变器上实施关断测试的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于在逆变器上实施关断测试的方法,所述逆变器在输出端处产生交流电流和交流电压。本发明还涉及一种用于在逆变器上实施关断测试的装置,所述装置具有控制单元,所述控制单元控制逆变器的开关装置,以便在输出端处产生交流电流和交流电压。



背景技术:

逆变器用于将为电网馈电的电源与供电网络连接。在双向逆变器的情况下,也用于由电源或由供电网络对电能存储器进行充电。在能紧急供电的逆变器的情况下,即使没有供电网络,所述逆变器也可向用电器提供所存储的能量。电源例如是光伏发电系统或一个或多个光伏电池单体。但电源也可以是风力发电机、蓄电池或类似物。这样的连接到供电网络上的逆变器受到例如国家电网运营商或受到国家立法的严格管理。为了使用于电网运行的逆变器获得许可,这样的逆变器必须历经不同的测试方法。这些测试中的许多旨在确保逆变器必须在发生故障后的限定的最大时间后终止馈电运行和/或必须自身与供电网络断开。因此,逆变器已实行监控功能,以便检测和分析不同故障信号并且在必要情况下将逆变器与供电网络或负载断开。在要实施许可测试时,将故障信号接至逆变器的输出端,所述故障信号可由逆变器检测并且通常可确定关断持续时间和测量值,在所述测量值的情况下,逆变器与供电网络已断开或已终止馈电运行。由此应检验在测试标准中规定的最大关断持续时间。就此而言的问题是应确定施加故障信号的时间点,以便能够准确地确定从施加到关断所经过的时间。

到目前为止,一旦提供故障信号,就由逆变器在触发器输出端上发出触发信号。然后可检测触发信号,以便由此出发检测关断持续时间。然而触发器输出端仅能在内部访问,因为在正常运行中不需要该输出端。因此,必须打开逆变器以截取触发信号,这基于在逆变器中的高电压是成问题的并且构成安全风险。由于触发信号对时间要求非常严格,为此需要非常接近硬件的i/o,所述i/o因而通常带有危险电位(大于50v的低保护电压的电压)或位于危险电位附近,这在实施关断测试时也是成问题的,因为必须采取对应的安全防范措施。附加地,必须为此在逆变器的硬件上设置自身的触发器输出端,这当然会使电路更加复杂和昂贵。

另一种已知的方法是使用高分辨率的示波器来记录相关信号。但在电压或电流变化非常小时,基于测量分辨率来设置正确的触发是相当大的问题。为此,人们通常必须使用质量非常高的示波器,这又使测试更昂贵。



技术实现要素:

因此,本发明的任务在于,提供一种装置和一种方法,利用它们可在没有附加的硬件费用或没有附加的昂贵测量设备的情况下为在逆变器上的关断测试确定故障出现时间点的精确触发,以便能够简单地确定关断持续时间。

根据本发明,该任务通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求5所述的装置来解决。

因此,在第一时间点开始关断测试后,在施加故障信号之前,等待限定的持续时间。但通过触发信号可精确且毫无疑义地确定第一时间点。由于所述持续时间是已知的,因此也可毫无疑义地确定第二时间点,在该第二时间点开始输出故障信号。关断时间点同样可毫无疑义地作为如下的时间点而被确定,在所述时间点,交流电流或交流电压为零或基本上为零。因此,利用该过程可毫无疑义且简单地确定关断持续时间、亦即在故障信号开始与关断之间经过的时间作为关断测试的结果。关断在此可以以任意方式进行,例如通过打开在逆变器中的断开位置和/或通过终止交流电流/交流电压的产生来进行。关断也可以以任意方式触发,例如由逆变器的控制单元来触发。

优选地,测量和分析由逆变器产生的交流电流或由逆变器产生的交流电压,以便确定第一时间点和/或关断时间点。这允许自动化地实施关断测试,这简化了关断测试。

如果第一时间点和/或第二时间点同步到交流电流或交流电压的过零点上,则进一步简化尤其是对不同时间点的确定。

在一种简单的设计方案中,分析单元可设计为记录交流电流或交流电压的示波器,由此能够确定第一时间点和/或关断时间点。

附图说明

下面参照图1至图4更详细地阐述本发明,所述附图示例性、示意性且非限制性地示出本发明的有利设计方案。附图如下:

图1示出逆变器的一种实施例;

图2示出一种可能的用于在逆变器上实施关断测试的装置;并且

图3和图4示出可能的用于触发故障信号的实施方式。

具体实施方式

图1示例性地示出单相的逆变器1,所述单相的逆变器包括具有用于直流电压vdc的连接端子的直流电压侧并且包括具有用于交流电压vac的连接端子的交流电压侧。作为电源15的直流电压源、例如至少一个光伏模块7连接到用于直流电压vdc的连接端子上,并且逆变器1经由用于交流电压vac的连接端子与供电网络5、亦或与另一电气负载连接。

直流电压中间电路电容器cz通常与用于直流电压vdc的连接端子并联连接,以便使直流电压vdc平滑且稳定。在交流电压侧,可在用于交流电压vac的连接端子的上游设置例如具有断路继电器的断开部位4,以便能够将逆变器1与供电网络5断开。在断开部位4的上游可连接例如具有滤波器扼流圈l并且具有滤波器电容c的输出滤波器3,以便使所产生的交流电压vac平滑。在直流电压侧也可设置断开部位。逆变器1的直流电压侧经由开关装置2、例如具有半导体开关t1、t2、t3、t4的桥接电路与交流电压侧连接。通过节拍式切换开关装置2的半导体开关t1、t2、t3、t4,以已知的方式产生在频率、数值和相位方面希望的交流电压。在此,逆变器1通常同步到供电网络5中的电网电压上。

逆变器1也可设计成多相的,其中,为每个相设置开关装置2并且必要时设置输出滤波器3和断开部位4或者使用开关装置2的对应的拓扑结构。

每个逆变器1还具有用于对开关装置2的半导体开关t1、t2、t3、t4进行正确控制的控制单元10(硬件和App)。控制单元6也控制直流和/或交流电压侧的断开部位4,以便终止交流电压vac的产生或类似地终止交流电流iac的产生,或使逆变器1与供电网络5断开。逆变器1通常还具有输入/输出接口8,例如以便从外部接收控制命令。为了控制逆变器1,通常还在交流电压侧在适合部位上设置有电压测量单元9和电流测量单元6。检测到的测量值在控制单元10中被处理以控制逆变器1。也可在直流电压侧设置电压测量装置,以用于测量中间电路电压,该中间电路电压也可以在控制单元10中进行处理。

但应指出,还存在逆变器1的其它拓扑结构,例如借助变压器或利用不同设计的开关装置2将直流电压侧和交流电压侧进行电隔离,但这对于本发明是无关紧要的。根据图1的实施例仅用于阐述本发明。

如在图2中示出的那样,为了在逆变器1上实施关断测试,该逆变器通常在实验室环境中由直流电压源11供应电能并且连接到供电网络5或另一电气负载上。在输出侧,按照测量技术检测交流电流iac或交流电压vac(如虚线示意示出的那样)并在分析单元12(硬件和/或App)中进行分析。逆变器1从测试控制单元13经由输入/输出接口8接收用于实施关断测试的命令b。以何种方式发出命令b当然取决于逆变器1和输入/输出接口8的实行,然而这对于本发明无关紧要。例如输入/输出接口8可实行为用于数据通信总线、例如can总线或以太网的总线接口。在该情况下,命令b例如作为总线消息发送至逆变器1。分析单元12和测试控制单元13也可设计在一个共同的硬件上。但也可以规定,可直接在输入/输出接口8上、例如具有对应菜单导航的触摸屏上选择关断测试,并且命令b例如由用户直接在输入/输出接口8上发出。在该情况下也可规定,用户只通过事前输入秘密安全代码或按下秘密键组合或类似物来进入用于关断测试的菜单,因此该功能在正常运行中不可被访问。

利用命令b也可传输关断测试的类型。例如关断测试可被实施用于检测在交流电流iac中作为故障信号的直流分量。在此,利用所述命令也可传输故障信号的要设定的值、如直流分量的值。其它类型的关断测试是过电压、过频率/欠频率、识别的独立电网、电弧等。故障信号和交流电流iac通过开关装置2以如下方式产生,即由控制单元10以适合的方式控制开关装置2。在逆变器1中、优选在控制单元10或单独的安全单元中实行安全功能,所述安全功能为了可能的故障信号而例如根据在逆变器1中测量的电压v或测量的电流i来分析交流电流iac或交流电压vac。当识别到故障信号时,逆变器1必须自动与供电网络5断开(例如经由断开部位4或直流电压侧的断开部位),或终止交流电压vac/交流电流iac的产生。

在控制单元10中实行测试例程,例如作为在控制单元硬件上的App,该测试例程在收到命令b时启动。在产生故障信号之前,所述测试例程现在产生以预定频率和幅度调制到交流电流iac或交流电压vac上的触发信号ts。在此,频率最大可以是开关装置2的节拍频率的一半(通常在大于20khz的范围中)。触发信号ts在此当然应能被简单且毫无疑义地识别并且应尽可能少地影响供电网络5。例如触发信号ts是交流信号,其频率在电网频率的百到千倍范围内、如1khz的频率,其幅度在交流电流iac幅度的十分之一范围中、如0.3a-0.5a、或在交流电压vac幅度的百分之一范围中、例如在230v电网电压的情况下为3v-10v。这样的触发信号既可通过测量和分析但也可在没有特殊分辨率要求的简单示波器上简单地在交流电流iac或交流电压vac中被识别。触发信号ts在此优选同步到交流电流iac、交流电压vac上,从而触发信号例如在交流电流iac、交流电压vac的过零点处开始并持续一定的周期持续时间,例如交流电流iac、交流电压vac的x个半波,其中x≥1。但触发信号ts并非必须同步,而是原则上可在任何时间开始并持续预定时间。

触发信号ts由控制单元10通过对应地控制开关装置2来产生并用于预示随后的故障信号fs。在此,直到故障信号fs开始的时间测量既可从触发信号ts的起点、也可从触发信号ts的终点开始。如果触发信号ts具有限定的持续时间,则优选触发信号ts的终点用作用于故障信号fs的触发t。然而如果触发信号ts没有限定的持续时间,例如如果将没有限定终点的脉冲作为触发信号ts接到交流电压vac上,则优选将触发信号ts的起点用作用于故障信号fs的触发t并且故障信号fs在触发t之后经过限定的持续时间td≥0之后开始。故障信号fs因此在通过触发信号ts的触发t之后开始限定的持续时间td。但这两种方法当然是等效的。

这示例性地在图3中以交流电流iac为例示出(交流电压vac当然是类似的)。直到时间点tt,由逆变器1产生的交流电流iac出现在输出端,所述交流电流被馈入供电网络5中。在第一时间点tt且在交流电流iac过零点处,将触发信号ts调制到交流电流iac上,在这里例如是具有1khz和0.5a以及三个半波的预定持续时间td的交流信号。因此,在时间点tt之后的三个半波、即在第二时间点tf确定用于故障信号fs的触发t。故障信号fs、例如在交流电流iac中的直流分量(如图3所示)、或例如频率变化、幅度变化或其组合因此在限定的时间点tf(tt+td)开始。

在根据图4的实施例中,在第一时间点tt将脉冲调制到交流电流iac上。直到时间点tt,由逆变器1产生的交流电流iac因此出现在输出端,所述交流电流被馈入供电网络5中。脉冲的在时间点tt可检测到的开始用作触发t,其中,在该示例中,时间点tt不同步到交流电流iac上,而是任意时间点。在限定的持续时间td之后,故障信号fs、例如交流电流iac中的直流分量在限定的第二时间点tf(tt+td)开始。

现在参考图3和图4详细描述从时间点tf起的时间测量。

据此,该时间测量在时间点tf随着故障信号fs开始并且在时间点ta终止,在该时间点,逆变器1与供电网络5或负载断开或终止交流电流iac/交流电压vac的产生。故障信号fs在此是直流分量,由此例如模拟在逆变器1中的电流传感器的故障。通过确定交流电流iac/交流电压vac从何时起基本上为零可毫无疑义地确定关断时间点ta,在该关断时间点,逆变器1在输出端例如通过打开断开部位4而与供电网络5断开,或在该关断时间点,例如通过控制单元10终止交流电压vac/交流电流iac的产生。在此,可检查交流电流iac或交流电压vac是否实际上持续(为了区分过零点)为零或持续地处于狭窄的范围内,例如零附近的±0.3a或±10v。在关断时间点ta与故障信号tf的起点之间的时间差即为逆变器的要借助关断测试检查的关断持续时间tz,可借助分析单元12检查该关断持续时间。

通过分析利用分析单元12检测到的交流电流iac/交流电压vac可确定时间点和持续时间。为此可如图2中那样测量交流电流iac或交流电压vac并且在分析单元12中对其进行分析。但分析单元12也可构造为传统的示波器,其中,不需要测量单元,而是可直接截取交流电流iac/交流电压vac。可在不必打开逆变器1或不必在硬件方面调整逆变器1的情况下实施关断测试。仅需在控制单元10中实行测试例程。

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