本發(fā)明涉及用于在光伏發(fā)電機(jī)上進(jìn)行絕緣電阻測(cè)定的裝置以及具有這樣的裝置的光伏系統(tǒng)，在該光伏發(fā)電機(jī)的輸出接口上同時(shí)連接著用于升高對(duì)地電勢(shì)的設(shè)備。通常情況下，光伏發(fā)電機(jī)連接在將由光伏發(fā)電機(jī)(簡(jiǎn)稱pv發(fā)電機(jī))產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)的交流電的光伏逆變器上。因此，特別有利的是，將根據(jù)本發(fā)明的用于絕緣電阻測(cè)定的裝置集成在連接的光伏逆變器中。

出于安全原因，對(duì)用于絕緣電阻測(cè)定的裝置進(jìn)行了規(guī)定，并且通常將其集成在光伏逆變器的一側(cè)，以確保對(duì)在那連接的pv發(fā)電機(jī)進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)。用于絕緣電阻測(cè)定的裝置例如從ep0654673b1中已知，根據(jù)其通過(guò)對(duì)于測(cè)量電壓的每個(gè)脈沖電壓值，在待監(jiān)測(cè)的電網(wǎng)上施加多個(gè)脈沖交流電壓直到達(dá)到起振狀態(tài)來(lái)對(duì)測(cè)量電流的起振過(guò)程的時(shí)間曲線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并使用兩個(gè)連續(xù)的測(cè)量值的測(cè)量值差以測(cè)定電網(wǎng)和接地之間的絕緣電阻。

如果將光伏模塊連接在光伏逆變器上，該光伏模塊易受衰減效應(yīng)，例如晶體模塊中的pid(電勢(shì)誘導(dǎo)衰減)或薄層模塊中的tco腐蝕(透明導(dǎo)電氧化物腐蝕)的影響，因此，為了避免這些影響，連接了用于升高對(duì)地電勢(shì)的設(shè)備。這樣的設(shè)備是眾所周知的，例如申請(qǐng)人的de202006008936u1就提出了示例。該方法特別是在具有未接地的pv發(fā)電機(jī)和用于接地的ac電網(wǎng)的電流隔離的大型光伏系統(tǒng)中使用。在此，用于升高對(duì)地電勢(shì)的設(shè)備可將pv發(fā)電機(jī)的負(fù)極或正極置于定義的對(duì)地電勢(shì)，其中，通常升高pv發(fā)電機(jī)，使得整個(gè)pv發(fā)電機(jī)(包括其負(fù)極)相對(duì)于地電勢(shì)為正。在這里介紹的本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語(yǔ)“升高”不應(yīng)暗指電勢(shì)參考的任何方向指示，在這里僅僅指，通過(guò)用于升高對(duì)地電勢(shì)的設(shè)備來(lái)規(guī)定固定的、定義的參考電勢(shì)(通常借助于電壓源)。

在de102011051954a1中對(duì)用于光伏系統(tǒng)的裝置進(jìn)行了描述，該光伏系統(tǒng)具有用于在光伏系統(tǒng)的逆變器上產(chǎn)生偏壓的偏壓產(chǎn)生設(shè)備，其應(yīng)避免tco腐蝕和極化效應(yīng)。de102011055220a1涉及用于將無(wú)變壓器的逆變器接入在具有移動(dòng)的電勢(shì)中點(diǎn)的太陽(yáng)能發(fā)電站中的方法。

如果現(xiàn)在同時(shí)并行操作用于升高在pv發(fā)電機(jī)上的對(duì)地電勢(shì)的設(shè)備和如上所述的用于通過(guò)有源法在pv發(fā)電機(jī)上進(jìn)行絕緣電阻測(cè)定的裝置，就會(huì)發(fā)生問(wèn)題。用于升高對(duì)地電勢(shì)的設(shè)備保持pv發(fā)電機(jī)的對(duì)地電勢(shì)，而用于絕緣電阻測(cè)定的裝置卻試圖使pv發(fā)電機(jī)的電勢(shì)相對(duì)于接地移動(dòng)。由于用于升高電勢(shì)的設(shè)備通常比用于絕緣電阻測(cè)定的裝置具有更高的性能，因此，用于絕緣電阻測(cè)定的裝置被“否決(überstimmen)”，并且過(guò)小，至少是假的絕緣電阻值被測(cè)得。

出于這個(gè)原因，在實(shí)踐中，用于升高在pv發(fā)電機(jī)上的對(duì)地電勢(shì)的設(shè)備被暫時(shí)切斷，以借助用于在pv發(fā)電機(jī)上進(jìn)行絕緣電阻測(cè)定的裝置來(lái)測(cè)定其絕緣電阻。這意味著，絕緣電阻測(cè)定不是連續(xù)的，而是僅在特定的時(shí)刻實(shí)施。這種狀況是不令人滿意的，因?yàn)槭紫扔糜诒苊馑p效應(yīng)的pv發(fā)電機(jī)應(yīng)持久地位于由用于升高對(duì)地電勢(shì)的設(shè)備預(yù)定的電勢(shì)下，而出于安全原因，絕緣電阻測(cè)定應(yīng)在任何時(shí)間都是可行的。

因此，需要用于在pv發(fā)電機(jī)上進(jìn)行絕緣電阻測(cè)定的裝置，其持久地且與升高對(duì)地電勢(shì)同時(shí)運(yùn)行，并允許明確指示出pv發(fā)電機(jī)的絕緣電阻。

該任務(wù)將通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置以及通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏系統(tǒng)來(lái)解決。優(yōu)選的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行描述。

根據(jù)本發(fā)明的用于在pv發(fā)電機(jī)上進(jìn)行絕緣電阻測(cè)定的裝置包括用于持久地升高pv發(fā)電機(jī)的輸出接口上的發(fā)電機(jī)電勢(shì)的第一單元和用于絕緣電阻測(cè)定的第二單元。用于絕緣電阻測(cè)定的第二單元在pv發(fā)電機(jī)的輸出接口上接通測(cè)量電壓，并在接入測(cè)量電壓之前測(cè)量第一電流值和第一電壓值，以及在接入測(cè)量電壓之后測(cè)量第二電流值和第二電壓值。pv發(fā)電機(jī)的絕緣電阻在考慮所測(cè)得的電流值和電壓值的情況下進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一單元和第二單元串聯(lián)連接。串聯(lián)連接的順序不重要。

在根據(jù)本發(fā)明的裝置的有利的實(shí)施方案中，第一單元和第二單元可作為單獨(dú)的設(shè)備來(lái)操作。通過(guò)這種方式，可通過(guò)用于監(jiān)測(cè)絕緣的系統(tǒng)來(lái)擴(kuò)展用于升高電勢(shì)的現(xiàn)有系統(tǒng)，或者反過(guò)來(lái)，可通過(guò)用于升高電勢(shì)的系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)充用于監(jiān)測(cè)絕緣的系統(tǒng)。

在根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一種有利的實(shí)施方案中，第一單元和第二單元被集成在設(shè)備中，優(yōu)選地，第一單元和第二單元集成在光伏逆變器中。

在根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一種有利的實(shí)施方案中，特別是在斷開(kāi)測(cè)量電壓之后，測(cè)量第三電流值和第三電壓值。特別有利地，利用第三電流值和第三電壓值來(lái)判定影響絕緣電阻測(cè)定的參數(shù)。特別地，應(yīng)判定在測(cè)量第一到第三電流值和電壓值的整個(gè)時(shí)間段期間可以改變并能夠影響絕緣電阻測(cè)定的參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的光伏系統(tǒng)具有通過(guò)接口與光伏逆變器連接的pv發(fā)電機(jī)，其中用于絕緣電阻測(cè)定的前述裝置與其中一個(gè)接口連接。

以下將根據(jù)多個(gè)實(shí)施例借助于附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，其中：

圖1是由光伏發(fā)電機(jī)、逆變器和根據(jù)本發(fā)明的裝置組成的系統(tǒng)的示意圖，

圖2是測(cè)量值曲線的示意圖，以及

圖3是具有附加電壓測(cè)量的由光伏發(fā)電機(jī)、逆變器和根據(jù)本發(fā)明的裝置組成的系統(tǒng)的示意圖。

作為示例，圖1示出了具有pv發(fā)電機(jī)2的光伏系統(tǒng)20，該pv發(fā)電機(jī)的接口7和8與光伏逆變器5的輸入接口9、10連接。根據(jù)本發(fā)明的用于絕緣電阻測(cè)定的裝置1在其中一個(gè)接口對(duì)上與接口11連接。另一接口12連接在接地上。光伏逆變器5通過(guò)其輸出接口18連接在電網(wǎng)6上，在此可以是較大的聯(lián)合電網(wǎng)或孤立電網(wǎng)(inselnetz)。光伏逆變器5也可以給本地dc負(fù)載或ac負(fù)載(未示出)供能或?qū)⒛芰筐伻腚娋W(wǎng)6中。

用于絕緣電阻測(cè)定的裝置1包括第一單元3和第二單元4。第一單元3用于防止衰減效應(yīng)，該第一單元在本實(shí)施例中將pv發(fā)電機(jī)2的正極相對(duì)于接地升高700到1000v的電壓值，下文中稱為補(bǔ)償電壓(offset-spannung)。第一單元3可由能對(duì)在正常操作中出現(xiàn)的pv發(fā)電機(jī)的泄露電流進(jìn)行接地補(bǔ)償?shù)碾妷涸唇M成，通常將該泄露電流限制在安全級(jí)別，例如30到100ma。電壓源可包含相應(yīng)的電流限制。如果連接在光伏逆變器5上的電網(wǎng)具有固定的接地參考，則要么得將光伏逆變器5設(shè)計(jì)成電勢(shì)隔離，要么可以在光伏逆變器5和電網(wǎng)6之間插接變壓器，使得電勢(shì)升高能起作用。

第二單元4用于測(cè)定pv發(fā)電機(jī)2的絕緣電阻，該絕緣電阻在附圖中通過(guò)電阻14和15來(lái)圖示。在實(shí)際的pv發(fā)電機(jī)中存在許多接地的分布式放電電阻，這些放電電阻可分配給pv發(fā)電機(jī)2的各個(gè)組件(pv模塊、pv電纜等)。作為等效電路圖，這些放電電阻等效地通過(guò)pv發(fā)電機(jī)2的正極的接地的第一電阻14和pv發(fā)電機(jī)2的負(fù)極的接地的第二電阻15示出。這兩個(gè)電阻的大小可以不同。pv發(fā)電機(jī)2的絕緣電阻對(duì)應(yīng)于圖1中所示的兩個(gè)電阻的并聯(lián)電路。第二單元4使用例如在ep0654673b1中所描述的有源法來(lái)測(cè)定絕緣電阻。為此，跳躍式地給由第一單元3生成的補(bǔ)償電壓施加另一電壓，并測(cè)量接口11上的接地電壓u的曲線和通過(guò)單元3和4的電流i。

圖2示例性地示出了當(dāng)使用如上所述的方法時(shí)電流曲線i或電壓曲線u的樣子。在時(shí)刻t1，測(cè)量第二單元4上或通過(guò)第二單元的電流和電壓(i1，u1)。在時(shí)刻t2，接入測(cè)量電壓，該測(cè)量電壓總和等于第一單元3的補(bǔ)償電壓。由于pv發(fā)電機(jī)通過(guò)其平面的延伸也充當(dāng)電容在圖1中通過(guò)電容器16、17表示，因此接入測(cè)量電壓之后的電流曲線的特征在于超調(diào)和緩慢降低，直到新的靜止?fàn)顟B(tài)為止。在時(shí)刻t3的降低階段之后，再次測(cè)量電流和電壓(i3,u3)。在時(shí)刻t4，再次斷開(kāi)測(cè)量電壓，現(xiàn)在初始的補(bǔ)償電壓又再次施加在接口11上。

為了測(cè)定pv發(fā)電機(jī)2的絕緣電阻riso，計(jì)算確定的測(cè)量值的電壓變化與電流變化的比例。

該關(guān)系只有在此前提下才有效，即例如pv發(fā)電機(jī)2在接口7和8兩端的電壓在時(shí)刻t1到t3之間不改變。另外，絕緣電阻riso自身還必須在這兩個(gè)測(cè)量時(shí)刻之間的時(shí)間內(nèi)保持恒定。為了判定所確定的測(cè)量值是否適合準(zhǔn)確測(cè)定絕緣電阻riso，又再次在等待“起振時(shí)間”之后，在時(shí)刻t5，確定另一測(cè)量值對(duì)(i5,u5)。如果隨后u1等于u5且i1等于i5，則可假設(shè)，在測(cè)量的整個(gè)持續(xù)時(shí)間期間，相關(guān)的條件沒(méi)有改變，并可通過(guò)上面的公式以足夠的精確度得出絕緣電阻riso。

由于pv發(fā)電機(jī)上的電壓有可能改變(例如，由于照射變化或由于pv逆變器5的mpp跟蹤)，因此有利的是，排除這種電壓的誤差影響。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的有利的實(shí)施方案，其實(shí)現(xiàn)了該目的。在這種情況下，第二單元4除了測(cè)量接口11對(duì)接地之間的電壓(以下稱為up)之外，還測(cè)量接口19對(duì)接地之間的電壓(以下稱為un)。然后，按如下方式計(jì)算絕緣電阻：

其中，因子k表示電阻14和15的電阻值r14、r15相互的比例。

k＝r_14/r_15

如在絕緣電阻riso的計(jì)算公式中所示，如果k的值已知，則該值可直接從當(dāng)前的測(cè)量值up、un和i計(jì)算出來(lái)。

因子k通過(guò)有源法來(lái)確定，方式是跳躍式地給由第一單元3生成的補(bǔ)償電壓加上由第二單元4產(chǎn)生的另一電壓，并且電壓up和un的電壓曲線以及電流通過(guò)單元3和4來(lái)測(cè)量。由此，通過(guò)如圖2中所示的類似的方式獲得了關(guān)于時(shí)刻t1的測(cè)量值對(duì)(up1,un1,i1)以及關(guān)于時(shí)刻t3的測(cè)量值對(duì)(up3,un3,i3)。由此，如下確定因子k：

在測(cè)量時(shí)刻區(qū)間不許改變的參數(shù)是絕緣電阻riso本身。為了能夠核查此誤差影響，可以用和圖2所示一樣的方式考慮第三測(cè)量時(shí)刻t5。當(dāng)所計(jì)算的測(cè)量時(shí)刻t1和t5的絕緣電阻值一致時(shí)，可以以足夠的精確度得出絕緣電阻riso。

附圖標(biāo)記表

1用于絕緣電阻測(cè)定的裝置

2pv發(fā)電機(jī)

3第一單元

4第二單元

5光伏逆變器

6電網(wǎng)

7，8接口

9，10輸入接口

11接口

12接地接口

13接地接口

14，15放電電阻

16，17放電電容器

18輸出接口

19接口

20光伏系統(tǒng)