[发明专利]一种漏电流检测电路及方法

说明书

技术领域

本发明应用于新能源并网发电技术领域，特别针对一种直流电压转化为交流电压的电路及检测方法。

背景技术

太阳能光伏并网发电系统是有效利用新能源的重要手段之一，在分布式发电系统中也占有很重要的地位。随着各国政府对新能源利用的重视和鼓励，这种发电方式在实际应用中越来越普遍。

光伏逆变器是太阳能光伏并网发电系统的重要组成部分，能否将太阳能电池板产生的直流电转换成与电网幅值、相位完全一致的交流电。为了提高系统效率，越来越多的光伏并网逆变器采用非隔离设计，这样电网与光伏阵列存在直接的电气连接，而光伏阵列和地之间存在虚拟的寄生电容，因此形成了由寄生电容、滤波元件和电网阻抗组成的共模谐振回路。寄生电容上变化的共模电压在这个共模谐振回路中就会产生相应的共模电流(即漏电流)。

光伏并网系统中的共模电流会带来很多问题和危害，如引起并网电流的畸变、对其他设备产生电磁干扰等，更为严重的是会对人身安全构成重大威胁。因此一些国家对漏电流的要求进行了相关规定，如德国的VDE 0126-1-1标准规定，漏电流超过300mA时，光伏并网系统必须在0.3s内与电网断开，因此安全、可靠的漏电流检测技术已成为光伏并网逆变系统中必须要跨越的障碍。

为了避免对地共模电流对人身造成危害，一般采取两种解决办法：

一是增加(工频或高频)隔离变压器。虽然接变压器可以实现电压调整和电气隔离的作用，但也存在一些固有的缺点和不足，如工频变压器存在体积大、重量重、成本高以及安装、运输困难等；而高频变压器虽然体积小，结构简单，但因采用多级结构使系统控制复杂，转换效率低。

二是增加漏电流检测单元(电路)，实时监测逆变器运行时产生的漏电流，一旦超过安全阀值逆变器立即停止工作，从而切断漏电流。该检测单元其本质上是一个电流传感器，由于漏电流数值非常小(mA级别)，所以对传感器灵敏度要求比较高，美国LEM和德国VAC公司均有相应的商用产品，但其价格昂贵；也有不少逆变器厂家采用基于自震荡磁通门技术的方案，一般需要用到钴基非晶磁环。实际应用中一般2～4股线同时穿过磁环，因而其孔径不能太小，但自震荡频率与磁环体积成反比，这就限制了传感器的检测带宽(相关法规要求漏电流检测单元带宽至少为2kHz)。为了解决这个问题可以减小磁环厚度，但由于材料特性，钴基非晶难以切割，目前市场上合适的磁环型号比较少，其孔径在15mm以下，不能满足中、大功率逆变器的应用，且该电路输出为模拟量，后端需要增加采样电路并占用逆变器主控芯片(如DSP)资源来进行数据处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的漏电流检测方案，使其能够适应各种功率的逆变器。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种漏电流检测电路，其特征在于，包括采用高磁导率铁氧体环形磁芯的变压器，变压器具有至少四个绕组，分别为激励绕组一、激励绕组二、电流校准绕组及绕组，绕组为穿过高磁导率铁氧体环形磁芯的导体，若有漏电流I_k产生，则该漏电流I_k经绕组自高磁导率铁氧体环形磁芯中穿过；校准电流发生单元经由开关三与电流校准绕组形成回路；

还包括主控单元、充磁单元、去磁单元、开关一、开关二及电流采样单元，开关一及开关二在主控单元控制下交替导通，开关一导通时，充磁单元对激励绕组一充电，主控单元通过电流采样单元检测到由初始电流值起增大的电流，该电流值增大至设定阈值后，开关一关断且开关二导通，由主控单元记录开关一的导通时间T₁，开关一关断后，去磁单元给激励绕组一去磁，电流采样单元上的电流下降至初始电流值；开关二导通时，充磁单元对激励绕组一充电，主控单元通过电流采样单元检测到由初始电流值起增大的电流，该电流值增大至设定阈值后，开关二关断且开关一导通，由主控单元记录开关二的导通时间T₂；

逆变器运行前，导通开关三，由校准电流发生单元给出校准电流I₀，记录主控单元记录开关一与主控单元记录开关二的导通时间的差ΔT₀；逆变器运行后，断开开关三，实时记录主控单元记录开关一与主控单元记录开关二的导通时间的差ΔT，依据实时监测有无漏电流I_k。

优选地，所述校准电流发生单元或采用电流源，或采用串联的电压源及电阻。