[发明专利]检测太阳能发电系统接地故障的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及到用于太阳能发电系统的接地故障检测装置和方法，特别涉及到这样一种接地故障检测装置和方法，它检测太阳能电池的接地故障状态，并且停止太阳能发电系统中的一个逆变器，该系统用一个非隔离式逆变器将太阳能电池产生的DC功率转换成AC功率，并且将AC功率输出到市电系统。

背景技术

近年来，由于因使用矿物燃料造成的二氧化碳排放使全球变暖以及核电厂事故和放射性废料造成的放射性污染等问题已变得日益严重，人们对地球环境和能源越来越关注。在这种形势下，全世界都期待利用太阳光也就是光能作为无排放和清洁能源的太阳能发电。

对应着从几W到数千kW的输出功率，使用太阳能电池的太阳能发电装置采用了各种形式。一般的家庭普遍采用的太阳能发电装置是3到5kW太阳能电池和一个3到5kW逆变器的组合。在太阳能电池安装面积可以比一般家庭大的公寓套房或公共设施中，可以采用的太阳能发电装置是10kW太阳能电池和并联连接的两到三个3到5kW逆变器的组合。

采用太阳能电池的典型系统将太阳能电池产生的DC功率转换(DC/AC转换)成AC功率并且将AC功率提供给市电系统。图8的电路图示意性地表示了这种太阳能发电装置的结构。

参见图8，标号101代表太阳能电池组，它是通过将多个太阳能电池组件串联连接成太阳能电池串并且将太阳能电池串并联连接而构成的；102是一个执行DC/AC转换的逆变器；而104是市电系统。

太阳能电池组101的DC输出由一个电流采集盒(未示出)来采集并且由逆变器102转换成市电AC功率。由太阳能电池组101，电流采集盒和逆变器102组成一个太阳能发电装置。由太阳能发电装置产生的AC功率可以通过一个配电开关板(未示出)提供给家中的负载或者是市电系统104。

为了在太阳能电池组101发生DC接地故障的情况下防止电气冲击并保护电路，在常规的逆变器102中设有电流互感器105，控制电路106和系统互连开关108。

电流互感器105中的一个检测电路将太阳电池组101正、负极之间的差动电流值(接地故障检测值)和一个预定的门限值相比较，从而检测出太阳能电池组101的接地故障。如果检测到接地故障，控制电路106就停止逆变器102中的逆变器电路107并且还关断系统互连开关108以确保安全并保护市电系统。

在日本专利公开09-285015号所描述的结构中，已经考虑到了由于水滴粘在太阳能电池组件上会使地与太阳能电池组件之间的电容增大。当代表接地故障状态的接地故障检测值处在预定值或以上时，就抑制逆变器107的输出功率。如果接地故障检测值仍然在预定值或以上，就停止逆变器电路107，并且关断系统互连开关108。

然而，这种常规装置存在以下的缺点。

在逆变器102的DC电流路径中会发生对应着来自逆变器电路107的市电AC频率输出的电压变化。电压的这一变化会传到太阳能电池组的DC电流路径中造成对地AC电流的变化(接地电平的变化)。对地AC电流的这一变化会通过太阳能电池组本身的电容变成AC漏电流分量。AC漏电流分量会随着提供给逆变器电路的电流量即太阳能发电装置的发电量的增大而增大。

在逆变器的接地故障检测中，当太阳能电池的DC电流路径中发生接地故障时，必须立即从市电系统上断开DC电流路径，以免接地故障电流继续流动。因此，逆变器的接地故障检测的灵敏度必须设置得很高。

出于这一原因，在常规的装置中，即使是DC电流路径没有接地故障，由于静电电容对AC漏电流分量的影响也可能出现被确定为接地故障的操作错误，并且逆变器可能被停止。

另外，在日本专利公开09-285015号所描述的装置中，由于发电量在接地故障检测值因静电电容的影响而增大时会受到抑制，太阳能发电装置的总发电量就会降低。

发明内容

本发明就是针对上述问题而提出的，其目的是提供一种在太阳能发电系统中检测接地故障的装置和方法，用它能精确地确定接地故障状态。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面提供了一种在太阳能发电系统中检测太阳能电池接地故障的接地故障检测装置，该系统会使一个非隔离式逆变器将太阳能电池产生的DC功率转换成AC功率，并且将AC功率输出到市电系统，该装置包括：

用于检测太阳能电池的输出线之间的差动电流的差动电流检测装置；

AC漏电流消除装置，用于从差动电流中消除由太阳能电池的对地电容造成的AC漏电流分量；以及

确定装置，通过将来自AC漏电流消除装置的电流输出值和一个预定门限值相比较来确定是否出现了接地故障状态。