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能效办理

谈论逆变器中高频漏电的处理

  2019年01月09日  

——浙江巨磁智能技能公司 曹宏达

前语

  近年来,分布式逆变器继续炽热,包含IGBT,SiC,GaN等中心资料的相对老练,功率密度要求不断上升,逆变器的单机功率千瓦数也因而不断得以进步。占有商场干流的逆变器,功率现已从50~60KW过渡至70~80KW,单机功率上百千瓦的逆变器也已蓄势待发,随时预备走向商场。

  单机功率的增大,对逆变器的全体规划变得十分严厉。其间漏电检测便是十分中心的一块。它需求战胜随功率增大而带来的:很多程、电磁搅扰、不同的漏电方式等问题。这次来谈论其间之一的高频漏电。

  逆变器常见对地漏电的几种类型

  【非阻隔型PV体系对地漏电】

  因为输出侧直接接地,如有人触碰到输出端任何一条线,都会导致电流经过人体和大地构成漏电回路。

  图 1

  图 2

  【阻隔型PV体系对地漏电】

  而参加阻隔型变压器之后,一次和二次端都没有直接衔接大地。这时分触碰输出端,则不会构成有用的漏电回路。

  图 3

  图 4

  【高频对地漏电】

  而要点重视的高频漏电,不受输出端是否加有阻隔变压的影响,一直存于体系回路中。

  其发生的原理:因为逆变器在高频切换时,部分输出电流会经由EMI Y电容流经PV 组件对大地的寄生电容后,再流回逆变器,因而只要由EMI的Y电容或PV 组件的寄生电容越大,所发生的高频对地漏电流也越大,而逆变器的输出电流被影响的程度,也就越严峻。

  图 5

  高频漏电的处理及维护与否?

  (1)要了解逆变器中高频漏电是否需求维护,首要要知道漏电维护的意图是什么?

  一般对漏电流的几种维护意图:

  其一为对人体安全的维护,设定为短时刻的骤变,如30mA要在0.03S内完结报警维护。

  其二为体系设备避免火灾的维护。一般维护阈值设定为300mA,设备功率较大的,阈值会随功率段的增大而增大。

  其三为对直流6mA及以下漏电流的检测,其意图为检测对地绝缘阻抗值,经过检测对地电压的改变量来承认体系对地走漏电是否正常。

  而高频容性漏电跟着逆变器的运转实时存在,根底值较大,并且随工况的改变而缓慢改变,这显着不属于维护人体安全的骤变漏电和绝缘检测。而从防火的视点来看,高频漏电更多是由时刻很短的奇次谐波构成,其能量相对较弱,不足以引发火灾。且这些高次谐波能够经过硬件的办法将其去除去。对高频容性漏电的定位存在必定争议。

  图 6

  已然对这些高频容性漏电的维护意图不是十分清晰,那是否有相似的体系可供参考,他们又是怎样处理的?

  矿井变频器在井下作业及漏电发生状况就与光伏逆变器相似。

  图 7

  矿井变频器因为其特别的结构,前期常常会引起煤矿漏电维护体系做出误判,导致在正常的出产状况下,漏电维护体系向断路器宣布过错的断电信号,对煤矿安全出产形成了严峻的事故隐患。

  参加变频器导致煤矿漏电维护体系误判的原因主要有以下2点:

  ① 变频器内部发生高次谐波引发漏电电流:

  变频器整流进程中发生的矩形方波和逆变进程中经PWM调制构成的脉冲方波除了含有基波外都还含有高次谐波 ,这样输出线路中也就含有基波和高次谐波,因为井下电缆对地电容的存在,且电机机壳之间、绕组对地之间还有寄生电容,以及机器内部本身有Y电容。高次谐波会在电容上发生电流,即零序电流,然后使得煤矿漏电维护器体系误判,宣布断电信号;

  图 8

  ② 高频搅扰:

  变频器中的高频、高脉冲比惯例信号还要高,监测点很难分辩这是搅扰信号仍是正常信号,这种状况下,体系很难确保检测值的可靠性,然后导致监控体系的误判动作。并且搅扰导致的体系检测与实践维护目标点比较,既会出现偏高,也会出现偏低。对后端的维护,轻者,频频维护影响体系的正常运转。重者,在该维护的状况不维护,对出产设备形成损坏,存在严重事故隐患。高频搅扰总结为EMC电磁搅扰的问题。

  关于EMC与漏电流之间的联络,笔者会在后续的文章中阐明。

  由变频器自己发生的高次谐波,对整个矿井体系发生的不良影响,能够经过硬件的办法处理。如: 设备输出滤波器、电抗器约束、变压器阻隔等办法。

  别的,设备的接地与否,以及绝缘阻抗值的检测也越来越显得重要,它能监控设备对地阻抗的实时值,能反响设备在长时刻作业后有无泄漏电流等问题。

  硬件批改法:

  图 9

  软件批改改法:

  在经过一系列的硬件处理往后,高次谐波漏电会被去除大部分,但仍然会留下一小部分。并且会趋向于滑润。关于此刻的滑润漏电,一般采纳进步变频器维护阈值的办法来操作。每个矿井的环境有所不同,所以这个阈值的挑选也需求别离调试。

  (2) 在专门处理漏电检测的低压电器职业,关于高频容性漏电又是怎样进行维护的呢?

  笔者收集了相关信息,从漏保运用的遍地客户现场端了解到,前期在给变频器选用漏保的时分常常会出现机器运转时跳闸的现象。在考虑到变频器工况的特别性之后,再给变频器挑选漏保时咱们都更倾向于挑选带漏电维护可调功用的漏保设备。原因是机器在运转时本身就带有高频容性漏电,职业界把它称作假漏电。叫它假漏电的原因是它不是漏保真实要维护的目标。其危害性较小,它的存在影响到了人体安全维护及火灾漏电维护的准确性。

  图 10

  所以在咱们常常能见到许多漏保上会有可调理漏电维护阈值的功用。

  详细调理厂家需依据本身变频器体系既定存在的漏电巨细,结合总维护阈值的巨细做必定份额分配。一般采纳的份额为:

  维护阈值(IΔn)=实在漏电流(0.7*IΔn)+高频容性漏电(0.3*IΔn);

  要求高频容性漏电部分占比不高于维护阈值的30%,否则会导致整个体系频频报警无法正常作业。

  回归到光伏逆变器中漏电流的检测办法:

  光伏逆变器的高频容性漏电发生原因和矿井变频器相似。两者的实时漏电流值都会受寄生电容及自己本身的电压改变影响。考虑到安规,逆变器的功率段越大,所需求用到的吸收电容总容值就越大。在进步了抗电网电压冲击和EMC抗扰度才能的一起,也直接增加了高频容性漏电。关于高次谐波等高频漏电的处理办法一般选用电抗器等办法滤除。

  逆变器内部对漏电流的处理办法分偏软件处理和偏硬件处理。

  【主软件处理】:

  (关于偏软件处理的漏电检测也分两种计划)

  ① 对所收集到的一切漏电成分都进行累加核算。

  但该计划存在必定缺陷:很难完整地收集到一切漏电流信号;一起因为高频容性漏电的存在,它会对逆变器骤变漏电维护和继续漏电维护的准确性形成很大的影响。

  举例:

  一台较大功率的逆变器在现场作业时,因为其前端衔接的组件数量较多,整机运转起来后,其发生的高频容性漏电根底值就现已很大了。并且现场的影响要素不定,其根底漏电由无数个巨细时刻各不相同的谐波组成。这时分任何一点现场改变都会扩大漏电检测的实在输出,且极大或许触发骤变漏电。这儿的改变包含,环境温湿度,线缆风摆,逆变器内部的电压改变以及电磁搅扰等。

  这时,咱们再来反观IEC62109中的检测要求。测验模型中其实并没有检测高频容性漏电的要求。有的则是在高频容性漏电的根底上突加阻性漏电,以查验这时分骤变漏电的可靠性。

  图 11

  为了阐明逆变器中容性叠加阻性这一测验要求,这儿引进轿车漏电维护的要求

  举例IEC62752轿车漏电维护。漏电流检测的项目中有一项要求是在正常检测工频50Hz漏电流根底上,叠加1KHz波形。规范中就清晰注明晰叠加1KHz的意图:模仿运转中的各种搅扰工况。要求测验中体系的维护阈值以50Hz为基准,但不能受1KHz波形的搅扰。法规相同认可你能够提早滤除高频的搅扰再做检测判别。

  图 12

  图 13

  两个测验规范和验证办法比较就不难发现,高频部分都是作为影响实在漏电检测的搅扰量。

  ② 对收集到的漏电软件滤除一切高频部分,只保留下低频至直流的漏电。

  这种办法的优点在于,体系只对以为要维护的漏电进行维护,不受高频部分的影响。它对实在漏电报警的准确率会大大提高。但缺陷相同显着,以软件来区别实在漏电和高频漏电的算法困难度较高,还要占有很多的运算量。

  【主硬件处理】:

  光伏逆变器经过本身硬件滤除大部分高频搅扰漏电。但光靠硬件无法彻底去除洁净,此刻传感器经过本身内部集成的低通滤波,把检测到的信号再一次滤除。将真实需求重视的漏电流以主体方式表现出来。

  仿真验证测验如下:

  针对逆变器内部剩下存在的高频漏电,经过调理低通滤波能够将其操控到合理方位。

  图 14

  客户端实践运用:

  图 15

  Magtron 根据商场实时的最新需求,不断晋级完善。针对干流逆变器单机功率不断上升的行情。匹配大功率机器更很多程,更低功耗,及更高安稳度。Magtron致力于处理工业类,电动轿车类等各项漏电问题,为各职业电力设备保驾护航。

标签:逆变器 巨磁智能我要反应
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