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    功率增大对逆变器带来的高频漏电问题的解决办法

    2019-01-11 14:23:23 来源:eeworld
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    前言

    近年来,分布式逆变器持续火热,包括IGBT,SiC,GaN等核心材料的相对成熟,功率密度要求不断上升,逆变器的单机功率千瓦数也因此不断得以提高。占据市场主流的逆变器,功率已经从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,随时准备走向市场。

     

    单机功率的增大,对逆变器的整体设计变得十分严格。其中漏电检测就是非常核心的一块。它需要克服随功率增大而带来的:大量程、电磁干扰、不同的漏电模式等问题。这次来讨论其中之一的高频漏电

     

    逆变器常见对地漏电的几种类型

    【非隔离型PV系统对地漏电】

    由于输出侧直接接地,如有人触碰到输出端任?#25105;?#26465;线,都会导致电流通过人体和大地形成漏电回路。

     

    图 1

     

    图 2

     

    【隔离型PV系统对地漏电】

    而加入隔离型变压器之后,一次和二次端都没有直接连接大地。这时候触碰输出端,则不会形成?#34892;?#30340;漏电回路。

     

    图 3

     

    图 4

     

    【高频对地漏电】

    而重点关注的高频漏电,不受输出端是否加有隔离变压的影响,始终存于系统回?#20998;小?/p>

     

    其产生的原理:由于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,因此只要由EMI的Y电容或PV 组件的寄生电容越大,所产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,也就越严重。

     

    图 5

     

    高频漏电的处理及保护与否?

    (1)要了解逆变器中高频漏电是否需要保护,首先要知道漏电保护的目的是什么?

     

    一般对漏电流的几种保护目的:

    其一为对人体安全的保护,设定为短时间的突变,如30mA要在0.03S内完成报警保护。

     

    其二为系?#25104;?#22791;防止火灾的保护。通常保护阈值设定为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,其目的为检测对地绝缘阻抗值,通过检测对地电压的变化量来确认系统对地泄露电是否正常。

     

    而高频容性漏电随着逆变器的运行实时存在,基础?#21040;?#22823;,并且随工况的变化而缓慢变化,这显然不属于保护人体安全的突变漏电和绝?#23548;?#27979;。而从防火的角度来看,高频漏电更多是由时间很短的奇次谐波构成,其能量相对?#20808;酰?#19981;足以引发火灾。且这些高次谐波可以通过?#24067;?#30340;方式将其去除掉。对高频容性漏电的定位存在一定争议。

     

    图 6

     

    ?#28909;?#23545;这些高频容性漏电的保护目的不是十分明确,那是否有类似的系统?#26194;?#21442;考,他们又是怎么处理的?

     

    矿井变频器在井下工作及漏电产生情况就与光伏逆变器类似。

     

    图 7

     

    矿井变频器由于其特殊的结构,早期经常会引起煤矿漏电保护系统做出误?#26657;?#23548;致在正常的生产情况下,漏电保护系统向断路器发出错误的断电信号,对煤矿安全生产造成?#25628;?#37325;的事故隐患。

     

    加入变频器导致煤矿漏电保护系统误判的原因主要有以下2点:

     

    ①   变频器内部产生高次谐波引发漏电电流:

    变频器整流过?#35752;?#20135;生的矩形方波和逆变过?#35752;?#32463;PWM调制形成的脉冲方波除了含有基波外都?#36141;?#26377;高次谐波 ,这样输出线?#20998;?#20063;就含有基波和高次谐波,由于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产生电流,即?#38408;?#30005;流,从而使得煤矿漏电保护器系统误?#26657;?#21457;出断电信号;

     

    图 8

     

    ②   高频干扰:

    变频器中的高频、高脉冲比常规信号还要高,监测点很难分辨这是干扰信号?#25925;?#27491;常信号,这?#26234;?#20917;下,系统很难保证检测值的可靠性,从而导?#24405;?#25511;系统的误判动作。并且干扰导致的系统检测与?#23548;时?#25252;目标点相比,既会出?#21046;?#39640;,?#19981;?#20986;?#21046;?#20302;。对后端的保护,轻者,频繁保护影响系统的正常运行。重者,在该保护的情况不保护,对生产设备造成损坏,存在重大事故隐患。高频干扰总结为EMC电磁干扰的问题。

     

    关于EMC与漏电流之间的关系,笔者会在后续的文章中?#24471;鰲?/p>

     
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