一种可调负载、逆变器残余电流的测量装置及逆变器的制作方法

本发明涉及一种可调负载，尤其涉及一种用于逆变器残流电流测量装置的可调负载及逆变器。

背景技术：

随科学技术的发展，电力资源的使用在人类社会中起到至关重要的作用。光伏发电是当下一种较为流行的电力获取方式，在光伏发电过程中需要用到光伏逆变器，光伏逆变器的作用是将光伏组件阵列在太阳光照射下产生的直流电压、直流电流、直流功率转换成工频交流后，给用电设备供电，或者直接将工频能量电并网发电。但逆变器由于输入工作电压高，在750v－1000v，且功率已经超过1mva，如安全保护设计缺失就会出现人身触电，着火等危险。

现有技术中，利用类似电阻电桥以开关逐一选择单一电阻的方式输出电阻，对光伏逆变器残余电流进行试验，该种方式存在切换电阻时不可避免的会产生瞬间断路、单个电阻可承受的热功率较小、测量仪器尺寸较及测量仪器成本较高等问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中电阻切换时不可避免的产生瞬间断路的问题，本发明提供一种可调负载、逆变器残余电流测量装置及逆变器。

本发明第一方面实施例提供一种可调负载，可以在切换电阻时避免产生瞬间断路，包括：串联连接的至少两个电阻单元，所述电阻单元包括数位电阻和与所述数位电阻按照档位顺序依次并联连接的至少一个计数电阻，其中，不同所述电阻单元的位数电阻之间为常串联状态，所述位数电阻用于表征所述负载的电阻值的位数信息，所述计数电阻用于表征所述负载的电阻值在当前位数下的计数信息；

至少一个第一档位开关，分别与所述计数电阻串联，且不同所述计数电阻对应的所述第一档位开关串联，通过调整所述第一档位开关的开闭状态调整当前位数下的计数信息。

进一步地，在所述第一档位开关闭合时，与所述第一档位开关对应的所述计数电阻使能；

在所述第一档位开关断开时，沿远离所述位数电阻方向从所述第一档位开关对应的所述计数电阻开始至最后一个计数电阻切出。

进一步地，所述计数电阻的电阻值为：

rn＝re(n+1)˙n，其中，n表示沿远离所述位数电阻方向第n个计数电阻；rn表示沿远离所述位数电阻方向第n个的电阻的电阻值；ren为位数电阻的电阻值或rn与上一电阻并联后的等效电阻值。

进一步地，第二档位开关，与所述电阻单元并联，在所述第二档位开关闭合时，所述电阻单元切出。

进一步地，每个电阻单元内计数电阻数量与预设计数制数对应。

本发明第二方面实施例提供一种逆变器残余电流的测量装置，该装置包括：本发明第一方面实施例所述的可调负载。

本发明第三方面实施例提供一种逆变器，该逆变器包括：本发明第二方面实施例所述的逆变器残余电流的测量装置。

本发明利用了功率电阻串联与并联技术的组合，形成的功率负载电阻阵列。该负载电阻阵列不仅解决了类似电阻电桥以开关逐一选择单一电阻时不可避免的瞬间断路问题，也充分利用了并联电阻阵列中每个电阻都参与功率分配的特点，比某单个电阻可承受的热功率提高了一倍多，极大降低了测量仪器的尺寸，重量以及成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为第一标准残余电流测量电路图；

图2为第二标准残余电流测量电路图；

图3为现有二级步进调节式电阻电桥结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种可调负载的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种可调负载的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种可调负载的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种逆变器残余电流的测量装置结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种逆变器结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为更好的说明本发明的技术方案，现就本发明处于的技术背景和存在问题进行说明。对于光伏发电部门而言，目前现有技术中，国际标准对逆变器给出了人身安全保护的技术要求，要求在逆变器中加装残余电流监控断路器，出现以下三种情况，切断逆变器的高压输入：

直流输入端对地的残余电流，包括有突入电流的残余电流超过规定值后；直流输入端对地绝缘电阻低于规定值后；人体接触电流超过标准规定值后。

本专利涉及的可调负载用来仿真直流输入端的对地残余电流，检测断路器是否正常控断；同时，也可仿真对地绝缘电阻。国际标准给出的残余电流测量模拟负载见图1。

此外如图2所示，图中的r1用来模拟产生基本残余电流，r2用来在基本残余电流上叠加突入电流。可以看出，要求r1不仅能阻值可调节，还要承受高耐压和大功率。例如，以750v/250kw的逆变器为例，按照国际标准要求，残余电流试验条件为10ma/1kw,250kw逆变器的试验条件应该能模拟产生2.5a的残余电流，r1承受的功率应为2.5×750＝1875w。

理论上r1可以使用300ω/2000w的滑线电阻器，但是，因为滑线功率电阻器的使用条件要求电压、功率和电流(电阻值)都要达到匹配，而且，调整阻值时，随着滑臂向低阻值滑动，滑线电阻能承受的热功率会等比例减少。另外，由于逆变器包括分布式，并网式，屋顶式等，功率范围宽泛，从5kw的屋顶式逆变器，直至2mw的并网光伏电站用逆变器，残余电流试验条件会相差400倍。作为实验室和科研机构，配备大量功率滑线电阻器、并逐一选择使用滑线功率电阻器显然工程上是不实际的，一种办法就是采用如图3的、电阻电桥所采用的步进调节式串联电阻系列方案。

这种电阻电桥负载调整方式简单，直观，可靠，但是，即使解决了单个滑线电阻器调节范围窄小的应用实际问题，也不能用作图1或图2中的r1。因为有二个缺点：

1.以开关逐一选择和桥接电阻时，由于是非a即b的选择，开关切换过程必然会有电路瞬态断开，导致负载电流跳变，例如，10ma-0ma-20ma-0ma-30ma-0ma-40ma…，结果导致逆变器残余电流监控装置误动作，无法进行准确测量。

2.由于是逐一选择和调整负载电阻，每个被选择负载电阻都需要满足功率要求，例如一个750v/250kw的逆变器，iec标准要求残余电流不得超过2.5a。考虑到测试是在一个范围内进行，测试中应使用一个300ω、1875w左右的功率电阻，而上一档的400ω以及下一档的200ω也应是大致相同的功率等级。这在工程实践中是不能接受的。

因此在对光伏逆变器残余电流进行试验的过程中，急需解决在电阻切换时会产生瞬间断路、单个电阻可承受的热功率较小、测量仪器尺寸较及测量仪器成本较高等问题。

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种利用功率电阻串联与并联技术的组合形成的可调负载。

图4为本发明实施例所提出的一种可调负载的结构示意图，如图4所示，该可调负载包括：

电阻单元11，包含一个数位电阻12及至少一个计数电阻13，至少一个第一档位开关14，用于构成可调负载的最小单元；

其中，数位电阻12，与其他电阻单元的数位电阻串联，用于表征所在电阻单元在可调负载的电阻值中的位数信息，以十进制为例，不同的电阻单元代表可调负载的位数(各位、十位、百位……)，其中，位数电阻用于表征位数中的数字，例如位数电阻为900ω，则该电阻单元可以表征“百位”的位数。

计数电阻13，按照档位顺序与数位电阻12并联，用于表征可调负载的电阻值在当前位数下的计数信息，以位数电阻为900ω为例，通过调整档位开关，实现该电阻单元中100-900ω的计数，即在“百位”中的计数。其他位数和计数与示例性示出的“百位”相同，在本实施例中，不再一一赘述。

第一档位开关14，与计数电阻13串联，通过调整第一档位开关14的开闭状态调整当前位数下的计数信息；

具体为，本发明涉及的可调负载由若干个电阻单元构成，电阻单元作为最小的整体单元构成可调负载，本实施例以两个电阻单元为例，电阻单元11a和电阻单元11b，其中，电阻单元11a中包含数位电阻12a和计数电阻13a，第一档位开关14a；电阻单元11b中包含数位电阻12b和计数电阻13b，第一档位开关14b。

通过单元内数位电阻的常串联连接，构成电阻单元之间的串联连接，以本实施例为例电阻单元11a与电阻单元11b串联连接，电阻单元11a中包含的数位电阻12a与电阻单元11b中的数位电阻12b为常串联状态，数位电阻12a用于表征所在电阻单元11a对应可调负载的电阻值位数信息，数位电阻12b用于表征所在电阻单元11b对应可调负载的电阻值位数信息；电阻单元11a内包括计数电阻13a与第一档位开关14a串联后，按照档位顺序与数位电阻12a并联，计数电阻13a用于表征可调负载的电阻值在当前位数下的计数信息，通过调整第一档位开关14a的开闭状态调整当前位数下的计数信息。

同理，电阻单元11b中各部件连接方式与作用效果与电阻单元11a相同，不再赘述。

进一步地，在第一档位开关闭合时，与第一档位开关对应的计数电阻使能；在第一档位开关断开时，沿远离位数电阻方向从第一档位开关对应的计数电阻开始至最后一个计数电阻切出。

具体的，如图4所示，在一个电阻单元11内，包括位数电阻12，第一档位开关14，分别与第一档位开关14对应的计数电阻13。以图5中的顺序为例，从上至下，在第一个第一档位开关14闭合时，与第一档位开关对应的计数电阻13使能；在下一个第一档位14开关闭合时，与该第一档位开关对应的计数电阻13使能；在第一档位开关14断开时，沿远离位数电阻12方向从当前第一档位开关14对应的计数电阻13开始至最后一个计数电阻13切出。

进一步地，图5为本发明实施例以十进制为例示例性的提出电阻值可调范围为0-99999ω的可调负载的结构示意图，如图3所示，计数电阻的电阻值为：

rn＝re(n+1)˙n，其中，n表示沿远离位数电阻方向第n个计数电阻；rn表示沿远离位数电阻方向第n个的电阻的电阻值；ren为位数电阻的电阻值或rn与上一电阻并联后的等效电阻值。

具体的，以位数信息为十的可调负载，电阻单元中位数电阻的阻值

re＝90000ω为例，它是由位数电阻r9＝90000ω以及逐次并联8个计数电阻rn组成，按上述导出公式计算每个rn，r8＝r9×8＝720kω；r7＝re8×7＝560

kω(re8＝80kω)，r6＝re7×6＝420kω(re7＝70kω)；r5＝re6×5＝300

kω(re6＝60kω)，同样的位数电阻为9ω、90ω、900ω及9000ω下的计数电阻阻值以此类推，不再详列计算过程，计算结果在图上标出。

进一步的，图6为本发明实施例所提出的另一种可调负载的结构示意图，如图7所示，第二档位开关41，与电阻单元11并联，在第二档位41开关闭合时，电阻单元41切出。

具体的，第二档位开关41闭合后，对应的电阻单元11切出整体电路，不再发生作用。

表1为根据图5中“s-1”序列的档位开关调节电阻档位的逻辑，其中其他序列(s-2/s-3/s-4/s-5)与“s-1”序列档位开关的调节逻辑相同，以“s-1”序列的档位开关调节电阻档位的逻辑为例，如图所示，通过档位开关接续面板的实现对电阻单元的内部进行控制，不同状态下的第一档位开关、第二档位开关控制不同的计数电阻使能、切出关系，输出想要的电阻值。具体的参见表1的逻辑：

表1

其中，“o”表示“接通”状态；“×”表示“断开”状态。

具体的，在0档时，所有档位开关接通，该电阻单元的电阻值为0；

在1档时，(17)-(18)档位开关断开，即第二档位开关断开，所有第一档位开关接通，该电阻单元的电阻值为10k；

在2档时，(15)-(18)档位开关断开，其余档位开关接通，该电阻单元的电阻值为20k；

在3档时，(13)-(18)档位开关断开，其余档位开关接通，该电阻单元的电阻值为30k；

在4档时，(11)-(18)档位开关断开，其余档位开关接通，该电阻单元的电阻值为40k；

在5档时，(9)-(18)档位开关断开，其余档位开关接通，该电阻单元的电阻值为50k；

在6档时，(7)-(18)档位开关断开，其余档位开关接通，该电阻单元的电阻值为60k；

在7档时，(5)-(18)档位开关断开，其余档位开关接通，该电阻单元的电阻值为70k；

在8档时，(3)-(18)档位开关断开，其余档位开关接通，该电阻单元的电阻值为80k；

在9档时，所有档位开关断开，该电阻单元的电阻值为90k，即为数位电阻的电阻值。

图7为本发明实施例所提出的一种逆变器残余电流的测量装置结构示意图，如图7所示，该逆变器残余电流的测量装置50，包括如上述实施例所示的可调负载51。

图8为本发明实施例所提出的一种逆变器结构示意图，如图7所示，该逆变器60包括，如上述实施例所示的逆变器残余电流的测量装置50。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后，本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。