一种储能逆变器系统的中线继电器故障检测方法及装置与流程

本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种逆变器系统的中线继电器故障检测方法及装置。

背景技术：

在通用使用与储能系统中，储能逆变器的直流侧连接光伏组串和蓄电池，交流输出端连接电网或者为负载供电。出于安全考虑，要求储能逆变器在离网启机过程中检测继电器的故障情况，使得在检测到一些异常情况时能及时的将逆变器从电网中切除。比如，在三相四线制系统中，如果中线继电器出现粘连故障，无法正常断开，则会造成中线缺失，最终导致中性点偏移，系统失控。

现有技术中，如图1所示，逆变器与负载系统之间设置主继电器组和副继电器组，其中，relay1和relay2构成主继电器组，分别设于火线和零线(也叫中性线)上；relay3构成副继电器组，设于零线上；现有技术方案是通过控制逆变器逆变侧按照预设幅值发正弦波以及闭合relay1和relay2，采样逆变器逆变侧电压与负载侧电压；如果逆变侧采样电压为预设电压，且等于负载侧采样电压时，则判断继电器relay3存在粘死故障。

然而，发明人发现，对于负载侧具有虚拟中性点的三相逆变系统，负载侧电压采样存在采样虚拟中性点处的电压的情况，那么逆变器发正弦波，然后判断逆变侧采样电压是否等于虚拟中性点处的电压，不能作为检测中线继电器是否存在故障问题的依据；并且现有的技术方案要求采样系统对地采样，不适用于中性线不接地的浮地系统。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种储能逆变器系统的中线继电器故障检测方法及装置，适用于中性线不接地的浮地系统，无需增加额外的故障检测硬件，降低了检测成本，同时确保检测的可靠性。

本发明一实施例提供一种逆变器系统的中线继电器故障检测方法，所述逆变器系统包括逆变器、逆变侧继电器、电网侧继电器和分段继电器；其中，所述逆变器的逆变侧和直流侧中点分别通过火线和中线接入电网；所述逆变侧继电器和所述电网侧继电器串联在所述火线上，所述分段继电器设于所述中线上，包括第一继电器开关和第二继电器开关；所述方法包括：

控制所述逆变侧继电器和所述电网侧继电器闭合；

控制所述逆变器逆变侧输出含有谐波分量的调制波；

采样电网侧电压；

根据所述电网侧电压，和/或对所述第一继电器开关和所述第二继电器开关的状态切换控制，确定所述第一继电器开关和所述第二继电器开关是否存在粘连故障或分段失败的故障。

优选的，所述根据所述电网侧电压，和/或对所述第一继电器开关和所述第二继电器开关的状态切换控制，确定所述第一继电器开关和所述第二继电器开关是否存在粘连故障或分段失败的故障，包括：

检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；

当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定所述第一继电器开关与所述第二继电器开关粘连。

优选的，所述根据所述电网侧电压，和/或对所述第一继电器开关和所述第二继电器开关的状态切换控制，确定所述第一继电器开关和所述第二继电器开关是否存在粘连故障或分段失败的故障，包括：

控制所述第一继电器开关和所述第二继电器开关交替闭合和断开；

检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；

当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定断开的继电器开关存在粘连故障。

优选的，所述根据所述电网侧电压，和/或对所述第一继电器开关和所述第二继电器开关的状态切换控制，确定所述第一继电器开关和所述第二继电器开关是否存在粘连故障或分段失败的故障，包括：

控制所述第一继电器开关和所述第二继电器开关均断开；

检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；

当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定所述第一继电器开关与所述第二继电器开关分段失败。

优选的，所述逆变器为三相逆变器，所述谐波分量包括三次谐波分量，所述谐波电压包括三次谐波电压。

优选的，在所述控制所述储能逆变器逆变侧输出含有谐波分量的调制波之前，还包括：

在当前调制波上叠加三次谐波分量，以得到三次谐波注入的调制波。

优选的，所述逆变器系统还包括：设于所述逆变器与所述逆变侧继电器之间的第一滤波电容和设于所述电网侧继电器与所述电网之间的第二滤波电容，所述第一滤波电容和所述第二滤波电容均跨接于所述火线和所述中线之间；

则所述采样电网侧电压，具体为：

采样所述第二滤波电容的电压。

本发明另一实施例提供一种逆变器系统的中线继电器故障检测装置，所述逆变器系统包括逆变器、逆变侧继电器、电网侧继电器和分段继电器；其中，所述逆变器的逆变侧和直流侧中点分别通过火线和中线接入电网；所述逆变侧继电器和所述电网侧继电器串联在所述火线上，所述分段继电器设于所述中线上，包括第一继电器开关和第二继电器开关；所述中线继电器故障检测装置包括：

第一控制模块，用于控制所述逆变侧继电器和所述电网侧继电器闭合；

第二控制模块，用于控制所述逆变器的逆变侧输出含有谐波分量的调制波；

电压采样模块，用于采样电网侧电压；

故障确定模块，用于根据所述电网侧电压，和/或对所述第一继电器开关和所述第二继电器开关的状态切换控制，确定所述第一继电器开关和所述第二继电器开关是否存在粘连故障或分段失败的故障。

优选的，所述故障确定模块包括：

检测单元，用于检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；

确定单元，用于当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定所述第一继电器开关与所述第二继电器开关粘连。

优选的，所述故障确定模块还包括：

控制单元，用于控制所述第一继电器开关和所述第二继电器开关交替闭合和断开；

所述检测单元，用于检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；

所述确定单元，用于当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定断开的继电器开关存在粘连故障。

优选的，所述控制单元，还用于控制所述第一继电器开关和所述第二继电器开关均断开；

所述检测单元，用于检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；

所述确定单元，用于当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定所述第一继电器开关与所述第二继电器开关分段失败。

优选的，所述逆变器为三相逆变器，所述谐波分量包括三次谐波分量，所述谐波电压包括三次谐波电压；所述中线继电器故障检测装置还包括：叠加模块；

所述叠加模块，用于在当前调制波上叠加三次谐波分量，以得到三次谐波注入的调制波。

本发明提供的技术方案通过控制火线继电器闭合以及控制逆变器逆变侧输出含有谐波分量的调制波；然后，根据对中线上的两个继电器开关的各状态切换控制，检测电网侧采样电压中是否存在谐波电压，进而确定所述中线上的两个继电器开关是否存在粘连故障或分段失败的故障。本发明技术方案无需在中线上布局采样电路去采样中线网侧或逆变侧电压；也无需增加额外检测电路，能够大大节省检测成本；而且只需采样电网侧电压，利用电网侧电压特征进行中线继电器的故障判断，无需引入更多变量，可提高检测的可靠性和稳定性。

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示出的结构获得其他的附图。

图1是现有技术中的一种光伏储能系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种逆变器系统的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种逆变器系统的中线继电器故障检测方法的流程示意图；

图4是本发明实施例二提供的一种逆变器系统的中线继电器故障检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

请参阅图2，其示出了一种逆变器系统的结构示意图。所述逆变器系统包括逆变器11、逆变侧继电器rl1、电网侧继电器rl2和分段继电器，其中，所述分段继电器包括第一继电器开关rn1和第二继电器开关rn2；所述逆变器11的逆变侧和直流侧中点分别通过火线l和中线n接入电网；所述逆变侧继电器rl1和所述电网侧继电器rl2串联在所述火线l上，所述分段继电器设于所述中线n上。

具体的，所述逆变器系统还包括：设于所述逆变器11与所述逆变侧继电器rl1之间的第一滤波电容cf1和设于所述电网侧继电器rl2与所述电网之间的第二滤波电容cf2，所述第一滤波电容cf1和所述第二滤波电容cf2均跨接于所述火线l和所述中线n之间。

优选的，所述逆变器11为三相逆变器，包括三个单相逆变电路，它们的一个输出端分别连接到三相火线a、b、c；所述逆变侧继电器rl1和所述电网侧继电器rl2分别包括三个继电器开关，且三个继电器开关分别设于火线a、火线b和火线c上；所述第一滤波电容cf1和第二滤波电容cf2分别包括三个电容器，且三个电容器一端分别连接火线a、火线b和火线c，另一端均连接中线n。

具体的，所述逆变器系统还包括：两个串联母线电容c1和c2，连接于所述逆变器11的直流侧；所述两个串联母线电容c1和c2的中点连接所述逆变器11的直流侧中点，用于平衡所述逆变器11的中点电位。

需要说明的是，所述两个串联母线电容c1和c2起到储存能量，保证所述逆变器11为电压源特性的作用。在所述逆变器11工作在高频状态下，输出电流应为包含少量谐波分量的基频正弦电流。

实施例一

请参阅图3，其示出了一种逆变器系统的中线继电器故障检测方法的流程示意图。

基于图2的逆变器系统，本实施例提供一种逆变器系统的中线继电器故障检测方法，包括步骤s31～s34，具体如下：

s31，控制逆变侧继电器和电网侧继电器闭合。

s32，控制储能逆变器逆变侧输出含有谐波分量的调制波。

s33，采样电网侧电压。

s34，根据所述电网侧电压，和/或对所述第一继电器开关和所述第二继电器开关的状态切换控制，确定所述第一继电器开关和所述第二继电器开关是否存在粘连故障或分段失败的故障。

本实施例的技术方案应用于所述逆变器系统正式储能发波之前，以检测所述分段继电器的两个继电器开关rn1和rn2的故障情况。首先，控制火线l上的继电器rl1和rl2闭合以及控制所述逆变器11的逆变侧输出含有谐波分量的调制波；然后，根据所述两个继电器开关rn1和rn2的各种状态切换时谐波分量有无回路来判断所述两个继电器开关rn1和rn2的故障情况，其中，谐波分量在rn1和rn2闭合之后通过rl1与rl2→a/b/c→n→rn1与rn2→所述逆变器直流侧中点，构成回路，那么，在电网侧采样电压中可以识别到谐波电压；因此，如果交替闭合rn1和rn2或者再全部断开rn1和rn2，识别电网侧采样电压是否存在谐波电压，可以确定所述两个继电器开关rn1和rn2是否存在粘连故障或分段失败的故障。进一步的，所述步骤s34，包括：

s341a，检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压。

s341b，当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定所述第一继电器开关与所述第二继电器开关粘连。

具体的，所述第一继电器开关rn1和所述第二继电器开关rn2的初始状态为断开状态；首先，控制火线继电器rl1和rl2闭合以及控制所述逆变器11的逆变侧发波；然后，检测采样的所述电网侧电压中是否存在谐波电压；当在所述电网侧电压中识别到谐波电压，表示谐波分量通过中线n流向直流侧中点构成回路，则确定所述第一继电器开关rn1与所述第二继电器开关rn2粘连。

进一步的，所述步骤s34，还包括：

s342a，控制所述第一继电器开关和所述第二继电器开关交替闭合和断开。

s342b，检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压。

s342c，当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定断开的继电器存在粘连故障。

具体的，首先，控制所述第一继电器开关rn1闭合；检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；当在所述电网侧电压中识别到谐波电压，表示谐波分量通过中线n流向直流侧中点构成回路，则确定所述第二继电器开关rn2存在粘连故障；然后，控制所述第一继电器开关rn1断开，所述第二继电器开关rn2闭合，重复上述判断，若谐波分量构成回路，则确定所述第一继电器开关rn1存在粘连故障。

需要说明的是，上述实施过程还可以先闭合所述第二继电器开关rn2，进行检测判断步骤，然后，断开所述第二继电器开关rn2，闭合所述第一继电器开关rn1，再进行检测判断步骤，在此不进行赘述。

进一步的，所述步骤s34，还包括：

s343a，控制所述第一继电器开关和所述第二继电器开关均断开。

s343b，检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压。

s343c，当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定所述第一继电器开关和所述第二继电器开关分段失败。

具体的，控制所述两个继电器开关rn1和rn2全部断开；检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；当在所述电网侧电压中识别到谐波电压，表示谐波分量通过中线n流向直流侧中点构成回路，则确定所述第一继电器开关rn1和所述第二继电器开关rn2分段失败。

在一优选实施方式中，所述逆变器11为三相逆变器，发出的调制波中含有的谐波分量主要为三次谐波分量，那么识别电网侧采样电压中是否存在谐波电压，主要为识别电网侧采样电压中是否存在三次谐波电压。

需要说明的是，由于正常情况下电网侧三次谐波分量很少，因此，在所述步骤s32之前，还包括：

s32’，在当前调制波上叠加三次谐波分量，以得到三次谐波注入的调制波。

在本优选实施方式中，通过在调制波上叠加三次谐波分量，得到三次谐波注入的调制波，从而在电网侧采样电压中可以更准确地识别三次谐波电压是否存在，可提高检测的准确性。

在一优选实施方式中，所述步骤s33，具体为：

采样所述第二滤波电容的电压。

需要说明的是，采样电网侧电压具体为：采样电网中性点的电压，分为相电压和线电压，其中，电网中性点的相电压为任意一相火线与中线间的电压，线电压为任意两相火线间的电压。

在本优选实施方式，通过采样所述第二滤波电容的电压即可获得电网中性点的相电压。

本实施例提供的一种逆变器系统的中线继电器故障检测方法，通过控制火线继电器闭合以及控制逆变器逆变侧输出含三次谐波的调制波；然后，根据对中线上的两个继电器开关的各状态切换控制，检测采样的电网侧电压中是否存在谐波电压，进而确定所述中线上的两个继电器开关是否存在粘连故障或分段失败的故障。本实施例的技术方案无需在中线上布局采样电路去采样中线网侧或逆变侧电压；也无需增加额外检测电路，能够大大节省检测成本；而且只需采样电网侧电压，利用电网侧电压特征进行中线继电器的故障判断，无需引入更多变量，可提高检测的可靠性和稳定性。

实施例二

请参阅图4，其示出了一种逆变器系统的中线继电器故障检测装置，用于执行实施例一提供的逆变器系统的中线继电器故障检测方法的所有步骤；所述中线继电器故障检测装置40包括：

第一控制模块41，用于控制所述逆变侧继电器和所述电网侧继电器闭合；

第二控制模块42，用于控制所述储能逆变器的逆变侧输出含有谐波分量的调制波；

电压采样模块43，用于采样电网侧电压；

故障确定模块44，用于根据所述电网侧电压，和/或对所述第一继电器开关和所述第二继电器开关的状态切换控制，确定所述第一继电器开关和所述第二继电器开关是否存在粘连故障或分段失败的故障。

进一步的，所述故障确定模块44包括：

检测单元441，用于检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；

确定单元442，用于当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定所述第一继电器开关与所述第二继电器开关粘连。

进一步的，所述故障确定模块44还包括：

控制单元443，用于控制所述第一继电器开关和所述第二继电器开关交替闭合和断开；

所述检测单元441，用于检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；

所述确定单元442，用于当所述电网侧电压中存在三次谐波时，确定断开的继电器开关存在粘连故障。

进一步的，所述控制单元443，还用于控制所述第一继电器开关和所述第二继电器开关；

所述检测单元441，用于检测所述电网侧电压中是否存在谐波电压；

所述确定单元442，用于当所述电网侧电压中存在谐波电压时，确定所述第一继电器开关与所述第二继电器开关分段失败。

在一优选实施方式中，所述逆变器系统的逆变器为三相逆变器，所述谐波分量包括三次谐波，所述谐波电压包括三次谐波电压。

进一步的，所述中线继电器故障检测装置还包括：叠加模块45；

所述叠加模块45，用于在当前调制波上叠加三次谐波分量，以得到三次谐波注入的调制波。

在另一优选实施方式中，所述电压采样模块43，具体用于：采样所述第二滤波电容的电压。

需要说明的是，本实施例提供的逆变器系统的中线继电器故障检测装置与逆变器系统的中线继电器故障检测方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。