RCMU在光伏逆变器中的研究说明

一、前言

RCMU(Residual Current Monitoring Unit)广泛应用在光伏逆变器中。在光伏逆变器接入交流电网，交流断路器闭合的任何情况下，逆变器都应进行残余电流（简称之为漏电流）检测。漏电流检测装置应能检测总的有效值电流值（包括直流和交流部件）。无论逆变器是否带有隔离，与之连接的光伏方阵是否接地，以及隔离形式采用何种等级（基本绝缘隔离或加强绝缘隔离），都需要对过量的连续残余电流以及过量的残余电流的突变进行监控。

二、漏电就产生的机理

漏电流主要分两种形式：1）阻性漏电；2）容性漏电

图2.0

如图2.0所示，两片导电体中间是绝缘材料就构成了电容。两片导电体面积对着的面积越大，电容就越大。

图2.1 水和电池之间形成等效电容

阴雨天，组件表面有一层雨水，水与电池片有较大的面积，形成较大的对地电容。雨天对地电容与组件面积有关，5kW系统大约在330nF至550nF，如图2.1所示。电容两极板上带有电荷，电荷随着光伏系统外部的器件流动，形成阻性漏电。

逆变器在工作时，除了高频的共模漏电流，母线上会涵盖低频的交流分量，在机器内部来回振荡，形成容性漏电。

阻性和容性的漏电可能会叠加存在，不同的是阻性漏电会对地短接。漏电流存在于逆变器里面的形式如图2.2

图2.2 漏电流在机器中与大地构成回路模型

当漏电流增大到一定程度时，可能造成下列危害：

1）当漏电通过人体，会发生触电伤亡事故。

2）当漏电增大至一定值时，会导致通电的金属部分发热；随着时间的推移，热量增加，在易燃场所容易引起火灾

三、漏电流检测相关的安规标准要求

对于光伏逆变器本身需要安装漏电检测装置，检测器件类型大致有三种，如图3.0所示。

图3.0 漏电流检测类型

Type AC: Detecting AC residual currents of mains frequency (not permissible in Germany)

Type A: Detecting AC residual currents and pulsating DC residual currents of mains frequency

Type B: Detecting AC residual currents and pulsating DC residual currents of mains frequency, as well as smooth DC residual currents and AC residual currents ≠ mains frequency

摘自ICE62109-1 7.3.8章节

1）AC 型漏电保护器：

AC 型漏电保护器是针对工频正弦漏电电流研发设计的，对突然施加及缓慢上升的正弦漏电电流都能可靠保护。

2）A 型漏电保护器：

A 型漏电保护器和 AC 型漏电保护器在工作原上基本相同，只是对传感器的磁特性进行了改进，除对正弦漏电信号能够可靠保护外，还能对含有脉动直流分量的漏电信号可靠保护。3）B 型漏电保护器：

B型漏电保护器对正弦交流信号、脉动直流信号和平滑信号都能可靠保护。

设计带B型漏电流保护功能的逆变器具有如下一些优点：（1）该功能可以与所需的方阵绝缘测量相结合；（2）在逆变器开始运行之前可完成小直流电流的灵敏度测量；（3）该功能可以在误动作之后通过自动复位实现；（4）最后一点是由于太阳能电池和附近的地平面之间电容的存在，在接受较大稳态交流接地电流时，交流和直流接地电流保护值可以根据人身安全水平设定（30mA）。该电流最大允许设置为300mA，突然改变30mA可导致断开。因此，标准中明确表示光伏逆变器必须使用Type B及以上的漏电流检测器。

在VDE0126-1-1中，指出对突变漏电流要求的响应时间如表3.1所示：

maximum turn-off time

表3.1 RCMU对突变漏电流的响应时间

摘自VDE0126-1-1 4.7.1章节

并且《光伏发电并网逆变器技术规范》的规定内容：

a) 连续残余电流。如果连续残余电流超过如下限值，逆变器应当在0.3s内断开并发出故障发生信号；

1） 对于额定输出小于或等于30KVA的逆变器，300mA；

2） 对于额定输出大于30KVA的逆变器，10mA/KVA。

因此，对于中大功率的RCMU也需要相应的电气性能参数的升级。

VDE0126-1-1要求的模拟漏电流测试过程，满足标准容性漏电流和阻性漏电流断开标准。如图3.2是标准中对光伏逆变器漏电测试的模拟平台。

图3.2 光伏逆变器安规模拟漏电测试图

摘自VDE0126-1-1 6.6.2.2.1章节

1）在不断上升的故障电流下一次触发的考核

测试开关S1闭合并且S2打开，故障电流不断上升，电流值在30秒内到达300mA。触发电流被测量5次，所有5个测试值都必须不大于300mA。重复测试S关闭并且S1打开。在对超过两个发电机接口的结构，测试电路需要适当的延伸，而且对于各个不同的开关位置都要考核。

2）在忽然出现的故障电流下的依次触发

这个测试用于考核RCMU在正常工作情况下出现的且叠加了忽然出现的阻性故障电流的感性泄露电流。为了确定最大容性泄漏电流，在S1和S2都打开的情况下加大C1，直到断路器装置断开。C2在这次测试中不用连接。因此调节C1，以至在测试过程中出现的感性泄漏电流比测出最大的感性泄漏电流小（小多少参看图3.1）调整电阻R1，使表3.1中列出的的阻性电流值依次实现。S1闭合。断路器装置必须被触发。在每个故障电流下测量5个断路时间。图3.1中确定的时间不能被超过。使用S2和C2重复测试。在这个情况下C1断开。当遇到超过两个接口的发电机，测试电路适当的延伸，而且对于各个不同的开关位置都要考核。

四、RCMU声明

RCMU在光伏逆变器中是必不可缺的一个安规器件，因此国内外各大逆变器公司都会对RCMU这一器件的功能进行必要性的声明，如图4.0所示:

图4.0 RCM