一、前言

RCMU(Residual Current Monitoring Unit)廣泛應用在光伏逆變器中。在光伏逆變器接入交流電網，交流斷路器閉合的任何情況下，逆變器都應進行殘余電流(簡稱之為漏電流)檢測。漏電流檢測裝置應能檢測總的有效值電流值(包括直流和交流部件)。無論逆變器是否帶有隔離，與之連接的光伏方陣是否接地，以及隔離形式采用何種等級(基本絕緣隔離或加強絕緣隔離)，都需要對過量的連續殘余電流以及過量的殘余電流的突變進行監控。

二、漏電就產生的機理

漏電流主要分兩種形式：1)阻性漏電;2)容性漏電

圖2.0

如圖2.0所示，兩片導電體中間是絕緣材料就構成了電容。兩片導電體面積對著的面積越大，電容就越大。

圖2.1 水和電池之間形成等效電容

陰雨天，組件表面有一層雨水，水與電池片有較大的面積，形成較大的對地電容。雨天對地電容與組件面積有關，5kW系統大約在330nF至550nF，如圖2.1所示。電容兩極板上帶有電荷，電荷隨著光伏系統外部的器件流動，形成阻性漏電。

逆變器在工作時，除了高頻的共模漏電流，母線上會涵蓋低頻的交流分量，在機器內部來回振蕩，形成容性漏電。

阻性和容性的漏電可能會疊加存在，不同的是阻性漏電會對地短接。漏電流存在于逆變器里面的形式如圖2.2

圖2.2 漏電流在機器中與大地構成回路模型

當漏電流增大到一定程度時，可能造成下列危害：

1)當漏電通過人體，會發生觸電傷亡事故。

2)當漏電增大至一定值時，會導致通電的金屬部分發熱;隨著時間的推移，熱量增加，在易燃場所容易引起火災

三、漏電流檢測相關的安規標準要求

對于光伏逆變器本身需要安裝漏電檢測裝置，檢測器件類型大致有三種，如圖3.0所示。

圖3.0 漏電流檢測類型

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章節

1)AC 型漏電保護器：

AC 型漏電保護器是針對工頻正弦漏電電流研發設計的，對突然施加及緩慢上升的正弦漏電電流都能可靠保護。

2)A 型漏電保護器：

A 型漏電保護器和 AC 型漏電保護器在工作原上基本相同，只是對傳感器的磁特性進行了改進，除對正弦漏電信號能夠可靠保護外，還能對含有脈動直流分量的漏電信號可靠保護。

3)B 型漏電保護器：

B型漏電保護器對正弦交流信號、脈動直流信號和平滑信號都能可靠保護。

設計帶B型漏電流保護功能的逆變器具有如下一些優點：(1)該功能可以與所需的方陣絕緣測量相結合;(2)在逆變器開始運行之前可完成小直流電流的靈敏度測量;(3)該功能可以在誤動作之后通過自動復位實現;(4)最后一點是由于太陽能電池和附近的地平面之間電容的存在，在接受較大穩態交流接地電流時，交流和直流接地電流保護值可以根據人身安全水平設定(30mA)。該電流最大允許設置為300mA，突然改變30mA可導致斷開。因此，標準中明確表示光伏逆變器必須使用Type B及以上的漏電流檢測器。

在VDE0126-1-1中，指出對突變漏電流要求的響應時間如表3.1所示：

maximum turn-off time

表3.1 RCMU對突變漏電流的響應時間

摘自VDE0126-1-1 4.7.1章節

并且《光伏發電并網逆變器技術規范》的規定內容：

a) 連續殘余電流。如果連續殘余電流超過如下限值，逆變器應當在0.3s內斷開并發出故障發生信號;

1) 對于額定輸出小于或等于30KVA的逆變器，300mA;

2) 對于額定輸出大于30KVA的逆變器，10mA/KVA。

因此，對于中大功率的RCMU也需要相應的電氣性能參數的升級。

VDE0126-1-1要求的模擬漏電流測試過程，滿足標準容性漏電流和阻性漏電流斷開標準。如圖3.2是標準中對光伏逆變器漏電測試的模擬平臺。

圖3.2 光伏逆變器安規模擬漏電測試圖

摘自VDE0126-1-1 6.6.2.2.1章節

1)在不斷上升的故障電流下一次觸發的考核

測試開關S1閉合并且S2打開，故障電流不斷上升，電流值在30秒內到達300mA。觸發電流被測量5次，所有5個測試值都必須不大于300mA。重復測試S關閉并且S1打開。在對超過兩個發電機接口的結構，測試電路需要適當的延伸，而且對于各個不同的開關位置都要考核。

2)在忽然出現的故障電流下的依次觸發

這個測試用于考核RCMU在正常工作情況下出現的且疊加了忽然出現的阻性故障電流的感性泄露電流。為了確定最大容性泄漏電流，在S1和S2都打開的情況下加大C1，直到斷路器裝置斷開。C2在這次測試中不用連接。因此調節C1，以至在測試過程中出現的感性泄漏電流比測出最大的感性泄漏電流小(小多少參看圖3.1)調整電阻R1，使表3.1中列出的的阻性電流值依次實現。S1閉合。斷路器裝置必須被觸發。在每個故障電流下測量5個斷路時間。圖3.1中確定的時間不能被超過。使用S2和C2重復測試。在這個情況下C1斷開。當遇到超過兩個接口的發電機，測試電路適當的延伸，而且對于各個不同的開關位置都要考核。

四、RCMU聲明

RCMU在光伏逆變器中是必不可缺的一個安規器件，因此國內外各大逆變器公司都會對RCMU這一器件的功能進行必要性的聲明，如圖4.0所示:

圖4.0 RCMU聲明

五、RCMU在逆變器中的設計思路

圖5.0 RCMU在光伏逆變器中的檢測點(以單相光伏逆變器為例)：

圖5.0 RCMU漏電流檢測點

RCMU是通過檢測單相機母線(L、N線)回路電流是否平衡的原理來達到漏電流檢測的目的。

另外，對于RCMU器件本身而言，非常關鍵性一個功能是Self-Check。根據IEC62109-2標準4.4.4.15.1.和4.8.3.5段落中，要求在光伏逆變器任何一次上電的時候必須驗證傳感器的精度，等同于RCMU本身需要一個自檢的過程。Magtron將自身擁有的Self-Check功能這一專利技術集成到RCMU中，并完成高度集成化的漏電流檢測技術，為光伏逆變器安全技術應用提供了一個可靠有效的解決方案。具體應用說明如圖5.1所示

圖5.1 Self-Check Fuction

將Check腳拉高(3.3V

另一個角度，對于Magtron RCMU Series本身：

集成安全自檢(Self-check)功能，安規件級別

漏電流檢測范圍AC/DC 0mA~500mA(根據功率段不同可數字化調整)

內部設計自激振蕩電路

內置單芯片集成方案

超小體積PCB安裝

Type B的RCMU

直流~700Hz頻率范圍

靈活的可選穿線方案(本體不帶CP線)

六、典型應用案例

針對市場各個功率段的光伏逆變器，Magtron設計了涵蓋1.2KW~125KW功率段的漏電流檢測解決方案。

七、中大功率以及小功率小型化的需求

1、小功率超薄逆變器

在光伏發電市場的戶用化背景下，A4大小型高集成度的超薄小型單相光伏逆變器即將成為單相機的主流。Magtron為滿足光伏逆變器廠商集成化設計要求，在原有的RCMU101S的基礎上，設計了尺寸只有26mm*23mm*12mm的智能漏電流傳感器RCMU101SM1系列。

該漏電流傳感器升級了原有的單芯片方案，使得所有的元器件都隨著芯片方案實現了高度集成化。除此之外，Magtron在器件的外觀和結構也獨具匠心，對器件模具的質感，材料的質量層層把關，使得RCMU101SM1系列更加值得設計者的青睞。

圖7.0 RCMU101SM1 series SoC方案結構圖

2、中大功率逆變器

隨著光伏地面電站需求趨于飽和，中功率組串式光伏逆變器逐漸成為商用機型的主流。其功率段從50KW~125KW不等。并且光伏技術的不斷創新，組件已經從十多年前的600V提升到了目前的1500V，而且在實際工程中得到了應用。1500V光伏系統以其低成本及更高的發電效率受到眾多用戶的重視，同時也向1500V光伏逆變器提出了更高的要求。國內幾大先進逆變器廠商都已經成功設計了1500V組串式光伏逆變器。從日前的1000V光伏逆變器廣泛采用的兩電平發展到能夠使得1500V光伏逆變器發揮出更佳性能的三電平，甚至是最新的五電平技術。將組串電流檢測部分集中到光伏逆變器中，把匯流箱和MPPT升壓集成在一起。電壓等級的上升，對光伏逆變器的電子元件模塊的要求垂直上升。針對于漏電流這塊，Magtron RCMU Series也是做到了相應的物理結構和電氣參數的升級。

《光伏發電并網逆變器技術規范》的規定內容：

a) 連續殘余電流。如果連續殘余電流超過如下限值，逆變器應當在0.3s內斷開并發出故障發生信號;

1) 對于額定輸出小于或等于30KVA的逆變器，300mA;

2) 對于額定輸出大于30KVA的逆變器，10mA/KVA。

因此，針對于更大功率段的要求，漏電流的檢測范圍也隨之改變，例如：80KW的光伏逆變器，不考慮其余成分，漏電流檢測范達至少要達到800mA。而且其母線電流的大小也隨之增加。因此，針對組串式光伏逆變器，Magtron推出RCMU101SN-4P16C&RCMU101SN-3P28C兩款帶大電流導流引腳線的漏電流檢測傳感器，分別針對50/60KW、80KW~125KW功率段的應用，免去了設計者自己穿線的步驟。其漏電流檢測范圍能夠達到AC/DC：0mA~2.0A，沿用傳統穿線的方