CN102621394B - 双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏并网逆变器技术，具体涉及一种双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统及方法，所述检测系统包括对第一路光伏电池升压的BOOST电路一、对第二路光伏电池升压的BOOST电路二、对第一路光伏电池电压进行采样的PV1电压采样电路、对第二路光伏电池电压进行采样的PV2电压采样电路、下桥臂电压采样电路、电阻开关电路和微处理器。本发明实现了双支路输入光伏电池的对地绝缘电阻的在线实时测量，从而可以在线判断光伏并网逆变器的对地绝缘要求是否满足安规要求，进而允许或禁止光伏并网逆变器的启动工作，保证了光伏并网逆变器安全可靠的工作。

Description

双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统及方法

技术领域

本发明涉及光伏并网逆变器技术，具体涉及一种双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统及方法。

背景技术

在光伏并网发电技术中，光伏电池的输出电压比较高，例如：大功率的光伏并网逆变器的光伏电池输出电压高达600V以上，由于光伏电池的光伏电池板为露天放置，灰尘、雨雪、大雾等天气因素都会影响光伏电池的正极、负极对地（以下所称“对地”，均是指 “对于大地”，即Earth）绝缘的变化。作为一种高压系统，光伏并网逆变器安全的一项关键指标就是绝缘程度的好坏，绝缘电阻测量技术可以判断出当前系统的绝缘状态是否良好，以及绝缘状态的变化情况。光伏并网逆变器每天开机前需要进行光伏电池的对地绝缘电阻的检测，TUV认证中要求并网逆变器的对地绝缘电阻不小于1KΩ/V。

双支路输入光伏并网逆变器是一种采用双支路光伏电池输入的并网逆变器，由于双支路光伏电池输入对地之间的绝缘电阻相互耦合，目前对双支路光伏电池输入对地之间的绝缘电阻的检测技术研究较少，缺乏可靠的检测电路和检测方法，以至于双支路光伏并网逆变器的工作过程中存在安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统及方法，实现了双支路光伏电池正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻的在线实时测量。

双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统，包括对第一路光伏电池升压的BOOST电路一、对第二路光伏电池升压的BOOST电路二、对第一路光伏电池电压进行采样的PV1电压采样电路、对第二路光伏电池电压进行采样的PV2电压采样电路、下桥臂电压采样电路、电阻开关电路和微处理器；

所述BOOST电路一的第一端与第一路光伏电池的正极连接，所述BOOST电路一的第二端与直流母线的正极连接，所述BOOST电路一的控制端与所述微处理器的第一PWM端口连接；

所述BOOST电路二的第一端与第二路光伏电池的正极连接，所述BOOST电路二的第二端与直流母线的正极连接，所述BOOST电路二的控制端与所述微处理器的第二PWM端口连接；

第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极与所述电阻开关电路的第一端连接，所述电阻开关电路的第二端接大地，所述电阻开关电路的控制端与所述微处理器的第一I/O端口连接；

所述PV1电压采样电路的输出端与所述微处理器的第一A/D端口连接；所述PV2电压采样电路的输出端与所述微处理器的第二A/D端口连接；

第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极与所述下桥臂电压采样电路的第一端连接，所述下桥臂电压采样电路的第二端接大地，所述下桥臂电压采样电路的输出端与所述微处理器的第三A/D端口连接。

第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极与直流母线的负极连接。

其中，所述微处理器包括第三PWM端口组，所述第三PWM端口组与光伏并网逆变器的逆变电路连接。

其中，所述微处理器还包括第二I/O端口，所述第二I/O端口连接有报警电路。

其中，所述电阻开关电路包括辅助测量电阻R₀和开关S1，所述开关S1为开关管、继电器或光耦。

其中，所述PV1电压采样电路采用差分放大电路、线性隔离放大电路或电压传感器采样电路；所述PV2电压采样电路采用差分放大电路、线性隔离放大电路或电压传感器采样电路。

其中，所述微处理器采用FIR数字滤波算法对A/D采样信号进行数字滤波处理，该微处理器为DSP微处理器。

一种双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统的检测方法，包括以下步骤：

A、微处理器关闭逆变电路、BOOST电路一和BOOST电路二，采样第一路光伏电池的输入电压信号V_PV1和第二路光伏电池的输入电压信号V_PV2；

B、微处理器控制电阻开关电路的开关闭合，使辅助测试电阻和下桥臂并联，采样下桥臂输出电压信号u1；

C、微处理器控制电阻开关电路的开关断开，使辅助测试电阻和下桥臂脱离，关闭BOOST电路二，控制BOOST电路一，使得第一路光伏电池的正极和负极输入短路，微处理器采样下桥臂输出电压信号u2；

D、微处理器关闭BOOST电路一，控制BOOST电路二，使得第二路光伏电池的正极和负极输入短路，微处理器采样下桥臂输出电压信号u3；

E、微处理器根据获得的电压信号u1、u2和u3分别计算出第一路光伏电池的正极对大地的绝缘电阻R₁₊，第二路光伏电池的正极对大地的绝缘电阻R₂₊，以及第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极对大地的等效并联绝缘电阻R-；

第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极与大地之间的电路构成所述的下桥臂。

其中，所述步骤E的计算具体为：

E1、根据电压信号u1，由基尔霍夫电路定律建立第一个关系方程式e1：

；

E2、根据电压信号u2，由基尔霍夫电路定律建立第二个关系方程式e2：

；

E3、根据电源信号u3，由基尔霍夫电路定律建立第三个关系方程式e3：

；

其中，

，

，

，

，R₀是已知的辅助测量电阻；

求解由e1、e2、e3组成的三元一次方程组，得出R₁₊、R₂₊、R-的电阻值。

三元一次方程组为：

e4、  

令

，解方程组e4可得：

；

；

；

即：

；

；

；

根据上述表达式分别计算出R₁₊、R₂₊、R-的电阻值。

进一步地，在步骤E后，还包括步骤F：判断R₁₊、R₂₊、R-的电阻值是否满足安规要求。

进一步地，在步骤F后，还包括步骤G：若R₁₊、R₂₊、R-的电阻值满足安规要求，则允许光伏并网逆变器启动工作；否则，禁止光伏并网逆变器启动工作，并控制报警电路发出报警信号。

本发明的有益效果是：本发明的双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统及方法，电路实现简单，测量精度高，实现了双支路输入的光伏电池正极对地绝缘电阻、光伏电池负极对地绝缘电阻的在线实时测量，在线诊断光伏电池正极对地绝缘电阻和光伏电池负极对地绝缘电阻是否满足安规要求，进而采取相应措施，保证了光伏并网逆变器安全可靠地工作。

附图说明

图1为双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统的等效电路模型图。

图2为本发明的双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统的电路实现原理框图。

附图标记说明如下：

10—微处理器，       11—PV1电压采样电路，

12—PV2电压采样电路，

13—BOOST电路一，    14—BOOST电路二，

15—电阻开关电路，   16—下桥臂电压采样电路，

17—逆变电路，       18—报警电路。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

参见图1和图2，双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统，包括对第一路光伏电池升压的BOOST电路一13、对第二路光伏电池升压的BOOST电路二14、对第一路光伏电池电压进行采样的PV1电压采样电路11、对第二路光伏电池电压进行采样的PV2电压采样电路12、下桥臂电压采样电路16、电阻开关电路15和微处理器10；

BOOST电路是一种升压电路，BOOST电路一和BOOST电路二的作用是把两路光伏电池的输入电压分别升压到所需要的直流母线电压，保证逆变电路正常工作，同时执行对光伏电池的最大功率跟踪（MPPT）的功能。

所述BOOST电路一13的第一端与第一路光伏电池的正极连接，所述BOOST电路一13的第二端与直流母线的正极连接，所述BOOST电路一13的控制端与所述微处理器10的第一PWM端口连接；

所述BOOST电路二14的第一端与第二路光伏电池的正极连接，所述BOOST电路二14的第二端与直流母线的正极连接，即第一路光伏电池经过BOOST电路一13升压后与直流母线连接，第二路光伏电池经过BOOST电路二14升压后与直流母线连接；所述BOOST电路二14的控制端与所述微处理器10的第二PWM端口连接；

第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极PV-与所述电阻开关电路15的第一端连接，所述电阻开关电路15的第二端接大地，所述电阻开关电路15的控制端与所述微处理器10的第一I/O端口连接；

第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极PV-与直流母线的负极连接；

第一路光伏电池的正极和公共负极PV-之间设置有PV1电压采样电路11，所述PV1电压采样电路11的输出端与所述微处理器10的第一A/D端口连接；第二路光伏电池的正极和公共负极PV-之间设置有PV2电压采样电路12，所述PV2电压采样电路12的输出端与所述微处理器10的第二A/D端口连接；

第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极PV-与所述下桥臂电压采样电路16的第一端连接，所述下桥臂电压采样电路16的第二端接大地，所述下桥臂电压采样电路16的输出端与所述微处理器10的第三A/D端口连接。

第一路光伏电池和第二路光伏电池是由若干块光伏电池板串并联组成的光伏电池串。

其中，所述微处理器10包括第二I/O端口，所述第二I/O端口连接有报警电路18。

其中，所述微处理器10还包括第三PWM端口组，所述第三PWM端口组与光伏并网逆变器的逆变电路17连接。第三PWM端口组是一组PWM口。

其中，所述电阻开关电路15包括由外部配置的辅助测量电阻R₀和开关S1，辅助测量电阻R₀的一端与开关S1的一端连接，辅助测量电阻R₀的另一端接大地，开关S1的另一端连接公共负极PV-，所述开关S1为开关管、继电器或光耦。

其中，所述PV1电压采样电路11采用差分放大电路或电压传感器隔离采样电路；所述PV2电压采样电路12采用差分放大电路或电压传感器隔离采样电路。

其中，所述微处理器10采用FIR数字滤波算法对A/D采样信号进行数字滤波处理，该微处理器10为DSP微处理器。

一种双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统的检测方法，包括以下步骤：

A、微处理器10关闭逆变电路17、BOOST电路一13和BOOST电路二14；通过PV1电压采样电路11采样第一路光伏电池的输入电压信号V_PV1；通过PV2电压采样电路12采样第二路光伏电池的输入电压信号V_PV2；

B、微处理器10控制电阻开关电路15的开关S1闭合，使辅助测量电阻R₀和下桥臂并联，通过下桥臂电压采样电路16采样下桥臂输出电压信号u1；

C、微处理器10控制电阻开关电路15的开关S1断开，使辅助测量电阻R₀和下桥臂脱离，微处理器10关闭BOOST电路二14，控制BOOST电路一13，使第一路光伏电池的正极和负极输入短路，通过下桥臂电压采样电路16采样下桥臂输出电压信号u2；光伏电池本身是允许短路的；

D、微处理器10关闭BOOST电路一13，控制BOOST电路二14，使得第二路光伏电池的正极和负极输入短路，通过下桥臂电压采样电路16采样下桥臂输出电压信号u3；

E、微处理器10根据获得的电压信号u1、u2和u3分别计算出第一路光伏电池的正极对大地的绝缘电阻R₁₊，第二路光伏电池的正极对大地的绝缘电阻R₂₊，以及第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极PV-对大地的等效并联绝缘电阻R-；

第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极PV-与大地之间的电路构成所述的下桥臂。

其中，所述步骤E的计算具体为：

E1、根据电压信号u1，由基尔霍夫电路定律建立第一个关系方程式e1：

；

E2、根据电压信号u2，由基尔霍夫电路定律建立第二个关系方程式e2：

；

E3、根据电源信号u3，由基尔霍夫电路定律建立第三个关系方程式e3：

；

其中，

，

，

，，R₀是已知的辅助测量电阻；

求解由e1、e2、e3组成的三元一次方程组，得出R₁₊、R₂₊、R-的电阻值。

三元一次方程组为：

e4、

令

，解方程组e4可得：

；

；

；

即：

；

；

；

根据上述表达式分别计算出R₁₊、R₂₊、R-的电阻值。

进一步地，在步骤E后，还包括步骤F：判断R₁₊、R₂₊、R-的电阻值是否满足安规要求。安规要求的具体数值预先保存在微处理器中。

进一步地，在步骤F后，还包括步骤G：若R₁₊、R₂₊、R-的电阻值满足安规要求，则允许光伏并网逆变器启动工作；否则，禁止光伏并网逆变器启动工作，并控制报警电路18发出报警信号。

禁止BOOST电路工作就是控制BOOST电路的开关管一直处于断开状态。

同样禁止逆变电路工作就是控制逆变电路的开关管一直处于断开状态。

本发明的双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻检测系统及方法，电路实现简单，测量精度较高，实现了双支路输入的光伏电池正极对地绝缘电阻、光伏电池负极对地绝缘电阻的在线实时测量，判断光伏电池正极对地绝缘电阻和光伏电池负极对地绝缘电阻是否满足安规要求，进而采取相应措施，保证了光伏并网逆变器安全可靠地工作。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、微处理器关闭逆变电路、BOOST电路一和BOOST电路二，采样第一路光伏电池的输入电压信号V_PV1和第二路光伏电池的输入电压信号V_PV2；

B、微处理器控制电阻开关电路的开关闭合，使辅助测试电阻和下桥臂并联，采样下桥臂输出电压信号u1；

C、微处理器控制电阻开关电路的开关断开，使辅助测试电阻和下桥臂脱离，关闭BOOST电路二，控制BOOST电路一，使得第一路光伏电池的正极和负极输入短路，微处理器采样下桥臂输出电压信号u2；

D、微处理器关闭BOOST电路一，控制BOOST电路二，使得第二路光伏电池的正极和负极输入短路，微处理器采样下桥臂输出电压信号u3；

E、微处理器根据获得的电压信号u1、u2和u3分别计算出第一路光伏电池的正极对大地的绝缘电阻R₁₊，第二路光伏电池的正极对大地的绝缘电阻R₂₊，以及第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极对大地的等效并联绝缘电阻R-；

第一路光伏电池和第二路光伏电池的公共负极与大地之间的电路构成所述的下桥臂。

2.根据权利要求1所述的一种双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻的检测方法，其特征在于：所述步骤E的计算具体为：

E1、根据电压信号u1，由基尔霍夫电路定律建立第一个关系方程式e1：

；

E2、根据电压信号u2，由基尔霍夫电路定律建立第二个关系方程式e2：

；

E3、根据电源信号u3，由基尔霍夫电路定律建立第三个关系方程式e3：

；

其中，

，

，

，

，R₀是已知的辅助测量电阻；

求解由e1、e2、e3组成的三元一次方程组，得出R₁₊、R₂₊、R-的电阻值。

3.根据权利要求1所述的一种双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻的检测方法，其特征在于：在步骤E后，还包括步骤F：判断R₁₊、R₂₊、R-的电阻值是否满足安规要求。

4.根据权利要求3所述的一种双支路输入光伏并网逆变器对地绝缘电阻的检测方法，其特征在于：在步骤F后，还包括步骤G：若R₁₊、R₂₊、R-的电阻值满足安规要求，则允许光伏并网逆变器启动工作；否则，禁止光伏并网逆变器启动工作，并控制报警电路发出报警信号。

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