CN102749523B

CN102749523B - 一种应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路

Info

Publication number: CN102749523B
Application number: CN201210245931.9A
Authority: CN
Inventors: 张光先; 张洪亮; 刘晨; 刘国平; 赵爱光; 刘路
Original assignee: SHANDONG AOTAI ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: SHANDONG AOTAI ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2032-07-16
Also published as: CN102749523A

Abstract

本发明涉及一种应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，该方案采用直流检测法，并实时检测直流电源系统母线电压，通过电路计算，可在较大范围内准确测量接地电阻阻值。母线正极PV+与大地间设有正极接地电阻Rx；母线正极PV+和母线负极PV-分别经过相应的滤波电路后，通过检测母线正极PV+和母线负极PV-的电压，分别经相应的滤波电路后送入逻辑处理电路。

Description

一种应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路

技术领域

本发明涉及的是一种应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路。

背景技术

在现有技术中，直流电源系统是光伏电站、发电厂、变电站中重要的电源之一。当直流电源系统发生接地故障时，可能引发严重的电力系统事故，因此直流电源系统的绝缘水平关系着电网、光伏电站、发电厂和变电站的安全运行。目前，直流电源系统接地故障检测的主要方法有交流检测法和直流检测法。交流检测法是通过在母线上施加一交流信号，利用交流电流传感器检测漏电流，从而计算出接地电阻，其优点是母线或所有接地支路正接地或负接地均能检出；其缺点是受系统对地分布电容的影响较大，需要复杂的交流信号源，在向直流电源系统注入交流信号的同时也引入了干扰。直流检测法是将母线的正、负两极通过一限流电阻接地，从而将直流电源系统的总电压施加于正、负极对地绝缘电阻上，产生一直流电流，通过检测该电流值，可计算出系统正、负极对地电阻值，其优点是不受系统对地分布电容的影响，不需要复杂的交流信号源，不产生干扰，成本低；其缺点是只能在单根母线接地或所有接地支路都正接地或者负接地时检测出接地电阻，同时因母线输入电压范围、接地电阻阻值范围及精度等因素，可准确计算的接地电阻范围较小，电路参数设计困难。根据上述两种检测方法的优缺点，结合光伏逆变系统接地故障的特点，使用直流检测法是最佳选择，所以直流检测法应用于光伏逆变器系统中存在的问题是提高接地电阻准确测量范围。

发明内容：

本发明是针对现有技术的不足，而提出一种应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，该方案采用直流检测法，并实时检测直流电源系统母线电压，通过电路计算，可在较大范围内准确测量接地电阻阻值。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

主要包括正极接地电阻检测滤波电路、负极接地电阻检测滤波电路、正极电压采样电路、负极电压采样电路，正极信号滤波电路，负极信号滤波电路，母线电压采样电路、母线电压信号调理电路、母线电压信号滤波电路和逻辑处理电路，本方案的特点是所述的正极接地电阻检测滤波电路是由电阻和电容组成，其具体电路是，母线正极PV+接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2的一端，同时接电阻R5的一端，电阻R2的另一端接大地，电容C1并接在电阻R2两端；所述的负极接地电阻检测滤波电路是由电阻和电容组成，其具体电路是，母线负极PV-接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电阻R3的一端，同时接电阻R12的一端，电阻R3的另一端接大地，电容C2并接在电阻R3两端；所述的正极电压采样电路是由电阻、电容和运算放大器K1A组成，其具体电路是，K1A的4脚接+15V，电容C4一端接K1A的4脚，另一端接电源地，K1A的11脚接-15V，电容C5一端接K1A的11脚，另一端接电源地，电阻R6的一端接K1A的3脚，同时接电阻R5的另一端，电阻R6的另一端接电源地，电容C3并接在电阻R6两端，电阻R7的一端接K1A的2脚，另一端接大地，电阻R8的一端接K1A的2脚，另一端接K1A的1脚，电容C6并接在电阻R8两端；所述的负极电压采样电路是由电阻、电容和运算放大器K1B组成，其具体电路是，电阻R10的一端接K1B的5脚，另一端接大地，电阻R11的一端K1B的5脚，另一端接电源地，电容C8并接在电阻R11两端，电阻R12的一端接K1B的6脚，另一端接电阻R4的一端，电阻R13的一端接K1B的6脚，另一端接K1B的7脚，电容C9并接在电阻R13两端；所述的正极信号滤波电路是由电阻和电容组成，其具体电路是，电阻R9的一端接K1A的1脚，另一端接电容C7的一端，同时接逻辑处理电路，电容C7的另一端接电源地；所述的负极信号滤波电路是由电阻和电容组成，其具体电路是，电阻R14的一端接K1B的7脚，另一端接电容C10的一端，同时接逻辑处理电路，电容C10的另一端接电源地；所述的母线电压采样电路是由电阻和运算放大器K1C组成，其具体电路是，母线正极PV+接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接K1C的10脚，母线负极PV-接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接K1C的9脚，电阻R17的一端接K1C的10脚，另一端接电源地，电阻R18的一端接K1C的9脚，另一端接K1C的8脚；所述的母线电压信号调理电路是由电阻、电容和运算放大器K1D组成，其具体电路是，电阻R19的一端接K1C的8脚，另一端接K1D的12脚，电阻R20的一端接K1D的12脚，另一端接电源地，电容C11并接在电阻R20两端，电阻R21的一端接K1D的13脚，另一端接K1D的14脚；所述的母线电压信号滤波电路是由电阻和电容组成，其具体电路是，电阻R22的一端接K1D的14脚，另一端接电阻R23的一端，同时接逻辑处理电路，电阻R23的另一端接电源地，电容C12并接在电阻R23两端；所述的运算放大器K1采用的是型号为LM248的运算放大器。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，通过检测母线电压信号，参与接地电阻计算，使得硬件电路参数设计简单，易于调试，成本低，可提高接地电阻测量范围，公式推导如下：

条件：R1=R4，R2=R3，V_C1=K1×V1，V_C2=K2×V2，V_PV+/-=K3×V3，其中K1、K2、K3为由硬件电路参数决定的比例系数。V2表示经过信号处理后得到的负极电压信号。

Rx为正极接地电阻，当Rx未接在正极与大地之间时,

V_{C 1} = \frac{V_{PV + / -}}{2 (R 1 + R 2)} \times R 2

公式1

当Rx接在正极与大地之间时,

V_{C 1} = \frac{V_{PV + / -}}{R_{X} / / (R 1 + R 2) + R 3 + R 4} \times R_{X} (R 1 + R 2) \times \frac{R 2}{R 1 + R 2}

公式2

由公式1和公式2可见，V_C1电压与母线电压有关，当无接地电阻时，V_C1电压随着母线电压线性变化；当有接地电阻时，且接地电阻阻值不变时，V_C1电压同样随着母线电压线性变化，所以在只检测V_C1电压信号V1，不检测母线电压信号V3的情况下，无法确定接地电阻阻值。

由公式2可推导出下式：

\frac{V_{C 1}}{V_{PV + / -}} = \frac{K 1 \times V 1}{K 3 \times V 3} = \frac{1}{R_{X} / / (R 1 + R 2) + R 3 + R 4} \times R_{X} / / (R 1 + R 2) \times \frac{R 2}{R 1 + R 2}

公式3

由公式3可见，通过检测母线电压信号V3，将正极电压信号V1除以V3后，可得到的含有Rx（接地电阻阻值）的等式，可求出确定的接地电阻Rx阻值。

附图说明：

图1为本发明具体实施方式的电路结构图。

图2为本发明母线电压采样电路一种变相形式的电路示意图。

图3为本发明正极电压采样电路、负极电压采样电路一种变相形式的电路示意图。

具体实施方式：

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。

通过附图1可以看出，本方案一种应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，主要包括正极接地电阻检测滤波电路2，其正输入端与母线正极PV+连接，负输入端与大地连接，母线负极PV-与负极接地电阻检测滤波电路3的负输入端连接，负极接地电阻检测滤波电路3的正输入端与大地连接，正极接地电阻检测滤波电路2的输出端与正极电压采样电路4的输入端连接，负极接地电阻检测滤波电路3的输出端与负极电压采样电路5的输入端连接，正极电压采样电路4的输出端与正极信号滤波电路6的输入端连接，负极电压采样电路5的输出端与负极信号滤波电路7的输入端连接，母线电压采样电路8的正输入端与母线正极PV+连接，其负输入端与母线负极PV-连接，其输出端与母线电压信号调理电路9的输入端连接，母线电压信号调理电路9的输出端与母线电压信号滤波电路10的输入端连接，正极信号滤波电路6、负极信号滤波电路7和母线电压信号滤波电路10的输出端分别与逻辑处理电路11连接。

本方案具体电路连接为：所述的正极接地电阻检测滤波电路2是由电阻和电容组成，其具体电路是，母线正极PV+接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2的一端，同时接电阻R5的一端，电阻R2的另一端接大地，电容C1并接在电阻R2两端；所述的负极接地电阻检测滤波电路3是由电阻和电容组成，其具体电路是，母线负极PV-接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电阻R3的一端，同时接电阻R12的一端，电阻R3的另一端接大地，电容C2并接在电阻R3两端；所述的正极电压采样电路4是由电阻、电容和运算放大器K1A组成，其具体电路是，K1A的4脚接+15V，电容C4一端接K1A的4脚，另一端接电源地，K1A的11脚接-15V，电容C5一端接K1A的11脚，另一端接电源地，电阻R6的一端接K1A的3脚，同时接电阻R5的另一端，电阻R6的另一端接电源地，电容C3并接在电阻R6两端，电阻R7的一端接K1A的2脚，另一端接大地，电阻R8的一端接K1A的2脚，另一端接K1A的1脚，电容C6并接在电阻R8两端；所述的负极电压采样电路5是由电阻、电容和运算放大器K1B组成，其具体电路是，电阻R10的一端接K1B的5脚，另一端接大地，电阻R11的一端K1B的5脚，另一端接电源地，电容C8并接在电阻R11两端，电阻R12的一端接K1B的6脚，另一端接电阻R4的一端，电阻R13的一端接K1B的6脚，另一端接K1B的7脚，电容C9并接在电阻R13两端；所述的正极信号滤波电路（6）是由电阻和电容组成，其具体电路是，电阻R9的一端接K1A的1脚，另一端接电容C7的一端，同时接逻辑处理电路11，电容C7的另一端接电源地；所述的负极信号滤波电路7是由电阻和电容组成，其具体电路是，电阻R14的一端接K1B的7脚，另一端接电容C10的一端，同时接逻辑处理电路11，电容C10的另一端接电源地；所述的母线电压采样电路8是由电阻和运算放大器K1C组成，其具体电路是，母线正极PV+接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接K1C的10脚，母线负极PV-接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接K1C的9脚，电阻R17的一端接K1C的10脚，另一端接电源地，电阻R18的一端接K1C的9脚，另一端接K1C的8脚；所述的母线电压信号调理电路9是由电阻、电容和运算放大器K1D组成，其具体电路是，电阻R19的一端接K1C的8脚，另一端接K1D的12脚，电阻R20的一端接K1D的12脚，另一端接电源地，电容C11并接在电阻R20两端，电阻R21的一端接K1D的13脚，另一端接K1D的14脚；所述的母线电压信号滤波电路10是由电阻和电容组成，其具体电路是，电阻R22的一端接K1D的14脚，另一端接电阻R23的一端，同时接逻辑处理电路11，电阻R23的另一端接电源地，电容C12并接在电阻R23两端；所述的运算放大器K1采用的是型号为LM248的运算放大器。

正极接地电阻R_x1表示母线正极待测直流接地电阻；正极接地电阻检测滤波电路2的作用是将母线正极对大地的高电压信号转换为低电压信号，该信号进行滤波处理后用于母线正极电压检测；负极接地电阻检测滤波电路3作用是将母线负极对大地的高电压信号转换为低电压信号，该信号进行滤波处理后用于母线负极电压检测；正极电压采样电路4的作用是采集母线正极低电压信号，转换为弱电信号；负极电压采样电路5的作用是采集母线负极低电压信号，转换为弱电信号；正极信号滤波电路6的作用是对母线正极电压弱电信号滤波；负极信号滤波电路7的作用是对母线负极电压弱电信号滤波；母线电压采样电路8的作用是对母线电压进行实时采集；母线电压信号调理电路9的作用是对母线电压采集信号进行滤波及信号电压转换；母线电压信号滤波电路10的作用是对母线电压信号滤波；逻辑处理电路11的作用是将母线正极电压信号、母线负极电压信号与母线电压信号进行比较后，通过计算接地电阻阻值，判定母线正极或母线负极是否接大地，之后输出接地故障信号及接地电阻阻值参数。

Claims

1.一种应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，其特征是，它主要包括：

正极接地电阻Rx，连接在母线正极PV+与大地间；

正极接地电阻检测滤波电路(2)，其正输入端与母线正极PV+连接，负输入端接地；

负极接地电阻检测滤波电路(3)，其负输入端与母线负极PV-连接，正输入端接地；

正极接地电阻检测滤波电路(2)的输出端与正极电压采样电路(4)的输入端连接，负极接地电阻检测滤波电路(3)的输出端与负极电压采样电路(5)的输入端连接；

正极电压采样电路(4)的输出端与正极信号滤波电路(6)的输入端连接，负极电压采样电路(5)的输出端与负极信号滤波电路(7)的输入端连接；

母线电压采样电路(8)的正输入端与母线正极PV+连接，负输入端与母线负极PV-连接，输出端与母线电压信号调理电路(9)的输入端连接；

母线电压信号调理电路(9)的输出端与母线电压信号滤波电路(10)的输入端连接，正极信号滤波电路(6)、负极信号滤波电路(7)和母线电压信号滤波电路(10)的输出端分别与逻辑处理电路(11)连接。

2.如权利要求1所述的应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，其特征是，所述母线电压采样电路(8)包括：一个运算放大器K1C，它的正极端分别与电阻R15、电阻R17一端连接，电阻R17的另一端接电源地，电阻R15的另一端与母线正极PV+连接；它的负极端分别与电阻R16、电阻R18一端连接，电阻R16的另一端与母线负极PV-连接，电阻R18的另一端接K1C的输出端。

3.如权利要求1所述的应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，其特征是，所述正极电压采样电路(4)包括：一个运算放大器K1A，它的正极端分别与电阻R5、电阻R6、电容C3一端连接，其中电阻R5的另一端与正极接地电阻检测滤波电路(2)输出端连接，电阻R6、电容C3的另一端并联接电源地；它的负极端分别与电阻R7、电阻R8、电容C6一端连接，电阻R7的另一端接大地，电阻R8、电容C6的另一端并联接K1A的输出端。

4.如权利要求3所述的应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，其特征是，所述运算放大器K1A的正电源端与+15V电源连接，同时该端还经电容C4接电源地；负电源端与-15V电源连接，同时该端还经电容C5接电源地。

5.如权利要求1所述的应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，其特征是，所述负极电压采样电路(5)包括：一个运算放大器K1B，它的正极端分别与电阻R10、电阻R11、电容C8一端连接，其中电阻R10的另一端接大地，电阻R11、电容C8的另一端并联接电源地，它的负极端分别与电阻R12、电阻R13、电容C9一端连接，电阻R12的另一端与负极接地电阻检测滤波电路(3)输出端连接，电阻R13、电容C9的另一端并联接K1B的输出端。

6.如权利要求1所述的应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，其特征是，所述母线电压采样电路(8)、正极电压采样电路(4)和负极电压采样电路(5)分别使用电压传感器采样电路代替。

7.如权利要求1所述的应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，其特征是，所述正极接地电阻检测滤波电路(2)包括一个电阻R1，电阻R1的一端与母线正极PV+连接，另一端与并联的电阻R2、电容C1一端连接，电阻R2、电容C1的另一端接大地；

所述负极接地电阻检测滤波电路(3)包括一个电阻R4，电阻R4的一端与母线负极PV-连接，另一端与并联的电阻R3、电容C2一端连接，电阻R3、电容C2另一端接大地；

当Rx未接在正极PV+与大地之间时,

V_{C 1} = \frac{V_{PV + / -}}{2 (R 1 + R 2)} \times R 2

公式1

V_pv+/-表示母线电压，V_c1表示正极接地电阻检测滤波电路中电容C1两端电压；

当Rx接在正极与大地之间时,

V_{C 1} = \frac{V_{PV + / -}}{R_{X} / / (R 1 + R 2) + R 3 + R 4} \times R_{X} / / (R 1 + R 2) \times \frac{R 2}{R 1 + R 2}

公式2

由公式2可推导出下式：

\frac{V_{C 1}}{V_{PV + / -}} = \frac{K 1 \times V 1}{K 3 \times V 3} = \frac{1}{R_{X} / / (R 1 + R 2) + R 3 + R 4} \times R_{X} / / (R 1 + R 2) \times \frac{R 2}{R 1 + R 2}

公式3

通过检测母线电压信号V3，将正极电压信号V1除以V3后，得到的含有Rx的等式，求出确定的接地电阻Rx阻值；K1表示由正极电压采样电路和正极信号滤波电路的硬件电路参数决定的比例系数；K2表示由负极电压采样电路和负极信号滤波电路的硬件电路参数决定的比例系数；V1表示经过信号处理后得到的正极电压信号；V3表示经过信号处理后得到的母线电压信号。

8.如权利要求1所述的应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，其特征是，所述正极信号滤波电路(6)包括电阻R9，它的一端与正极电压采样电路(4)输出端连接，另一端与电容C7和逻辑处理电路输入端连接，电容C7另一端接电源地；

所述负极信号滤波电路(7)包括电阻R14，它的一端与负极电压采样电路(5)输出端连接，另一端与电容C10和逻辑处理电路输入端连接，电容C10另一端接电源地。

9.如权利要求1所述的应用于光伏逆变系统的直流接地电阻检测电路，其特征是，所述逻辑处理电路输出接地故障信号和接地电阻阻值信号。