CN102798761B - 一种对地绝缘阻抗检测方法、电路及具有该电路的设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种对地绝缘阻抗检测方法、电路及具有该电路的设备。其中，该电路由接于第一输出端和地线之间的第一分压电路，和接于第二输出端与所述地线之间的第二分压电路组成；该方法为使第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由N变为1/N，再变为N，分别获取三种电路状态下第一、第二分压电路两端的电压，根据串联分压原理得到以被测对地绝缘阻抗为自变量的第一等式、第二等式和第三等式，分别将第一等式和第二等式、第二等式和第三等式联立，分别求解得到第一输出端、第二输出端对地绝缘阻抗值，取其较小值作为检测结果。具有该电路的设备包括汇流箱和逆变器。本发明提高了对地阻抗检测的准确度，解决了现有检测方案检测结果不准确的问题。

Description

一种对地绝缘阻抗检测方法、电路及具有该电路的设备

技术领域

本发明涉及直流电源对地绝缘阻抗检测方法及电路。

背景技术

直流电源（如电动汽车动力蓄电池、光伏阵列等）对地绝缘阻抗不良或阻值低于安规的规定值，将使得直流电源对地形成高压，进而使应用该直流电源的设备的外壳带电，不仅易损坏设备，还给人身安全带来巨大威胁。因此，有必要对直流电源对地绝缘阻抗进行检测，以便及时采取相应的调节措施，保证绝缘阻抗始终满足安规要求。

现有的绝缘阻抗检测方案，通过分别获取直流电源正极对地绝缘阻抗R₁两端的电压和负极对地绝缘阻抗R₂两端的电压，根据串联分压原理计算R₁和R₂。其缺点在于：在R₁和R₂差值很大（即R₁远小于R₂或R₂远小于R₁）的情况下，阻值很小的对地绝缘阻抗两端的电压变化不大，测量装置或计算软件很难分辨，导致计算得到的R₁和R₂不准确，无法确定对地绝缘阻抗是否满足安规要求；同理，在R₁和R₂阻值接近但都小于规定值的情况，测量装置或计算软件很难分辨，也存在检测不准确的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种对地绝缘阻抗检测方法、电路及具有该电路的设备，以解决现有检测方案检测结果不准确的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直流电源对地绝缘阻抗检测方法，包括：

在所述直流电源的第一输出端和地线之间连接第一分压电路，在所述直流电源的第二输出端和地线之间连接第二分压电路；

调节所述第一分压电路和/或第二分压电路，使得所述第一分压电路的阻值R₁₊与所述第二分压电路的阻值R_1-之比为N，获取所述第一分压电路两端的电压U₁₊和所述第二分压电路两端的电压U_1-，根据串联分压原理得到第一等式；其中，N>0，且N≠1；

调节所述第一分压电路和/或第二分压电路，使得所述第一分压电路的阻值R₂₊与所述第二分压电路的阻值R_2-之比为1/N，获取所述第一分压电路两端的电压U₂₊和所述第二分压电路两端的电压U_2-，根据串联分压原理得到第二等式；

调节所述第一分压电路和/或第二分压电路，使得所述第一分压电路的阻值R₃₊与所述第二分压电路的阻值R_3-之比为N，获取所述第一分压电路两端的电压U₃₊和所述第二分压电路两端的电压U_3-，根据串联分压原理得到第三等式；其中，R₁₊≠R₃₊；

根据所述第一等式和第二等式计算得到第一输出端对地绝缘阻抗值R₁₁和第二输出端对地绝缘阻抗值R₂₁；

根据所述第二等式和第三等式计算得到第一输出端对地绝缘阻抗值R₁₂和第二输出端对地绝缘阻抗值R₂₂；

取R₁₁和R₁₂中的较小者作为第一输出端对地绝缘阻抗值R₁，取R₂₁和R₂₂中的较小者作为第二输出端对地绝缘阻抗值R₂；

其中，所述第一输出端为所述直流电源的正极，所述第二输出端为所述直流电源的负极；或者，所述第一输出端为所述直流电源的负极，所述第二输出端为所述直流电源的正极。

优选地，R₁₊=R₂₊、R_2-=R_3-。

优选地，所述第一分压电路包括两条并联支路，一条由电阻R₃构成，另一条由电阻R₄和开关Q₄串联构成；所述第二分压电路包括两条并联支路，一条由电阻R₅和电阻R₆串联构成，一条由电阻R₇和开关Q₇串联构成；且R₅+R₆=R₃/N，(R₅+R₆)∥R₇=NR₃，R₃∥R₄=N²R₃，R₅+R₆=KR₆；其中，1/N为大于1的整数，K>1，且K的数量级为10²或10²以上；

所述得到第一等式的具体方式为：断开开关Q₄和Q₇；测量第一输出端与第二输出端之间的电压U_dc，和电阻R₆两端的电压U₁；计算得到U_1-=KU₁，U₁₊=U_dc-KU₁，得到第一等式为(U_dc-KU₁)/(KU₁)=(R₁∥R₃)/[R₂//(R₅+R₆)]；

所述得到第二等式的具体方式为：断开开关Q₄，闭合开关Q₇；测量电阻R₆两端的电压U₂；计算得到U_2-=KU₂，U₂₊=U_dc-KU₂，得到第二等式为(U_dc-KU₂)/(KU₂)=(R₁∥R₃)/[R₂∥(R₅+R₆)∥R₇]；

所述得到第三等式的具体方式为：闭合开关Q₄和Q₇；测量电阻R₆两端的电压U₃；计算得到U_3-=KU₃，U₃₊=U_dc-KU₃，得到第三等式为(U_dc-KU₃)/(KU₃)=(R₁//R₃//R₄)/[R₂∥(R₅+R₆)//R₇]；

所述根据所述第一等式和第二等式计算得到第一输出端对地绝缘阻抗值R₁₁和第二输出端对地绝缘阻抗值R₂₁，具体为：将所述第一等式与第二等式

解方程组得 $R_{21}=\frac{R_3(u-1)}{N-u/N},$ $R_{11}=\frac{R_3}{R_3/\left[(\frac{U_{\mathrm{dc}}}{{\mathrm{KU}}_1}-1)\left(\frac{R_3{R}_{21}}{R_3+{\mathrm{NR}}_{21}}\right)\right]-1};$ 其中，

$u=\frac{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_1}{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2}*\frac{U_2}{U_1};$

所述根据所述第二等式和第三等式计算得到第一输出端对地绝缘阻抗值R₁₂和第二输出端对地绝缘阻抗值R₂₂，具体为：将所述第二等式与第三等式

解方程组得 $R_{12}=R_1=\frac{R_3(u^{\′}-1)}{1-u^{\′}/N^2},$ $R_{22}=R_2=\frac{{\mathrm{KU}}_2{R}_{12}{R}_3}{(R_{12}+R_3)(U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2)-{\mathrm{KU}}_2{R}_{12}/N};$

其中， $u^{\′}=\frac{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_3}{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2}*\frac{U_2}{U_3}.$

优选地，当所述直流电源的第一输出端或第二输出端包含多条支路时，在每条支路上分别设置开关；

所述在所述直流电源的第一输出端和地线之间连接第一分压电路，在所述直流电源的第二输出端和地线之间连接第二分压电路，具体为：闭合被测支路上的开关，断开其他支路上的开关。

一种直流电源对地绝缘阻抗检测电路，包括第一分压电路和第二分压电路；所述第一分压电路接于所述直流电源的第一输出端和地线之间，所述第二分压电路接于所述直流电源的第二输出端与所述地线之间；

当所述第一分压电路的阻值取R₁₊时，所述第二分压电路的阻值取R_1-；当所述第一分压电路的阻值取R₂₊时，所述第二分压电路的阻值取R_2-；当所述第一分压电路的阻值取R₃₊时，所述第二分压电路的阻值取R_3-；其中，R₁₊/R_1-=N，R₂₊/R_2-=1/N，R₃₊/R_3-=N，R₁₊≠R₃₊，N>0且N≠1；

其中，所述第一输出端为所述直流电源的正极，所述第二输出端为所述直流电源的负极；或者，所述第一输出端为所述直流电源的负极，所述第二输出端为所述直流电源的正极。

优选地，所述第一分压电路包括两条并联支路，一条由电阻R₃构成，另一条由电阻R₄和开关Q₄串联构成；所述第二分压电路包括两条并联支路，一条由电阻R₅和电阻R₆串联构成，一条由电阻R₇和开关Q₇串联构成；R₅+R₆=R₃/N，(R₅+R₆)∥R₇=NR₃，R₃∥R₄=N²R₃，R₅+R₆=KR₆；其中，1/N为大于1的整数，K>1，且K的数量级为10²或10²以上。

优选地，当所述直流电源的第一输出端或第二输出端包含多条支路时，在每条支路上分别设置开关。

一种逆变器，包括所述对地绝缘阻抗检测电路，所述直流电源的正极接所述逆变器的直流输入端的正极，所述直流电源的负极接所述逆变器的直流输入端的负极。

一种汇流箱，包括所述对地绝缘阻抗检测电路，所述直流电源的正极接所述汇流箱的直流输入端的正极，所述直流电源的负极接所述汇流箱的直流输入端的负极。

由上述技术方案可知，本发明通过在第一输出端和地线、第二输出端和地线之间分别接入第一分压电路、第二分压电路，相当于第一分压电路与第一输出端对地绝缘阻抗R₁并联，第二分压电路与第二输出端对地绝缘阻抗R₂并联；检测时，调节第一分压电路或第二分压电路，使第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由N变为1/N，再变为N，分别获取三种电路状态下第一、第二分压电路两端的电压，根据串联分压原理（串联电阻的分压比等于其阻值比）得到包含未知量R₁和R₂的第一等式、第二等式和第三等式，分别将第一等式和第二等式、第二等式和第三等式联立，分别求解得到直流电源第一输出端、第二输出端对地绝缘阻抗值，取其较小值作为检测结果。当第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由N变为1/N时，无论R₁很小，还是R₂很小，还是R₁和R₂都很小，第一输出端对地总阻值与第二输出端对地总阻值之比都会发生很大变化，进而使得小阻值的对地绝缘阻抗两端的电压变化很大，易于分辨，从而提高了测量、计算的准确度；同样的，第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由1/N变为N，也会增加小阻值的对地绝缘阻抗两端的电压变化幅度，易于分辨，提高测量、计算的准确度。而“取两次计算结果中的较小值作为最终检测结果”即选取了其中准确度更高的计算结果，进一步提高了检测准确度。因此，本发明提高了对地阻抗检测的准确度，解决了现有检测方案检测结果不准确的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的直流电源对地绝缘阻抗检测方法的流程图；

图2为本发明另一实施例提供的直流电源对地绝缘阻抗检测方法的流程图；

图3为图2所示方法中测量U₁时的电路原理图；

图4为图2所示方法中测量U₂时的电路原理图；

图5为图2所示方法中测量U₃时的电路原理图；

图6为本发明实施例提供的直流电源对地绝缘阻抗检测电路的结构图；

图7为本发明另一实施例提供的直流电源对地绝缘阻抗检测电路的结构图；

图8为本发明又一实施例提供的直流电源对地绝缘阻抗检测电路的结构图；

图9为本发明又一实施例提供的直流电源对地绝缘阻抗检测电路的结构图；

图10为本发明又一实施例提供的直流电源对地绝缘阻抗检测电路的结构图。

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。

本发明实施例提供了一种对地绝缘阻抗检测方法、电路及具有该电路的设备，以解决现有检测方案检测不准确的问题。

参照图1，本发明实施例提供的直流电源对地绝缘阻抗检测方法包括如下步骤：

101：在直流电源的第一输出端和地线之间连接第一分压电路，在直流电源的第二输出端和地线之间连接第二分压电路；

上述第一输出端、第二输出端与直流电源的正、负极之间的对应关系为：当第一输出端为直流电源的正极时，第二输出端为直流电源的负极；当第一输出端为直流电源的负极时，第二输出端为直流电源的正极。

102：调节所述第一分压电路和/或第二分压电路，使得所述第一分压电路的阻值R₁₊与所述第二分压电路的阻值R_1-之比为N，获取所述第一分压电路两端的电压U₁₊和所述第二分压电路两端的电压U_1-，根据串联分压原理得到第一等式；其中，N>0，且N≠1；

获取U₁₊和U_1-的方式有如下3种：

1）直接测量第一分压电路两端的电压U₁₊和第二分压电路两端的电压U_1-；

2）直接测量第一输出端和第二输出端之间的电压U_dc和第一分压电路两端的电压U₁₊，计算得到第二分压电路两端的电压U_1-=U_dc-U₁₊；

3）直接测量第一输出端和第二输出端之间的电压U_dc和第二分压电路两端的电压U_1-，计算得到第二分压电路两端的电压U₁₊=U_dc-U_1-。

103：调节所述第一分压电路和/或第二分压电路，使得所述第一分压电路的阻值R₂₊与所述第二分压电路的阻值R_2-之比为1/N，获取第一分压电路两端的电压U₂₊和第二分压电路两端的电压U_2-，根据串联分压原理得到第二等式；

104：调节所述第一分压电路和/或第二分压电路，使得所述第一分压电路的阻值R₃₊与所述第二分压电路的阻值R_3-之比为N，获取第一分压电路两端的电压U₃₊、第二分压电路两端的电压U_3-，根据串联分压原理得到第三等式；其中，R₁₊≠R₃₊；

105：根据所述第一等式和第二等式计算得到第一输出端对地绝缘阻抗值R₁₁和第二输出端对地绝缘阻抗值R₂₁；

106：根据所述第二等式和第三等式计算得到第一输出端对地绝缘阻抗值R₁₂和第二输出端对地绝缘阻抗值R₂₂；

107：取R₁₁和R₁₂中的较小者作为第一输出端对地绝缘阻抗值，取R₂₁和R₂₂中的较小者作为第二输出端对地绝缘阻抗值。

由上述技术方案可知，本发明实施例通过在第一输出端和地线、第二输出端和地线之间分别接入第一分压电路、第二分压电路，相当于第一分压电路与第一输出端对地绝缘阻抗R₁并联，第二分压电路与第二输出端对地绝缘阻抗R₂并联；检测时，调节第一分压电路或第二分压电路，使第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由N变为1/N，再变为N，分别获取三种电路状态下第一、第二分压电路两端的电压，根据串联分压原理（串联电阻的分压比等于其阻值比）得到包含未知量R₁和R₂的第一等式、第二等式和第三等式，分别将第一等式和第二等式、第二等式和第三等式联立，分别求解得到直流电源对地绝缘阻抗值，取其较小值作为检测结果。当第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由N变为1/N时，无论R₁很小，还是R₂很小，还是R₁和R₂都很小，第一输出端对地总阻值与第二输出端对地总阻值之比都会发生很大变化，进而使得小阻值的对地绝缘阻抗两端的电压变化很大，易于分辨，从而提高了测量、计算的准确度；同样的，令第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由1/N变为N，也会增加小阻值的对地绝缘阻抗两端的电压变化幅度，易于分辨，提高测量、计算的准确度。而“取两次计算结果中的较小值作为最终检测结果”即选取了其中准确度更高的计算结果，进一步提高了检测准确度。因此，本发明实施例提高了对地阻抗检测的准确度，解决了现有检测方案检测结果不准确的问题。

在本发明的其他实施例中，上述实施例中的第一分压电路、第二分压电路的阻值进一步满足：R₁₊=R₂₊、R_2-=R_3-。即：为特别应对R₁很小、第一输出端对地总电阻的阻值不能大幅度变化的情况，在使第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由N变为1/N时，第一分压电路的阻值保持R₁₊（即R₂₊）不变，将第二分压电路的阻值由R_1-调节为R_2-，通过增大第二输出端对地总电阻的阻值变化幅度，来增大被测电压的变化幅度，降低测量、计算的难度，从而保证了R₁很小时的检测准确度；相应的，为特别应对R₂很小、第二输出端对地总电阻的阻值不能大幅度变化的情况，在使第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由1/N变为N时，第二分压电路的阻值保持R_2-（即R_3-）不变，将第一分压电路的阻值由R₁₊（即R₂₊）调节为R₃₊，通过增大第一输出端对地总电阻的阻值变化幅度，来增大被测电压的变化幅度，降低测量、计算的难度，从而保证了R₂很小时的检测准确度。对于R₁和R₂都很小的情况，分压电路的阻值之比无论由N变为1/N（第一分压电路的阻值保持不变），还是由1/N变为N（第二分压电路的阻值保持不变），都能提高检测结果的准确度（准确度近似相等）。因此，本实施例更好的解决了现有检测方案检测结果不准确的问题。

参见图2，本发明另一实施例提供的直流电源对地绝缘阻抗检测方法，包括：

201：在直流电源的第一输出端和地线之间接入两条并联支路构成的第一分压电路，在地线和第二输出端之间接入两条并联支路构成的第二分压电路；

构成第一分压电路的两条支路中，一条由电阻R₃构成，另一条由电阻R₄和开关Q₄串联构成；构成第二分压电路的两条支路中，一条由电阻R₅和电阻R₆串联构成，另一条由电阻R₇和开关Q₇串联构成；其中，R₅+R₆=R₃/N，(R₅+R₆)∥R₇=NR₃，R₃∥R₄=N²R₃，R₅+R₆=KR₆，1/N为不等于1的正整数，K>1，且K的数量级为10²或10²以上。

202：断开开关Q₄和Q₇；测量第一输出端与第二输出端之间的电压U_dc，和电阻R₆两端的电压U₁；计算得到U_1-=KU₁，U₁₊=U_dc-KU₁，得到第一等式为：

(U_dc-KU₁)/(KU₁)=(R₁∥R₃)/[R₂//(R₅+R₆)]；

图3示出了测量U₁时的电路原理图。其中，R₃作为第一分压电路接于第一输出端和地线GND之间（即第一分压电路的阻值R₁₊=R₃），相当于与第一输出端对地绝缘阻抗R₁并联；R₅和R₆串联作为第二分压电路接于第二输出端和地线GND之间（即第二分压电路的阻值R_1-=R₅+R₆），相当于与第二输出端对地绝缘阻抗R₂并联。

测量第一输出端与第二输出端之间的电压U_dc、电阻R₆两端的电压U₁；由于R₅+R₆=KR₆，根据串联分压原理可得：第二分压电路两端的电压（即地线GND与第二输出端之间的电压）U_1-=KU₁、第一分压电路两端的电压（即第一输出端和地线GND之间的电压）U₁₊=U_dc-KU₁，进而得到：

(U_dc-KU₁)/(KU₁)=(R₁∥R₃)/[R₂//(R₅+R₆)]（第一等式）。

203：断开开关Q₄，闭合开关Q₇；测量电阻R₆两端的电压U₂；计算得到U_2-=KU₂，U₂₊=U_dc-KU₂，得到第二等式为：

(U_dc-KU₂)/(KU₂)=(R₁∥R₃)/[R₂∥(R₅+R₆)∥R₇]；

图4示出了测量U₂时的电路原理图。其中，R₃作为第一分压电路接于第一输出端和地线GND之间（即第一分压电路的阻值R₂₊=R₃），相当于与第一输出端对地绝缘阻抗R₁并联；R₅和R₆串联后再与R₇并联，作为第二分压电路接于地线GND和第二输出端之间（即第二分压电路的阻值R_2-=(R₅+R₆)R₇），相当于与第二输出端对地绝缘阻抗R₂并联。

第一输出端与第二输出端之间的电压仍为U_dc，故只需测量电阻R₆两端的电压U₂；由R₅+R₆=KR₆可得U_2-=KU₂，U₂₊=U_dc-KU₂，进而得到：

(U_dc-KU₂)/(KU₂)=(R₁∥R₃)/[R₂∥(R₅+R₆)∥R₇]（第二等式）。

204：闭合开关Q₄和Q₇；测量电阻R₆两端的电压U₃；计算得到U_3-=KU₃，U₃₊=U_dc-KU₃，得到第三等式为：

(U_dc-KU₃)/(KU₃)=(R₁∥R₃∥R₄)/[R₂∥(R₅+R₆)∥R₇]；

图5示出了测量U₃时的电路原理，R₃和R₄并联，作为第一分压电路接于第一输出端和地线GND之间（即第一分压电路的阻值R₃₊=R₃∥R₄），相当于与第一输出端对地绝缘阻抗R₁并联；R₅和R₆串联后再与R₇并联，作为第二分压电路接于地线GND和第二输出端之间（即第二分压电路的阻值R_3-=(R₅+R₆)∥R₇），相当于与第二输出端对地绝缘阻抗R₂并联。

第一输出端与第二输出端之间的电压仍为U_dc，只测量电阻R₆两端的电压U3；同样的，由R₅+R₆=KR₆可得U_3-=KU₃，U₃₊=U_dc-KU₃，进而得到：

(U_dc-KU₃)/(KU₃)=(R₁∥R₃∥R₄)/[R₂∥(R₅+R₆)∥R₇]（第三等式）。

205：将步骤202得到的第一等式和步骤203得到的第二等式联立，即可计算得到第一组对地绝缘阻抗值：R₁₁（第一输出端对地绝缘阻抗)和R₂₁（第二输出端对地绝缘阻抗）；

将第一等式和第二等式联立得方程组：

$\left\{\begin{array}{c}(U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_1)/\left({\mathrm{KU}}_1\right)=(R_1//R_3)/[R_2//(R_5+R_6)]\\ (U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2)/\left({\mathrm{KU}}_2\right)=(R_1//R_3)/[R_2//(R_5+R_6)//R_7]\end{array}\right.;$

又由于R₅+R₆=R₃/N，(R₅+R₆)∥R₇=NR₃，故上述方程组可化简为：

$\left\{\begin{array}{c}(U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_1)/\left({\mathrm{KU}}_1\right)=(R_1//R_3)/[R_2//(R_3/N)]\\ (U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2)/\left({\mathrm{KU}}_2\right)=(R_1//R_3)/[R_2//\left({\mathrm{NR}}_3\right)]\end{array}\right.;$

对方程组求解得：

$R_{21}=R_2=\frac{R_3(u-1)}{N-u/N},$ $R_{11}=R_1=\frac{R_3}{R_3/\left[(\frac{U_{\mathrm{dc}}}{{\mathrm{KU}}_1}-1)\left(\frac{R_3{R}_{21}}{R_3+{\mathrm{NR}}_{21}}\right)\right]-1};$ 其中， $u=\frac{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_1}{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2}*\frac{U_2}{U_1}.$

206：将步骤203得到的第二等式和204得到的第三等式联立，即可计算得到第二组对地绝缘阻抗值：R₁₂（第一输出端对地绝缘阻抗）和R₂₂（第二输出端对地绝缘阻抗）；

将第二等式和第三等式联立得方程组：

$\left\{\begin{array}{c}(U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2)/\left({\mathrm{KU}}_2\right)=(R_1//R_3)/[R_2//(R_5+R_6)//R_7]\\ (U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_3)/\left({\mathrm{KU}}_3\right)=(R_1//R_3//R_4)/[R_2//(R_5+R_6)//R_7]\end{array}\right.;$

又由于(R₅+R₆)∥R₇=NR ₃，R₃∥R₄=N²R₃，故上述方程组可化简为：

$\left\{\begin{array}{c}(U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2)/\left({\mathrm{KU}}_2\right)=(R_1//R_3)/[R_2//\left({\mathrm{NR}}_3\right)]\\ (U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_3)/\left({\mathrm{KU}}_3\right)=[R_1//\left(N^2{R}_3\right)]/[R_2//{\left({\mathrm{NR}}_3\right)}_{}]\end{array}\right.;$

对方程组求解得：

$R_{12}=R_1=\frac{R_3(u^{\′}-1)}{1-u^{\′}/N^2},$ $R_{22}=R_2=\frac{{\mathrm{KU}}_2{R}_{12}{R}_3}{(R_{12}+R_3)(U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2)-{\mathrm{KU}}_2{R}_{12}/N};$ 其中， $u^{\′}=\frac{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_3}{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2}*\frac{U_2}{U_3}.$

207：取R₁₁和R₁₂中的较小者作为第一输出端对地绝缘阻抗值，取R₂₁和R₂₂中的较小者作为第二输出端对地绝缘阻抗值，即最终检测结果为：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_1=\min \{R_{11},R_{12}\}\\ R_2=\min \{R_{21},R_{22}\}\end{array}\right..$

本发明上述实施例，通过改变开关Q₄和Q₇的状态，控制电阻接入或脱离分压电路，实现对分压电路的电阻值的调节，满足了R₁₊=R₂₊、R_2-=R_3-的要求，电路结构简单，操作方便。另外，第二分压电路中的一条支路采用了两个电阻R₅和R₆串联的形式，检测时，不直接测量第一、第二分压电路两端的电压，而是测量一个电阻R₆（也可以是R₅）两端的电压，根据分压原理计算得到第一、第二分压电路两端的电压；由于R₅和R₆的阻值关系满足R₅+R₆=KR₆（或R₅+R₆=KR₅），且K的数量级为10²或10²以上，因此，当直流电源输出电压过大导致分压电路两端的电压过大时，电阻R₆（或R₅）两端的电压却不会很大，即上述方法可以大大降低了实际需要测量的电压值。试验证明，当直流电源输出电压达到1000V时，电阻R₆两端的电压仍在0~3V范围内，用常用的电压测量仪器即可得到所需电压值。因此，本发明上述实施例适用于任意直流电源电压范围，实现了在全电压范围内检测对地绝缘阻抗，测量、计算简单，实用性强。

上述实施例所述的检测方法既适用于单路输出直流电源，也适用于多路输出直流电源。

当用于单路输出直流电源时，可在第一输出端设置开关；开始检测时，只需闭合该开关，即可将第一分压电路和第二分压电路接入相应输出端及地线之间，检测完成后断开该开关，既避免了第一分压电路和第二分压电路的组成元件过热损坏，又减少了其对电能的消耗。上述开关亦可设置于第二输出端上；或者，在第一输出端和第二输出端上同时设置，两个开关同时闭合、同时断开。

当用于多路输出直流电源（如多路光伏阵列）时，可在每条支路上设置开关；当对其中一条支路进行检测时，只需闭合该被测支路上的开关，断开其他支路上的开关，从而实现了对包含多路输出的直流电源对地绝缘阻抗的独立检测，降低了两者之间的耦合，提高了检测精确度。

相应于图1所示的方法实施例，本发明实施例还提供了一种直流电源对地绝缘阻抗检测电路。参见图6，该电路由第一分压电路1和第二分压电路2组成，第一分压电路1接于直流电源的第一输出端和地线GND之间，第二分压电路2接于地线GND与第二输出端之间；当第一分压电路的阻值取R₁₊时，第二分压电路的阻值取R_1-；当第一分压电路的阻值取R₂₊时，第二分压电路的阻值取R_2-；当第一分压电路的阻值取R₃₊时，第二分压电路的阻值取R_3-；其中，R₁₊/R_1-=N，R₂₊/R_2-=1/N，R₃₊/R_3-=N，R₁₊≠R₃₊，N>0且N≠1；

上述第一输出端、第二输出端与直流电源的正、负极之间的对应关系为：当第一输出端为直流电源的正极时，第二输出端为直流电源的负极；当第一输出端为直流电源的负极时，第二输出端为直流电源的正极。

本发明上述实施例提供的检测电路，可以实现第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由N变为1/N，再变为N，通过分别获取三种电路状态下第一、第二分压电路两端的电压，即可根据串联分压原理（串联电阻的分压比等于其阻值比）得到包含未知量R₁和R₂的第一等式、第二等式和第三等式，分别将第一等式和第二等式、第二等式和第三等式联立，分别求解得到直流电源对地绝缘阻抗值，取其较小值作为检测结果。当第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由N变为1/N时，无论R₁很小，还是R₂很小，还是R₁和R₂都很小，第一输出端对地总阻值与第二输出端对地总阻值之比都会发生很大变化，进而使得小阻值的对地绝缘阻抗两端的电压变化很大，易于分辨，从而提高了测量、计算的准确度；同样的，第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由1/N变为N，也会增加小阻值的对地绝缘阻抗两端的电压变化幅度，易于分辨，提高测量、计算的准确度。而“取两次计算结果中的较小值作为最终检测结果”即选取了其中准确度更高的计算结果，进一步提高了检测准确度。因此，本发明实施例提高了对地阻抗检测的准确度，解决了现有检测方案检测结果不准确的问题。

在本发明的其他实施例中，上述对地阻抗检测电路中的第一分压电路、第二分压电路的阻值进一步满足：R₁₊=R₂₊、R_2-=R_3-。即：为特别应对R₁很小、第一输出端对地总电阻的阻值不能大幅度变化的情况，在使第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由N变为1/N时，第一分压电路的阻值保持R₁₊（即R₂₊）不变，只需将第二分压电路的阻值由R_1-调节为R_2-，即可增大第二输出端对地总电阻的阻值变化幅度，进而增大被测电压的变化幅度。不仅使得电路阻值调节最简化，更保证了在R₁很小时对地绝缘阻抗检测的准确度。同理，为特别应对R₂很小、第二输出端对地总电阻的阻值不能大幅度变化的情况，在使第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由1/N变为N时，第二分压电路的阻值保持R_2-（即R_3-）不变，只需将第一分压电路的阻值由R₁₊（即R₂₊）调节为R₃₊，即可增大第一输出端对地总电阻的阻值变化幅度，进而增大被测电压的变化幅度，同样使电路阻值调节最简化，保证了在R₂很小时对地绝缘阻抗检测的准确度。对于R₁和R₂都很小的情况，分压电路的阻值之比无论由N变为1/N（第一分压电路的阻值保持不变），还是由1/N变为N（第二分压电路的阻值保持不变），都能提高检测结果的准确度（准确度近似相等）。因此，本实施例更好的解决了现有检测方案检测结果不准确的问题。

相应于图2所示的方法实施例，本发明另一实施例提供了一种直流电源对地绝缘阻抗检测电路。参见图7，该电路由第一分压电路1和第二分压电路2组成。其中，第一分压电路1由两条支路并联构成，一条由电阻R₃构成，另一条由电阻R₄和开关Q₄串联构成；所述第二分压电路包括两条并联支路，一条由电阻R₅和电阻R₆串联构成，一条由电阻R₇和开关Q₇串联构成；且各电阻阻值之间的关系为：R₅+R₆=R₃/N，(R₅+R₆)∥R₇=NR₃，R₃∥R₄=N²R₃，R₅+R₆=KR₆；其中，1/N为不等于1的正整数，K>1，且K的数量级为10²或10²以上。

在开关Q₄断开的状态下，只需将开关Q₇由断开改为闭合状态，即可使使第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由N变为1/N，且R₁₊=R₂₊；在在开关Q₇闭合的状态下，只需将开关Q₄由断开改为闭合状态，即可使使第一分压电路和第二分压电路的阻值之比由1/N为N时，且R_2-=R_3-。本实施例所述的电路结构简单，操作方便。另外，由于第二分压电路中的一条支路采用了两个电阻R₅和R₆串联的形式，故检测时，只需测量一次第一输出端与第二输出端之间的电压，然后对每种电路连接状态下电阻R₆（也可以是R₅）两端的电压进行测量，通过简单计算即可得到第一、第二分压电路两端的电压，进而可根据串联分压原理计算得到直流电源的对地绝缘阻抗。由于K的数量级为10²或10²以上，当直流电源输出电压过大导致分压电路两端的电压过大时，电阻R₆两端的电压不会很大，采用上述检测电路，可以大大降低实际需要测量的电压值。试验证明，当直流电源输出电压达到1000V时，电阻R₆两端的电压仍在0~3V范围内，用常用的电压测量仪器即可得到所需电压值。因此，本发明上述实施例适用于任意直流电源输出电压范围，实现了在全电压范围内检测对地绝缘阻抗，实用性强，操作方便。

本发明上述所有检测电路均既适用于单路输出直流电源，也适用于多路输出直流电源。下面以图6所示的电路为例，作进一步介绍。

用于单路输出的直流电源时，参照图8，可在第一输出端设置开关S；开始检测时，只需闭合开关S，即可将第一分压电路和第二分压电路接入相应输出端与地线之间，检测完成后断开开关S，既避免了第一分压电路和第二分压电路的组成元件过热损坏，又减少了其对电能的消耗。上述开关亦可设置于第二输出端上；或者，在第一输出端和第二输出端上同时设置，两个开关同时闭合、同时断开。

用于多路输出的直流电源时，，可在每条支路上设置开关。如参照图9所示的双路光伏阵列的正母线存在两条分支，则在每条支路上分别设置开关；当对PV1支路进行检测时，只需闭合第一支路PV1+上的开关S1，断开第二支路PV2+上的开关S2；同样的，当对PV2支路进行检测时，只需闭合S2、断开S1。从而实现了对PV1和PV2两路光伏阵列对地绝缘阻抗的独立检测，降低了两者之间的耦合，提高了检测精确度。如图10所示，若光伏阵列的负母线存在两条分支，则相应在负母线的第一支路PV1-和第二支路PV2-上分别设置开关S1、S2，操作方法与图9所示电路相同。

另外，本发明实施例还提供了一种逆变器，包括上述实施例所述的对地绝缘阻抗检测电路，该逆变器的直流输入端接被测的直流电源，即被测直流电源的正极接该逆变器的直流输入端的正极，被测直流电源的负极接该逆变器的直流输入端的负极。本实施例提供的逆变器，可通过该对地绝缘阻抗检测电路，实现对逆变器直流输入电源对地绝缘阻抗的准确检测。

另外，本发明实施例还提供了一种汇流箱，包括上述实施例所述的对地绝缘阻抗检测电路，该汇流箱的直流输入端接被测的直流电源，即被测直流电源的正极接该汇流箱的直流输入端的正极，被测直流电源的负极接该汇流箱的直流输入端的负极。本实施例提供的汇流箱，可通过该对地绝缘阻抗检测电路，实现对汇流箱直流输入电源对地绝缘阻抗的准确检测。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种直流电源对地绝缘阻抗检测方法，其特征在于，包括：

在所述直流电源的第一输出端和地线之间连接第一分压电路，在所述直流电源的第二输出端和地线之间连接第二分压电路；

调节所述第一分压电路和/或第二分压电路，使得所述第一分压电路的阻值R₁₊与所述第二分压电路的阻值R_1-之比为N，获取所述第一分压电路两端的电压U₁₊和所述第二分压电路两端的电压U_1-，根据串联分压原理得到第一等式；其中，N>0，且N≠1；

调节所述第一分压电路和/或第二分压电路，使得所述第一分压电路的阻值R₂₊与所述第二分压电路的阻值R_2-之比为1/N，获取所述第一分压电路两端的电压U₂₊和所述第二分压电路两端的电压U_2-，根据串联分压原理得到第二等式；

调节所述第一分压电路和/或第二分压电路，使得所述第一分压电路的阻值R₃₊与所述第二分压电路的阻值R_3-之比为N，获取所述第一分压电路两端的电压U₃₊和所述第二分压电路两端的电压U_3-，根据串联分压原理得到第三等式；其中，R₁₊≠R₃₊；

根据所述第一等式和第二等式计算得到第一输出端对地绝缘阻抗值R₁₁和第二输出端对地绝缘阻抗值R₂₁；

根据所述第二等式和第三等式计算得到第一输出端对地绝缘阻抗值R₁₂和第二输出端对地绝缘阻抗值R₂₂；

取R₁₁和R₁₂中的较小者作为第一输出端对地绝缘阻抗值R₁，取R₂₁和R₂₂中的较小者作为第二输出端对地绝缘阻抗值R₂；

其中，所述第一输出端为所述直流电源的正极，所述第二输出端为所述直流电源的负极；或者，所述第一输出端为所述直流电源的负极，所述第二输出端为所述直流电源的正极；

其中，所述第一分压电路包括两条并联支路，一条由电阻R₃构成，另一条由电阻R₄和开关Q₄串联构成；所述第二分压电路包括两条并联支路，一条由电阻R5和电阻R6串联构成，一条由电阻R7和开关Q7串联构成；且R₅+R₆＝R₃/N，(R₅+R₆)//R₇＝NR₃，R₃//R₄＝N²R₃，R₅+R₆＝KR₆；其中，1/N为大于1的整数，K>1，且K的数量级为10²或10²以上；

其中，获取U+和U-的方式为：

直接测量第一输出端和第二输出端之间的电压U_dc和第一分压电路两端的电压U₊，计算得到第二分压电路两端的电压U_-＝U_dc-U₊；

或直接测量第一输出端和第二输出端之间的电压U_dc和第二分压电路两端的电压U_-，计算得到第二分压电路两端的电压U₊＝U_dc-U。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，R₁₊＝R₂₊、R_2-＝R_3-。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述得到第一等式的具体方式为：断开开关Q₄和Q₇；测量第一输出端与第二输出端之间的电压U_dc，和电阻R₆两端的电压U₁；计算得到U_1-＝KU₁，U₁₊＝U_dc-KU₁，得到第一等式为(U_dc-KU₁)/(KU₁)＝(R₁//R₃)/[R₂//(R₅+R₆)]；

所述得到第二等式的具体方式为：断开开关Q₄，闭合开关Q₇；测量电阻R₆两端的电压U₂；计算得到U_2-＝KU₂，U₂₊＝U_dc-KU₂，得到第二等式为(U_dc-KU₂)/(KU₂)＝(R₁//R₃)/[R₂//(R₅+R₆)//R₇]；

所述得到第三等式的具体方式为：闭合开关Q₄和Q₇；测量电阻R₆两端的电压U₃；计算得到U_3-＝KU₃，U₃₊＝U_dc-KU₃，得到第三等式为(U_dc-KU₃)/(KU₃)＝(R₁//R₃//R₄)/[R₂//(R₅+R₆)//R₇]；

所述根据所述第一等式和第二等式计算得到第一输出端对地绝缘阻抗值R₁₁和第二输出端对地绝缘阻抗值R₂₁，具体为：将所述第一等式与第二等式联立得方程组 $\left\{\begin{array}{c}(U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_1)/\left({\mathrm{KU}}_1\right)=(R_1//R_3)/[R_2//(R_5+R_6)]\\ (U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2)/\left({\mathrm{KU}}_2\right)=(R_1//R_3)/[R_2//(R_5+R_6)//R_7]\end{array};\right.$

解方程组得 $R_{21}=\frac{R_3(u-1)}{N-u/N},$ $R_{11}=\frac{R_3}{R_3/\left[(\frac{U_{\mathrm{dc}}}{{\mathrm{KU}}_1}-1)\left(\frac{R_3{R}_{21}}{R_3+{\mathrm{NR}}_{21}}\right)\right]-1};$ 其中， $u=\frac{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_1}{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2}*\frac{U_2}{U_1};$

所述根据所述第二等式和第三等式计算得到第一输出端对地绝缘阻抗值R₁₂和第二输出端对地绝缘阻抗值R₂₂，具体为：将所述第二等式与第三等式联立得方程组 $\left\{\begin{array}{c}(U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2)/\left({\mathrm{KU}}_2\right)=(R_1//R_3)/[R_2//(R_5+R_6)//R_7]\\ (U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_3)/\left({\mathrm{KU}}_3\right)=(R_1//R_3//R_4)/[R_2//(R_5+R_6)//R_7]\end{array};\right.$

解方程组得 $R_{12}=R_1=\frac{R_3(u^{\′}-1)}{1-u^{\′}/N^2},$ $R_{22}=R_2=\frac{{\mathrm{KU}}_2{R}_{12}{R}_3}{(R_{12}+R_3)(U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2)-{\mathrm{KU}}_2{R}_{12}/N};$ 其中， $u^{\′}=\frac{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_3}{U_{\mathrm{dc}}-{\mathrm{KU}}_2}*\frac{U_2}{U_3}.$

4.根据权利要求1～2任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述直流电源的第一输出端或第二输出端包含多条支路时，在每条支路上分别设置开关；

所述在所述直流电源的第一输出端和地线之间连接第一分压电路，在所述直流电源的第二输出端和地线之间连接第二分压电路，具体为：闭合被测支路上的开关，断开其他支路上的开关。

5.一种直流电源对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，包括第一分压电路和第二分压电路；所述第一分压电路接于所述直流电源的第一输出端和地线之间，所述第二分压电路接于所述直流电源的第二输出端与所述地线之间；

当所述第一分压电路的阻值取R₁₊时，所述第二分压电路的阻值取R_1-；当所述第一分压电路的阻值取R₂₊时，所述第二分压电路的阻值取R_2-；当所述第一分压电路的阻值取R₃₊时，所述第二分压电路的阻值取R_3-；其中，R₁₊/R_1-＝N，R₂₊/R_2-＝1/N，R₃₊/R_3-＝N，R₁₊≠R₃₊，N>0且N≠1；

其中，所述第一输出端为所述直流电源的正极，所述第二输出端为所述直流电源的负极；或者，所述第一输出端为所述直流电源的负极，所述第二输出端为所述直流电源的正极；

其中，所述第一分压电路包括两条并联支路，一条由电阻R₃构成，另一条由电阻R₄和开关Q₄串联构成；所述第二分压电路包括两条并联支路，一条由电阻R₅和电阻R₆串联构成，一条由电阻R₇和开关Q₇串联构成；R₅+R₆＝R₃/N，(R₅+R₆)//R₇＝NR₃，R₃//R₄＝N²R₃，R₅+R₆＝KR₆；其中，1/N为大于1的整数，K>1，且K的数量级为10²或10²以上；

其中，获取U+和U-的方式为：

直接测量第一输出端和第二输出端之间的电压U_dc和第一分压电路两端的电压U₊，计算得到第二分压电路两端的电压U_-＝U_dc-U₊；

或直接测量第一输出端和第二输出端之间的电压U_dc和第二分压电路两端的电压U_-，计算得到第二分压电路两端的电压U₊＝U_dc-U。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，R₁₊＝R₂₊、R_2-＝R_3-。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的电路，其特征在于，当所述直流电源的第一输出端或第二输出端包含多条支路时，在每条支路上分别设置开关。

8.一种逆变器，其特征在于，包括如权利要求5至7任一项所述的对地绝缘阻抗检测电路，所述直流电源的正极接所述逆变器的直流输入端的正极，所述直流电源的负极接所述逆变器的直流输入端的负极。

9.一种汇流箱，其特征在于，包括如权利要求5至7任一项所述的对地绝缘阻抗检测电路，所述直流电源的正极接所述汇流箱的直流输入端的正极，所述直流电源的负极接所述汇流箱的直流输入端的负极。