CN102830334B - 一种新型光伏并网逆变器绝缘检测电路及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光伏并网逆变器绝缘检测电路及方法，该检测电路包括电源供电电路、分压采样电路、滤波电路、差分电路、求和电路、双门限比较电路以及驱动输出电路。当无绝缘异常时，继电器线包充电，触点闭合；当绝缘异常时，继电器线包掉电，触点分开。这种绝缘检测电路能够进行实时的电压采样和比较运算，提高了检测速度，并且提高绝缘检测的精度。

Description

一种新型光伏并网逆变器绝缘检测电路及其检测方法

技术领域：

本发明属于光伏发电领域，特别是一种光伏并网逆变器绝缘检测电路及其检测方法。

背景技术：

光伏并网逆变器及方阵接地绝缘阻抗检测随着光伏并网逆变器的大规模应用，光伏方阵的绝缘检测问题备受关注。在现有的绝缘检测电路中，存在着绝缘检测精度低，检测速度慢等问题。本发明提出的绝缘检测电路能够进行实时的电压采样和比较运算，提高检测速度，并且采用新颖的计算方式来提高绝缘检测的精度。

发明内容：

本发明所解决的技术问题是为了提高绝缘检测的精度，提出种新型的绝缘检测电路及方法，能够进行实时的电压采样和比较运算，提高检测速度。

本发明提供一种光伏并网逆变器绝缘检测电路，该检测电路包括电源供电电路、分压采样电路、滤波电路、差分电路、求和电路、双门限比较电路以及驱动输出电路；

在所述分压采样电路中，采用精密电阻构成的串联分压电路对光伏方阵直流电压PV+、PV-进行分压得到采样信号VS01、VS02，对光伏方阵直流电压进行对称方式采样；采样电压经过电压跟随器，再通过二阶低通滤波器形成平滑的直流采样电压VS1、VS2；

所述差分电路是由运算放大器OP413和电阻、电容构成，用来计算VS1和VS2之差，因为采样的到的电压VS1是正值，而VS2是负值，这样，VS1与VS2经过差分电路做减法运算后就可以得到采样电压VS1、VS2绝对值之和Upv以及反向值Upv_negative。

进一步地，在所述分压采样电路中，还有运算放大器OP413组成的电压跟随器用于提高该分压采样电路的输入阻抗，提高其带负载能力。

进一步地，所述滤波电路是采用运算放大器OP413以及电阻、电容搭建的二阶低通滤波电路，滤除高频分量，使输出更加平滑，这样就能得到较为平滑的直流电压VS1、VS2。

进一步地，所述求和电路是由运算放大器OP413和电阻构成，用来计算VS1和VS2之和，因为采样的到的电压VS1是正值，而VS2是负值，VS1与VS2经过所述求和电路做加法运算后就可以得到采样电压VS1、VS2绝对值之差。

进一步地，所述双门限比较电路是由运算放大器OP413和高精密电阻构成，在这个电路中采用高精密电阻对Upv和Upv_negative进行比例放大，将比例放大后的信号作为双门限比较电路的比较值。

进一步地，所述驱动输出电路采用电阻、光耦和12V继电器组成，当所述比较电路输出为高电平时，光耦导通，继电器线包得电，触点闭合，当比较电路输出为低电平时，光耦关断，继电器线包掉电，触点分开。

进一步地，所述采样电压VS1、VS2绝对值之差经过双门限比较电路后的输出电平就是继电器的控制信号。

本发明还提供一种光伏并网逆变器绝缘检测方法，该检测方法是对光伏方阵进行对称采样，采样电压经过电压跟随器，再通过二阶滤波器形成平滑的直流采样电压VS1、VS2，VS1与VS2经过差动放大器可以得到采样电压VS1、VS2绝对值之和Upv以及反向值Upv_negative，再把VS1与VS2经过加法电路得到采样电压绝对值之差subtract,把Upv和Upv_negative经过比例放大后作为双门限比较器的比较值，用采样电压绝对值之差subtract与双门限比较器进行比较，通过双门限比较器的输出来控制输出继电器的状态；无绝缘异常时，继电器线包充电，触点闭合；当绝缘异常时，继电器线包掉电，触点分断。

进一步地，当光伏方阵发生绝缘异常时，假设负对地电阻变为Rx，此时，电压采样VS1、VS2就会发生变化，采样电压VS1、VS2绝对值之和没有变化，而采样电压VS1、VS2绝对值之差发生了变化：

$\mathrm{VS}1=\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}+\mathrm{Rx}}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rx}}{R+\mathrm{Rs}+\mathrm{Rx}}\×\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}1+\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}1-\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}}\×\mathrm{Upv}\×\frac{R+\mathrm{Rs}-\mathrm{Rx}}{R+\mathrm{Rs}+\mathrm{Rx}}$

其中，Upv是光伏方阵的电压，Rs是采样电阻，R是分压电阻，Rx是光伏方阵负对地的阻抗，并且0≤Rx≤R+Rs；当方阵绝缘异常时，采样电压VS1、VS2之差由0急剧变大，因而采用这一差值作为绝缘发生异常的判别依据。

本发明的有益效果是这种新型绝缘检测电路能够进行实时的电压采样和比较运算，提高了检测速度，并且提高绝缘检测的精度。

附图说明：

图1是本发明中无绝缘异常时采样示意图；

图2是本发明中绝缘异常时采样示意图；

图3是本发明中绝缘检测电路电气原理图。

具体实施方式：

参见图1，对光伏方阵的正对地电压、负对地电压分别进行采样，得到采样电压VS1和VS2，在没有绝缘异常发生时，采样电压VS1、VS2之和就是光伏方阵的电压采样，由于采样电阻的几乎一致，采样电压VS1、VS2之差就是零，如下式表示：

$\mathrm{VS}1=\frac{\mathrm{Rs}}{2(R+\mathrm{Rs})}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rs}}{2(R+\mathrm{Rs})}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}1+\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}}\×\mathrm{Upv}$

VS1-VS2＝0

其中，Upv是光伏方阵的电压，Rs是采样电阻，R是分压电阻。当光伏方阵发生绝缘异常时，假设负对地电阻变为Rx，如图2所示，此时，电压采样VS1、VS2就会发生变化，采样电压VS1、VS2之和没有变化，而采样电压VS1、VS2之差发生了变化。

$\mathrm{VS}1=\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}+\mathrm{Rx}}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rx}}{R+\mathrm{Rs}+\mathrm{Rx}}\×\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}1+\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}1-\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}}\×\mathrm{Upv}\×\frac{R+\mathrm{Rs}-\mathrm{Rx}}{R+\mathrm{Rs}+\mathrm{Rx}}$

其中，Upv是光伏方阵的电压，Rs是采样电阻，R是分压电阻，Rx是光伏方阵负对地的阻抗，并且0≤Rx≤R+Rs。当方阵绝缘异常时，采样电压VS1、VS2之差由0急剧变大，因此可以采用这一差值作为绝缘发生异常的判别依据。

该发明是通过硬件电路来实现的，按照图3电气原理图所示，对光伏方阵进行对称采样，采样电压经过电压跟随器，再通过二阶滤波器形成平滑的直流采样电压VS1、VS2，VS1与VS2经过差动放大器可以得到采样电压VS1、VS2之和Upv以及反向值Upv_negative，再把VS1与VS2经过加法电路得到采样电压之差subtract,把Upv和Upv_negative经过比例放大后作为双门限比较器的比较值，用电压差值subtract与双门限比较器进行比较，通过比较器的输出来控制输出继电器的状态。无绝缘异常时，继电器线包充电，触点闭合；当绝缘异常时，继电器线包掉电，触点分断。

该电路主要分为7个部分：1.分压采样电路，2.滤波电路，3.差分电路，4.求和电路，5.双门限比较电路，6.驱动输出电路，7.电源供电电路，在分压采样电路中，采用精密电阻(R3～R40)构成的串联分压电路对光伏方阵直流电压PV+、PV-进行分压得到采样信号VS01、VS02，对光伏方阵直流电压进行对称方式采样，通过运算放大器OP413组成的电压跟随器提高分压电路输入阻抗，提高其带负载能力。滤波电路采用运算放大器OP413以及电阻电容搭建的二阶低通滤波电路，滤除高频分量，使输出更加平滑，这样就能得到较为平滑的直流电压VS1、VS2。差分电路是由运算放大器OP413和电阻电容构成，差分电路又称为减法电路，主要功能是用来计算VS1和VS2之差，因为采样的到的电压VS1是正值，而VS2是负值，这样，VS1与VS2经过差分电路做减法运算后就可以得到采样电压VS1、VS2之和Upv以及反向值Upv_negative。求和电路是由运算放大器OP413和电阻构成，求和电路又称为加法电路，主要功能是用来计算VS1和VS2之和，因为采样的到的电压VS1是正值，而VS2是负值，因此，VS1与VS2经过求和电路做加法运算后就可以得到采样电压VS1、VS2之差subtract。双门限比较电路是由运算放大器OP413和高精密电阻构成，在这个电路中采用高精密电阻对Upv和Upv_negative进行比例放大，将比例放大后的信号作为双门限比较电路的比较值，采样电压VS1、VS2之差subtract经过双门限比较电路后的输出电平就是继电器的控制信号。驱动输出电路采用电阻、光耦和12V继电器组成，当比较电路输出为高电平时，光耦导通，继电器线包得电，触点闭合，当比较电路输出为低电平时，光耦关断，继电器线包掉电，触点分开。

电路的工作原理是当无绝缘异常时，继电器线包充电，触点闭合；当绝缘异常时，继电器线包掉电，触点分开。整个电路中均采用了高精密的电阻和高增益的运算放大器来保证整个检测电路的精度和检测的速度。

对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种光伏并网逆变器绝缘检测电路，其特征在于，该检测电路包括电源供电电路、分压采样电路、滤波电路、差分电路、求和电路、双门限比较电路以及驱动输出电路；

在所述分压采样电路中，采用精密电阻构成的串联分压电路对光伏方阵直流电压PV+、PV-进行分压得到采样信号VS01、VS02，对光伏方阵直流电压进行对称方式采样；采样电压经过电压跟随器，再通过二阶低通滤波器形成平滑的直流采样电压VS1、VS2；

所述差分电路是由运算放大器OP413和电阻、电容构成，用来计算VS1和VS2之差，因为采样的到的电压VS1是正值，而VS2是负值，这样，VS1与VS2经过差分电路做减法运算后就可以得到采样电压VS1、VS2绝对值之和Upv以及反向值Upv_negative。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，在所述分压采样电路中，还有运算放大器OP413组成的电压跟随器用于提高该分压采样电路的输入阻抗，提高其带负载能力。

3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述滤波电路是采用运算放大器OP413以及电阻、电容搭建的二阶低通滤波电路，滤除高频分量，使输出更加平滑，这样就能得到较为平滑的直流电压VS1、VS2。

4.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述求和电路是由运算放大器OP413和电阻构成，用来计算VS1和VS2之和，因为采样的到的电压VS1是正值，而VS2是负值，VS1与VS2经过所述求和电路做加法运算后就可以得到采样电压VS1、VS2绝对值之差。

5.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述双门限比较电路是由运算放大器OP413和高精密电阻构成，在这个电路中采用高精密电阻对Upv和Upv_negative进行比例放大，将比例放大后的信号作为双门限比较电路的比较值。

6.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述驱动输出电路采用电阻、光耦和12V继电器组成，当所述双门限比较电路输出为高电平时，光耦导通，继电器线包得电，触点闭合，当比较电路输出为低电平时，光耦关断，继电器线包掉电，触点分开。

7.根据权利要求4所述的检测电路，其特征在于，所述采样电压VS1、VS2绝对值之差经过双门限比较电路后的输出电平就是继电器的控制信号。

8.一种光伏并网逆变器绝缘检测方法，其特征在于，该检测方法是对光伏方阵进行对称采样，采样电压经过电压跟随器，再通过二阶滤波器形成平滑的直流采样电压VS1、VS2，VS1与VS2经过差动放大器可以得到采样电压VS1、VS2绝对值之和Upv以及反向值Upv_negative，再把VS1与VS2经过加法电路得到采样电压绝对值之差subtract,把Upv和Upv_negative经过比例放大后作为双门限比较器的比较值，用采样电压绝对值之差subtract与双门限比较器的比较值进行比较，通过双门限比较器的输出来控制输出继电器的状态；无绝缘异常时，继电器线包充电，触点闭合；当绝缘异常时，继电器线包掉电，触点分断。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，当光伏方阵发生绝缘异常时，假设负对地电阻变为Rx，此时，电压采样VS1、VS2就会发生变化，采样电压VS1、VS2绝对值之和没有变化，而采样电压VS1、VS2绝对值之差发生了变化：

$\mathrm{VS}1=\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}+\mathrm{Rx}}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rx}}{R+\mathrm{Rs}+\mathrm{Rx}}\×\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}1+\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}}\×\mathrm{Upv}$

$\mathrm{VS}1-\mathrm{VS}2=\frac{\mathrm{Rs}}{R+\mathrm{Rs}}\×\mathrm{Upv}\×\frac{R+\mathrm{Rs}-\mathrm{Rx}}{R+\mathrm{Rs}+\mathrm{Rx}}$

其中，Upv是光伏方阵的电压，Rs是采样电阻，R是分压电阻，Rx是光伏方阵负对地的阻抗，并且0≤Rx≤R+Rs；当方阵绝缘异常时，采样电压VS1、VS2绝对值之差由0急剧变大，因而采用这一差值作为绝缘发生异常的判别依据。