CN103048544A - 一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法，属于光伏发电的技术领域。本发明在光伏逆变器的控制器中预设绝缘阻抗故障值；控制器通过电压检测单元检测光伏逆变器的光伏输入电压、直流母线电压，还通过漏电流检测单元检测光伏逆变器的逆变单元正半周导通以及负半周导通时的漏电流；控制器计算在光伏逆变器并网运行时，太阳能光伏组件输入正极对地的绝缘阻抗、太阳能光伏组件输入负极对地的绝缘阻抗，将太阳能光伏组件输入正极对地的绝缘阻抗、太阳能光伏组件输入负极对地的绝缘阻抗与预设绝缘阻抗故障值比较，判断绝缘阻抗是否正常，并作出相应动作。本发明实现了光伏发电系统在并网运行过程中的绝缘阻抗监测。

Description

一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法

技术领域

本发明公开了一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法，属于光伏发电的技术领域。

背景技术

目前，太阳能技术已经越来越广泛地被应用到各行各业中，其中，太阳能并网逆变器是太阳能技术的关键部件之一，它将太阳能光伏组件方阵中直流电转变成交流电后提供给电网。基于安全方面的考虑，太阳能并网逆变器必须具有绝缘阻抗检测监测及指示功能。但是，现有技术的太阳能光伏组件方阵并没有设置这种绝缘阻抗监测装置。因此，在系统绝缘故障时，很容易发生安全事故，从而造成人身、财产的危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法，所述的光伏发电系统包括依次连接的太阳能光伏组件（1）、光伏逆变器（2）、电网电路（3），其中：所述光伏逆变器（2）包括依次连接的第一电压采样单元（21）、升压电路（22）、第二电压采样单元（23）、逆变单元（24）、漏电流检测单元（25）、开关装置（26），以及控制器（27），所述第一电压采样单元（21）、升压电路（22）、第二电压采样单元（23）、逆变单元（24）、漏电流检测单元（25）、开关装置（26）分别与控制器（27）连接；

所述光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法包括如下步骤：

步骤1，在控制器内预设绝缘阻抗故障值；

步骤2，控制器通过第一电压采样单元检测光伏输入电压，通过第二电压样单元检测直流母线电压，

所述光伏输入电压即为升压电路的前级电压；

所述直流母线电压即为升压电路的后级电压；

步骤3，控制器检测光伏逆变器输出的交流电的相位，并在逆变单元正半周导通的时候，通过漏电流检测单元检测第一漏电流；在逆变单元负半周导通的时候，通过漏电流检测单元检测第二漏电流；

步骤4，控制器利用第一漏电流和第二漏电流，计算太阳能光伏组件输入正极PV+对地的绝缘阻抗、太阳能光伏组件输入负极PV-对地的绝缘阻抗；

步骤5，判断是否存在绝缘阻抗故障：当太阳能光伏组件输入正极PV+对地的绝缘阻抗、太阳能光伏组件输入负极PV-对地的绝缘阻抗均大于预设绝缘阻抗故障值时，绝缘阻抗正常；否则，绝缘阻抗故障；

步骤6，根据步骤5，若判断为绝缘阻抗故障，控制器发出故障信号，控制开关装置，断开光伏逆变器与电网电路的连接，停止并网。

所述一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法的步骤3中，控制器通过软件锁相环检测光伏逆变器输出的交流电的相位。

所述一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法中，光伏逆变器输出的交流电的相位在0～180°时逆变单元的正半周导通，交流电的相位在180～360°时逆变单元的负半周导通。

所述一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法中，开关装置为继电器或接触器或断路器。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：实现了并网发电系统的绝缘阻抗监测。在太阳能光伏组件发生绝缘故障时，光伏逆变器发出故障指示，并发出指令，断开光伏逆变器与电网的连接，从而实现对太阳能光伏组件的绝缘阻抗监测，避免安全事故的发生。

附图说明

图1为太阳能光伏组件绝缘阻抗监测方法的示意图。

图2为光伏逆变器逆变单元正半周导通时候的状态图（图中略去了控制器）。

图3为光伏逆变器逆变单元负半周导通时候的状态图（图中略去了控制器）。

图4为太阳能光伏组件绝缘阻抗监测方法的流程图。

图中标号说明：1为太阳能光伏组件，2为光伏逆变器，21为第一电压检测单元，22为升压电路，23为第二电压检测单元，24为逆变单元，25为漏电流检测单元，26为开关装置，27为控制器，3为电网电路，R_P为太阳能光伏组件1输入正极PV+对地的绝缘阻抗、Rn为太阳能光伏组件1输入负极PV-对地的绝缘阻抗，C1、C2为第一、第二电容，L1为电感，D1为快恢复二极管，Q1-Q5为第一至第五功率开关管。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，光伏发电系统包括太阳能光伏组件1、光伏逆变器2、电网电路3，所述的太阳能光伏组件1与光伏逆变器2连接，所述的光伏逆变器2与电网电路3连接，所述的光伏逆变器2包括第一电压采样单元21、升压电路22、第二电压采样单元23、逆变单元24、漏电流检测单元25、开关装置26以及控制器27，所述的第一电压采样单元21、第二电压采样单元23可以是电压传感器，所述的升压电路22可以为BOOST电路，所述的漏电流检测单元25可以是漏电流传感器。

太阳能光伏组件1为一块或多块太阳能光伏板，其光伏输入正极PV+对地的绝缘阻抗为R_P、太阳能光伏组件1输入负极PV-对地的绝缘阻抗为Rn。第一电容C1接在太阳能光伏组件1正负输出端之间，起到滤波的作用，同时太阳能光伏组件1的正负输出端分别与升压电路22的正负输入端连接；第二电容C2接在升压电路22的正输出端A与负输出端B之间，起到储能和滤波的作用，同时升压电路22的正负输出端分别与逆变单元24的正负输入端连接，逆变单元24的两个输出端同时穿过检测单元25后再通过开关装置26分别与电网电路3的火线L和零线N连接，控制器27分别与第一电压采样单元21、升压电路22、第二电压采样单元23、逆变单元24、漏电流检测单元25以及开关装置26连接，控制器27可以为单片机也可以为DSP，本例中采用DSP，控制器27起到的作用如下：收集第一电压采样单元21、第二电压采样单元23的电压采样信号；控制升压电路22以及逆变单元24中功率开关管的开通与关断；以及收集漏电流检测单元25检测到的漏电流检测信号；控制开关装置26的断开与闭合；计算太阳能光伏组件1输入正极PV+对地的绝缘阻抗R_P、太阳能光伏组件1输入负极PV-对地的绝缘阻抗Rn并且与预设的绝缘阻抗值R1比较并判断太阳能光伏组件是否存在绝缘阻抗故障，并作出相应的动作。

在电网电路3的远端，零线N和地线相连。升压电路22可以为BOOST电路，其中，电感L1一端接第一电容C1一极，另一端接第一功率开关管Q1集电极；第一功率开关管Q1发射极接第一电容C1另一极；快恢复二极管D1阳极与第一功率开关管Q1集电极连接，阴极与升压电路22的正输出端A连接。逆变单元24由第二至第五功率开关管Q2-Q5组成，第二、三功率开关管Q2、Q3构成一个桥臂，第四、五功率开关管Q4、Q5构成另一个桥臂，电网电路3的火线L、零线N穿过漏电流检测单元25（采用漏电流传感器）分别与两个桥臂中点C和D连接（C点和D点即为逆变单元24的两个输出端点）。

光伏逆变器绝缘阻抗监测方法如图4所示，包括如下步骤：

步骤1，在控制器27内预设绝缘阻抗故障值R1；

步骤2，控制器27通过第一电压采样单元21检测光伏输入电压V_PV，通过第二电压采样单元23检测直流母线电压V_DCLINK；

所述光伏输入电压V_PV即为升压电路22的前级电压；

所述直流母线电压V_DCLINK即为升压电路22的后级电压；

步骤3，控制器27通过软件锁相环检测光伏逆变器2输出的交流电的相位Φ，如图2所示，控制器27在光伏逆变器2的逆变单元24正半周导通（交流电的相位Φ在0～180°，第二功率开关管Q2、第五功率开关管Q5开通，第三功率开关管Q3、第四功率开关管Q4关断）的时候，通过漏电流检测单元25检测第一漏电流I_LEAK1，此时，如图2中点划线部分为太阳能光伏组件1输入负极PV-对地的绝缘阻抗Rn所在对地回路以及太阳能光伏组件1输入正极PV+对地的绝缘阻抗Rp所在对地回路，太阳能光伏组件1输入负极PV-对地的绝缘阻抗Rn所在对地回路电流IRn=0,太阳能光伏组件1输入正极PV+对地的绝缘阻抗Rp所在地回路电流IR_p＝-I_LEAK1, $\frac{V_{\mathrm{PV}}}{R_P}={\mathrm{IR}}_p$ 得到 $-\frac{V_{\mathrm{PV}}}{R_P}=I_{\mathrm{LEAK}1};$

如图3所示，在逆变单元24负半周导通（交流电的相位Φ在180～360°，第二功率开关管Q2、第五功率开关管Q5关断，第三功率开关管Q3、第四功率开关管Q4开通）的时候，通过漏电流检测单元25检测第二漏电流I_LEAK2，此时根据如图3中点划线部分的太阳能光伏组件1输入负极PV-对地的绝缘阻抗Rn所在对地回路,太阳能光伏组件1输入正极PV+对地的绝缘阻抗Rp所在地回路列方程，得到：-I_LEAK2=IR_p-IRn； $\mathrm{IRn}=\frac{V_{\mathrm{DCLINK}}}{R_n};$ ${\mathrm{IR}}_p=\frac{V_{\mathrm{PV}}-V_{\mathrm{DCLINK}}}{R_P};$ （软件锁相环技术为公知技术，在此不详述）

步骤4，控制器27利用第一漏电流I_LEAK1、第二漏电流I_LEAK2，结合图2，图3两种状态，计算太阳能光伏组件1输入正极PV+对地的绝缘阻抗R_P、太阳能光伏组件1输入负极PV-对地的绝缘阻抗Rn；

建立关于R_P、RN的一个二元一次方程：

$\left\{\begin{array}{c}-\frac{V_{\mathrm{PV}}}{R_P}=I_{\mathrm{LEAK}1}\\ -\frac{V_{\mathrm{PV}}-V_{\mathrm{DCLINK}}}{R_P}+\frac{V_{\mathrm{DCLINK}}}{R_n}=I_{\mathrm{LEAK}2}\end{array}\right.;$

将光伏输入电压V_PV、直流母线电压V_DCLINK、第一漏电流I_LEAK1、第二漏电流I_LEAK2代入二元一次方程，计算得到太阳能光伏组件1输入正极PV+对地的绝缘阻抗R_P、太阳能光伏组件1输入负极PV-对地的绝缘阻抗Rn。

步骤5，判断是否存在绝缘阻抗故障：当太阳能光伏组件1输入正极PV+对地的绝缘阻抗R_P、太阳能光伏组件1输入负极PV-对地的绝缘阻抗Rn均大于预设绝缘阻抗故障值R1时（R_P＞R1且Rn＞R1），绝缘阻抗正常；否则，绝缘阻抗故障；

步骤6，根据步骤5，若判断为绝缘阻抗故障，控制器发出故障信号，控制开关装置26（开关装置26可以为断路器也可以为接触器），断开光伏逆变器2与电网电路3的连接，停止并网。

综上所述，采用本发明的方法监测光伏发电系统中太阳能光伏组件绝缘阻抗，实现了光伏发电系统在并网运行过程中的绝缘阻抗监测。在太阳能光伏组件发生绝缘故障时，逆变器发出故障指示，并断开光伏逆变器的并网连接，从而实现对太阳能光伏组件的绝缘阻抗监测、避免安全事故的发生。

Claims (4)

1.一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法，其特征在于：

所述的光伏发电系统包括依次连接的太阳能光伏组件（1）、光伏逆变器（2）、电网电路（3），其中：所述光伏逆变器（2）包括依次连接的第一电压采样单元（21）、升压电路（22）、第二电压采样单元（23）、逆变单元（24）、漏电流检测单元（25）、开关装置（26），以及控制器（27），所述第一电压采样单元（21）、升压电路（22）、第二电压采样单元（23）、逆变单元（24）、漏电流检测单元（25）、开关装置（26）分别与控制器（27）连接；

所述光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法包括如下步骤：

步骤1，在控制器（27）内预设绝缘阻抗故障值（R1）；

步骤2，控制器（27）通过第一电压采样单元（21）检测光伏输入电压（V_PV），通过第二电压采样单元（23）检测直流母线电压（V_DCLINK），

所述光伏输入电压（V_PV）即为升压电路（22）的前级电压；

所述直流母线电压（V_DCLINK）即为升压电路（22）的后级电压；

步骤3，控制器（27）检测光伏逆变器输出的交流电的相位（Φ），并在逆变单元（24）正半周导通的时候，通过漏电流检测单元（25）检测第一漏电流（I_LEAK1）；在逆变单元（24）负半周导通的时候，通过漏电流检测单元（25）检测第二漏电流（I_LEAK2）；

步骤4，控制器（27）利用第一漏电流（I_LEAK1）和第二漏电流（I_LEAK2），计算太阳能光伏组件（1）输入正极PV+对地的绝缘阻抗（R_P）、太阳能光伏组件（1）输入负极PV-对地的绝缘阻抗（Rn）；

步骤5，判断是否存在绝缘阻抗故障：当太阳能光伏组件（1）输入正极PV+对地的绝缘阻抗（R_P）、太阳能光伏组件（1）输入负极PV-对地的绝缘阻抗（Rn）均大于预设绝缘阻抗故障值（R1）时，绝缘阻抗正常；否则，绝缘阻抗故障；

步骤6，根据步骤5，若判断为绝缘阻抗故障，控制器发出故障信号，控制开关装置（26），断开光伏逆变器（2）与电网电路（3）的连接，停止并网。

2.根据权利要求1所述的一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法，其特征在于所述步骤3中，控制器（27）通过软件锁相环检测光伏逆变器（2）输出的交流电的相位（Φ）。

3.根据权利要求1所述的一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法，其特征在于所述的光伏逆变器（2）输出的交流电的相位（Φ）在0～180°时逆变单元（24）的正半周导通，交流电的相位（Φ）在180～360°时逆变单元（24）的负半周导通。

4.根据权利要求1所述的一种光伏发电系统的绝缘阻抗监测方法，其特征在于所述的开关装置（26）为继电器或接触器或断路器。

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