CN103944506A

CN103944506A - 一种光伏阵列接地阻抗的检测系统及方法

Info

Publication number: CN103944506A
Application number: CN201310732494.8A
Authority: CN
Inventors: 陈林贵; 余志勇; 童树卫; 毛翌春; 朱文星
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CETC 41 Institute
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103944506B

Abstract

本发明公开了一种光伏阵列接地阻抗的检测系统及方法，DSP控制逆变器中光伏阵列接地阻抗测试电路是否使能工作，由DSP按逻辑控制继电器（relay），再将测试电压信号由DSP的ADC采样，再经软件中控制算法进行计算，即可测试其接地阻抗值。本发明不仅能检测宽电压范围太阳能电池光伏阵列的接地阻抗值，而且该电路工作状态可受控制。

Description

一种光伏阵列接地阻抗的检测系统及方法

技术领域

本发明涉及光伏阵列阻抗检测系统领域，具体为一种光伏阵列接地阻抗的检测系统。

背景技术

能源是社会发展和经济增长的最根本的驱动力，是人类赖以生存的基础，人类的发展与能源的利用是紧密相连的，工业高度发展的今天更是如此。煤炭、石油、天然气等化石能源支撑着人类社会的发展，但随着这些能源的大规模开采，已经使得资源日益枯竭，而且环境不断恶化，能源供需矛盾也越来越突出。在这种形势下，全世界都期待利用太阳能光伏发电，发展无污染、清洁绿色能源。而在光伏并网发电系统中能量转换关键性装置就是并网逆变器，并网逆变器的安全性严重威胁中整个系统的安全。

在光伏逆变器安全性指标中，测试光伏阵列的接地阻抗功能是安全性指标中重要指标之一。能否准确无误测量，关系到逆变器的安全以及整个系统的安全。若不能准备测量其光伏阵列接地阻抗，轻则可能会导致逆变器误报故障，系统不能发电，重则会引起火灾，会导致更大的损失。

近年来，光伏并网发电在我国得到了飞速发展。光伏并网逆变器的种类及拓扑结构众多，功率范围从几百瓦到几百千瓦，光伏阵列输入电压范围从几十伏到上千伏，但每种并网逆变器都必须具有测试光伏阵列接地阻抗的功能。迫切需要一种固定结构阻抗测试电路，来实现对不同拓扑或不同输入电压范围的并网逆变器的阻抗测量。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种光伏阵列接地阻抗的检测系统及方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种光伏阵列接地阻抗的检测系统，其特征在于：采用接入DSP的检测电路测量光伏阵列接地阻抗，所述检测电路包括三极管V2、功率MOS管V6、V7、 V5，所述三极管V2的基极依次通过继电器K1、电阻R7接地，三极管V2的基极还通过电阻R1接入光伏阵列的正极，三极管V2的发射极接入一个稳压二极管V1的阳极，稳压二极管V1的阴极接入光伏阵列的正极，三极管V2的集电极与功率MOS管V6的栅极连接，三极管V2的集电极还通过电阻R2接入一个稳压二极管V3的阳极，稳压二极管V3的阴极接入光伏阵列的正极，功率MOS管V6的源极与三极管V2的基极连接，功率MOS管V6的漏极与功率MOS管V7的源极连接，功率MOS管V7的漏极通过电阻R9接入光伏阵列的负极，所述功率MOS管V7的栅极接入一个稳压二极管D8的阳极，稳压二极管D8的阴极接入功率MOS管V6的漏极，所述功率MOS管V7的源极与漏极之间接入有电阻R5、电阻R6，功率MOS管V7的漏极还依次通过继电器K2、电阻R8接地，所述DSP的读A/D端口与功率MOS管V7的漏极连接，所述功率MOS管V5的源极通过电阻R4接入光伏阵列的负极，功率MOS管V5的栅极接入有继电器K3，K3的另一端与DSP的IO输出口连接，功率MOS管V5的漏极与功率MOS管V7的栅极连接，功率MOS管V7的漏极还通过双向稳压二极管V4、电阻R3接入光伏阵列的正极，所述电阻R2与稳压二极管V3阳极之间有导线引出，引出导线连接至一个稳压二极管V9的阴极，稳压二极管V9的阳极连接至双向稳压二极管V4与电阻R3之间。

一种光伏阵列接地阻抗的检测方法，其特征在于：设Rx和Ry分别为光伏阵列正极与大地、光伏阵列负极与大地之间的阻抗，包括以下步骤：

（1）继电器K1和K2置高，继电器K3置低，断开继电器K1和K2，闭合继电器K3，此时DSP读A/D端口输入电阻R9两端电压值（Vo），可以算出恒流源的电流

I_{0} = \frac{V_{0}}{R_{9}};

（2）继电器K2置高，继电器K1和K3置低时，此时DSP读A/D端口输入光伏阵列电压值Vcc1以及电阻R9两端电压值V1，

由恒流源I₀的电流分成两路，此时流过电阻R₇的电流流过电阻R₉的电流为I₀-I₇，从而计算出电阻R₉两端的电压：

V_{1} = (I_{0} - I_{7}) R_{9} = (I_{0} - \frac{V_{CC 1} - I_{0} \cdot R_{1}}{R_{1} + R_{y}}) R_{9},

从而得到：

R_{y} = \frac{V_{CC 1} - I_{0} \cdot R_{1}}{I_{o} - \frac{V_{1}}{R_{9}}} - R_{7} = \frac{V_{CC 1} - \frac{V_{0}}{R_{7}} \cdot R_{1}}{V_{0} - V_{1}} \cdot R_{9} - R_{7};

（3）、继电器K1置高，继电器K2和K3置低时，此时DSP读A/D端口输入光伏阵列电压值Vcc2以及电阻R9两端电压值V2，经过电阻R9的电流为而由其可计算出光伏阵列正极对大地的电阻：

R_{x} = \frac{V_{cc 2} - V_{2}}{V_{2} - V_{0}} R 9 - R 8 .

本发明一方面是设计固定结构阻抗测试电路，另一方面是控制算法的实现。固定结构阻抗测试电路主要是采用一个可控恒流源电路、两个功率MOS管组成线性电路分压组成，再由DSP芯片去采样检测电压信号，通过软件控制算法计算后与门限接地阻抗比较，即可判断光伏阵列接地阻抗是否满足要求。

本发明不仅能检测宽电压范围太阳能电池光伏阵列的接地阻抗值，而且该电路工作状态可受控制。

附图说明

图1为本发明系统总体原理框图。

图2为本发明电路原理图。

图3为本发明继电器K2置高，K1和K3置低时，检测电路的等效电路图。

图4为本发明继电器K1置高，K2和K3置低时，检测电路的等效电路图。

具体实施方式

如图1所示。一种光伏阵列接地阻抗的检测系统，采用接入DSP的检测电路测量光伏阵列接地阻抗，检测电路包括三极管V2、功率MOS管V6、V7、V5，三极管V2的基极依次通过继电器K1、电阻R7接地，三极管V2的基极还通过电阻R1接入光伏阵列的正极，三极管V2的发射极接入一个稳压二极管V1的阳极，稳压二极管V1的阴极接入光伏阵列的正极，三极管V2的集电极与功率 MOS管V6的栅极连接，三极管V2的集电极还通过电阻R2接入一个稳压二极管V3的阳极，稳压二极管V3的阴极接入光伏阵列的正极，功率MOS管V6的源极与三极管V2的基极连接，功率MOS管V6的漏极与功率MOS管V7的源极连接，功率MOS管V7的漏极通过电阻R9接入光伏阵列的负极，功率MOS管V7的栅极接入一个稳压二极管D8的阳极，稳压二极管D8的阴极接入功率MOS管V6的漏极，功率MOS管V7的源极与漏极之间接入有电阻R5、电阻R6，功率MOS管V7的漏极还依次通过继电器K2、电阻R8接地，DSP的读A/D端口与功率MOS管V7的漏极连接，功率MOS管V5的源极通过电阻R4接入光伏阵列的负极，功率MOS管V5的栅极接入有继电器K3，K3的另一端与DSP的IO输出口连接，功率MOS管V5的漏极与功率MOS管V7的栅极连接，功率MOS管V7的漏极还通过双向稳压二极管V4、电阻R3接入光伏阵列的正极，电阻R2与稳压二极管V3阳极之间有导线引出，引出导线连接至一个稳压二极管V9的阴极，稳压二极管V9的阳极连接至双向稳压二极管V4与电阻R3之间。

本发明中，DSP控制逆变器中光伏阵列接地阻抗测试电路是否使能工作，由DSP按逻辑控制继电器（relay），再将测试电压信号由DSP的ADC采样，再经软件中控制算法进行计算，即可测试其接地阻抗值。

本发明中，由R1,V1，V2组成精密恒流源电路，该精密恒流源电路的精度是本发明测试电路精度的保障。K1、K2和K3等同于图2中的relay控制信号，由DSP控制输出，其中K3是横流源电路的使能信号，K1和K2分别是测试光伏阵列接地阻抗的控制信号。Rx和Ry分别为光伏阵列正极(PV+)与大地和光伏阵列负极(PV-)与大地之间的阻抗。V4为双向稳压管，通过修改V4、V6和V7的参数可实现测试宽电压范围光伏阵列接地阻抗，是该电路的核心思想。R9对PV-的电压即为测试电路的采样信号，该信号由DSP的ADC进行采样。

一种光伏阵列接地阻抗的检测方法，包括以下步骤：

（1）、继电器K1和K2置高，K3置低，断开继电器K1和K2，闭合K3，此时DSP读A/D端口输入电阻R9两端电压值（Vo），可以算出恒流源的电流

（2）、继电器K2置高，K1和K3置低时，测试电路可简化为图4。此时，此时DSP读A/D端口输入光伏阵列电压值Vcc1以及电阻R9两端电压值V1。

由等效电路图可知，由恒流源I₀的电流分成两路，此时流过R₇的电流流过R₉的电流为I₀-I₇，从而计算出R₉两端的电压：

V_{1} = (I_{0} - I_{7}) R_{9} = (I_{0} - \frac{V_{CC 1} - I_{0} \cdot R_{1}}{R_{1} + R_{y}}) R_{9},

从而得到：

R_{y} = \frac{V_{CC 1} - I_{0} \cdot R_{1}}{I_{o} - \frac{V_{1}}{R_{9}}} - R_{7} = \frac{V_{CC 1} - \frac{V_{0}}{R_{7}} \cdot R_{1}}{V_{0} - V_{1}} \cdot R_{9} - R_{7} .

（3）、继电器K1置高，K2和K3置低时，测试电路可简化为图4。此时，此时DSP读A/D端口输入光伏阵列电压值Vcc2以及R9两端电压值V2。经过R9的电流为而

V_{2} = I_{0} \cdot R 9 + \frac{V_{cc 2} - V_{2}}{R_{x} + R 8} \cdot R 9,

由其可计算出光伏阵列正极对大地的电阻：

R_{x} = \frac{V_{cc 2} - V_{2}}{V_{2} - V_{0}} R 9 - R 8 .

Claims

1.一种光伏阵列接地阻抗的检测系统，其特征在于：采用接入DSP的检测电路测量光伏阵列接地阻抗，所述检测电路包括三极管V2、功率MOS管V6、V7、V5，所述三极管V2的基极依次通过继电器K1、电阻R7接地，三极管V2的基极还通过电阻R1接入光伏阵列的正极，三极管V2的发射极接入一个稳压二极管V1的阳极，稳压二极管V1的阴极接入光伏阵列的正极，三极管V2的集电极与功率MOS管V6的栅极连接，三极管V2的集电极还通过电阻R2接入一个稳压二极管V3的阳极，稳压二极管V3的阴极接入光伏阵列的正极，功率MOS管V6的源极与三极管V2的基极连接，功率MOS管V6的漏极与功率MOS管V7的源极连接，功率MOS管V7的漏极通过电阻R9接入光伏阵列的负极，所述功率MOS管V7的栅极接入一个稳压二极管D8的阳极，稳压二极管D8的阴极接入功率MOS管V6的漏极，所述功率MOS管V7的源极与漏极之间接入有电阻R5、电阻R6，功率MOS管V7的漏极还依次通过继电器K2、电阻R8接地，所述DSP的读A/D端口与功率MOS管V7的漏极连接，所述功率MOS管V5的源极通过电阻R4接入光伏阵列的负极，功率MOS管V5的栅极接入有继电器K3，K3的另一端与DSP的IO输出口连接，功率MOS管V5的漏极与功率MOS管V7的栅极连接，功率MOS管V7的漏极还通过双向稳压二极管V4、电阻R3接入光伏阵列的正极，所述电阻R2与稳压二极管V3阳极之间有导线引出，引出导线连接至一个稳压二极管V9的阴极，稳压二极管V9的阳极连接至双向稳压二极管V4与电阻R3之间。

2.一种基于权利要求1所述光伏阵列接地阻抗的检测系统的检测方法，其特征在于：设Rx和Ry分别为光伏阵列正极与大地、光伏阵列负极与大地之间的阻抗，包括以下步骤：

I_{0} = \frac{V_{0}}{R_{9}};

V_{1} = (I_{0} - I_{7}) R_{9} = (I_{0} - \frac{V_{CC 1} - I_{0} \cdot R_{1}}{R_{1} + R_{y}}) R_{9},

从而得到：

R_{y} = \frac{V_{CC 1} - I_{0} \cdot R_{1}}{I_{o} - \frac{V_{1}}{R_{9}}} - R_{7} = \frac{V_{CC 1} - \frac{V_{0}}{R_{7}} \cdot R_{1}}{V_{0} - V_{1}} \cdot R_{9} - R_{7};

R_{x} = \frac{V_{cc 2} - V_{2}}{V_{2} - V_{0}} R 9 - R 8 .