CN104049150B - 光伏组件对地绝缘性检测装置及方法及光伏并网发电系统 - Google Patents

光伏组件对地绝缘性检测装置及方法及光伏并网发电系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种光伏组件对地绝缘性检测装置及方法及光伏并网发电系统，该检测装置包括：第一测试电阻，所述第一测试电阻与所述光伏组件的正极对地电阻并联；第二测试电阻，所述第二测试电阻与所述光伏组件的负极对地电阻并联；串联的第三测试电阻以及第一开关装置，所述第三测试电阻与所述第一开关装置所在的串联支路与所述第二测试电阻并联，或所述串联支路与所述第一测试电阻并联；第二开关装置，用于控制所述第一测试电阻与所述第二测试电阻的公共节点与光伏逆变器的地线的导通状态，并用于控制所述公共节点与供电电网的零线的导通状态。本申请技术方案保证了光伏组件对地绝缘性检测的可靠性。

Description

光伏组件对地绝缘性检测装置及方法及光伏并网发电系统
技术领域
本发明涉及光伏供电技术领域，更具体地说，涉及一种光伏组件对地绝缘性检测装置及方法及光伏并网发电系统。
背景技术
光伏并网发电系统是将太阳能电池发出的直流电转化为和供电电网电压同频、同相的交流电，是既能向负载供电，又能向供电电网输送电能的系统。其中，光伏逆变器是光伏并网发电系统的重要组成部件。
为了保证光伏并网发电系统的安全稳定，需要在并网前对光伏组件的对地绝缘阻抗进行检测。
但现有的光伏组件对地绝缘阻抗检测电路都是默认光伏逆变器的地线接地以及供电电网的零线接地均有效的前提下对光伏组件对地绝缘性进行检测的。只要所述光伏逆变器的地线以及供电电网的零线中有一个接地无效，现有的检测电路无法检测出接地异常是由于光伏逆变器地线或是供电电网零线接地异常导致，还是由于所述光伏组件对地绝缘性异常导致，此时，对所述光伏组件的对地绝缘性的检测结果将不可靠。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏组件对地绝缘性检测装置及方法及光伏并网发电系统，保证了光伏组件对地绝缘性检测可靠性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光伏组件对地绝缘性检测装置，该检测装置包括：
第一测试电阻，所述第一测试电阻与所述光伏组件的正极对地电阻并联；
第二测试电阻，所述第二测试电阻与所述光伏组件的负极对地电阻并联，所述第二测试电阻的一端与所述负极连接，另一端通过所述第一测试电阻与所述正极连接；
串联的第三测试电阻以及第一开关装置，所述第三测试电阻与所述第一开关装置所在的串联支路与所述第二测试电阻并联，或所述串联支路与所述第一测试电阻并联；
第二开关装置，所述第二开关装置包括：第一开关状态以及第二开关状态，所述第一开关状态用于控制所述第一测试电阻与所述第二测试电阻的公共节点与光伏逆变器的地线的导通状态，所述第二开关状态用于控制所述公共节点与供电电网的零线的导通状态。
优选的，在上述检测装置中，还包括：
保护电阻；
其中，所述保护电阻设置在所述公共节点与所述第二开关装置之间。
优选的，在上述检测装置中，所述第二开关装置包括：第一子开关以及第二子开关；
其中，所述第一子开关用于控制所述地线与所述公共节点的导通状态；所述第二子开关用于控制所述零线与所述公共节点的导通状态。
优选的，在上述检测装置中，所述第一子开关是晶体开关管或是机械电开关或是继电器；所述第二子开关是晶体开关管或是机械电开关或是继电器。
优选的，在上述检测装置中，所述第二开关装置是二位旋钮开关或是双刀双掷开关。
优选的，在上述检测装置中，所述第一开关装置是晶体开关管或是机械开关或是继电器。
本发明还提供了一种光伏组件对地绝缘性检测方法，采用上述任一项所述的检测装置对所述光伏组件进行对地绝缘性检测，所述检测方法包括：
将所述地线与所述公共节点导通，并将所述零线与所述公共节点断开；
在所述第一开关装置断开下获取所述公共节点的第一节点电压以及所述正极的第一正极电压，在所述第一开关装置闭合下获取所述公共节点的第二节点电压以及所述正极的第二正极电压；
根据所述第一节点电压、所述第一正极电压、所述第二节点电压以及所述第二正极电压计算所述正极对地电阻的第一测试值以及所述负极对地电阻的第一测试值；
将所述地线与所述公共节点断开，并将所述零线与所述公共节点导通；
在所述第一开关装置断开下获取所述公共节点的第三节点电压以及所述正极的第三正极电压，在所述第一开关装置闭合下获取所述公共节点的第四节点电压以及所述正极的第四正极电压；
根据所述第三节点电压、所述第三正极电压、所述第四节点电压以及所述第四正极电压计算所述正极对地电阻的第二测试值以及所述负极对地电阻的第二测试值；
若所述正极对地电阻的第一测试值与第二测试值的差值的绝对值小于第一阈值，且所述负极对地电阻的第一测试值与第二测试值的差值的绝对值小于所述第一阈值，则判定所述地线与所述零线均接地有效；
在所述地线与所述零线的均接地有效时，判断所述正极对地电阻的第一测试值与第二测试值是否均大于第二阈值，如果是，则判定所述光伏组件的对地绝缘性正常，如果否，则判定所述光伏组件的对地绝缘性不正常。
优选的，在上述检测方法中，所述第一阈值小于或等于200Ω。
优选的，在上述检测方法中，所述第二阈值大于或等于1KΩ。
本发明还提供了一种光伏并网发电系统，该系统包括：
至少一个上述任一项所述的光伏组件对地绝缘性检测装置。
从上述技术方案可以看出，本发明所提供的光伏组件对地绝缘性检测装置可以测试所述公共节点与所述正极在所述第一开关装置以及第二开关装置不同开关状态下的电压值。
这样通过所述检测方法，在所述地线与所述公共节点导通，所述零线与所述公共节点断开时，可以计算所述正极对地电阻以及所述负极对地电阻在所述第一开关装置断开下各自的测试值以及在所述第一开关装置闭合下各自对应的测试值，根据所述正极对地电阻以及所述负极对地电阻的测试值可以判断所述地线以及所述零线的是否均接地有效。在所述地线与所述零线均接地有效时，可以进一步的根据所述正极对地电阻在所述第一开关装置断开下的测试值以及其在所述第一开关装置闭合下的测试值判断所述光伏组件对地绝缘性是否正常。
所述检测装置以及所述检测方法可以用于检测所述地线以及所述零线的接地是否均有效，在所述地线与所述零线均接地有效时，可以进一步判定所述光伏组件对地绝缘性是否正常。可见，所述检测装置与检测方法保证了光伏组件对地绝缘性检测的可靠性。本申请还提供了一种具有所述检测装置的光伏并网发电系统，可用于光伏组件对地绝缘性检测，保证了检测结果的可靠性，且所述光伏并网发电系统成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种光伏组件对地绝缘性检测装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种光伏组件对地绝缘性检测装置的结构示意图；
图3为本申请提供的一种光伏并网发电系统的结构示意图；
图4为本申请提供的另一种光伏并网发电系统的结构示意图；
图5为本申请提供的又一种光伏并网发电系统的结构示意图。
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。
正如背景技术所述，现有的测试电路无法检测出接地异常是由于光伏逆变器地线或是供电电网零线接地异常导致，还是由于所述光伏组件对地绝缘性异常导致，此时，对所述光伏组件的对地绝缘性的检测结果不可靠。
如果所述零线的接地无效，那么在对光伏组件进行检测时可能会发生触电危险，如果进一步的所述地线接地无效，那么光伏逆变器的漏电保护电路无法正常工作，将会危及人身安全。
因此，在对光伏并网发电系统的光伏组件进行对地绝缘性检测时，首先要检测光伏逆变器的地线以及所述供电电网的零线的接地性是否有效，在确定所述地线以及所述零线的均接地有效时再对所述光伏组件的对地绝缘性进行检测。
基于上述分析，本申请一个实施例提供了一种光伏组件对地绝缘性检测装置，参考图1，所述检测装置包括：第一测试电阻R1、第二测试电阻R2、第三测试测试电阻R3、第一开关装置Q1以及第二开关装置K。
其中，所述第一测试电阻R1与所述光伏组件的正极对地电阻RPV+并联；所述第二测试电阻R2与所述光伏组件的负极对地电阻RPV-并联；所述第二测试电阻R2的一端与所述光伏组件的负极PV-连接，另一端通过所述第一测试电阻R1与所述光伏组件的正极PV+连接。所述第一测试电阻R1与所述第二测试电阻R2存在公共节点1。
所述第三测试电阻R3与所述第一开关装置Q1串联，二者所在串联支路与所述第二测试电阻R2并联。所述串联支路还可以与所述第一测试电阻R1并联。所述第三测试电阻R3与所述第一开关装置Q1的串联顺序不做限定，可以所述第三测试电阻R3靠近所述公共节点1，也可以是所述第一开关装置Q1靠近所述公共节点1。
所述第二开关装置K包括：第一开关状态以及第二开关状态，所述第一开关状态用于控制所述公共节点1与光伏逆变器的地线PE的导通状态，所述第二开关状态用于控制所述公共节点1与供电电网的零线N的导通状态。
所述第二开关装置K可以如图1中所示包括：第一子开关Q2以及第二子开关Q3。其中，所述第一子开关Q2用于控制所述地线PE与所述公共节点1的导通状态；所述第二子开关Q3用于控制所述零线N与所述公共节点1的导通状态。所述第一子开关Q2是晶体开关管或是机械电开关或是继电器；所述第二子开关Q3是晶体开关管或是机械电开关或是继电器。
所述第二开关装置K还可以如图2所示是二位旋钮开关或是双刀双掷开关。
为了防止电流过大烧坏所述测试装置的电子元件，所述测试装置还包括：保护电阻R4，其中，所述保护电阻R4设置在所述公共节点1与所述第二开关装置K之间。
第一测试电阻R1、所述第二测试电阻R2、所述第三测试测试电阻R3可以有很多实现方式，它们可以是一个电阻元件，也可以是多个串联的电阻元件。如所述第二测试电阻R2可以如图1与图2中所示包括：两个串联的测试电阻R21与R22，也可以仅有一个电阻元件构成。两个串联的测试电阻构成的第二测试电阻R2的实施方式，测试电阻R21与测试电阻R22具有公共节点2，这样为了获取公共节点1的电压，可以直接测试公共节点1的电压，也可以通过测试电阻R21与测试电阻R22分压比例，通过测试公共节点2的测试电压计算得到公共节点1的电压。
通过获得的第一开关装置与第二开关装置在不同开关组合状态下的公共节点1与正极的电压值可以用于测试正极对地电阻以及负极对地电阻的测试值。可见所述检测装置可以用于正极对地电阻以及负极对地电阻的测量。
本申请另一个实施例还提供了一种采用上述检测装置对光伏组件进行对地绝缘性检测，采用上述检测装置对所述光伏组件进行对地绝缘性检测时，检测方法包括：
步骤S11：将所述地线PE与所述公共节点1导通，并将所述零线N与所述公共节点1断开。
通过控制所述第二开关装置K的开关状态控制所述地线PE与所述公共节点1导通，控制所述零线N与所述公共节点1断开。
步骤S12：在所述第一开关装置Q1断开下获取所述公共节点1的第一节点电压U1以及所述正极PV+的第一正极电压UPV1，在所述第一开关装置Q1闭合下获取所述公共节点1的第二节点电压U2以及所述正极PV+的第二正极电压UPV2。
可以通过电压测试装置直接获取所述第一节点1的电压以及所述正极PV+的电压，进而获取所述第一节点电压U1、第二节点电压U2、第一正极电压UPV1以及第二正极电压UPV2。当所述第二测试电阻R2由两个测试电阻构成时，也可以通过电压装置获取所述公共节点2的电压值通过分压计算所述公共节点1的第一节点电压U1与第二节点电压U2。
步骤S13：根据所述第一节点电压U1、所述第一正极电压UPV1、所述第二节点电压U2以及所述第二正极电压UPV2计算所述正极对地电阻RPV+的第一测试值R1x以及所述负极对地电阻RPV-的第一测试值R2x。
采用基尔霍夫定律，当所述第一开关装置Q1断开时，有方程：
当所述第一开关装置Q1闭合时，有方程：
在方程(1)(2)中，第一测试电阻R1、第二测试电阻R2以及第三测试测试电阻R3为已知常数，求解方程(1)(2)组成的方程组可以得第一测试值R1x以及第一测试值R2x。
需要说明的是，在本申请实施例中以负极PV-为参考零电位。
步骤S14：将所述地线PE与所述公共节点1断开，并将所述零线N与所述公共节点1导通。
同样，通过控制所述第二开关装置K的开关状态控制所述地线PE与所述公共节点1断开，控制所述零线N与所述公共节点1导通。
步骤S15：在所述第一开关装置Q1断开下获取所述公共节点1的第三节点电压U3以及所述正极PV+的第三正极电压UPV3，在所述第一开关装置Q1闭合下获取所述公共节点1的第四节点电压U4以及所述正极PV+的第四正极电压UPV4。
所述第三节点电压U3、所述第四节点电压U4、所述第三正极电压UPV3以及所述第四正极电压UPV4的获取方式可参见所述第一节点电压U1、第二节点电压U2、第一正极电压UPV1以及第二正极电压UPV2的获取方式，在此不再赘述。
步骤S16：根据所述第三节点电压U3、所述第三正极电压UPV3、所述第四节点电压U4以及所述第四正极电压UPV4计算所述正极对地电阻RPV+的第二测试值R1y以及所述负极对地电阻RPV-的第二测试值R2y。
同样，当所述第一开关装置Q1断开时，有方程：
当所述第一开关装置Q1闭合时，有方程：
在方程(3)(4)中，第一测试电阻R1、第二测试电阻R2以及第三测试测试电阻R3为已知常数，求解方程(3)(4)组成的方程组可以得第二测试值R1y以及第二测试值R2y。
步骤S17：若所述正极对地电阻RPV+的第一测试值R1x与第二测试值R1y的差值的绝对值△1小于第一阈值，且所述负极对地电阻RPV-的第一测试值R2x与第二测试值R2y的差值的绝对值△2小于所述第一阈值，则判定所述地线PE与所述零线N均接地有效。
其中，△1＝|R1x-R1y|，△2＝|R2x-R2y|。如果所述地线PE与所述零线N均接地有效，理论上正极对地电阻RPV+的两次测试值应该相同，即其第一测试值R1x与第二测试值R1y的差值为零，同样负极对地电阻RPV-的两次测试值应该相同，即其第一测试值R2x与第二测试值R2y的差值为零。但是，由于电路连接的接触电阻的不同以及存在测量误差等原因，正极对地电阻RPV+的两次测试值存在不为零的差值，负极对地电阻RPV-的两次测试值存在不为零的差值，因此设定所述第一阈值。在本实施例中，设置所述第一阈值小于或等于200Ω。在所述第一阈值范围内，可判定所述地线PE与所述零线N均接地有效。
如果△1与△2不是均小于设定阈值，则可判定所述地线PE与所述零线N不是均接地有效，二者之中至少有一个存在接地异常。此时，可以对二者的接地进行检测，以排除接地故障。
步骤S18：在所述地线PE与所述零线N的均接地有效时，判断所述正极对地电阻RPV+的第一测试值R1x与第二测试值R1y是否均大于第二阈值，如果是，则判定所述光伏组件的对地绝缘性正常，如果否，则判定所述光伏组件的对地绝缘性不正常。
所述负极PV-为参考零电位，因此，只需要通过所述正极对地电阻RPV+的第一测试值R1x与第二测试值R1y判定所述光伏组件的对地绝缘性即可。
如果所述光伏组件对地绝缘性正常，相当于所述正极PV+对地绝缘，所得的正极对地电阻RPV+的测试值将是较大的电阻值，故设定所述第二阈值。在本实施例中，所述第二阈值大于或等于1KΩ。在所述第二阈值范围内，可判定所述光伏组件的对其绝缘性正常。
需要说明的是，所述第二阈值与所述第一阈值根据不同的光伏组件以及光伏并网发电系统在给定的范围内进行调整。
所述检测方法是以所述第三检测电阻R3与所述第一开关装置Q1的串联支路与所述第二检测电阻R2并联为例进行说明的，当所述串联支路与所述第一测试电阻R1并联时，采用同样开关调整方式，利用基尔霍夫定律计算所述负极对地电阻RPV-以及正极对地电阻RPV+的测试值，判断方式相同，在此不再赘述。
本申请所述检测方法在进行对地绝缘性检测时，还可以先进行步骤S14-步骤S16，然后再进行S11-步骤S13，再进行步骤S17与步骤S18。
通过上述描述可知，本申请实施例所提供的检测装置以及检测方法可以用于检测所述地线以及所述零线的接地是否均有效，在所述地线与所述零线均接地有效时，可以进一步判定所述光伏组件对地绝缘性是否正常。可见，所述检测装置与检测方法保证了光伏组件对地绝缘性检测的可靠性。
本申请的又一实施例还提供了一种光伏并网发电系统，所述光伏并网发电系统包括至少一个上述实施例所述的光伏组件对地绝缘性检测装置。
当多个光伏组件构成光伏并网发电系统时，所述光伏并网发电系统可以如图3与图4所示，各个光伏组件的保护电阻R4与第二开关装置K公用，并公用负极PV-接线。
参考图5，对于多个光伏组件构成的光伏并网发电系统，为了降低成本，可以仅包括一个上述实施例所述检测装置，其他光伏组件仅设置一个第一检测电阻R1即可，负极对地电阻对应的第二检测电阻R2以及所述串联支路可以共用。需要说明的是，图5中仅以包括两个光伏组件的光伏并网发电系统为例说明，在实际应用中，可以包括多于两个的光伏组件。
可见，所述光伏并网发电系统包括上述实施例多个光伏组件对地绝缘性检测装置。且所述检测装置共用负极接线以及第二开关装置，减少了电路器件的使用，降低了成本。所述光伏并网发电系统中各个光伏组件的对地绝缘性检测可单独采用上述检测方法进行。
需要说明的，在采用本申请所述检测装置对光伏组件进行对地绝缘性检测时，可以人工计算正极对地电阻RPV+以及负极对地电阻RPV-的测试值，并根据计算结果判断所述地线PE以及所述零线N是否均接地有效，判断所述光伏组件的对地绝缘性是否正常。也可以设置控制系统，所述控制系统用于根据所述第一开关装置Q1以及第二开关装置K不同开关状态下公共节点1以及正极PV+的电压值自动计算正极对地电阻RPV+以及负极对地电阻RPV-的各个测试值，并根据计算结果，自动判断所述地线PE以及零线N接地是否均有效，如果所述地线PE以及零线N接地不是均有效时进行报警提示，所述控制系统还用于在所述地线PE以及零线N均接地有效时，根据正极对地电阻RPV+的测试值判断所述光伏组件对地绝缘性是否正常，在对地绝缘性不正常时进行报警提示。
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 (3)

1.一种光伏组件对地绝缘性检测方法，其特征在于，采用检测装置对所述光伏组件进行对地绝缘性检测，所述检测装置包括，第一测试电阻，所述第一测试电阻与所述光伏组件的正极对地电阻并联；第二测试电阻，所述第二测试电阻与所述光伏组件的负极对地电阻并联，所述第二测试电阻的一端与所述负极连接，另一端通过所述第一测试电阻与所述正极连接；串联的第三测试电阻以及第一开关装置，所述第三测试电阻与所述第一开关装置所在的串联支路与所述第二测试电阻并联，或所述串联支路与所述第一测试电阻并联；第二开关装置，所述第二开关装置包括：第一开关状态以及第二开关状态，所述第一开关状态用于控制所述第一测试电阻与所述第二测试电阻的公共节点与光伏逆变器的地线的导通状态，所述第二开关状态用于控制所述公共节点与供电电网的零线的导通状态；所述检测方法包括：
将所述地线与所述公共节点导通，并将所述零线与所述公共节点断开；
在所述第一开关装置断开下获取所述公共节点的第一节点电压以及所述正极的第一正极电压，在所述第一开关装置闭合下获取所述公共节点的第二节点电压以及所述正极的第二正极电压；
根据所述第一节点电压、所述第一正极电压、所述第二节点电压以及所述第二正极电压计算所述正极对地电阻的第一测试值以及所述负极对地电阻的第一测试值；
将所述地线与所述公共节点断开，并将所述零线与所述公共节点导通；
在所述第一开关装置断开下获取所述公共节点的第三节点电压以及所述正极的第三正极电压，在所述第一开关装置闭合下获取所述公共节点的第四节点电压以及所述正极的第四正极电压；
根据所述第三节点电压、所述第三正极电压、所述第四节点电压以及所述第四正极电压计算所述正极对地电阻的第二测试值以及所述负极对地电阻的第二测试值；
若所述正极对地电阻的第一测试值与第二测试值的差值的绝对值小于第一阈值，且所述负极对地电阻的第一测试值与第二测试值的差值的绝对值小于所述第一阈值，则判定所述地线与所述零线均接地有效；
在所述地线与所述零线均接地有效时，判断所述正极对地电阻的第一测试值与第二测试值是否均大于第二阈值，如果是，则判定所述光伏组件的对地绝缘性正常，如果否，则判定所述光伏组件的对地绝缘性不正常。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述第一阈值小于或等于200Ω。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述第二阈值大于或等于1KΩ。
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