CN104378068B - 一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测方法及电路，以解决现有检测方案在正、负母线对地绝缘阻抗差值很大时，盲区多，不能实现在全电压范围内准确检测对地绝缘阻抗的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体地涉及一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测方法及电路。
背景技术
在当今传统能源日益紧张与环境不断恶化的全球背景下，寻找新的替代能源变得由为重要，而其中太阳能的利用尤为特出。太阳能以其可再生、资源丰富、安全性、清洁能源等特性一直是人们关注。随着光伏发电技术的不提高与应用成本的下降，光伏发电己在全球大面积铺开，而在各国家政策的利好作用下，光伏发电当前也正处在快速增长的时候。
从光伏发电自身技术出发，虽然当前光伏发电技术己相对成熟，但随着产品现场应用的增多与时间累积，一些本是忽略的问题也相对突现，并得到了行业的重视。而光伏现场太阳能电池组件方阵正负直流母线对地绝缘电阻问题也正是其中的一个。
现有的光伏电池组件经过长时间的日晒、水淋，电池组件及其连接电缆可能老化、还有绝缘电阻下降等问题。另外，雷击、场地施工等都有可能对电池组件、连接电缆等带来不确定性的损坏，其都将有可以能导绝缘电阻下降，如电缆破损暴露于泥土中，电池组件损坏导致电池连接件与支架短路等情况。就电力设施的电气安全角度考虑，绝缘电阻过小问题可能导致直流系统对地放电、交流电网透过逆变器系统对直流端对地绝缘电阻过小处进行对地放电、直流系统直负母线对地电位失衡等问题，问题严重的情况时有可能导致发电系统器件损坏、并网逆变器并网异常故障、网侧变压器故障、以至电网故障等情况。
鉴于以上情况，有必要设计出一个有效的光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测方法。
然而现有的实现光伏发电的应用中：主要概括为如下几种：
(1)部分光伏现场太阳能电池组件方阵并没有对绝缘电阻检测功能；(2)部分逆变器采用固定电阻接入分压法，采样分压值，与固定预知状态比较，实现绝缘电阻分析；(3)脉冲电压叠加绝缘电阻检测；(4)部分逆变器采用定固电桥接入检测法，采样接入电桥前与接入电桥后电压情况，计量正负母线对地绝缘电阻，实现绝缘电阻分析；
发明人经过研究发现，以上的技术方案都存在一定检测盲区，从而导致误报阻抗小于阀值等风险。
发明内容
为了克服现有实现上述目的，本发明提供了一种对地绝缘阻抗检测方法、电路以解决现有检测方案检测结果不准确和检测盲区问题。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案：
一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述电路包括正分压电路和负分压电路；
所述正分压电路电连接于所述光伏阵列的正母线和地线之间，所述负分压电路电连接于所述地线与所述光伏阵列的负母线之间；所述正分压电路的电阻值和/或所述负分压电路的电阻值可调，通过采样所述正分压电路与所述负分压电路的电阻值变换前后的电压信息，处理器计算出正母线对地绝缘电阻及负母线对地绝缘电阻的阻值。
优选的，上述电路还包含报警装置。
优选的，当所述正分压电路和负分压电路的输出端包含多条支路时，至少一条支路上设置开关。
进一步的，当所述正分压电路和负分压电路的输出端包含多条支路时，至少一条支路的电阻上并联的设置有开关。
进一步的，上述开关为继电器开关。
优选的，上述电路还包含：
高隔离DC/DC电源模块组成的供电电源电路；
采用差分采样和高精度采样电阻的电压信号采样电路；
对外反馈信号和给定系统检测信号模块。
进一步的，上述系统电路还配有RS485远程隔离通信系统。通过该通信系统可支持远程读写和门槛阀值设定。
优选的，上述系统电路中所述对外反馈信号和给定系统检测信号模块通过RS485，开关量或无线模式与监控处理设备进行信息交互。
优选的，上述电路中还包含信号保护钳位电路，所述信号保护钳位电路由两个钳位二极管组成。
优选的，本发明实施例还提供一种逆变器，其特征在于，搭载上述绝缘阻抗检测电路，所述直流电源的正极电连接所述逆变器的直流输入端的正极，所述直流电源的负极电连接所述逆变器的直流输入端的负极。
优选的，本发明实施例还提供一种汇流箱，其特征在于，搭载上述对绝缘阻抗检测电路，所述直流电源的正极电连接所述汇流箱的直流输入端的正极，所述直流电源的负极电连接所述汇流箱的直流输入端的负极。
优选的，本发明实施例还提供一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测电路方法：所述方法包含：
S1：检测动作开始；
S2：采样正分压电路和负分压电路；
S3：判断步骤：依据S2在不同模式下采样正母线对地电压值与地对负母线电压值，进行预处理判断处理后联立方程组，通过方程组求解出正母排对地绝缘电阻RP及负母线对地绝缘电阻RN，将RP和RN与光伏组件阵列所允许的最小并网运行绝缘电阻RO比较，
当RP>RO，RN>RO时，判为合格，处理器输出低电平信号，
否则判为不合格，输出高电平信号。
进一步的，确定S1方法：当CPU接收到系统检测命令信号输入电路低电平连续时间为t1以上并转为高电平后，认为接收到检测命令。
当系统检测到直流电压大于设定值U1后t2s,认为接收到检测命令。
进一步的，上述S2包含：
当u1>0、u2>0时，且0.9≤(u1/u2)≤1.1，认定直流母线绝缘电阻平衡度与电桥平衡度相近，进入模式1，闭合继电器K1，K2、K3，并检测此时正母线对地电压u3、地对负母线电压u4；
当1.3≤(u1/u2)时，进入模式2，闭合K1，断开K2，并检测u5，u6；
当(u1/u2)≤0.7时，进入模式3，闭合K2，断开K1，并检测u7，u8；
当1.1＜(u1/u2)＜1.3时，进入模式4，闭合K1、K3，断开K2，并检测u9，u10；
当0.7＜(u1/u2)＜0.9时，进入模式5，闭合K2、K4，断开K1，并检测u11，u12；
依据采样的电压信息，计算出正母线对地绝缘电阻及负母线对地绝缘电阻的阻值；
当检测u1>0与u2>0的数值异常时，标记系统异常，并将此信息存入存储装置。
优选的，上述存储装置存储采样值和绝缘电阻的阻值RP及RN，取结果中的较小值作为最终检测结果。
本发明的机理是利用上述不平衡桥模式组，主要由不平衡电阻，继电器开关组成，经过检测判断，实现正负母排对地结缘阻抗在不同比例下的切换，得到相应的不同状态方程，联立方程组，解出正负母排对地绝缘阻抗，使检测结果精准无误。
有益效果
本发明的有益效果是，本发明提供了一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测方法及电路，以解决现有检测方案在正、负母线对地绝缘阻抗差值很大时，盲区多，不能实现在全电压范围内准确检测对地绝缘阻抗的问题。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测方法的流程图；
图2为一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测的系统结构框图；
图3为本发明一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测电路的等效示意图；
图4为本发明一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测电路的模式1等效示意图；
图5为本发明一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测电路的模式2等效示意图；
图6为本发明一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测电路的模式3等效示意图；
图7为本发明一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测电路的模式4等效示意图；
图8为本发明一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测电路的模式5等效示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
如图1所示，一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测方法，所述方法包含：
S1：检测动作开始：当CPU接收到系统检测命令信号输入电路低电平连续时间为t1以上并转为高电平后，认为接收到检测命令(优选的t1为0.3S，t1时间也可视情况设定)。当系统检测到直流电压大于U1(较佳的为400V)后60s(时间也可视情况设定),认为接收到检测命令；
S2：采样正分压电路(正母线对地电压值u1)和负分压电路(地对负母线电压值u2)；
当u1>0、u2>0时，且0.9≤(u1/u2)≤1.1，认定直流母线绝缘电阻平衡度与电桥平衡度相近，进入模式1，此时采用变更电桥方式：闭合继电器K1，K2、K3，并检测此时正母线对地电压u3、地对负母线电压u4；
当1.3≤(u1/u2)为上下桥不平衡，进入模式2，此时闭合K1，断开K2，并检测u5，u6；
当(u1/u2)≤0.7时，进入模式3，闭合K2，断开K1，并检测u7，u8；
当1.1＜(u1/u2)＜1.3时，进入模式4，闭合K1、K3，断开K2，并检测u9，u10；
当0.7＜(u1/u2)＜0.9时，进入模式5，闭合K2、K4，断开K1，并检测u11，u12
依据采样的信息，建立方程计算出RP及RN；
当检测u1>0与u2>0的数值异常时标记系统异常，
并将此信息存入存储装置(存储采样值和绝缘电阻值RP及RN，取计算结果中的较小值作为最终检测结果，以一步提高了检测准确度)；
S3：依据S2在不同模式下采样正母线对地电压值与地对负母线电压值，进行预处理判断处理后联立方程组，通过方程组求解出正母排对地绝缘电阻RP及负母线对地绝缘电阻RN，将RP和RN与光伏组件阵列所允许的最小并网运行绝缘电阻RO比较，当RP>RO，RN>RO时，判为合格，处理器输出低电平信号，否则判为不合格，输出高电平信号，并将判断结果和阻值数据发送给控制设备，结束。
作为上述S3的变形，还可将计算出的RP、RN的信息传给控制设备进行判断控制。
技术说明：
上述方案中，采用平衡电桥绝缘电阻计算方法，系统检测出u1、u2、u3、u4、u5、u6、u7、u8、u9、u10、u11、u12后；采用电桥组合方程计量方法：定义R1、R2、R3、R4、R5，R6为不平衡电桥上桥接入电阻；RP，RN分别为正直流母线对地绝缘电阻、负直流母线对地绝缘电阻；根据分压原理，结合不同模式下的方程组可检出RP与RN。
组合方程如下：其中R7＝R1//R3,R8＝R2//(R5+R6),R9＝R1//(R3+R4),R10＝R2//R6,x＝RP,y＝RN。K1,K2,K3,K4为输入继电器(其驱动信号由处理器发出)。
模式1时(等效电路参见图4)：
模式2(等效电路参见图5)：
模式3(等效电路参见图6)：
模式4(等效电路参见图7)：
模式5(等效电路参见图8)：
如图2所示，一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗系统电路结构框图；
光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测系统电路，包含：
不平衡电桥变换模式组；
采用差分采样和高精度采样电阻的差分电压采样电路；
高隔离DC/DC电源模块组成的供电电源电路；
监控处理设备；
处理器；
系统工作时，通过差分电压采样模块采集不平衡桥变换组的电压信息，经处理器处理后实时的将处理的结果通过RS485总线传输给监控处理设备；监控处理设备依据接收的信息进行判断，并实时的反馈给处理器；监控处理设备还可通过RS485总线远程读写和门槛阀值设定；监控处理设备与处理进行隔离状态及复位的信息交互。
图3为光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测电路的等效示意图；
一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测系统电路，包括正分压电路和负分压电路；
正分压电路电连接于所述光伏阵列的正母线和地线之间，
所述负分压电路电连接于所述地线与所述光伏阵列的负母线之间；
所述正分压电路的电阻值和/或所述负分压电路的电阻值可调；
正分压电路输出端包含2电阻支路，R1支路，及R3与R4串联支路(R1并联与R3与R4)的一端和光伏阵列的正母线PV+电连接，另一端经R3与R4串联支路串联的继电器K1接地，R4上并联设置继电器K3；
负分压电路输出端包含2电阻支路，R2支路，及R5与R6串联支路(R2并联与R5与R6)的一端和光伏阵列的负母线PV—电连接，另一端经R5与R6串联支路串联的继电器K2接地，R5上并联设置继电器K4。
通过检测上述电路的系统PV电压(Un及Um)，通过处理器可计算出正直流母线对地绝缘电阻及负直流母线对地绝缘电阻的阻值。
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。
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。
技术效果:
本实施例提供了一种光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测方法及电路，以解决现有检测方案在正、负母线对地绝缘阻抗差值很大时，盲区多，不能实现在全电压范围内准确检测对地绝缘阻抗的问题，通过取两次计算结果中的较小值作为最终检测结果，进一步提高了检测准确度。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (7)
1.一种基于光伏组件阵列对地绝缘阻抗检测电路的检测方法，其特征在于：
所述检测电路包括正分压电路和负分压电路；
所述正分压电路电连接于所述光伏阵列的正母线和地线之间，所述负分压电路电连接于所述地线与所述光伏阵列的负母线之间；所述正分压电路的电阻值和/或所述负分压电路的电阻值可调，通过采样所述正分压电路与所述负分压电路的电阻值变换前后的电压信息，处理器计算出正母线对地绝缘电阻及负母线对地绝缘电阻的阻值；
所述方法包含如下步骤：
S1：检测动作开始；
S2：采样正分压电路和负分压电路，获取正母线对地电压值u1和地对负母线电压值u2；
S3：判断步骤：依据S2在不同模式下采样正母线对地电压值与地对负母线电压值，进行预处理判断处理后联立方程组，通过方程组求解出正母排对地绝缘电阻RP及负母线对地绝缘电阻RN，将RP和RN与光伏组件阵列所允许的最小并网运行绝缘电阻RO比较，
当RP>RO，RN>RO时，判为合格，处理器输出低电平信号，
否则判为不合格，输出高电平信号，
所述S2包含：
当u1>0、u2>0时，且0.9≤(u1/u2)≤1.1，认定直流母线绝缘电阻平衡度与电桥平衡度相近，进入模式1，闭合继电器K1，K2、K3，并检测此时正母线对地电压u3、地对负母线电压u4；
当1.3≤(u1/u2)时，进入模式2，闭合K1，断开K2，并检测u5，u6；
当(u1/u2)≤0.7时，进入模式3，闭合K2，断开K1，并检测u7，u8；
当1.1＜(u1/u2)＜1.3时，进入模式4，闭合K1、K3，断开K2，并检测u9，u10；
当0.7＜(u1/u2)＜0.9时，进入模式5，闭合K2、K4，断开K1，并检测u11，u12；
依据采样的电压信息，计算出正母线对地绝缘电阻及负母线对地绝缘电阻的阻值；
当检测u1>0与u2>0的数值异常时，标记系统异常，
并将此信息存入存储装置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：当所述正分压电路和负分压电路的输出端包含多条支路时，至少一条支路上设置开关。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：当所述正分压电路和负分压电路的输出端分别包含多条支路时，至少一条所述支路的电阻上并联的设置有开关。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：有多个电阻串联的所述支路的至少1个电阻上并联开关。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述电路还包含：
高隔离DC/DC电源模块组成的供电电源电路；
采用差分采样和高精度采样电阻的电压信号采样电路；
给定系统检测信号模块。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述给定系统检测信号模块通过RS485，开关量或无线模式与监控处理设备进行信息交互。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：确定所述S1为：
当处理器接收到系统检测命令信号输入低电平连续时间为t1以上并转为高电平后，认为接收到所述给定系统检测信号模块的检测命令；及
当系统检测到直流电压大于设定值U1并持续t2后，检测动作开始。
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