CN104535839A - 光伏并网逆变器的绝缘阻抗检测方法及实现其的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏并网逆变器的绝缘阻抗检测方法。该方法针对多路输入的光伏并网逆变器的绝缘阻抗检测问题，在主回路中构建不平衡电桥，并通过检测输入电压的变化生成一系列电路方程，最后对由这些方程所组成的方程组进行求解，得到每一路输入的对地绝缘电阻。本发明还公开了一种实现上述检测方法检测装置。相比现有技术，本发明可对多路输入的光伏并网逆变器的每一路输入端的对地绝缘阻抗进行准确测量，从而可在并网前提前发现绝缘阻抗缺陷，提高了光伏并网逆变器并网运行的安全可靠性；同时其电路结构简单，易于实现且成本低廉。

Description

光伏并网逆变器的绝缘阻抗检测方法及实现其的检测装置

技术领域

本发明涉及一种光伏并网逆变器的绝缘阻抗检测方法，尤其涉及一种可对具有多路输入的光伏并网逆变器的绝缘阻抗进行检测的方法。

背景技术

在很多国家的光伏并网标准中都有对非隔离型光伏并网逆变器的绝缘阻抗的规定，要求连接逆变器光伏输入的正负端对于机壳(大地)的绝缘阻抗不小于规定值才能进行并网发电工作，因此在非隔离的并网逆变器中加入绝缘阻抗的检测是非常必要的。目前对于光伏并网逆变器绝缘阻抗的检测多为通过母线分压的方法检测单路输入对地绝缘阻抗，即其未知阻抗为两个，相对比较简单。而对于多路输入的光伏系统，其输入路数较多，相对的未知阻抗也较多，无法通过简单的电阻配比来同时检测出多路光伏输入中每路输入对地的绝缘阻值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种光伏并网逆变器的绝缘阻抗检测方法，可对具有多路输入的光伏并网逆变器的绝缘阻抗进行有效准确的检测。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种光伏并网逆变器的绝缘阻抗检测方法，所述光伏并网逆变器包括N个光伏输入端，各光伏输入端的正/负极分别经由升压电路后汇入所述光伏并网逆变器的直流母线正/负极，N为大于等于2的整数；该方法包括以下步骤：

步骤A、将一个可调电阻电路和一个分压电阻电路串联后跨接于直流母线正极与负极之间，并令可调电阻电路和分压电阻电路的中点接地；

步骤B、分别检测所述N个光伏输入端的输入电压，得到一种输入电压组合，令输入电压组合发生变化，并选取N种不同的输入电压组合；在每一种输入电压组合下，将所述可调电阻电路分别调整为K个不同的阻值，形成K个回路状态，K为大于等于2的整数；在每一种输入电压组合的每个回路状态下，利用此时各光伏输入端正极与负极之间的电压、母线电压、分压电阻电路两端电压以及可调电阻电路当前阻值、分压电阻电路阻值，构建出包含每个光伏输入端对地绝缘阻抗的电路方程，从而得到N*K个不同的电路方程；

步骤C、从所述N*K个电路方程中选出至少N+1个电路方程构成方程组，该N+1个电路方程中至少包含在每种输入电压组合下得到的一个电路方程，对该方程组求解，得到每个光伏输入端对地绝缘阻抗。

一种用于实现如上所述绝缘阻抗检测方法的检测装置，包括：

N个输入电压检测电路，用于分别对各光伏输入端正极与负极之间的电压进行检测；

母线电压检测电路，用于对母线电压进行检测；

电阻切换及分压电路，包括相互串联的一个可调电阻电路和一个分压电阻电路；

分压电压检测电路，用于对所述分压电阻电路两端电压进行检测。

进一步地，为了能够自动进行数据处理和计算，所述检测装置还包括计算单元，所述计算单元分别与N个输入电压检测电路、母线电压检测电路、分压电压检测电路的检测信号输出端连接。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明可对多路输入的光伏并网逆变器的每一路输入端的对地绝缘阻抗进行准确测量，从而可在并网前提前发现绝缘阻抗缺陷，提高了光伏并网逆变器并网运行的安全可靠性；

实现本发明检测方法的电路结构简单，易于实现且成本低廉。

附图说明

图1为本发明方法的原理示意图；

图2为本发明方法具体实施例的检测装置整体设置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

针对多路输入的光伏并网逆变器的绝缘阻抗检测问题，本发明的解决思路是在主回路中构建不平衡电桥，并通过输入电压的变化生成一系列电路方程，最后对由这些方程所组成的方程组进行求解，得到每一路输入的对地绝缘电阻。

图1显示了本发明方法的基本原理。如图1所示，所要检测的光伏并网逆变器具有N个光伏输入端PV1、PV2、…、PVN(N为大于等于2的整数)，各光伏输入端的正极(PV1+、PV2+、…、PVN+)和负极(PV1-、PV2-、…、PVN-)分别经由BOOST升压电路后汇入所述光伏并网逆变器的直流母线正/负极(即图中的PV+和PV-)。所要检测的对象为N个光伏输入端正极与地之间的绝缘阻抗Rp1、Rp2、…、RpN，以及N个光伏输入端负极与地之间的绝缘阻抗Rn，为了便于理解，图中将这些绝缘阻抗用等效电阻的形式标出，实际上是不存在的。

本发明的检测方法，具体包括以下步骤：

步骤A、如图1所示，将一个可调电阻电路(其电阻用Ra表示)和一个分压电阻电路(其电阻用Rb表示)串联而成的电阻切换及分压电路跨接于直流母线PV+和PV-之间，可调电阻电路Ra一端与正母线PV+连接于p点，分压电阻电路Rb一端与负母线PV-相交于n点，可调电阻电路Ra与分压电阻电路Rb的中点g接地。

步骤B、分别检测所述N个光伏输入端的输入电压，得到一种输入电压组合，令输入电压组合发生变化(可以是所有N个输入电压均发生变化，也可以是其中部分输入电压变化)，并选取N种不同的输入电压组合；在每一种输入电压组合下，将所述可调电阻电路Ra分别调整为K(K≥2)个不同的阻值，形成K个回路状态；在每一种输入电压组合的每个回路状态下，利用PV1…PVN电压检测电路分别检测出当前各光伏输入端的输入电压，利用母线电压检测电路检测处当前的母线电压，利用gn电压检测电路检测出当前分压电阻电路Rb两端的电压，而可调电阻电路Ra当前阻值、分压电阻电路Rb的阻值均为已知量，则可构建出包含每个光伏输入端对地绝缘阻抗的电路方程，从而得到N*K个不同的电路方程。

步骤C、由于作为未知量的绝缘阻抗值Rp1、Rp2、…、RpN、Rn为N+1个，因此从所述N*K个电路方程中选出至少N+1个电路方程构成方程组，这样方程组就可解；对该方程组求解，即可得到N路光伏输入阵列正极对地以及负极对地的绝缘阻抗值Rp1、Rp2、…、RpN、Rn。

为了使公众更好地理解，下面以一个具体实施例来对本发明技术方案进行更详细说明。

为简便起见，本实施例中的光伏并网逆变器具有两路光伏输入。如图2所示，在直流母线PV+和PV-之间连接电阻切换及分压电路，并将可调电阻电路Ra与分压电阻电路Rb的中点g接地。本实施例中的可调电阻电路如图2所示，包括电阻R1、R2和开关S1，电阻R1和开关S1串联后再与电阻R2并联，通过开关S1的闭合和关断即可实现可调电阻电路在两个不同电阻值之间的切换。本实施例中的分压电阻电路包括两个串联的电阻R3和R4。在两个光伏输入端分别接入PV1电压检测电路、PV2电压检测电路，在直流母线正极和负极之间接入母线电压检测电路，在母线负极和g点之间接入gn电压检测电路，实际上，gn电压也可通过检测电阻R3和R4间中点与母线负极之间的电压，然后根据计算得到。

设PV1电压检测电路采得当前第一路电源输入电压为Upv1，PV2电压检测电路采得当前第二路电源输入电压为Upv2，母线电压检测电路采得当前母线电压为Upv，

当S1断开时，gn电压为Ugna，此时，可列出电路方程如下：

$\frac{\mathrm{Upv}1-\mathrm{Ugna}}{\mathrm{Rp}1}+\frac{\mathrm{Upv}2-\mathrm{Ugna}}{\mathrm{Rp}2}+\frac{\mathrm{Upv}-\mathrm{Ugna}}{R2}-\frac{\mathrm{Ugna}}{\mathrm{Rn}}-\frac{\mathrm{Ugna}}{R3+R4}=0---\left(1\right)$

当S1闭合时，gn电压为Ugnb，此时，可列出电路方程如下：

$\frac{\mathrm{Upv}1-\mathrm{Ugnb}}{\mathrm{Rp}1}+\frac{\mathrm{Upv}2-\mathrm{Ugnb}}{\mathrm{Rp}2}+\frac{\mathrm{Upv}-\mathrm{Ugnb}}{R2//R2}-\frac{\mathrm{Ugnb}}{\mathrm{Rn}}-\frac{\mathrm{Ugnb}}{R3+R4}=0---\left(2\right)$

当S1闭合，令光照强度改变(可以随日光自然变化，也可以人为控制光照强度改变)，光伏输入端的电压组合也会随之变化，假设在某一输入电压组合下，第一路电源输入电压为Upv1^’，第二路电源输入电压为Upv2^’，母线电压检测电路采得当前母线电压为Upv^’，gn电压为Ugnc，可列出方程：

$\frac{\mathrm{Upv}{1}^{\′}-\mathrm{Ugnc}}{\mathrm{Rp}1}+\frac{\mathrm{Upv}{2}^{\′}-\mathrm{Ugnc}}{\mathrm{Rp}2}+\frac{\mathrm{Up}{v}^{\′}-\mathrm{Ugnc}}{R1//R2}-\frac{\mathrm{Ugnc}}{\mathrm{Rn}}-\frac{\mathrm{Ugnc}}{R3+R4}=0---\left(3\right)$

保持输入电压，当S2断开时，gn电压为Ugnd，此时，可列出电路方程如下：

$\frac{\mathrm{Upv}{1}^{\′}-\mathrm{Ugnd}}{\mathrm{Rp}1}+\frac{\mathrm{Upv}{2}^{\′}-\mathrm{Ugnd}}{\mathrm{Rp}2}+\frac{\mathrm{Up}{v}^{\′}-\mathrm{Ugnd}}{R2}-\frac{\mathrm{Ugnd}}{\mathrm{Rn}}-\frac{\mathrm{Ugnd}}{R3+R4}=0---\left(4\right)$

由于只有Rp1、Rp2、Rn这三个未知量，因此只要从方程(1)～(4)中任意选N+1个方程，即3个方程组成方程组，然后即可解得PV1+对地绝缘阻抗Rp1、PV2+对地绝缘阻抗Rp2以及PV-对地绝缘电阻Rn。

当有更多光伏输入端时，检测过程与此类似，此处不再赘述。

上述检测过程中的每次检测数据可以人工记录并计算，也可以通过将各电压检测电路的检测信号输出端分别与一个计算单元(例如单片机或PC)分别连接，利用预设的程序自动计算并输出最终的检测结果。

Claims (5)

1.一种光伏并网逆变器的绝缘阻抗检测方法，所述光伏并网逆变器包括N个光伏输入端，各光伏输入端的正/负极分别经由升压电路后汇入所述光伏并网逆变器的直流母线正/负极，N为大于等于2的整数；其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤A、将一个可调电阻电路和一个分压电阻电路串联后跨接于直流母线正极与负极之间，并令可调电阻电路和分压电阻电路的中点接地；

步骤B、分别检测所述N个光伏输入端的输入电压，得到一种输入电压组合，令输入电压组合发生变化，并选取N种不同的输入电压组合；在每一种输入电压组合下，将所述可调电阻电路分别调整为K个不同的阻值，形成K个回路状态，K为大于等于2的整数；在每一种输入电压组合的每个回路状态下，利用此时各光伏输入端正极与负极之间的电压、母线电压、分压电阻电路两端电压以及可调电阻电路当前阻值、分压电阻电路阻值，构建出包含每个光伏输入端对地绝缘阻抗的电路方程，从而得到N*K个不同的电路方程；

步骤C、从所述N*K个电路方程中选出至少N+1个电路方程构成方程组，该N+1个电路方程中至少包含在每种输入电压组合下得到的一个电路方程，对该方程组求解，得到每个光伏输入端对地绝缘阻抗。

2.如权利要求1所述绝缘阻抗检测方法，其特征在于，所述可调电阻电路包括两组并联的电阻，其中一组电阻与一个开关串联。

3.一种用于实现如权利要求1所述绝缘阻抗检测方法的检测装置，其特征在于，包括：

N个输入电压检测电路，用于分别对各光伏输入端正极与负极之间的电压进行检测；

母线电压检测电路，用于对母线电压进行检测；

电阻切换及分压电路，包括相互串联的一个可调电阻电路和一个分压电阻电路；

分压电压检测电路，用于对所述分压电阻电路两端电压进行检测。

4.如权利要求3所述检测装置，其特征在于，所述可调电阻电路包括两组并联的电阻，其中一组电阻与一个开关串联。

5.如权利要求3所述检测装置，其特征在于，该检测装置还包括计算单元，所述计算单元分别与N个输入电压检测电路、母线电压检测电路、分压电压检测电路的检测信号输出端连接。