CN104569607A

CN104569607A - 一种直流绝缘监测方法与装置

Info

Publication number: CN104569607A
Application number: CN201410837880.8A
Authority: CN
Inventors: 杜吉飞; 赵红雁
Original assignee: Beijing Thaisen Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Thaisen Technology Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明涉及一种直流绝缘监测方法，包括采样电阻、大阻值电阻、小阻值电阻和开关管。正极与大地之间，负极与大地之间，分别串联大阻值电阻、小阻值电阻和采样电阻，两个小阻值电阻分别并联有开关管。通过两个开关管的分别通断，并测量采样电阻两端的电压值，对测量值进行计算，即可得到正极和负极绝缘电阻值。本发明的优点是：由于采用了低压开关管，可实现快速通断，测量速度高，且成本较低廉；受系统内部接地电容的影响很小，故鲁棒性强，测量精度高。本发明还提出了一种直流绝缘监测装置。

Description

一种直流绝缘监测方法与装置

技术领域

本发明涉及光伏发电直流系统技术领域，尤其涉及一种直流绝缘监测方法与装置。

背景技术

目前，随着直流系统大量应用与工业、民用、能源等领域，其安全性也开始受到重视，由于直流系统不像交流系统一样可以配备快速的漏电保护装置。尤其像电动汽车充电桩、光伏电池板等安装于室外，受到撞击、下雨导致设备进水或潮湿、电缆破损等可能性多种多样，都容易导致绝缘下降。当这些直流系统发生漏电的时候，很容易造成人员伤亡，所以，直流系统装配绝缘监测装置显得尤为重要。

但是，传统的直流绝缘监测方法存在各种问题：平衡电桥法在两极绝缘下降的情况下，无法准确检测对地绝缘电阻值；高压注入法和不平衡电桥法，受到系统内部接地电容的影响较大，无法快速测量对地绝缘电阻值，也会出现测量不准，而且需要高压开关管，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种直流绝缘监测方法与装置，能够实时在线监测直流正极和负极的对地绝缘电阻值的关键问题。

为此目的，本发明提出了一种直流绝缘监测方法，包括以下具体步骤：

S1：闭合负极一边的开关管，断开正极一边的开关管，采样得到负极一边的采样电阻两端电压为V11，采样得到正极一边的采样电阻两端电压为V12；

S2：断开负极一边的开关管，闭合正极一边的开关管，采样得到负极一边的采样电阻两端电压为V21，采样得到正极一边的采样电阻两端电压为V22；

S3：通过第一公式计算得到正极对地绝缘电阻rL+；以及通过第二公式计算得到负极对地绝缘电阻rL-；

其中，所述大阻值电阻、所述小阻值电阻、所述采样电阻相互串联，分别接在正极与地之间，负极与地之间，两个小阻值电阻，分别各并联一个开关管；所述大阻值电阻、所述小阻值电阻、所述采样电阻阻值之和为ra；所述大阻值电阻、所述采样电阻阻值之和为rb。

具体地，所述第一公式为：

rL + = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times rb - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11) \times ra} .

具体地，所述第二公式为：

rL - = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times ra - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11) \times rb} .

为此目的，本发明还提出了一种直流绝缘监测装置，包括：第一采样模块、第二采样模块、第一开关驱动模块，第二开关驱动模块以及计算模块；

其中，所述第一开关驱动模块，用于闭合负极一边的开关管；所述第二开关驱动模块，用于断开正极一边的开关管；

通过所述第一采样模块，采样得到负极一边的小阻值电阻两端电压为V11，通过所述第二采样模块，采样得到正极一边的小阻值电阻两端电压为V12；

所述第一开关驱动模块，用于断开负极一边的开关管；所述第二开关驱动模块，用于闭合正极一边的开关管；

通过所述第一采样模块，采样得到负极一边的小阻值电阻两端电压为V21，通过所述第二采样模块，采样得到正极一边的小阻值电阻两端电压为V22；

所述计算模块，用于通过第一公式计算得到正极对地绝缘电阻rL+；以及通过第二公式计算得到负极对地绝缘电阻rL-；

具体地，所述第一公式为：

rL + = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times rb - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11) \times ra} .

具体地，所述第二公式为：

rL - = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times ra - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11) \times rb} .

本发明公开了一种直流绝缘监测方法，通过闭合负极一边的开关管，断开正极一边的开关管，采样得到负极一边的采样电阻两端电压为V11，采样得到正极一边的采样电阻两端电压为V12；断开负极一边的开关管，闭合正极一边的开关管，采样得到负极一边的采样电阻两端电压为V21，采样得到正极一边的采样电阻两端电压为V22；通过第一公式计算得到正极对地绝缘电阻rL+；以及通过第二公式计算得到负极对地绝缘电阻rL-。本发明由于R12和R22的阻值可以选得很小，所以Q1和Q2可以用低压MOSFET实现，相对于其他方法，此方法成本较低，同时可以实现高频率开关，测量速度快，进一步地，Q1和Q2的每一次开关，正极对地和负极对地的电压变化很小，所以受系统内部接地电容的影响很小，因此鲁棒性更强，测量精度更佳。本发明还公开了一种直流绝缘监测装置。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明实施例中的一种直流绝缘监测方法的步骤流程图；

图2示出了本发明实施例中的一种直流绝缘监测方法的绝缘监测电路拓扑图；

图3示出了本发明实施例中的一种直流绝缘监测方法的绝缘监测电路拓扑图中Q1闭合，Q2断开的情况示意图；

图4示出了本发明实施例中的一种直流绝缘监测方法的绝缘监测电路拓扑图中Q1断开，Q2闭合的情况示意图；

图5示出了本发明另一实施例中的一种直流绝缘监测方法的步骤流程图；

图6示出了本发明实施例中的一种直流绝缘监测装置的结构框图。

具体实施方式

本发明提出的一种直流绝缘监测方法用于直流系统，监测正极和负极的绝缘情况，测量正极和负极对地电阻值，主要应用于光伏发电系统、直流充电机、直流充电桩、直流屏、UPS以及电动汽车等应用场合。

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

为了更好的理解与应用本发明提出的一种直流绝缘监测方法与装置，以如下附图示例进行详细说明。

如图1所示，本发明提出了一种直流绝缘监测方法，包括以下具体步骤：

首先，本发明电路包括直流采样电阻R1m、R2m，大阻值电阻R11、R21，小阻值电阻R12、R22，开关管Q1、Q2四个部分。

具体地电路连接方式为：直流正极与R21、R22、R2m串联，R2m的另一端与大地相连；直流负极与R11、R12、R1m串联，R1m的另一端与大地相连。开关管Q1与R12并联，开关管Q2与R22并联。其中R11与R21的阻值相同，其值为r1；R12与R22的阻值相同，其值为r2；R1m与R2m的阻值相同，其值为rm。

步骤S1：闭合负极一边的开关管，断开正极一边的开关管，采样得到负极一边的采样电阻两端电压为V11，采样得到正极一边的采样电阻两端电压为V12，即Q1闭合，Q2断开，采样得到R1m和R2m两端电压分别为V11和V12。

步骤S2：断开负极一边的开关管，闭合正极一边的开关管，采样得到负极一边的采样电阻两端电压为V21，采样得到正极一边的采样电阻两端电压为V22，即Q1断开，Q2闭合，采样得到R1m和R2m两端电压分别为V21和V22。

步骤S3：通过第一公式计算得到正极对地绝缘电阻rL+；以及通过第二公式计算得到负极对地绝缘电阻rL-。

其中，第一公式为：

rL + = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times rb - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11) \times ra}

第二公式为：

rL - = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times ra - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11) \times rb}

进一步地，大阻值电阻、小阻值电阻、采样电阻相互串联，分别接在正极与地之间，负极与地之间，两个小阻值电阻，分别各并联一个开关管；大阻值电阻、小阻值电阻、采样电阻阻值之和为ra；大阻值电阻、采样电阻阻值之和为rb；且设ra＝r1+r2+rm；rb＝r1+rm。由于r1、r2、rm为已知量，所以ra、rb也是已知量，通过第一公式以及第二公式即可计算得到正极对地绝缘电阻rL+和负极对地绝缘电阻rL-。

为了更好的理解与应用本发明提出的一种直流绝缘监测方法，结合图2-图5进行以下详细示例，本发明保护范围不限于以下示例。

具体地，本方法绝缘监测电路拓扑如图2所示。设大阻值电阻为R11与R21，其阻值为r1；小阻值电阻为R12与R22，其阻值为r2；采样电阻R1m与R2m，其阻值为rm。这里r1、r2、rm是设计者自行设定的，一般r1的值较大，r2的值较小，设ra＝r1+r2+rm；rb＝r1+rm；rL+和rL-分别为正极和负极的绝缘电阻值。具体步骤如图5所示，描述如下：

步骤S1：闭合Q1，断开Q2，此时左半桥电阻为ra，右半桥电阻为rb，如图3所示，测量R1m两端的电压值V11和R2m两端的电压值V12，将V11和V12通过A/D转换转化为数字量，并存储在存储器中。

步骤S2：断开Q1，闭合Q2，此时左半桥电阻为rb，右半桥电阻为ra，如图4所示，测量R1m两端的电压值V21和R2m两端的电压值V22，将V21和V22通过A/D转换转化为数字量，并存储在存储器中。

步骤S3：通过下式计算V1m，V1n，V2m，V2n。

V1m＝V11×rb+V12×ra；

V1n＝V12-V11；

V2m＝V21×ra+V22×rb；

V2n＝V22-V21。

步骤S4：通过下式计算出正极绝缘电阻值rL+和负极绝缘电阻值rL-。

rL + = \frac{V 1 m \times V 2 m \times (ra - rb) - [V 1 m \times V 2 n - V 2 m \times V 1 n] \times ra \times rb}{V 1 m \times V 2 n \times rb - V 2 m \times V 1 n \times ra};

rL - = \frac{V 1 m \times V 2 m \times (ra - rb) - [V 1 m \times V 2 n - V 2 m \times V 1 n] \times ra \times rb}{V 1 m \times V 2 n \times ra - V 2 m \times V 1 n \times rb} .

步骤S5：回到步骤S1继续循环执行。

为此目的，本发明提出了一种直流绝缘监测装置10，如图6所示，包括：第一采样模块101、第二采样模块102、第一开关驱动模块103、第二开关驱动模块104以及计算模块105。

具体地，第一开关驱动模块103用于闭合负极一边的开关管；第二开关驱动模块104用于断开正极一边的开关管；然后通过第一采样模块101采样得到负极一边的小阻值电阻两端电压为V11，通过第二采样模块102采样得到正极一边的小阻值电阻两端电压为V12。

进一步地，第一开关驱动模块103用于断开负极一边的开关管；第二开关驱动模块104用于闭合正极一边的开关管；然后通过第一采样模块101采样得到负极一边的小阻值电阻两端电压为V21，通过第二采样模块102采样得到正极一边的小阻值电阻两端电压为V22。

最后通过计算模块105通过第一公式计算得到正极对地绝缘电阻rL+；以及通过第二公式计算得到负极对地绝缘电阻rL-；

其中，大阻值电阻、小阻值电阻、采样电阻相互串联，分别接在正极与地之间，负极与地之间，两个小阻值电阻，分别各并联一个开关管；大阻值电阻、小阻值电阻、采样电阻阻值之和为ra；大阻值电阻、采样电阻阻值之和为rb。

其中，第一公式为：

rL + = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times rb - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11) \times ra}

第二公式为：

rL - = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times ra - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11) \times rb}

本发明公开了一种直流绝缘监测方法，通过闭合负极一边的开关管，断开正极一边的开关管，采样得到负极一边的小阻值电阻两端电压为V11，采样得到正极一边的小阻值电阻两端电压为V12；断开负极一边的开关管，闭合正极一边的开关管，采样得到负极一边的小阻值电阻两端电压为V21，采样得到正极一边的小阻值电阻两端电压为V22；通过第一公式计算得到正极对地绝缘电阻rL+；以及通过第二公式计算得到负极对地绝缘电阻rL-。本发明由于R12和R22的阻值可以选得很小，所以Q1和Q2可以用低压MOSFET实现，相对于其他方法，此方法成本较低，同时可以实现高频率开关，测量速度快，进一步地，Q1和Q2的每一次开关，正极对地和负极对地的电压变化很小，所以受系统内部接地电容的影响很小，因此鲁棒性更强，测量精度更佳。本发明还公开了一种直流绝缘监测装置。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种直流绝缘监测方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一公式为：

rL + = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times rb - (V 21 \times ra + V_{22} \times rb) \times (V 12 - V 11) \times ra} .

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二公式为：

rL - = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times ra - (V 21 \times ra + V_{22} \times rb) \times (V 12 - V 11) \times rb} .

4.一种直流绝缘监测装置，其特征在于，包括：第一采样模块、第二采样模块，第一开关驱动模块，第二开关驱动模块以及计算模块；

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一公式为：

rL + = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times rb - (V 21 \times ra + V_{22} \times rb) \times (V 12 - V 11) \times ra} .

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二公式为：

rL - = \frac{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (ra - rb) - [(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) - (V 21 \times ra + V 22 \times rb) \times (V 12 - V 11)] \times ra \times rb}{(V 11 \times rb + V 12 \times ra) \times (V 22 - V 21) \times ra - (V 21 \times ra + V_{22} \times rb) \times (V 12 - V 11) \times rb} .