CN104678175A

CN104678175A - 一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统

Info

Publication number: CN104678175A
Application number: CN201310641782.2A
Authority: CN
Inventors: 吴振兴; 胡安; 周亮; 汪光森; 揭贵生; 仲鹏峰; 武美娜; 刘娣
Original assignee: Wuhan New Energy Institute Of Access Equipment & Technology Co ltd
Current assignee: Wuhan New Energy Institute Of Access Equipment & Technology Co ltd
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-06-03

Abstract

本发明公开了一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，包括正极端采样电路、负极端采样电路、微处理器对采样信号进行计算得到光伏方阵正极对地绝缘阻抗和负极对地绝缘阻抗值并与由绝缘电阻值输入电路输入微处理器的设定值进行比较判断和报警输出。能够测得计算出光伏方阵连接的发电系统输入端与地之间的直流绝缘阻抗，当绝缘阻抗不符合限值要求时，指示故障并向外部控制器报告故障。可以有效地保证光伏发电系统电池板方阵的绝缘性能检测，是一种简单、可靠、快速的检测系统，为光伏发电系统的安全运行提供有力保障。

Description

一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统

技术领域

本发明发明属于电能变换领域，具体涉及一种适用于光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统。

背景技术

在众多新能源中，太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是是取之不尽、用之不竭、无污染、可自由利用的重要能源，而且太阳能分布广泛，易于为人们利用；是人类可利用的最直接的清洁能源之一。

随着光伏发电系统的容量以及数量的增长，光伏逆变器的各项功能不断完善，其中包括对方阵绝缘阻抗的检测。影响方阵的绝缘性能主要包括两个方面：一是连接电池板间的电缆由于在加工、铺设过程中的不慎损伤电缆绝缘层或绝缘层老化；二是电池板本身的绝缘层老化。一旦方阵绝缘阻抗值低于正常值，则会直接影响到整个发电系统的运行安全。

北京鉴衡认证中心认证技术规范关于《并网光伏发电专用逆变器技术条件》中明确指出，与不接地的光伏方阵连接的逆变器应在系统启动前测量组件方阵输入端与地之间的直流绝缘阻抗。当绝缘阻抗不符合限值要求时，对带隔离的逆变器应指示故障，但故障期间仍可进行其它动作和操作；对非隔离逆变器或逆变器虽有隔离但其漏电流不符合要求，应指示故障，并限制其接入电网。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种简单、可靠、快速的方阵绝缘阻抗检测系统应用于光伏发电系统中，在光伏逆变器并网发电启动之前准确测量光伏方阵对地的绝缘阻抗，保护系统安全运行。

为了解决上述技术问题本发明的技术方案为一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，包括：正极端采样电路，一端连接于光伏发电系统正极端，另一端接地，对光伏发电系统正极进行采样得到第一采样信号并输入微处理器；负极端采样电路，一端连接于光伏发电系统负极端，另一端接地，对光伏发电系统负极进行采样得到第二采样信号并输入微处理器；绝缘电阻值输入电路的输出端连接微处理器；报警输出电路和报警指示灯电路连接于微处理器的输出端。

较佳地，正极端采样电路包括一端接地的第一采样电阻，第一采样电阻的另一端连接两路输出，一路输出顺次连接第一继电器和第一限流电阻，第一限流电阻连接于光伏方阵的正极，第一继电器的线圈连接于微处理器由微处理器控制其电流通断；第一采样电阻的另一路输出顺次连接有同向放大电路、第一电压跟随电路和第一滤波电路，第一滤波电路的输出端连接微处理器A/D转换输入口。

较佳地，同向放大电路由运算放大器LM348和电阻搭建构成，运算放大器LM348同向输入端连接第一采样电阻，反向输入端通过电阻接地；第一电压跟随电路由运算放大器OP484ES构成；第一滤波电路为电阻和电容搭建而成的滤波电路；第一继电器包括继电器本体和连接于继电器本体与微处理器的I/O接口的线圈控制电路。

较佳地，负极端采样电路包括一端接地的第二采样电阻，第二采样电阻的另一端连接两路输出，一路输出顺次连接第二继电器和第二限流电阻，第二限流电阻连接于光伏方阵的负极，第二继电器的线圈连接于微处理器由微处理器控制其电流通断；第二采样电阻的另一路输出顺次连接有反向放大电路、第二电压跟随电路和第二滤波电路，第二滤波电路的输出端连接微处理器A/D转换输入口。

较佳地，反向放大电路由运算放大器LM348和电阻搭建构成，运算放大器LM348反向输入端连接第一采样电阻，反向输入端通过电阻接地；第二电压跟随电路有运算放大器OP484ES构成；第二滤波电路为电阻和电容搭建而成的滤波电路；第二继电器包括继电器本体和连接于继电器本体与微处理器的I/O接口的线圈控制电路。

较佳地，绝缘电阻值输入电路包括两个8421编码器构成的电路。

较佳地，报警输出包括两个晶体管输出光电耦合器TLP281-4。

较佳地，微处理器还连接有报警指示灯电路，报警指示灯电路由两个发光二极管和电阻搭建构成。

本发明的有益效果在于：能够测得计算出光伏方阵连接的发电系统输入端与地之间的直流绝缘阻抗，当绝缘阻抗不符合限值要求时，指示故障并向外部控制器报告故障。可以有效地保证光伏发电系统电池板方阵的绝缘性能检测，是一种简单、可靠、快速的检测系统，为光伏发电系统的安全运行提供有力保障。

附图说明

图1为本发明实施例的系统示意图；

图2为本发明实施例的正极端采样电路；

图3为本发明实施例的负极端采样电路；

图4为本发明实施例的绝缘阻抗比较值输入电路；

图5为本发明实施例的报警指示灯电路；

图6为本发明实施例的报警输出电路；

图7为本发明实施例微处理器内部软件算法流程图。

图中：

1、第一待测阻抗2、第二待测阻抗3、第一采样电阻4、第一限流电阻5、同向放大电路6、第一电压跟随电路7、第一滤波电路8、第一继电器9、第二采样电阻10、第二限流电阻11、反向放大电路12、第二电压跟随电路13、第二滤波电路14、第二继电器15、微处理器16、绝缘电阻值输入电路17、报警输出电路18、报警指示灯电路

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1至图6所示，光伏方阵正极端和大地之间连接有第一待测阻抗1；光伏方阵负极端和大地之间连接有第二待测阻抗2，本实施例的一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，包括：正极端采样电路，一端连接于光伏发电系统正极端，另一端接地，对光伏发电系统正极进行采样得到第一采样信号并输入微处理器15；负极端采样电路，一端连接于光伏发电系统负极端，另一端接地，对光伏发电系统负极进行采样得到第二采样信号并输入微处理器15；绝缘电阻值输入电路16的输出端连接微处理器15；报警输出电路17和报警指示灯电路18连接于微处理器15的输出端。

如图1和图2所示正极端采样电路，正极端采样电路包括一端接地的第一采样电阻3，第一采样电阻3的另一端连接两路输出，一路输出顺次连接第一继电器8和第一限流电阻4，第一限流电阻4连接于光伏方阵的正极，第一继电器8的线圈连接于微处理器15由微处理器15控制其电流通断；第一采样电阻3的另一路输出顺次连接有同向放大电路5、第一电压跟随电路6和第一滤波电路7，第一滤波电路7的输出端连接微处理器15A/D转换输入口，同向放大电路5由运算放大器LM348和电阻搭建构成，运算放大器LM348同向输入端连接第一采样电阻3，反向输入端通过电阻接地；第一电压跟随电路6由运算放大器OP484ES构成；第一滤波电路7为电阻和电容搭建而成的滤波电路；第一继电器8包括继电器本体和连接于继电器本体与微处理器15的I/O接口的线圈控制电路。

如图1和图3所示负极端采样电路，负极端采样电路包括一端接地的第二采样电阻9，第二采样电阻9的另一端连接两路输出，一路输出顺次连接第二继电器14和第二限流电阻10，第二限流电阻10连接于光伏方阵的负极，第二继电器14的线圈连接于微处理器15由微处理器15控制其电流通断；第二采样电阻9的另一路输出顺次连接有反向放大电路11、第二电压跟随电路12和第二滤波电路13，第二滤波电路13的输出端连接微处理器15A/D转换输入口。反向放大电路11由运算放大器LM348和电阻搭建构成，运算放大器LM348反向输入端连接第一采样电阻3，反向输入端通过电阻接地；第二电压跟随电路12有运算放大器OP484ES构成；第二滤波电路13为电阻和电容搭建而成的滤波电路；第二继电器14包括继电器本体和连接于继电器本体与微处理器15的I/O接口的线圈控制电路。

微处理器15还连接有绝缘电阻值输入电路16、报警输出电路17和报警指示灯电路18，如图4所示绝缘电阻值输入电路16包括两个8421编码器构成的电路，如图6所示报警输出包括两个晶体管输出光电耦合器TLP281-4，如图5所示报警指示灯电路18由两个发光二极管和电阻搭建构成。

微处理器15对采样信号进行计算得到光伏方阵正极对地绝缘阻抗和负极对地绝缘阻抗值，并与由绝缘电阻值输入电路16输入微处理器15的设定值进行比较，由连接于微处理器15的报警输出电路17向外部控制器输出报警信号。

本实施例的工作流程为：先只闭合第一继电器8，正极端采样电路中的第一采样电阻3的对地电压通过同相放大电路、第一电压跟随电路6和第一滤波电路7输入到微处理器15进行模拟量到数字量转换，得到正极端采样电阻电压值；

再断开第一继电器8，只闭合第二继电器14，负极端采样电路中的第二采样电阻9的对地电压通过反相放大电路、第二电压跟随电路12和第二滤波电路13输入到微处理器15进行模拟量到数字量转换，得到负极端采样电阻电压值；

最后同时闭合第一继电器8和第二继电器14，第一采样电阻3和第二采样电阻9的对地电压值，在微处理器15里通过公式计算出光伏方阵正极对绝缘阻抗和负极对地绝缘阻抗，将计算出来的值与设定值进行比较，最后通过报警指示灯电路18和报警输出电路17输出，在不需要检测时，将正、负极端继电器都断开，保证系统安全稳定运行。

如图7所示，微处理器15计算光伏方阵正极对绝缘阻抗Rx1和负极对地绝缘阻抗Rx2的方法如下：设第一限流电阻4和第二限流电阻10的电阻值均为R1，第一采样电阻3和第二采样电阻9的电阻值均为R2；第一继电器8记为K1，第二继电器14记为K2。

首先将方阵绝缘阻抗参考值R通过绝缘电阻值输入电路16输入到微处理器15中。当光伏逆变器的开路电压达到启动条件时，会发出方阵绝缘阻抗测量命令，该命令通过输入信号输入到微处理器15中，则微处理器15会进入绝缘阻抗检测处理程序。

微处理器15发出闭合第一继电器8命令，间隔一定时间后测量第一采样电阻3的对地电压作为采样电压V₁，得到电压V₁后，发出断开第一继电器8命令，并且发出闭合第二继电器14命令，间隔一定时间后测量第二采样电阻9的对地电压作为采样电压V₂，得到电压V₂后，发出闭合第一继电器8和第二继电器14命令，间隔一定时间后同时测量第一采样电阻3的对地电压作为采样电压V'₁和第二采样电阻9的对地电压作为采样电压V'₂。

在上述过程中只闭合第一继电器8时，根据电路原理可得：

V_{dc} = [\frac{V_{1}}{R_{X 1} \cdot R_{2}} (R_{1} + R_{2}) + \frac{V_{1}}{R_{2}}] \cdot R_{X 2} + \frac{V_{1}}{R_{2}} (R_{1} + R_{2}) - - - (1)

在上述过程中只闭合第二继电器14时,根据电路原理可得：

V_{dc} = [\frac{{- V}_{2}}{R_{X 2} \cdot R_{2}} (R_{1} + R_{2}) + \frac{- V_{2}}{R_{2}}] \cdot R_{X 1} + \frac{- V_{2}}{R_{2}} (R_{1} + R_{2}) - - - (2)

由（1）式和（2）式可得

\{\begin{matrix} R_{X 1} = \frac{R_{2} \cdot V_{dc} - (R_{1} + R_{2}) (V_{1} - V_{2})}{{- V}_{2}} \\ R_{X 2} = \frac{R_{2} \cdot V_{dc} - (R_{1} + R_{2}) (V_{1} - V_{2})}{V_{1}} \end{matrix} - - - (3)

从(3)可以看出要计算出绝缘阻抗R_X1和R_X2，其中V_dc的值通过以下方式求出，同时闭合第一继电器8和第二继电器14，根据电路原理可得V_dc的值为：

V_{dc} = [\frac{V_{1}^{'} - V_{2}^{'}}{R_{2}} (R_{1} + R_{2})] - - - (4)

将（4）计算的直流V_dc式带入到（3）式中，简化后可得

\{\begin{matrix} R_{X 1} = \frac{(R_{1} + R_{2}) [(V_{1}^{'} - V_{2}^{'}) - (V_{1} - V_{2})]}{{- V}_{2}} \\ R_{X 2} = \frac{(R_{1} + R_{2}) [(V_{1}^{'} - V_{2}^{'}) - (V_{1} - V_{2})]}{V_{1}} \end{matrix} - - - (5)

最后将计算所得的光伏方阵正极绝缘阻抗和负极绝缘阻抗值与绝缘电阻值输入电路16输入微处理器15的设定的参考值R比较，如果低于参考值R则表示仿真绝缘阻抗发生故障，由报警指示灯做出故障指示信号，由报警输出电路17向外部控制器输出故障信号；否则输出方阵绝缘正常信号。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，其特征在于包括：正极端采样电路，一端连接于光伏发电系统正极端，另一端接地，对光伏发电系统正极进行采样得到第一采样信号并输入微处理器(15)；负极端采样电路，一端连接于光伏发电系统负极端，另一端接地，对光伏发电系统负极进行采样得到第二采样信号并输入微处理器(15)；绝缘电阻值输入电路(16)的输出端连接微处理器(15)；报警输出电路(17)和报警指示灯电路(18)连接于微处理器(15)的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，其特征在于：正极端采样电路包括一端接地的第一采样电阻(3)，第一采样电阻(3)的另一端连接两路输出，一路输出顺次连接第一继电器(8)和第一限流电阻(4)，第一限流电阻(4)连接于光伏方阵的正极，第一继电器(8)的线圈连接于微处理器(15)由微处理器(15)控制其触电通断；第一采样电阻(3)的另一路输出顺次连接有同向放大电路(5)、第一电压跟随电路(6)和第一滤波电路(7)，第一滤波电路(7)的输出端连接微处理器(15)A/D转换输入口。

3.根据权利要求2所述的一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，其特征在于：同向放大电路(5)由运算放大器LM348和电阻搭建构成，运算放大器LM348同向输入端连接第一采样电阻(3)，反向输入端通过电阻接地；第一电压跟随电路(6)由运算放大器OP484ES构成；第一滤波电路(7)为电阻和电容搭建而成的滤波电路；第一继电器(8)包括继电器本体和连接于继电器本体与微处理器(15)的I/O接口的线圈控制电路。

4.根据权利要求1所述的一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，其特征在于：负极端采样电路包括一端接地的第二采样电阻(9)，第二采样电阻(9)的另一端连接两路输出，一路输出顺次连接第二继电器(14)和第二限流电阻(10)，第二限流电阻(10)连接于光伏方阵的负极，第二继电器(14)的线圈连接于微处理器(15)由微处理器(15)控制其电流通断；第二采样电阻(9)的另一路输出顺次连接有反向放大电路(11)、第二电压跟随电路(12)和第二滤波电路(13)，第二滤波电路(13)的输出端连接微处理器(15)A/D转换输入口。

5.根据权利要求4所述的一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，其特征在于：反向放大电路(11)由运算放大器LM348和电阻搭建构成，运算放大器LM348反向输入端连接第一采样电阻(3)，反向输入端通过电阻接地；第二电压跟随电路(12)有运算放大器OP484ES构成；第二滤波电路(13)为电阻和电容搭建而成的滤波电路；第二继电器(14)包括继电器本体和连接于继电器本体与微处理器(15)的I/O接口的线圈控制电路。

6.根据权利要求1所述的一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，其特征在于：绝缘电阻值输入电路(16)包括两个8421编码器构成的电路。

7.根据权利要求1所述的一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，其特征在于：报警输出包括两个晶体管输出光电耦合器TLP281-4。

8.根据权利要求1所述的一种光伏发电系统的方阵绝缘阻抗检测系统，其特征在于：微处理器(15)还连接有报警指示灯电路(18)，报警指示灯电路(18)由两个发光二极管和电阻搭建构成。