CN105652097B - 一种光伏并网发电系统及其电网侧绝缘阻抗检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗检测装置，通过控制单元采集三相虚拟阻抗单元与多个逆变器的交流侧及三相变压器的原边绕组的连接点的第一电位，并根据其第二端的第二电位和三相虚拟阻抗单元的阻抗计算得到光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值；即便当三相变压器处于带电运行状态时，控制单元也可以实时采集第一电位，并计算得到光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值，进而实现了对三相变压器的对地绝缘阻抗的实时检测和监控。本发明还提供一种光伏并网发电系统，通过光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗检测装置，同样实现了对三相变压器的对地绝缘阻抗的实时检测和监控，保证了三相变压器以及光伏电站的可靠运行。

Description

一种光伏并网发电系统及其电网侧绝缘阻抗检测装置

技术领域

本发明涉及光伏新能源技术领域，特别涉及一种光伏并网发电系统及其电网侧绝缘阻抗检测装置。

背景技术

随着能源的严重短缺，利用新能源已经成为一个必然；在光伏新能源技术领域，一般通过逆变器将电池板的输出能量转换为可供使用的交流电。在光伏电站中，通常采用许多逆变器分别与电池板相连，其交流侧并联在一起，再通过大功率三相隔离变压器馈送到高压电网。

大功率三相隔离变压器的对地绝缘阻抗一般使用专门仪器来测量。但是当大功率三相隔离变压器带电运行时，其对地绝缘阻抗很难做到实时检测和监控，无法保证大功率三相隔离变压器以及光伏电站的可靠运行。

发明内容

本发明提供一种光伏并网发电系统及其电网侧绝缘阻抗检测装置，以保证大功率三相隔离变压器以及光伏电站的可靠运行。

为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置，应用于光伏并网发电系统，所述光伏并网发电系统包括三相变压器、多个光伏组件及交流侧并联的多个逆变器；所述光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置包括：三相虚拟阻抗单元及控制单元；其中：

所述三相虚拟阻抗单元的一端分别与多个所述逆变器的交流侧及所述三相变压器的原边绕组相连，连接点的直流电压为第一电位，并通过电压采样后与所述控制单元的第一端相连；

所述三相虚拟阻抗单元的另一端与所述控制单元的第二端相连，连接点的直流电压为第二电位；

所述控制单元的第三端接地；所述控制单元用于采集所述第一电位，并根据所述第一电位、所述第二电位及所述三相虚拟阻抗单元的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值。

优选的，所述控制单元根据所述第一电位、所述第二电位及所述三相虚拟阻抗单元的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值所采用的公式为：

其中，R_Z为所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值；为所述三相虚拟阻抗单元的阻抗；V_ag为所述第一电位；V_dc为所述第二电位。

优选的，V_ag为所述第一电位中的直流分量。

优选的，所述三相虚拟阻抗单元包括：第一模块、第二模块及第三模块；其中：

所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块的一端相连，连接点与所述控制单元的第二端相连；

所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块的另一端分别与多个所述逆变器的交流侧及所述三相变压器的原边绕组的连接点相连。

优选的，所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块均为电阻、电容或者电感。

优选的，所述控制单元的第一端为所述控制单元中的数字信号处理DSP采样口。

优选的，还包括：一端与多个所述逆变器相连、另一端与所述控制单元的第四端相连的数据采集器，通过与多个所述逆变器通讯得到多个所述光伏组件的PV负端对大地电压；

所述控制单元还用于：对多个所述光伏组件的所述PV负端对大地电压进行计算和比较，得到多个所述光伏组件的PV负端对大地电压的最低值，调节所述第二电位的取值，控制所述最低值大于零。

一种光伏并网发电系统，包括：三相变压器、多个光伏组件、多个逆变器及上述任一所述的光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置；其中：

每个所述逆变器的直流侧分别与一个所述光伏组件的输出端相连；

每个所述逆变器的交流侧并联，连接点与所述三相变压器的原边绕组相连；

所述三相变压器的副边绕组与高压电网相连。

本发明提供的光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗检测装置，通过控制单元采集三相虚拟阻抗单元与多个所述逆变器的交流侧及三相变压器的原边绕组的连接点的第一电位，并根据其第二端的第二电位和所述三相虚拟阻抗单元的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值；即便当所述三相变压器处于带电运行状态时，所述控制单元也可以实时采集所述第一电位，再根据所述第二电位和所述三相虚拟阻抗单元的阻抗值计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗，进而实现了对所述三相变压器的对地绝缘阻抗的实时检测和监控，保证了所述三相变压器以及光伏电站的可靠运行。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的光伏并网发电系统的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的光伏并网发电系统的等效结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的另一光伏并网发电系统的等效结构示意图；

图4是本发明另一实施例提供的光伏并网发电系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供一种光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置，以保证大功率三相隔离变压器以及光伏电站的可靠运行。

具体的，所述光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置，应用于光伏并网发电系统，所述光伏并网发电系统如图1所示，包括：三相变压器100、多个光伏组件200及多个逆变器300；其中，每个逆变器300的直流侧分别与一个光伏组件200的输出端相连；每个逆变器300的交流侧并联，连接点与三相变压器100的原边绕组相连；三相变压器100的副边绕组与高压电网相连；所述光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置包括：三相虚拟阻抗单元400及控制单元500；其中：

三相虚拟阻抗单元400的一端与多个逆变器300的交流侧及三相变压器100的原边绕组相连，连接点的直流电压为第一电位，并通过电压采样后与控制单元500的第一端相连；

三相虚拟阻抗单元400的另一端与控制单元500的第二端相连，连接点的直流电压为第二电位；

控制单元500的第三端接地。

具体的工作原理为：

三相虚拟阻抗单元400的一端与多个逆变器300的交流侧及三相变压器100的原边绕组的连接点相连，此处的直流电压为所述第一电位；所述第一电位经过三相变压器100的等效阻抗600(也即所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗)接地；控制单元500的第三端也接地，进而使得控制单元500采集所述第一电位后，可以根据所述第一电位、所述第二电位及三相虚拟阻抗单元400的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值。

本实施例提供的光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗检测装置，通过控制单元500采集三相虚拟阻抗单元400与多个逆变器300的交流侧及三相变压器100的原边绕组的连接点的第一电位，并根据其第二端的第二电位和三相虚拟阻抗单元400的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值；即便当三相变压器100处于带电运行状态时，控制单元500也可以实时采集所述第一电位，再根据所述第二电位和三相虚拟阻抗单元400的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值，进而实现了对三相变压器100的对地绝缘阻抗的实时检测和监控，保证了三相变压器100以及光伏电站的可靠运行。

优选的，控制单元500根据所述第一电位、所述第二电位及三相虚拟阻抗单元400的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值所采用的公式为：

其中，R_Z为所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值；为三相虚拟阻抗单元400的阻抗；V_ag为所述第一电位；V_dc为所述第二电位。

优选的，V_ag为所述第一电位中的直流分量。

如图2所示为本实施例的简化电路图，假设三相变压器100的原边为星形连接，Van，Vbn，Vcn分别为其等效三相电压源，且为相差120度的对称电源。三相变压器100的等效阻抗600包括阻抗Rza，Rzb及Rzc。Vag，Vbg，Vcg分别为三相变压器100对地电压的直流分量，可以通过定时采样送到控制单元500的第二端；具体的，控制单元500可以对采样值求出平均值，把交流分量滤除，留下直流分量。控制单元500可以等效为一个直流源，其电压为Vdc，也即所述第二电位。

对图2所示的电路滤除交流分量留下直流分量，可以得到如图3所示的直流分量等效图。

所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值Rz为阻抗Rza，Rzb及Rzc的并联等效值，从图3中可以得到Vag＝Vbg＝Vcg。三相虚拟阻抗单元400的阻抗为已知的

所以可以根据上述公式，将已知条件带入，求出三相变压器100带电运行时的对地绝缘阻抗，从而保证三相隔离变压器及其整个系统正常运行。

优选的，三相虚拟阻抗单元400包括：第一模块、第二模块及第三模块；其中：

所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块的一端相连，连接点与控制单元500的第二端相连；

所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块的另一端分别与多个逆变器300的交流侧及三相变压器100的原边绕组的连接点相连。

优选的，所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块均为电阻、电容或者电感。

图1、图2及图3中的所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块均以电阻为例进行展示，其中各个电阻的阻抗值相同，即Rxa＝Rxb＝Rxc；当然，所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块也可以采用电感或者电容，或者电阻、电容或者电感的串并联形式，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

优选的，所述控制单元的第一端为所述控制单元中的DSP(Digital SignalProcess，数字信号处理)采样口。

所述控制单元中的DSP采样口可以根据所述控制单元内的预定设置对所述第一电位进行实时或者定时的检测，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

在图1的基础之上，每个逆变器300的直流侧分别与一个光伏组件200的输出端相连；每个逆变器300的交流侧并联，连接点与三相变压器100的原边绕组相连；三相变压器100的副边绕组与高压电网相连；所述光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置包括：三相虚拟阻抗单元400及控制单元500；其中：

三相虚拟阻抗单元400的一端与多个逆变器300的交流侧、三相变压器100的原边绕组及控制单元500的第一端相连，连接点的直流电压为第一电位；

三相虚拟阻抗单元400的另一端与控制单元500的第二端相连，连接点的直流电压为第二电位；

控制单元500的第三端接地。

优选的，如图4所示，所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗检测装置还包括：一端与多个逆变器300相连、另一端与控制单元500的第四端相连的数据采集器700。

具体的工作原理为：

数据采集器700，通过与多个逆变器300通讯得到多个光伏组件200的PV负端对大地电压；

此时的控制单元500不仅可以计算三相变压器100的等效阻抗600(也即所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗)的阻抗值，还用于对多个光伏组件200的所述PV负端对大地电压进行计算和比较，得到多个光伏组件200的PV负端对大地电压的最低值，调节所述第二电位的取值，控制所述最低值大于零。

值得说明的是，当前的光伏电站，在常规的使用中，由于电池板往往发生电势诱导衰减效应，即某些类型光伏电池板在特定对地电压下，由于电势诱导而表现出的输出特性衰减的现象。电势诱导衰减效应会导致光伏系统输出功率下降。

而现有技术主要是从光伏侧来解决电势诱导衰减效应，主要是将光伏系统的某个点接到一个相对于大地的电势点上。例如将光伏电池组串的负端(或正端)通过二极管、开关、电阻、熔丝等限流装置接地，或者在光伏电池组串的负端(或正端)与大地之间加一个恒压源。但是，对于光伏电站来说，由于逆变器比较多，每台逆变器配备这一个装置，其成本较高。

而本实施例所述的光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗检测装置，通过单元400的另一端与控制单元500的第二端相连，连接点的直流电压为所述第二电位；根据如图4所示的所述光伏并网发电系统的原理可知，通过控制单元500接收到数据采集器700中的多个光伏组件的PV负端对大地电压，然后进行比较，得到所有光伏组件PV负端对大地电压的最低值，调节所述第二电位的取值，进而可以实现对多个光伏组件的PV负端对大地电压的调节，从而可以控制所述最低值大于零，通过增加的三相虚拟阻抗单元400、控制单元500及数据采集器700，从交流侧避免了电势诱导衰减效应，其成本较现有技术而言大幅降低。

本发明另一实施例还提供了一种光伏并网发电系统，其特征在于，包括：三相变压器、多个光伏组件、多个逆变器及上述实施例任一所述的光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置；其中：

每个逆变器300的直流侧分别与一个光伏组件200的输出端相连；

每个逆变器300的交流侧并联，连接点与三相变压器100的原边绕组相连；

三相变压器100的副边绕组与高压电网相连。

本实施例提供的光伏并网发电系统，通过控制单元500采集三相虚拟阻抗单元400与多个逆变器300的交流侧及三相变压器100的原边绕组的连接点的第一电位，并根据其第二端的第二电位和三相虚拟阻抗单元400的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值；即便当三相变压器100处于带电运行状态时，控制单元500也可以实时采集所述第一电位，再根据所述第二电位和三相虚拟阻抗单元400的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值，进而实现了对三相变压器100的对地绝缘阻抗的实时检测和监控，保证了三相变压器100以及光伏电站的可靠运行。

优选的，控制单元500根据所述第一电位、所述第二电位及三相虚拟阻抗单元400的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值所采用的公式为：

其中，R_Z为所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值；为三相虚拟阻抗单元400的阻抗；V_ag为所述第一电位；V_dc为所述第二电位。

优选的，V_ag为所述第一电位中的直流分量。

优选的，三相虚拟阻抗单元400包括：第一模块、第二模块及第三模块；其中：

所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块的一端相连，连接点与控制单元500的第二端相连；

所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块的另一端分别与多个逆变器300的交流侧及三相变压器100的原边绕组的连接点相连。

优选的，所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块均为电阻、电容或者电感。

优选的，所述控制单元的第一端为所述控制单元中的DSP(Digital SignalProcess，数字信号处理)采样口。

优选的，如图4所示，所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗检测装置还包括：一端与多个逆变器300的直流侧相连、另一端与控制单元500的第四端相连的数据采集器700。

值得说明的是，在上述各个实施例的基础之上，还可以添加直流绝缘阻抗的相应电路，例如将光伏电池组串的负端(或正端)通过二极管、开关、电阻、熔丝等限流装置接地，或者在光伏电池组串的负端(或正端)与大地之间加一个恒压源，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置，其特征在于，应用于光伏并网发电系统，所述光伏并网发电系统包括三相变压器、多个光伏组件及交流侧并联的多个逆变器；所述光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置包括：三相虚拟阻抗单元及控制单元；其中：

所述三相虚拟阻抗单元的一端分别与多个所述逆变器的交流侧及所述三相变压器的原边绕组相连，连接点的直流电压为第一电位，并通过电压采样后与所述控制单元的第一端相连；

所述三相虚拟阻抗单元的另一端与所述控制单元的第二端相连，连接点的直流电压为第二电位；

所述控制单元的第三端接地；所述控制单元用于采集所述第一电位，并根据所述第一电位、所述第二电位及所述三相虚拟阻抗单元的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值。

2.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置，其特征在于，所述控制单元根据所述第一电位、所述第二电位及所述三相虚拟阻抗单元的阻抗计算得到所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值所采用的公式为：

其中，R_Z为所述光伏并网发电系统电网侧绝缘阻抗的阻抗值；为所述三相虚拟阻抗单元的阻抗；V_ag为所述第一电位；V_dc为所述第二电位。

3.根据权利要求2所述的光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置，其特征在于，V_ag为所述第一电位中的直流分量。

4.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置，其特征在于，所述三相虚拟阻抗单元包括：第一模块、第二模块及第三模块；其中：

所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块的一端相连，连接点与所述控制单元的第二端相连；

所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块的另一端分别与多个所述逆变器的交流侧及所述三相变压器的原边绕组的连接点相连。

5.根据权利要求4所述的光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置，其特征在于，所述第一模块、所述第二模块及所述第三模块均为电阻、电容或者电感。

6.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置，其特征在于，所述控制单元的第一端为所述控制单元中的数字信号处理DSP采样口。

7.根据权利要求1至6任一所述的光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置，其特征在于，还包括：一端与多个所述逆变器的通讯端相连、另一端与所述控制单元的第四端相连的数据采集器，通过与多个所述逆变器通讯得到多个所述光伏组件的PV负端对大地电压；

所述控制单元还用于：对多个所述光伏组件的所述PV负端对大地电压进行计算和比较，得到多个所述光伏组件的PV负端对大地电压的最低值，调节所述第二电位的取值，控制所述最低值大于零。

8.一种光伏并网发电系统，其特征在于，包括：三相变压器、多个光伏组件、多个逆变器及权利要求1至6任一所述的光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置；其中：

每个所述逆变器的直流侧分别与一个所述光伏组件的输出端相连；

每个所述逆变器的交流侧并联，连接点与所述三相变压器的原边绕组相连；

所述三相变压器的副边绕组与高压电网相连。

9.一种光伏并网发电系统，其特征在于，包括：三相变压器、多个光伏组件、多个逆变器及权利要求7所述的光伏并网发电系统的电网侧绝缘阻抗检测装置；其中：

每个所述逆变器的直流侧分别与一个所述光伏组件的输出端相连；

每个所述逆变器的交流侧并联，连接点与所述三相变压器的原边绕组相连；

所述三相变压器的副边绕组与高压电网相连。