CN106291117B - 一种直流对地绝缘检测电路以及直流对地绝缘检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流对地绝缘检测电路以及直流对地绝缘检测方法，该直流对地绝缘检测电路包括：直流电源、第一支路、第二支路以及第三支路；第一支路的第一端与直流电源的正极连接，其第二端与虚拟信号地端口连接；第二支路的第一端与直流电源的负极连接，其第二端与虚拟信号地端口连接；第三支路的第一端与地端连接，其第二端与虚拟信号地端口连接；第一支路或第二支路或所述第三支路具有检测开关；检测开关所在支路具有多个电阻元件。本发明只需要通过简单切换检测开关的开关状态，获取第一等式关系以及第二等式关系，根据第一等式关系以及第二等式关系即可计算获得负极对地绝缘阻抗R_‑以及正极对地绝缘阻抗R₊，电路结构以及计算方法简单。

Description

一种直流对地绝缘检测电路以及直流对地绝缘检测方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，更具体的说，涉及一种直流对地绝缘检测电路以及直流对地绝缘检测方法。

背景技术

光伏并网发电系统是将太阳能电池发出的直流电转化为和供电电网电压同频、同相的交流电，是既能向负载供电，又能向供电电网输送电能的系统。其中，光伏逆变器是光伏并网发电系统的重要组成部件。

为了保证光伏并网发电系统的安全稳定，需要在并网前对光伏组件进行直流对地绝缘检测，检测对地绝缘阻抗。现有的直流对地绝缘检测电路电子元件较多，电路结构以及计算方法复杂。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种直流对地绝缘检测电路以及直流对地绝缘检测方法，电路结构以及计算方法简单。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种直流对地绝缘检测电路，包括：直流电源、第一支路、第二支路以及第三支路；

所述第一支路的第一端与所述直流电源的正极连接，其第二端与虚拟信号地端口连接；所述第二支路的第一端与所述直流电源的负极连接，其第二端与所述虚拟信号地端口连接；所述第三支路的第一端与地端连接，其第二端与所述虚拟信号地端口连接；

所述第一支路或所述第二支路或所述第三支路具有检测开关；所述检测开关所在支路具有多个电阻元件；

当所述检测开关闭合时，用于将所在支路的部分所述电阻元件短路，所述正极相对于所述地端的电压U_PG1除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN1的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有第一等式关系；

当所述检测开关断开时，所述多个电阻元件串联，所述正极相对于所述地端的电压U_PG2除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN2的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有第二等式关系；

其中，所述第一等式关系以及所述第二等式关系用于计算所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。

优选的，在上述直流对地绝缘检测电路中，所述第一支路包括：依次串联在所述正极与所述虚拟信号地端口之间的第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件；与所述第二电阻元件以及所述第三电阻元件并联的所述检测开关；

其中，所述第一电阻元件的阻值等于所述第二电阻元件的阻值，所述第三电阻元件的阻值等于所述第四电阻元件的阻值。

优选的，在上述直流对地绝缘检测电路中，所述第二支路包括：串联的第五电阻元件以及第六电阻元件，所述五电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第六电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；

所述第三支路包括：串联的第七电阻元件以及第八电阻元件，所述七电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第八电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值。

优选的，在上述直流对地绝缘检测电路中，所述第一等式关系为

所述第二等式关系为

所述正极对地绝缘阻抗为

所述负极对地绝缘阻抗为

其中，

优选的，在上述直流对地绝缘检测电路中，所述第二支路包括：依次串联在所述正极与所述虚拟信号地端口之间的第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件；与所述第二电阻元件以及所述第三电阻元件并联的所述检测开关；

其中，所述第一电阻元件的阻值等于所述第二电阻元件的阻值，所述第三电阻元件的阻值等于所述第四电阻元件的阻值。

优选的，在上述直流对地绝缘检测电路中，所述第一支路包括：串联的第五电阻元件以及第六电阻元件，所述五电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第六电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；

所述第三支路包括：串联的第七电阻元件以及第八电阻元件，所述七电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第八电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值。

优选的，在上述直流对地绝缘检测电路中，所述第一等式关系为

所述第二等式关系为

所述正极对地绝缘阻抗为

所述负极对地绝缘阻抗为

其中，

本发明还提供了一种直流对地绝缘检测方法，用于上述直流对地绝缘检测电路，所述直流对地绝缘检测方法包括：调节所述检测开关，获取所述直流对地绝缘检测电路在所述检测开关闭合时，所述正极相对于所述地端的电压U_PG1除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN1的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有的第一等式关系；以及所述直流对地绝缘检测电路在所述检测开关断开时获取所述正极相对于所述地端的电压U_PG2除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN2的比值与负极对地绝缘阻抗R-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有的第二等式关系；

根据所述第一等式关系以及所述第二等式关系，计算所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。

优选的，在上述直流对地绝缘检测方法中，所述第一支路包括：依次串联在所述正极与所述虚拟信号地端口之间的第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件；与所述第二电阻元件以及所述第三电阻元件并联的所述检测开关；其中，所述第一电阻元件的阻值等于所述第二电阻元件的阻值，所述第三电阻元件的阻值等于所述第四电阻元件的阻值；所述第二支路包括：第五电阻元件以及第六电阻元件，所述五电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第六电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；所述第二支路包括：第七电阻元件以及第八电阻元件，所述七电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第八电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；

调节所述检测开关时，所述第一等式关系以及所述第二等式关系式的计算方法包括：

所述第一电阻元件的阻值为R₁，所述第三电阻元件的阻值为R₂；在R₁＞100R₂时，，设定第一等效算法：计算时令R₂＝0；

闭合所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路以及三角型连接电路，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第一等式关系为

断开所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路以及三角型连接电路，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第二等式关系为

优选的，在上述直流对地绝缘检测方法中，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

联立所述第一等式关系以及所述第二等式关系组成方程组，计算得出，所述正极对地绝缘阻抗为

所述负极对地绝缘阻抗为

其中，

优选的，在上述直流对地绝缘检测方法中，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

在k₁＞10²,k₂＞10²时，设定第二等效算法：

基于所述第二等效算法，简化所述第一等式关系，得出第一简化等式为

基于所述第二等效算法，简化所述第二等式关系，得出第二简化等式为

根据所述第一简化等式以及所述第二简化等式计算所述负极对地绝缘阻抗为

根据所述负极对地绝缘阻抗与所述正极对地绝缘阻抗的分压关系R₊＝k₃R_-，计算所述正极对地绝缘阻抗。

优选的，在上述直流对地绝缘检测方法中，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

k₁＜10^-2,k₂＜10^-2时，设定第二等效算法：

基于所述第二等效算法，简化所述第一等式关系，得出第一简化等式为

基于所述第二等效算法，简化所述第二等式关系，得出第二简化等式为

根据所述第一简化等式以及所述第二简化等式计算所述负极对地绝缘阻抗为

根据所述负极对地绝缘阻抗与所述正极对地绝缘阻抗的分压关系R₊＝k₃R_-，计算所述正极对地绝缘阻抗。

优选的，在上述直流对地绝缘检测方法中，所述第二支路包括：依次串联在所述正极与所述虚拟信号地端口之间的第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件；与所述第二电阻元件以及所述第三电阻元件并联的所述检测开关；其中，所述第一电阻元件的阻值等于所述第二电阻元件的阻值，所述第三电阻元件的阻值等于所述第四电阻元件的阻值；所述第一支路包括：第五电阻元件以及第六电阻元件，所述五电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第六电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；所述第三支路包括：第七电阻元件以及第八电阻元件，所述七电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第八电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；

调节所述检测开关时，所述第一等式关系以及所述第二等式关系式的计算方法包括：

所述第一电阻元件的阻值为R₁，所述第三电阻元件的阻值为R₂；在R₁＞100R₂时，，设定第一等效算法：计算时令R₂＝0；

闭合所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路以及三角型连接电路，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第一等式关系为

断开所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路以及三角型连接电路，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第二等式关系为

优选的，在上述直流对地绝缘检测方法中，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

联立所述第一等式关系以及所述第二等式关系组成方程组，计算得出，所述正极对地绝缘阻抗为

所述负极对地绝缘阻抗为

其中，

优选的，在上述直流对地绝缘检测方法中，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

在k₁＞10²,k₂＞10²时，设定第二等效算法：

基于所述第二等效算法，简化所述第一等式关系，得出第一简化等式为

基于所述第二等效算法，简化所述第二等式关系，得出第二简化等式为

根据所述第一简化等式以及所述第二简化等式计算所述负极对地绝缘阻抗为

根据所述负极对地绝缘阻抗与所述正极对地绝缘阻抗的分压关系R₊＝k₃R_-，计算所述正极对地绝缘阻抗。

优选的，在上述直流对地绝缘检测方法中，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

k₁＜10^-2,k₂＜10^-2时，设定第二等效算法：

基于所述第二等效算法，简化所述第一等式关系，得出第一简化等式为

基于所述第二等效算法，简化所述第二等式关系，得出第二简化等式为

根据所述第一简化等式以及所述第二简化等式计算所述负极对地绝缘阻抗为

根据所述负极对地绝缘阻抗与所述正极对地绝缘阻抗的分压关系R₊＝k₃R_-，计算所述正极对地绝缘阻抗。

通过上述描述可知，本发明所述直流对地绝缘检测电路包括：直流电源、第一支路、第二支路以及第三支路；所述第一支路的第一端与所述直流电源的正极连接，其第二端与虚拟信号地端口连接；所述第二支路的第一端与所述直流电源的负极连接，其第二端与所述虚拟信号地端口连接；所述第三支路的第一端与地端连接，其第二端与所述虚拟信号地端口连接；所述第一支路或所述第二支路或所述第三支路具有检测开关；所述检测开关所在支路具有多个电阻元件；当所述检测开关闭合时，用于将所在支路的部分所述电阻元件短路，所述正极相对于所述地端的电压U_PG1除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN1的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有第一等式关系；当所述检测开关断开时，所述多个电阻元件串联，所述正极相对于所述地端的电压U_PG2除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN2的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有第二等式关系；其中，所述第一等式关系以及所述第二等式关系用于计算所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。

通过所述直流对地绝缘检测电路检测直流电源的负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊时，只需要通过简单切换所述检测开关的开关状态，在所述检测开关闭合时获取所述第一等式关系，在所述检测开关断开时获取所述第二等式关系，根据所述第一等式关系以及所述第二等式关系即可计算获得所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。所述直流对地绝缘检测电路三个支路只需要通过简单的电阻元件以及一个检测开关，电路结构以及计算方法简单。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种直流对地绝缘检测电路的电路图；

图2为本发明实施例提供的另一种直流对地绝缘检测电路的电路图；

图3为本发明实施例提供的一种隔离差分运算放大器的结构示意图；

图4a为检测开关闭合时图2所示电路的等效电路的星型连接电路；

图4b为检测开关闭合时图2所示电路的等效电路的三角型连接电路；

图5a为检测开关断开时图2所示电路的等效电路的星型连接电路；

图5b为检测开关断开时图2所示电路的等效电路的三角型连接电路；

图6为本发明实施例提供的又一种直流对地绝缘检测电路的电路图；

图7a为检测开关断开时图6所示电路的等效电路的星型连接电路；

图7b为检测开关断开时图6所示电路的等效电路的三角型连接电路；

图8为本发明实施例提供的一种直流对地绝缘检测方法的流程示意图；

图9为本发明实施例提供的一种第一等式关系以及第二等式关系的计算方法的流程示意图；

图10为本发明实施例提供的一种负极对地绝缘阻抗以及所述正极对地绝缘阻抗的计算方法的流程示意图；

图11为本发明实施例提供的另一种第一等式关系以及第二等式关系的计算方法的流程示意图；

图12为本发明实施例提供的另一种负极对地绝缘阻抗以及所述正极对地绝缘阻抗的计算方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的直流对地绝缘检测电路电子元件较多，电路结构以及计算方法复杂。一般的，现有技术需要较多的支路，且开关元件需要承受整个直流电源的电压，容易损坏检测开关；电压采样采用共电源负端分压电阻分压采样，控制侧与电源功率侧不隔离；在正极对地绝缘阻抗与负极对地绝缘阻抗差值很大时，算法和方案太过复杂。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种直流对地绝缘检测电路，包括：直流电源、第一支路、第二支路以及第三支路；

所述第一支路的第一端与所述直流电源的正极连接，其第二端与虚拟信号地端口连接；所述第二支路的第一端与所述直流电源的负极连接，其第二端与所述虚拟信号地端口连接；所述第三支路的第一端与地端连接，其第二端与所述虚拟信号地端口连接；

所述第一支路或所述第二支路或所述第三支路具有检测开关；所述检测开关所在支路具有多个电阻元件；

当所述检测开关闭合时，用于将所在支路的部分所述电阻元件短路，所述正极相对于所述地端的电压U_PG1除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN1的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有第一等式关系；

当所述检测开关断开时，所述多个电阻元件串联，所述正极相对于所述地端的电压U_PG2除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN2的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有第二等式关系；

其中，所述第一等式关系以及所述第二等式关系用于计算所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。

本发明实施例所述直流对地绝缘检测电路检测直流电源的负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊时，只需要通过简单切换所述检测开关的开关状态，在所述检测开关闭合时获取所述第一等式关系，在所述检测开关断开时获取所述第二等式关系，根据所述第一等式关系以及所述第二等式关系即可计算获得所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。所述直流对地绝缘检测电路三个支路只需要通过简单的电阻元件以及一个检测开关，电路结构以及计算方法简单。

为了使本发明实施例提供的技术方案更加清楚，下面结合附图对上述方案进行详细描述。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种直流对地绝缘检测电路的电路图，所述直流对地绝缘检测电路的电路图包括：直流电源U_dc、第一支路11、第二支路12以及第三支路13。

所述第一支路11的第一端与所述直流电源的正极P连接，其第二端与虚拟信号地端口GND1连接；所述第二支路12的第一端与所述直流电源的负极N连接，其第二端与所述虚拟信号地端口GND1连接；所述第三支路13的第一端与地端G连接，其第二端与所述虚拟信号地端口GND1连接。

所述第一支路11或所述第二支路12具有检测开关；所述检测开关所在支路具有多个电阻元件。当所述检测开关闭合时，所述检测开关用于将所在支路的部分所述电阻元件短路，所述正极P相对于所述地端G的电压U_PG1除以所述地端G相对于所述负极N的电压U_GN1的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有第一等式关系。当所述检测开关断开时，所述多个电阻元件串联，所述正极P相对于所述地端G的电压U_PG2除以所述地端G相对于所述负极N的电压U_GN2的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有第二等式关系。

其中，所述第一等式关系以及所述第二等式关系用于计算所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。

当所述检测开关设置在所述第一支路时，所述直流对地绝缘检测电路的各个支路的实现方式如图2所示。

参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种直流对地绝缘检测电路的电路图，包括第一支路11、第二支路12以及以及第三支路13。第一支路11设置有检测开关S₁。

所述第一支路11包括：依次串联在所述正极P与所述虚拟信号地端口GND1之间的第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件；与所述第二电阻元件以及所述第三电阻元件并联的所述检测开关S₁。其中，所述第一电阻元件的阻值等于所述第二电阻元件的阻值，所述第三电阻元件的阻值等于所述第四电阻元件的阻值。如图2所示，第一支路11中，第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件在由左至右的方向上顺次连接。第一电阻元件以及第二电阻元件的阻值为R₁，第三电阻元件以及第四电阻元件的阻值为R₂。

所述第二支路12包括：串联的第五电阻元件以及第六电阻元件，所述五电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值R₁；所述第六电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值R₂。第五电阻元件与第六电阻元件串联在负极N与虚拟信号地端口GND1之间。

所述第三支路13包括：串联的第七电阻元件以及第八电阻元件，所述七电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值R₁；所述第八电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值R₂。串联的第七电阻元件与第八电阻元件串联在地端G与虚拟信号地端口GND1之间。所述第二支路12与所述第三支路13相同。

在图2所示直流对地绝缘检测电路中，R₊和R_-分别为直流电源的正极对地绝缘阻抗和负极对地绝缘阻抗，三条支路中，阻值为R₁和R₂的电阻元件为直流电源U_dc两端和虚拟信号地端口GND1之间、地端G和虚拟信号地端口GND1之间的阻抗连接。

各个电阻元件主要用于分压采样直流电压。当R₁＞＞R₂时，同一支路中，由于所有电阻元件串联，阻值为R₂的电阻元件相对于阻值为R₁的电阻元件对所在支路的总阻抗影响很小，因此在分析阻抗特性时可忽略阻值为R₂的电阻元件的阻值的影响。此时，通过图2中节点电压U₁、U₂、U₃和隔离差分运算放大器可获取所述正极P相对于所述地端G的电压U_PG、所述地端G相对于所述负极N的电压U_GN和直流电源两端电压U_PN(即U_dc)。具体的，节点电压U₁与U₂进行差分运算可以获得U_PG，节点电压U₂与U₃进行差分运算可以获得U_GN。

参考图3，图3为本发明实施例提供的一种隔离差分运算放大器的结构示意图。所示隔离差分运算放大器的GND1端口对应连接直流对地绝缘检测电路的虚拟信号地端口GND1。隔离差分运算放大器的正输入端VINP以及负输入端VINN分别用于输入节点电压U₁、或节点电压U₂、或节点电压U₃。隔离差分运算放大器的两个电源端VDD1以及VDD2用于输入直流工作电压。隔离差分运算放大器的GND2端口用于接控制侧地。根据隔离差分运算放大器输出端VOUTP以及VOUTN的输出检测结果，再经过普通运算放大器差分调理后可以计算获取U_PG、U_GN和U_PN。

可选的，当R₁＞100R₂时，视为R₁＞＞R₂，此时，在所有电阻元件串联的支路上，阻值为R₂的电阻元件相对于阻值为R₁的电阻元件对所在支路的总阻抗影响很小，因此在分析阻抗特性时可忽略阻值为R₂的电阻元件的阻值的影响，即在进行数值计算时，可以等效R₂＝0。

在图2所示实施方式中，检测开关S₁闭合时，如上述分析忽略阻值为R₂的电阻元件的影响。

当检测开关S₁闭合时，图2所示电路图可以等效为图4a以及图4b所示的两种连接方式。其中，图4a为检测开关S₁闭合时图2所示电路的等效电路的星型连接电路，图4b为检测开关S₁闭合时图2所示电路的等效电路的三角型连接电路。此时根据分压关系可得：

所述第一等式关系为

其中，U_PG1为检测开关S1闭合时直流电源U_dc的正极P到相对于所述地端G的电压，U_GN1为检测开关S1闭合时所述地端G相对于直流电源U_dc的负极N的电压。

在图2所示实施方式中，所述检测开关S₁断开时，如上述分析忽略阻值为R₂的电阻元件的分压，图2所示电路图可以等效为图5a以及图5b所示的两种连接方式。其中，图5a为检测开关S₁断开时图2所示电路的等效电路的星型连接电路，图5b为检测开关S₁断开时图2所示电路的等效电路的三角型连接电路。

当所述检测开关S₁断开时，基于图5a以及图5b所示等效电路，可得：

所述第二等式关系为

其中，U_PG2为检测开关S1断开时直流电源U_dc的正极P到相对于所述地端G的电压，U_GN2为检测开关S1断开时所述地端G相对于直流电源U_dc的负极N的电压。“∥”表示电阻并联。

这样，联立上述等式(1)和(2)即可得出：

所述正极对地绝缘阻抗为

所述负极对地绝缘阻抗为

其中，且k₁、k₂、k₃均为图2所示实施例的对应参数值，R₁为电阻元件的实际阻值。利用式(3)和式(4)可以解得R₊和R_-任意关系下的解析值。

当所述检测开关设置在所述第二支路时，所述直流对地绝缘检测电路的各个支路的实现方式如图6所示。

参考图6，图6为本发明实施例提供的又一种直流对地绝缘检测电路的电路图，包括第一支路11、第二支路12以及以及第三支路13。第二支路12设置有检测开关S₁。

所述第二支路12包括：依次串联在所述正极P与所述虚拟信号地端口GND1之间的第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件；与所述第二电阻元件以及所述第三电阻元件并联的所述检测开关S₁。其中，所述第一电阻元件的阻值等于所述第二电阻元件的阻值，所述第三电阻元件的阻值等于所述第四电阻元件的阻值。如图6所示，第二支路12中，第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件在由左至右的方向上顺次连接。第一电阻元件以及第二电阻元件的阻值为R₁，第三电阻元件以及第四电阻元件的阻值为R₂。

所述第一支路11包括：串联的第五电阻元件以及第六电阻元件，所述五电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第六电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值。第五电阻元件与第六电阻元件串联在正极P与虚拟信号地端口GND1之间。

所述第三支路13包括：串联的第七电阻元件以及第八电阻元件，所述七电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第八电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值。串联的第七电阻元件与第八电阻元件串联在地端G与虚拟信号地端口GND1之间。所述第二支路12与所述第三支路13相同。

在图6所示实施方式中，与图2所示实施方式相同，在R₁＞＞R₂时，同一支路中，忽略阻值为R₂的电阻元件的分压。

当检测开关S₁闭合时，图6与图2的电路结构相同，故此时所述第一等式关系也相同，第一等式关系为

其中，U_PG1为检测开关S1闭合时直流电源U_dc的正极P到相对于所述地端G的电压，U_GN1为检测开关S1闭合时所述地端G相对于直流电源U_dc的负极N的电压。

当检测开关S₁断开时，忽略阻值为R₂的电阻元件的分压，图6所示电路图可以等效为图7a以及图7b所示的两种连接方式。其中，图7a为检测开关S₁断开时图6所示电路的等效电路的星型连接电路，图7b为检测开关S₁断开时图6所示电路的等效电路的三角型连接电路。

当所述检测开关S₁断开时，基于图7a以及图7b所示等效电路，可得：

所述第二等式关系为

其中，U_PG2为检测开关S1断开时直流电源U_dc的正极P到相对于所述地端G的电压，U_GN2为检测开关S1断开时所述地端G相对于直流电源U_dc的负极N的电压。

这样，联立上述等式(5)和(6)即可得出：

所述正极对地绝缘阻抗为

所述负极对地绝缘阻抗为

其中，且k₁、k₂、k₃均为图6所示实施例的对应参数值，R₁为电阻元件的实际阻值。利用式(7)和式(8)可以解得R₊和R_{_}任意关系下的解析值。

通过上述描述可知，本发明实施例所述直流对地绝缘检测电路只需要把各电阻元件以及一个开关元件构成三条支路，电路结构简单。而且作为检测开关的开关元件无需承载整个直流电源的电压，不易损坏。同时电压采用无需采用共电源幅度按分压电阻分压采样的方式，避免了控制侧与电源功率侧不隔离的问题。

本发明实施例所述直流对地绝缘检测电路可以直接通过隔离差分运算放大器检测对应的节点电压直接获取得到U_PG以及U_GN。利用上述计算公式，根据检测开关闭合以及断开时的U_PG以及U_GN计算得出R₊和R_-，电压采样以及对地绝缘阻抗计算方法简单，且可以解得R₊和R_-任意关系下的解析值，克服了现有技术中在R₊和R_-差值很大时算法和方案太过复杂的问题。

基于上述实施例，本发明另一实施例提供了一种直流对地绝缘检测方法，用于上述直流对地绝缘检测电路。所述直流对地绝缘检测方法如图8所示。

参考图8，图8为本发明实施例提供的一种直流对地绝缘检测方法的流程示意图，该直流对地绝缘检测方法包括：

步骤S11：调节检测开关，获取第一等式关系以及第二等式关系。

调节所述检测开关，使得所述检测开关闭合，获取所述直流对地绝缘检测电路在所述检测开关闭合时，所述正极相对于所述地端的电压U_PG1除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN1的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有的第一等式关系。

然后，使得所述检测开关断开，获取所述直流对地绝缘检测电路在所述检测开关断开时所述正极相对于所述地端的电压U_PG2除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN2的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有的第二等式关系。

需要说明的是，在调节所述检测开关获取所述第一等式关系以及所述第二等式关系时，可以先闭合所述检测开关以获取所述第一等式关系，再断开所述检测开关以获取所述第二等式关系；也可以先断开所述检测开关以获取所述第二等式关系，再闭合所述检测开关以获取所述第一等式关系。

步骤S12：根据所述第一等式关系以及所述第二等式关系，计算所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。

在步骤S11中，当所述直流对地绝缘检测电路如图2所示时，所述检测开关设置在所述第一支路，此时，调节所述检测开关时，所述第一等式关系以及所述第二等式关系式的计算方法如图9所示，该计算方法包括：

步骤S21：设定第一等效算法。

所述第一电阻元件的阻值为R₁，所述第三电阻元件的阻值为R₂；在R₁＞100R₂时，可以视为R₁＞＞R₂，在同一串联支路中，可忽略阻值为R₂的电阻元件在支路中的影响，设定第一等效算法：计算时令R₂＝0。

步骤S22：基于上述第一等效算法，根据等效电路计算得出所述第一等式关系以及所述第二等式关系。

闭合所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路(如图4a所示)以及三角型连接电路(如图4b所示)，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第一等式关系为：

断开所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路(如图5a所示)以及三角型连接电路(如图5b所示)，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第二等式关系为：

当所述第一等式关系如(1)所示，所述第二等是关系如(2)所示时，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

联立所述第一等式关系以及所述第二等式关系组成方程组，计算得出，所述正极对地绝缘阻抗为：

所述负极对地绝缘阻抗为：

其中，

当所述第一等式关系如(1)所示，所述第二等是关系如(2)所示时，如果k₁、k₂以及k₃在10²量级内，可以根据上式(3)、(4)直接计算获取负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。

当所述第一等式关系如(1)所示，所述第二等是关系如(2)所示时，如果直接计算获取正极对地绝缘阻抗R₊与负极对地绝缘阻抗R-的差值较大，即正极对地绝缘阻抗R_+-与负极对地绝缘阻抗R_-中的一者较小，则会存在k₁以及k₂大于10²量级或者小于10^-2量级。

如果k₁＞10²,k₂＞10²时，有R₊＞＞R_-，此时，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法如图10所示，该计算方法包括：

步骤S31：设定第二等效算法。

在k₁＞10²,k₂＞10²时，设定第二等效算法：

步骤S32：基于上述第二等效算法简化第一等式关系以及第二等式关系。

基于所述第二等效算法，简化所述第一等式关系，得出第一简化等式为：

基于所述第二等效算法，简化所述第二等式关系，得出第二简化等式为：

步骤S33：基于简化结果计算正极对地绝缘阻抗以及负极对地绝缘阻抗。

上式(9)、(10)获取两个负极对地绝缘阻抗，为保证测量结果的正确，可以取二者的平均值作为负极对地绝缘阻抗的解析值。因此，根据所述第一简化等式以及所述第二简化等式计算所述负极对地绝缘阻抗为：

然后，根据所述负极对地绝缘阻抗与所述正极对地绝缘阻抗的分压关系R₊＝k₃R_-，计算所述正极对地绝缘阻抗。

在步骤S11中，当所述直流对地绝缘检测电路如图6所示时，所述检测开关设置在所述第二支路，此时，调节所述检测开关时，所述第一等式关系以及所述第二等式关系式的计算方法如图11所示，该计算方法包括：

步骤S41：设定第一等效算法。

所述第一电阻元件的阻值为R₁，所述第三电阻元件的阻值为R₂；在R₁＞100R₂时，可以视为R₁＞＞R₂，在同一串联支路中，可忽略阻值为R₂的电阻元件在支路中的影响，设定第一等效算法：计算时令R₂＝0。。

步骤S42：基于上述第一等效算法，根据等效电路计算得出所述第一等式关系以及所述第二等式关系。

闭合所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路(如图4a所示)以及三角型连接电路(如图4b所示)，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第一等式关系为：

断开所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路(如图7a所示)以及三角型连接电路(如图7b所示)，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第二等式关系为：

当所述第一等式关系如(5)所示，所述第二等是关系如(6)所示时，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

联立所述第一等式关系以及所述第二等式关系组成方程组，计算得出，所述正极对地绝缘阻抗为：

所述负极对地绝缘阻抗为：

其中，

对于图6所示实施方式，同样，如果k₁＞10²,k₂＞10²时，有R₊＞＞R_-，此时，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法如图12所示，该计算方法包括：

步骤S51：设定第二等效算法。

在k₁＞10²,k₂＞10²时，设定第二等效算法：

步骤S52：基于上述等效算法简化第一等式关系以及第二等式关系。

基于所述第二等效算法，简化所述第一等式关系，得出第一简化等式为：

基于所述第二等效算法，简化所述第二等式关系，得出第二简化等式为：

步骤S53：基于简化结果计算正极对地绝缘阻抗以及负极对地绝缘阻抗。

上式(12)、(13)获取两个负极对地绝缘阻抗，为保证测量结果的正确，可以取二者的平均值作为负极对地绝缘阻抗的解析值。因此，根据所述第一简化等式以及所述第二简化等式计算所述负极对地绝缘阻抗为：

然后，根据所述负极对地绝缘阻抗与所述正极对地绝缘阻抗的分压关系R₊＝k₃R_-，计算所述正极对地绝缘阻抗。

同理，在k₁＜10^-2,k₂＜10^-2时，有R₊＜＜R_{_}，即此时，执行步骤S31时，可以设定第二等效算法为

在设定第二等效算法为时，对于图2所示实施方式执行步骤S32，基于上述第二等效算法简化第一等式关系以及第二等式关系，(1)和(2)可以分别简化为：

执行上述步骤S33，基于简化结果计算正极对地绝缘阻抗以及负极对地绝缘阻抗，通过(15)和(16)可以得到两个正极对地绝缘阻抗，为保证测量结果的精确，可以取二者的平均值作为正极对地绝缘阻抗的解析值：

然后，再根据R₊和R_-的数值关系R₊＝k₃R_-，得到负母线对地绝缘阻抗值。

对于图6所示实施方式，同样执行步骤S31时，可以设定第二等效算法为

在设定第二等效算法为时，对于图6所示实施方式执行步骤S32，基于上述第二等效算法简化第一等式关系以及第二等式关系，(5)和(6)可以分别简化为：

执行上述步骤S33，基于简化结果计算正极对地绝缘阻抗以及负极对地绝缘阻抗，通过(18)和(19)可以得到两个正极对地绝缘阻抗，为保证测量结果的精确，可以取二者的平均值作为正极对地绝缘阻抗的解析值：

然后，再根据R₊和R_-的数值关系R₊＝k₃R_-，得到负母线对地绝缘阻抗值。

需要说明的是，本发明实施例中，与检测开关并联的电阻元件的实施方式包括但不局限于本发明实施例说明书附图所示方式。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以相互补充说明。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (16)

1.一种直流对地绝缘检测电路，其特征在于，包括：直流电源、第一支路、第二支路以及第三支路；

所述第一支路的第一端与所述直流电源的正极连接，其第二端与虚拟信号地端口连接；所述第二支路的第一端与所述直流电源的负极连接，其第二端与所述虚拟信号地端口连接；所述第三支路的第一端与地端连接，其第二端与所述虚拟信号地端口连接；

所述第一支路或所述第二支路或所述第三支路具有检测开关；所述检测开关所在支路具有多个电阻元件；

当所述检测开关闭合时，用于将所在支路的部分所述电阻元件短路，所述正极相对于所述地端的电压U_PG1除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN1的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有第一等式关系；

当所述检测开关断开时，所述多个电阻元件串联，所述正极相对于所述地端的电压U_PG2除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN2的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有第二等式关系；

其中，所述第一等式关系以及所述第二等式关系用于计算所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。

2.根据权利要求1所述的直流对地绝缘检测电路，其特征在于，所述第一支路包括：依次串联在所述正极与所述虚拟信号地端口之间的第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件；与所述第二电阻元件以及所述第三电阻元件并联的所述检测开关；

其中，所述第一电阻元件的阻值等于所述第二电阻元件的阻值，所述第三电阻元件的阻值等于所述第四电阻元件的阻值。

3.根据权利要求2所述的直流对地绝缘检测电路，其特征在于，所述第二支路包括：串联的第五电阻元件以及第六电阻元件，所述五电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第六电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；

所述第三支路包括：串联的第七电阻元件以及第八电阻元件，所述七电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第八电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值。

4.根据权利要求3所述的直流对地绝缘检测电路，其特征在于，所述第一等式关系为

所述第二等式关系为

所述正极对地绝缘阻抗为

所述负极对地绝缘阻抗为

其中，

5.根据权利要求1所述的直流对地绝缘检测电路，其特征在于，所述第二支路包括：依次串联在所述正极与所述虚拟信号地端口之间的第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件；与所述第二电阻元件以及所述第三电阻元件并联的所述检测开关；

其中，所述第一电阻元件的阻值等于所述第二电阻元件的阻值，所述第三电阻元件的阻值等于所述第四电阻元件的阻值。

6.根据权利要求5所述的直流对地绝缘检测电路，其特征在于，所述第一支路包括：串联的第五电阻元件以及第六电阻元件，所述五电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第六电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；

所述第三支路包括：串联的第七电阻元件以及第八电阻元件，所述七电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第八电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值。

7.根据权利要求6所述的直流对地绝缘检测电路，其特征在于，所述第一等式关系为

所述第二等式关系为

所述正极对地绝缘阻抗为

所述负极对地绝缘阻抗为

其中，

8.一种直流对地绝缘检测方法，其特征在于，用于如权利要求1-7任一项所述的直流对地绝缘检测电路，所述直流对地绝缘检测方法包括：调节所述检测开关，获取所述直流对地绝缘检测电路在所述检测开关闭合时，所述正极相对于所述地端的电压U_PG1除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN1的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有的第一等式关系；以及所述直流对地绝缘检测电路在所述检测开关断开时获取所述正极相对于所述地端的电压U_PG2除以所述地端相对于所述负极的电压U_GN2的比值与负极对地绝缘阻抗R_-以及正极对地绝缘阻抗R₊具有的第二等式关系；

根据所述第一等式关系以及所述第二等式关系，计算所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊。

9.根据权利要求8所述的直流对地绝缘检测方法，其特征在于，所述第一支路包括：依次串联在所述正极与所述虚拟信号地端口之间的第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件；与所述第二电阻元件以及所述第三电阻元件并联的所述检测开关；其中，所述第一电阻元件的阻值等于所述第二电阻元件的阻值，所述第三电阻元件的阻值等于所述第四电阻元件的阻值；所述第二支路包括：第五电阻元件以及第六电阻元件，所述五电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第六电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；所述第二支路包括：第七电阻元件以及第八电阻元件，所述七电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第八电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；

调节所述检测开关时，所述第一等式关系以及所述第二等式关系式的计算方法包括：

所述第一电阻元件的阻值为R₁，所述第三电阻元件的阻值为R₂；在R₁＞100R₂时，设定第一等效算法：计算时令R₂＝0；

闭合所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路以及三角型连接电路，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第一等式关系为

断开所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路以及三角型连接电路，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第二等式关系为

10.根据权利要求9所述的直流对地绝缘检测方法，其特征在于，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

联立所述第一等式关系以及所述第二等式关系组成方程组，计算得出，所述正极对地绝缘阻抗为

所述负极对地绝缘阻抗为

其中，

11.根据权利要求9所述的直流对地绝缘检测方法，其特征在于，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

在k₁＞10²,k₂＞10²时，设定第二等效算法：

基于所述第二等效算法，简化所述第一等式关系，得出第一简化等式为

基于所述第二等效算法，简化所述第二等式关系，得出第二简化等式为

根据所述第一简化等式以及所述第二简化等式计算所述负极对地绝缘阻抗为

根据所述负极对地绝缘阻抗与所述正极对地绝缘阻抗的分压关系R₊＝k₃R_-，计算所述正极对地绝缘阻抗。

12.根据权利要求9所述的直流对地绝缘检测方法，其特征在于，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

k₁＜10^-2,k₂＜10^-2时，设定第二等效算法：

基于所述第二等效算法，简化所述第一等式关系，得出第一简化等式为

基于所述第二等效算法，简化所述第二等式关系，得出第二简化等式为

根据所述第一简化等式以及所述第二简化等式计算所述负极对地绝缘阻抗为

根据所述负极对地绝缘阻抗与所述正极对地绝缘阻抗的分压关系R₊＝k₃R_-，计算所述正极对地绝缘阻抗。

13.根据权利要求8所述的直流对地绝缘检测方法，其特征在于，所述第二支路包括：依次串联在所述正极与所述虚拟信号地端口之间的第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件以及第四电阻元件；与所述第二电阻元件以及所述第三电阻元件并联的所述检测开关；其中，所述第一电阻元件的阻值等于所述第二电阻元件的阻值，所述第三电阻元件的阻值等于所述第四电阻元件的阻值；所述第一支路包括：第五电阻元件以及第六电阻元件，所述五电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第六电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；所述第三支路包括：第七电阻元件以及第八电阻元件，所述七电阻元件的阻值等于所述第一电阻元件的阻值；所述第八电阻元件的阻值等于所述第三电阻元件的阻值；

调节所述检测开关时，所述第一等式关系以及所述第二等式关系式的计算方法包括：

所述第一电阻元件的阻值为R₁，所述第三电阻元件的阻值为R₂；在R₁＞100R₂时，设定第一等效算法：计算时令R₂＝0；

闭合所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路以及三角型连接电路，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第一等式关系为

断开所述检测开关，基于上述第一等效算法，将所述直流对地绝缘检测电路分别等效为星型连接电路以及三角型连接电路，根据所述星型连接电路以及所述三角型连接电路计算得出所述第二等式关系为

14.根据权利要求13所述的直流对地绝缘检测方法，其特征在于，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

联立所述第一等式关系以及所述第二等式关系组成方程组，计算得出，所述正极对地绝缘阻抗为

所述负极对地绝缘阻抗为

其中，

15.根据权利要求13所述的直流对地绝缘检测方法，其特征在于，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

在k₁＞10²,k₂＞10²时，设定第二等效算法：

基于所述第二等效算法，简化所述第一等式关系，得出第一简化等式为

基于所述第二等效算法，简化所述第二等式关系，得出第二简化等式为

根据所述第一简化等式以及所述第二简化等式计算所述负极对地绝缘阻抗为

根据所述负极对地绝缘阻抗与所述正极对地绝缘阻抗的分压关系R₊＝k₃R_-，计算所述正极对地绝缘阻抗。

16.根据权利要求13所述的直流对地绝缘检测方法，其特征在于，所述负极对地绝缘阻抗R_-以及所述正极对地绝缘阻抗R₊的计算方法包括：

k₁＜10^-2,k₂＜10^-2时，设定第二等效算法：

基于所述第二等效算法，简化所述第一等式关系，得出第一简化等式为

基于所述第二等效算法，简化所述第二等式关系，得出第二简化等式为

根据所述第一简化等式以及所述第二简化等式计算所述负极对地绝缘阻抗为

根据所述负极对地绝缘阻抗与所述正极对地绝缘阻抗的分压关系R₊＝k₃R_-，计算所述正极对地绝缘阻抗。