CN106443194B - 光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，包括电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄和开关S，其中：光伏电池板的正极经过电阻R₁和电阻R₃接地；光伏电池板的负极经过电阻R₂和电阻R₄接地；开关S一端接电阻R₁和电阻R₃的联接点，另一端接电阻R₂和电阻R₄的联接点；各电阻之间的阻值关系为，开关S闭合后，光伏电池板正极对地绝缘阻抗R₊的等效并联电阻的阻值变化与光伏电池板负极对地绝缘阻抗R_‑的等效并联电阻的阻值变化相反。本申请提高了光伏电池板对地绝缘阻抗检测精度。

Description

光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路。

背景技术

在光伏发电系统中，由于光伏电池板为露天放置，受灰尘、雨雪、大雾等天气因素的影响，会导致光伏电池板正负极对地绝缘阻抗发生变化，不仅影响到光伏发电系统的安全运行，还会威胁到人身安全。因此，在光伏发电系统启动前，有必要对光伏电池板对地绝缘阻抗进行检测，以便及时发现和消除安全隐患。

对光伏电池板对地绝缘阻抗进行检测的基本思想是：改变光伏电池板正、负极对地等效电阻的分压(即改变光伏电池板正、负极对地电压大小)，根据改变前、后的分压状态建立方程组，求解得到R₊//R_-的值。其中，R₊、R_-分别表示光伏电池板正、负极对地绝缘阻抗，//表示并联符号。

基于这一基本思想，现有技术提出了如图1所示的光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，包括：为R₊并联电阻R₁，为R_-并联电阻R₂，并为电阻R₂串联开关S；通过切换开关S即可改变光伏电池板正、负极对地电压大小。

下面，给出利用图1所示电路求解得到R₊//R_-的推导过程。

首先，定义开关S断开情况下的光伏电池板正极对地电压大小为V₁、负极对地电压大小为V₂，则根据串联分压的原理，有

闭合开关S后，R_-的等效并联电阻由无穷大变为R₂，即光伏电池板负极对地等效电阻由R_-变为R_-//R₂，此时光伏电池板正、负极对地电压大小发生改变。定义改变后的光伏电池板正极对地电压大小为V₃、负极对地电压大小为V₄，则根据串联分压的原理，有

将式(1)和式(2)联立成方程组，可求解得到R₊、R_-的值为

式(3)中，

最后，基于式(3)的求解结果，可以直接计算得到R₊//R_-的值。

由上可知，图1所示电路实质是通过改变R_-的等效并联电阻，来改变光伏电池板正、负极对地电压大小。但是，当R₊>>R_-(即V₁>>V₂)时，由于光伏电池板负极对地电压很小，所以单纯改变R_-的等效并联电阻并不会使光伏电池板正、负极对地电压发生太大变化，那么k₂与k₁的差距就非常小，由于数据处理过程中存在采样量化误差、截断误差和舍入误差等，此时会导致k₂-k₁的计算精度较低，进而导致R₊//R_-的计算精度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，以提高光伏电池板对地绝缘阻抗检测精度。

一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，包括：电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄和开关S，其中：

光伏电池板的正极经过所述电阻R₁和所述电阻R₃接地；光伏电池板的负极经过所述电阻R₂和所述电阻R₄接地；所述开关S一端接所述电阻R₁和所述电阻R₃的联接点，另一端接所述电阻R₂和所述电阻R₄的联接点；

各电阻之间的阻值关系为，所述开关S闭合后，光伏电池板正极对地绝缘阻抗R₊的等效并联电阻的阻值变化与光伏电池板负极对地绝缘阻抗R_-的等效并联电阻的阻值变化相反。

其中，各电阻之间的阻值关系具体为，R₁R₄＞R₂R₃。

其中，各电阻之间的阻值关系具体为，R₁R₄<R₂R₃。

可选地，所述光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路还包括电阻R₈；

其中，所述电阻R₈与所述开关S串联。

可选地，所述光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路还包括电阻R₉；

其中，所述电阻R₉一端接所述电阻R₃和所述电阻R₄的联接点，另一端接地。

可选地，所述光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，还包括电阻R₈和电阻R₉；

其中，所述电阻R₈与所述开关S串联；所述电阻R₉一端接所述电阻R₃和所述电阻R₄的联接点，另一端接地。

从上述的技术方案可以看出，相较于现有技术仅能改变R_-的等效并联电阻，本发明能同时改变R₊和R_-的等效并联电阻，且R₊的等效并联电阻的阻值变化与R_-的等效并联电阻的阻值变化相反。相比较而言，在R₊>>R_-时，本发明能够使光伏电池板正、负极对地电压大小发生更大程度的变化，那么k₂与k₁(k₁为改变前的光伏电池板正、负对地电压之比，k₂为改变后的光伏电池板正、负对地电压之比)的差距就会变大，从而在一定程度上解决了因数据处理过程中存在采样量化误差、截断误差和舍入误差等所导致的k₂-k₁的计算精度较低的问题，进而提高了R₊//R_-的计算精度。

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为现有技术公开的一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路拓扑结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路拓扑结构示意图；

图3为图2所示电路在开关S闭合时的等效电路结构示意图；

图4为本发明实施例公开的又一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路拓扑结构示意图；

图5为本发明实施例公开的又一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路拓扑结构示意图；

图6为本发明实施例公开的又一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路拓扑结构示意图。

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。

参见图2，本发明实施例公开了一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，以提高光伏电池板对地绝缘阻抗检测精度，包括电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄和开关S，其中：

光伏电池板的正极PV₊经过电阻R₁和电阻R₃接地；

光伏电池板的负极PV_-经过电阻R₂和电阻R₄接地；

开关S一端接电阻R₁和电阻R₃的联接点，另一端接电阻R₂和电阻R₄的联接点；

各电阻之间的阻值关系为，开关S闭合后，光伏电池板正极对地绝缘阻抗R₊的等效并联电阻的阻值变化与光伏电池板负极对地绝缘阻抗R_-的等效并联电阻的阻值变化相反；例如，可设置R₁R₄＞R₂R₃以使开关S闭合后，R₊的等效并联电阻变大，R_-的等效并联电阻变小；或者设置R₁R₄<R₂R₃以使开关S闭合后，R₊的等效并联电阻变小，R_-的等效并联电阻变大。

需要说明的是，本实施例所述的电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄，可以是单个电阻，也可以是由多个电阻串并联而成的等效电阻。

由上可知，本发明实质是通过同时改变R₊和R_-的等效并联电阻，具体为使R₊的等效并联电阻的阻值变化与R_-上并联电阻的阻值变化相反，来改变光伏电池板正、负极对地电压大小。在R₊>>R_-时，相较于现有技术仅改变R_-的等效并联电阻的方案，本发明由于还同时改变了R₊的等效并联电阻，所以能够使光伏电池板正、负极对地电压大小发生更大程度的变化，那么k₂与k₁(k₁为改变前的光伏电池板正、负对地电压之比，k₂为改变后的光伏电池板正、负对地电压之比)的差距就会变大，从而在一定程度上解决了因数据处理过程中存在采样量化误差、截断误差和舍入误差等所导致的k₂-k₁的计算精度较低的问题，进而提高了R₊//R_-的计算精度。

下面，给出利用图2所示电路求解得到R₊//R_-的推导过程。

首先，定义开关S断开情况下的光伏电池板正极对地电压大小为V₁、负极对地电压大小为V₂，则根据串联分压的原理，有

在开关S闭合后，图2中的R₁、R₃、R₃//R₄三部分构成Y形联结，将该Y形联结变换为等效的Δ形联结，可得到如图3所示电路，等效电阻R₅、等效电阻R₆和等效电阻R₇构成该Δ形联结，具体的，等效电阻R₅连接在光伏电池板的正极与地之间，等效电阻R₆连接在光伏电池板的负极与地之间，等效电阻R₇连接在光伏电池板的正、负极之间。

由图3可知，等效电阻R₅即为开关S闭合后R₊的等效并联电阻，等效电阻R₆即为开关S闭合后R_-的等效并联电阻。定义开关S闭合情况下光伏电池板正极对地电压大小为V₃、负极对地电压大小为V₄，则根据串联分压的原理，有

式(5)中，R₅和R₆的阻值可以根据Y-Δ等效变换公式求解得到，具体的，

将式(4)和式(5)联立成方程组，可以求解出R₊与R_-的值。为简化计算，设定R₁+R₃＝R₂+R₄，则

式(6)中，R₁+R₃＝R₂+R₄＝R。

最后，基于式(6)的求解结果，可以直接计算得到R₊//R_-的值。

由上述推导过程中的式(4)和式(5)可知，开关S闭合前，R₊的等效并联电阻的阻值为R₁+R₃，R_-的等效并联电阻的阻值为R₂+R₄；开关S闭合后，R₊的等效并联电阻为R_-的等效并联电阻为当R₁R₄＞R₂R₃时，R₅＞R₁+R₃，且R₆＜R₂+R₄；当R₁R₄<R₂R₃时，R₅＜R₁+R₃，且R₆＞R₂+R₄。可见，图2所示电路能够在闭合开关S后同时改变R₊和R_-的等效并联电阻，且R₊的等效并联电阻的阻值变化与R_-的等效并联电阻的阻值变化相反，满足设计要求。

综合以上对本实施例的描述可知，相较于现有技术仅能改变R_-的等效并联电阻，本实施例能同时改变R₊和R_-的等效并联电阻，且R₊的等效并联电阻的阻值变化与R_-的等效并联电阻的阻值变化相反。相比较而言，在R₊>>R_-时，本实施例能够使光伏电池板正、负极对地电压大小发生更大程度的变化，那么k₂与k₁(k₁为改变前的光伏电池板正、负对地电压之比，k₂为改变后的光伏电池板正、负对地电压之比)的差距就会变大，从而在一定程度上解决了因数据处理过程中存在采样量化误差、截断误差和舍入误差等所导致的k₂-k₁的计算精度较低的问题，进而提高了R₊//R_-的计算精度。

基于同样的发明构思，本发明实施例还公开了另外三种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，其电路拓扑分别参见图4、图5和图6。

相较于图2所示电路，图4所示电路还包括电阻R₈；其中，电阻R₈与开关S串联。

相较于图2所示电路，图5所示电路还包括电阻R₉；其中，电阻R₉一端接电阻R₃和电阻R₄的联接点，另一端接地。

相较于图2所示电路，图6所示电路还包括电阻R₈和电阻R₉；其中，电阻R₈与开关S串联；电阻R₉一端接电阻R₃和电阻R₄的联接点，另一端接地。

图4、图5和图6所示电路均满足通过切换S来同时改变R₊和R_-的等效并联电阻，且R₊的等效并联电阻的阻值变化与R_-的等效并联电阻的阻值变化相反的设计要求，因而同样能够解决现有技术存在的问题。利用图4、图5、图6所示电路求解得到R₊//R_-的推导过程，参考上述利用图2所示电路求解得到R₊//R_-的推导过程即可，这里不再赘述。

最后需要说明的是，本发明中所述的光伏电池板，可以是指为只有单路MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)装置的光伏逆变器提供输入的光伏源，也可以是指为具有多路并联MPPT装置的光伏逆变器提供输入的光伏源。基于光伏源与光伏逆变器之间的电路连接关系，本领域技术人员容易想到的是，本发明所述的光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路可以设置在光伏逆变器输入端的光伏源上，也可以设置在光伏逆变器的直流母线上。另外，本发明中涉及的R₊和R_-的计算公式，仅是以本发明中所述的光伏电池板是为只有单路MPPT装置的光伏逆变器提供输入的光伏源为例进行说明，不作为局限。

综上所述，相较于现有技术仅能改变R_-的等效并联电阻，本发明能同时改变R₊和R_-的等效并联电阻，且R₊的等效并联电阻的阻值变化与R_-的等效并联电阻的阻值变化相反。相比较而言，在R₊>>R_-时，本发明能够使光伏电池板正、负极对地电压大小发生更大程度的变化，那么k₂与k₁(k₁为改变前的光伏电池板正、负对地电压之比，k₂为改变后的光伏电池板正、负对地电压之比)的差距就会变大，从而在一定程度上解决了因数据处理过程中存在采样量化误差、截断误差和舍入误差等所导致的k₂-k₁的计算精度较低的问题，进而提高了R₊//R_-的计算精度。

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互相参见即可。

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实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例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 (4)

1.一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，包括：电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄和开关S，其中：

光伏电池板的正极经过所述电阻R₁和所述电阻R₃接地；光伏电池板的负极经过所述电阻R₂和所述电阻R₄接地；所述开关S一端接所述电阻R₁和所述电阻R₃的联接点，另一端接所述电阻R₂和所述电阻R₄的联接点；

在所述开关S断开情况下，所述光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路满足

其中，V₁、V₂分别为所述开关S断开情况下的光伏电池板正极对地电压大小和负极对地电压大小；

在所述开关S闭合情况下，所述光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路满足

其中，V₃、V₄分别为所述开关S闭合情况下的光伏电池板正极对地电压大小和负极对地电压大小；

将所述式(4)和式(5)联立成方程组，求解得到R₊与R_-的值；

所述电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃和电阻R₄之间的阻值关系为：R₁R₄＞R₂R₃或R₁R₄<R₂R₃；

在R₁R₄＞R₂R₃或R₁R₄<R₂R₃的情况下，所述开关S闭合后，光伏电池板正极对地绝缘阻抗R₊的等效并联电阻的阻值变化与光伏电池板负极对地绝缘阻抗R_-的等效并联电阻的阻值变化相反。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，还包括电阻R₈；

其中，所述电阻R₈与所述开关S串联。

3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，还包括电阻R₉；

其中，所述电阻R₉一端接所述电阻R₃和所述电阻R₄的联接点，另一端接地。

4.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，还包括电阻R₈和电阻R₉；

其中，所述电阻R₈与所述开关S串联；所述电阻R₉一端接所述电阻R₃和所述电阻R₄的联接点，另一端接地。