CN106645976A - 光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路 - Google Patents

光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路 Download PDF

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俞雁飞
倪华
杨宗军
薛丽英
程千
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

本申请公开了一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，该检测电路为Y形电阻网络，其第一支路接光伏电池板的正极，其第二支路接光伏电池板的负极，其第三支路接地，所述第二支路的阻值可调。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
本申请要求于2016年09月30日提交中国专利局、申请号为201610874362.2、发明名称为“光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
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1a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1a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1a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，所述检测电路为Y形电阻网络，其第一支路接光伏电池板的正极，其第二支路接光伏电池板的负极，其第三支路接地；
其中，所述第二支路的阻值可调。
其中，所述第二支路上的电路元件包括电阻和开关；所述电阻与所述开关相串联。
其中，所述第二支路上的电路元件包括第一电阻、第二电阻和开关；所述第一电阻与所述开关并联后再与所述第二电阻串联。
其中，所述第二支路上的电路元件包括电阻和开关；所述电阻与所述开关相并联。
其中，所述第二支路上的电路元件包括第一电阻、第二电阻和开关；所述第一电阻与所述开关串联后再与所述第二电阻并联。
一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，所述检测电路为Y形电阻网络，其第一支路接光伏电池板的正极，其第二支路接光伏电池板的负极，其第三支路接地；
其中，所述第一支路的阻值可调。
其中，所述第一支路上的电路元件包括电阻和开关；所述电阻与所述开关相串联。
其中，所述第一支路上的电路元件包括第一电阻、第二电阻和开关；所述第一电阻与所述开关并联后再与所述第二电阻串联。
其中，所述第一支路上的电路元件包括电阻和开关；所述电阻与所述开关相并联。
其中，所述第一支路上的电路元件包括第一电阻、第二电阻和开关；所述第一电阻与所述开关串联后再与所述第二电阻并联。
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1a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1b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结构示意图；
图2为图1b所述电路的一种具体拓扑结构示意图；
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为图1b所述电路的又一种具体拓扑结构示意图；
图5为图1b所述电路的又一种具体拓扑结构示意图；
图6为图1b所述电路的又一种具体拓扑结构示意图；
图7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的具体拓扑结构示意图；
图8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的具体拓扑结构示意图；
图9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的具体拓扑结构示意图；
图10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的具体拓扑结构示意图。
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1b，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，所述检测电路为Y形电阻网络，其第一支路接光伏电池板的正极PV+，其第二支路接光伏电池板的负极PV-，其第三支路接地GND；其中，所述第二支路的阻值可调；
所述检测电路的结构特点决定了，在所述第二支路的阻值调节前、后，光伏电池板正极对地绝缘阻抗R+和光伏电池板负极对地绝缘阻抗R-的等效并联电阻均会发生改变，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；在R+>>R-时，相较于仅改变R-上并联电阻的阻值，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，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，给出图1b所述Y形电阻网络可采用的4种具体电路拓扑(参见图2、图4、图5、图6，但并不以此作为局限。
1、图2示出了所述Y形电阻网络的一种具体电路拓扑，其中：所述第一支路上的电路元件包括电阻R1；所述第二支路上的电路元件包括电阻R2和开关S，且电阻R2与开关S相串联；所述第三支路上的电路元件包括电阻R3；通过切换开关S，即可调节所述第二支路的阻值。
此外需要说明的是，本电路拓扑中的电阻R1、电阻R2、电阻R3，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。下同。
下面，基于图2所示拓扑，推导出R+与R-的计算结果。
首先，在开关S断开的情况下，有
在开关S闭合后，图2中的电阻R1～R3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，此时构成Δ形联结的电阻为等效电阻R4～R6，等效电阻R4连接在光伏电池板的正极与地之间，等效电阻R5连接在光伏电池板的负极与地之间，等效电阻R6连接在光伏电池板的正、负极之间。R4～R6的阻值大小可以根据Y-Δ等效变换公式求解得到。
由图3可知，等效电阻R4即为开关S闭合后R+的等效并联电阻，等效电阻R5即为开关S闭合后R-的等效并联电阻，则在开关S闭合的情况下，有
式(5)中，
最后，将式(4)和式(5)联立成方程组，即可求解得到R+与R-的值为
式(6)中，R＝R1+R3。
由上述推导过程中的式(4)和式(5)可知，开关S闭合前，R+的等效并联电阻大小为R1+R3，R-上没有并联电阻(相当于R-的等效并联电阻为无穷大)；开关S闭合后，R+的等效并联电阻为R-的等效并联电阻为可见，图2所示电路在闭合开关S后同时改变了R+和R-的等效并联电阻，具体为使R+的等效并联电阻变大了，使R-的等效并联电阻变小了，满足设计要求。
2、图4示出了所述Y形电阻网络的又一种具体电路拓扑，其中：所述第一支路上的电路元件包括电阻R1；所述第二支路上的电路元件包括电阻R2、电阻R4和开关S，电阻R4与开关S并联后再与电阻R2串联；所述第三支路上的电路元件包括电阻R3；通过切换开关S，即可调节所述第二支路的阻值。
下面，基于图4所示拓扑，推导出R+与R-的计算结果。
首先，在开关S断开时，图4中的电阻R1、R3和R2+R4构成Y形联结，将该Y形联结变换为等效的Δ形联结后，可得到
式(7)中，等效电阻R5为开关S断开时R+的等效并联电阻，等效电阻R6为开关S断开时R-的等效并联电阻，R5和R6的阻值大小可根据Y-Δ等效变换公式求解得到：
在开关S闭合后，图4中的电阻R1～R3构成Y形联结，将该Y形联结变换为等效的Δ形联结后，可得到
式(8)中，等效电阻R8为开关S闭合时R+的等效并联电阻，等效电阻R9为开关S闭合时R-的等效并联电阻，R8和R9的阻值大小可根据Y-Δ等效变换公式求解得到：
最后，将式(7)和式(8)联立成方程组，即可求解得到R+与R-的值为
式(9)中，
由上述推导过程中的式(7)和式(8)可知，R8>R5、R9<R6。可见，本实施例在闭合开关S后同时改变了R+和R-的等效并联电阻，具体为使R+的等效并联电阻变大了，使R-的等效并联电阻变小了，满足设计要求。
3、图5示出了所述Y形电阻网络的又一种具体电路拓扑，其中：所述第一支路上的电路元件包括电阻R1；所述第二支路上的电路元件包括电阻R2和开关S，且电阻R2与开关S相并联；所述第三支路上的电路元件包括电阻R3；通过切换开关S，即可调节所述第二支路的阻值。
下面，基于图5所示拓扑，给出计算R+与R-的推导过程。
首先，在开关S断开时，图5中的电阻R1、R2、R3构成Y形联结，将该Y形联结变换为等效的Δ形联结后，可得到开关S断开后R+的等效并联电阻为开关S断开后R-的等效并联电阻为
在开关S闭合后，R2被短路，此时R+的等效并联电阻由R4变为无穷大，R-的等效并联电阻由R5变为R3。
最后，与前述示例同理，根据开关S闭合前后的电阻串联分压关系建立方程组，即可求解得到R+和R-的值，此处不再赘述。
在上述推导过程中，由R4<∞、R5>R3可知，闭合开关S后同时改变了R+和R-的等效并联电阻，具体为使R+的等效并联电阻变大了，使R-的等效并联电阻变小了，同样满足设计要求。
4、图6示出了所述Y形电阻网络的又一种具体电路拓扑，其中：所述第一支路上的电路元件包括电阻R1；所述第二支路上的电路元件包括电阻R2、电阻R0和开关S，且电阻R0与开关S串联后再与电阻R2并联；所述第三支路上的电路元件包括电阻R3；通过切换开关S，即可调节所述第二支路的阻值。
下面，基于图6所示拓扑，给出计算R+与R-的推导过程。
首先，在开关S断开时，图6中的电阻R1、R2、R3构成Y形联结，将该Y形联结变换为等效的Δ形联结后，可得到开关S断开后R+的等效并联电阻为开关S断开后R-的等效并联电阻为
在开关S闭合后，R2与R0并联，此时可得到开关S闭合后R+的等效并联电阻为开关S闭合后R-的等效并联电阻为
最后，根据开关S闭合前后的电阻串联分压关系建立方程组，即可求解得到R+和R-的值，此处不再赘述。
在上述推导过程中，由R4<R7、R5>R8可知，闭合开关S后同时改变了R+和R-的等效并联电阻，具体为使R+的等效并联电阻变大了，使R-的等效并联电阻变小了，同样满足设计要求。
此外，将图1b所示Y形电阻网络中阻值可调的电阻支路由第二支路替换为第一支路，同样可实现通过调节所述第一支路的阻值，来反向改变R+和R- 上并联电阻的阻值，从而使光伏电池板正、负极对地电压大小发生更大程度的变化，解决现有技术存在的问题。
下面，给出此方案下Y形电阻网络可采用的两种具体电路拓扑(参见图7、图8、图9、图10)，但并不以此作为局限。
1、图7示出了所述Y形电阻网络的一种具体电路拓扑，其第一支路上的电路元件包括电阻R1和开关S，且电阻R1与开关S相串联；其第二支路上的电路元件包括电阻R2；其第三支路上的电路元件包括电阻R3；通过切换开关S，即可调节所述第一支路的阻值。
相较于图2，图7将开关S由“开关S与电阻R2串联”修改为“开关S与电阻R1串联”，这样就可以将图2中的“在闭合开关S后使R+的等效并联电阻变大、使R-的等效并联电阻变小”的结构特点修改为“在闭合开关S后使R-的等效并联电阻变大、使R+的等效并联电阻变小”，同样满足设计要求。
2、图8示出了所述Y形电阻网络的又一种具体电路拓扑，其第一支路上的电路元件包括电阻R1、电阻R4和开关S，电阻R4与开关S并联后再与电阻R1串联；所述第二支路上的电路元件包括电阻R2；所述第三支路上的电路元件包括电阻R3；通过切换开关S，即可调节所述第一支路的阻值。
相较于图4，图8将电阻R4与开关S构成的并联结构由“该并联结构与电阻R2串联”修改为“该并联结构与电阻R1串联”，这样就可以将图4中的“在闭合开关S后使R+的等效并联电阻变大、使R-的等效并联电阻变小”的结构特点修改为“在闭合开关S后使R-的等效并联电阻变大、使R+的等效并联电阻变小”，同样满足设计要求。
3、图9示出了所述Y形电阻网络的一种具体电路拓扑，其第一支路上的电路元件包括电阻R1和开关S，且电阻R1与开关S相并联；其第二支路上的电路元件包括电阻R2；其第三支路上的电路元件包括电阻R3；通过切换开关S，即可调节所述第一支路的阻值。
相较于图5，图9将开关S由“开关S与电阻R2并联”修改为“开关S与电阻R1并联”，这样就可以将图5中的“在闭合开关S后使R+的等效并联电阻 变大、使R-的等效并联电阻变小”的结构特点修改为“在闭合开关S后使R-的等效并联电阻变大、使R+的等效并联电阻变小”，同样满足设计要求。
4、图10示出了所述Y形电阻网络的一种具体电路拓扑，其第一支路上的电路元件包括电阻R1、电阻R0和开关S，且电阻R0与开关S串联后再与电阻R1并联；其第二支路上的电路元件包括电阻R2；其第三支路上的电路元件包括电阻R3；通过切换开关S，即可调节所述第一支路的阻值。
相较于图6，图10将电阻R0与开关S构成的串联结构由“该串联结构与电阻R2并联”修改为“该串联结构与电阻R1并联”，这样就可以将图6中的“在闭合开关S后使R+的等效并联电阻变大、使R-的等效并联电阻变小”的结构特点修改为“在闭合开关S后使R-的等效并联电阻变大、使R+的等效并联电阻变小”，同样满足设计要求。
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 (10)

1.一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述检测电路为Y形电阻网络，其第一支路接光伏电池板的正极，其第二支路接光伏电池板的负极，其第三支路接地；
其中，所述第二支路的阻值可调。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第二支路上的电路元件包括电阻和开关；
其中，所述电阻与所述开关相串联。
3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第二支路上的电路元件包括第一电阻、第二电阻和开关；
其中，所述第一电阻与所述开关并联后再与所述第二电阻串联。
4.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第二支路上的电路元件包括电阻和开关；
其中，所述电阻与所述开关相并联。
5.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第二支路上的电路元件包括第一电阻、第二电阻和开关；
其中，所述第一电阻与所述开关串联后再与所述第二电阻并联。
6.一种光伏电池板对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述检测电路为Y形电阻网络，其第一支路接光伏电池板的正极，其第二支路接光伏电池板的负极，其第三支路接地；
其中，所述第一支路的阻值可调。
7.根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述第一支路上的电路元件包括电阻和开关；
其中，所述电阻与所述开关相串联。
8.根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述第一支路上的电路元件包括第一电阻、第二电阻和开关；
其中，所述第一电阻与所述开关并联后再与所述第二电阻串联。
9.根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述第一支路上的电路元件包括电阻和开关；
其中，所述电阻与所述开关相并联。
10.根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述第一支路上的电路元件包括第一电阻、第二电阻和开关；
其中，所述第一电阻与所述开关串联后再与所述第二电阻并联。
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