CN110161314A

CN110161314A - 光伏绝缘阻抗检测电路

Info

Publication number: CN110161314A
Application number: CN201910537927.1A
Authority: CN
Inventors: 韦文远; 区敏聪; 陈大洋
Original assignee: Sunwoda Electronic Co Ltd
Current assignee: Sunwoda Electronic Co Ltd
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2019-08-23

Abstract

本发明揭示了一种光伏绝缘阻抗检测电路，包括：检测电路和电桥电路；所述电桥电路包括第一电阻电路和第二电阻电路，所述第一电阻电路与所述第二电阻电路并联，所述第一电阻电路由第一电阻和第二电阻串联形成，所述第二电阻电路由第三电阻和第四电阻串联形成；所述检测电路包括检测电阻和电压采样电路，所述检测电阻的一端连接于第一电阻和第二电阻之间，另一端连接于第三电阻和第四电阻之间，所述检测电阻的两端还与所述电压采样电路连接。本发明基于电桥平衡原理，检测桥臂中间电阻电压的方式，可实现对光伏绝缘阻抗的精确检测。

Description

光伏绝缘阻抗检测电路

技术领域

本发明涉及到绝缘阻抗检测电路，特别是涉及到光伏绝缘阻抗检测电路。

背景技术

光伏电站发电系统为了满足大功率输出的需要，通常光伏电站电池组件串联电压较高，此外，光伏电池组在现场运行环境恶劣，其正负极对地的绝缘性能会随着运行时间不断下降，其中光伏逆变器在对地绝缘阻抗下降的情况时开机，在阻抗降低的地方会有电流流过，容易危害人的安全。因此，为了实现对光伏电池组绝缘阻抗的实时检测，光伏发电系统需要在光伏逆变器并网前，准确检测计算光伏电池组对大地的绝缘阻抗。

目前，大多数采用伏安法实现对光伏绝缘阻抗的检测，而伏安法检测精度不高，当光伏电压较低时，检测不出光伏绝缘阻抗的大小。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种光伏绝缘阻抗检测电路，可解决以往伏安法检测光伏绝缘阻抗精度不高的问题。

本发明提出一种光伏绝缘阻抗检测电路，包括：检测电路和电桥电路；电桥电路包括第一电阻电路和第二电阻电路，第一电阻电路与第二电阻电路并联，第一电阻电路由第一电阻和第二电阻串联形成，第二电阻电路由第三电阻和第四电阻串联形成；检测电路包括检测电阻和电压采样电路，检测电阻的一端连接于第一电阻和第二电阻之间，另一端连接于第三电阻和第四电阻之间，检测电阻的两端还与电压采样电路连接。

进一步地，光伏检测绝缘阻抗检测电路还包括继电器控制电路，继电器控制电路包括继电器；继电器包括线圈、电磁铁和衔铁开关，衔铁开关的一端为继电器控制电路的输入端，连接检测电阻，衔铁开关的另一端为继电器控制电路的输出端，输出端接地；线圈环绕电磁铁设置，线圈的输入端连接第二电源，线圈的输出端接地，线圈通电时，电磁铁产生磁性吸引衔铁开关闭合，线圈为不通电时，电磁铁不产生磁性，衔铁开关断开。

进一步地，衔铁开关设有两个，两个衔铁开关的一端均连接检测电阻，两个衔铁开关的另一端均接地。

进一步地，继电器控制电路还包括电解电容，电解电容的阳极连接第二电源，电解电容的阴极接地。

进一步地，继电器控制电路还包括二极管，二极管的正极与线圈的输出端连接，二极管的负极与线圈的输入端连接。

进一步地，继电器控制电路还包括数字信号处理器和三极管，三极管的B极连接数字信号处理器，三级管的C极连接线圈的输出端，三级管的E极接地。

进一步地，继电器控制电路还包括限流电阻，限流电阻的一端连接数字信号处理器，限流电阻的另一端连接三极管的B极。

进一步地，继电器控制电路还包括放电电阻，放电电阻的一端连接三极管的B极，放电电阻的另一端接地。

本发明的光伏绝缘阻抗电路的有益效果为：通过采用四个电阻和检测之间的连接关系形成的电桥桥臂电路，基于电桥平衡原理，当电桥桥臂的某个电阻的阻抗发生变化时，使绝缘阻抗检测继电器合上，检测桥臂中间电阻电压的方式，即可实现对光伏绝缘阻抗的精确检测。

附图说明

图1为本发明一实施例的光伏绝缘阻抗检测电路的电路图；

图2为本发明另一实施例的光伏绝缘阻抗检测电路的电路图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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的一部分实施例，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作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。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“上述”“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在上述特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参照图1，一种光伏绝缘阻抗检测电路，包括：检测电路和电桥电路；电桥电路分为第一电阻电路和第二电阻电路，第一电阻电路与第二电阻电路并联，第一电阻电路由第一电阻R1和第二电阻R2串联形成，第二电阻电路由第三电阻R3和第四电阻R4串联形成；检测电路包括检测电阻r和电压采样电路，检测电阻r的一端连接于第一电阻R1和第二电阻R2之间，另一端连接于第三电阻R3和第四电阻R4之间，检测电阻r的两端还与电压采样电路连接。

在本发明一实施例中，电桥电路由四个光伏绝缘电阻组成，具体的，要测量光伏绝缘阻抗检测电路中的电阻对地的阻抗大小，在正常情况下，假设光伏绝缘阻抗检测电路中的电阻是第三电阻R3，即第三电阻R3是光伏板对地的绝缘阻抗，其中第三电阻R3因为老化，其对地的绝缘阻抗变小，因此，需要对第三电阻R3的光伏绝缘阻抗进行精确检测，检测其对地的光伏绝缘阻抗不能小于Vmax_pv/30mA欧姆。为了测量第三电阻R3的阻值大小，需要外加四个大小已知的第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4和检测电阻r，其中第三电阻R3在老化前的电阻阻值是已知的，因此，新加的三个绝缘电阻其阻值大小可以与第三电阻R3老化前的阻值大小一致，配合需要检测的第三电阻R3，形成电桥电路。具体的，电桥电路由已知的第一电阻R1和第二电阻R2串联，待检测的第三电阻R3和外加的第四电阻R4串联，之后在相互并联形成。而后在检测电阻r的一端连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，检测电阻r的另一端连接在第三电阻R3和第四电阻R4之间，电压采样电路并联在检测电阻r的两端，用于测量检测电阻r的电压大小，即并联在检测电阻r两端的PVSO+与PVSO-，检测电阻r配合电桥电路形成电桥桥臂电路。本发明是基于电桥平衡原理测量电阻R3对地的绝缘阻抗大小，假设第一电源施加的电压为U，即图1中PV+相对于BUS-的电压，流经第一电阻R1的电流为I1，流经需要检测的第三电阻R3的电流为I₃，因相对于电压的测量，实际中对电流的测量精度更高，因此，测量检测电阻r电阻之间流过的电流值来检测第三电阻R3对地阻抗的大小，电压采样电路并联在检测电阻r的两端，而检测电阻r是已知的，外加第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4大小一致，因此，可根据欧姆定律计算出流经检测电阻r的电流I_r，根据图1中的电路结构连接图，可列环路方程：1)：I₁×R₁+(I₁+I_r)×R₂＝U；2)：I₃×R₃+(I₃-I_r)×R₄＝U；3)I_r×r+(I₁+I_r)×R₂＝(I₃-I_r)×R₄；4)R₁＝R₂＝R₄＝R；整理上述四个方程可得：

其中，I_r可通过欧姆定律计算，R为加入的第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4的阻值大小，也为已知的，检测电阻r是已知的，外加的第一电源是已知的，因此，可计算出第三电阻R3的值。

参照图2，在本发明其他实施例中，第三电阻R3可视为外加的第七电阻R7与光伏绝缘阻抗检测电路中的需要检测的光伏板对地的绝缘阻抗R_G并联形成，其中R_G因为老化，其对地的绝缘阻抗变小，因此，需要对R_G的阻抗进行精确检测，检测R_G不能小于Vmax_pv/30mA欧姆。为了测量R_G的阻值大小，需外加五个大小已知的第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4和检测电阻r，其中，第一电阻R1和第二电阻R2串联，第七电阻R7和第四电阻R4串联，两个串联电路在相互并联形成，其中，第七电阻R7与R_G并联，在电路中可看成第七电阻R7与R_G并联形成第三电阻R3，而后在检测电阻r的一端连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，检测电阻r的另一端连接在第七电阻R7和第四电阻R4之间，电压采样电路并联在检测电阻r的两端，用于测量检测电阻r的电压大小，即并联在检测电阻r两端的PVSO+与PVSO-，检测电阻r配合电桥电路形成电桥桥臂电路。本发明是基于电桥平衡原理测量电阻R_G对地的绝缘阻抗大小，假设第一电源施加的电压为U，即图1中PV+相对于BUS-的电压，流经第一电阻R1的电流为I₁，流经第七电阻R7和R_G的并联后的等效电阻的电流为I₃，其并联后的等效电阻可看成是第三电阻R3，其中第三电阻R3＝R7//R_G，因相对于电压的测量，实际中对电流的测量精度更高，因此，测量检测电阻r电阻之间流过的电流值来检测光伏板对地的绝缘阻抗R_G的大小，电压采样电路并联在检测电阻r的两端，而检测电阻r是已知的，外加第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、第七电阻R7大小一致且已知，因此，可根据欧姆定律计算出流经检测电阻r的电流I_r，根据图1中的电路结构连接图，可列环路方程：1)I₁×R₁+(I₁+I_r)×R₂＝U；2)I₃×R₃+(I₃-I_r)×R₄＝U；3)I_r×r+(I₁+I_r)×R₂＝(I₃-I_r)×R₄；4)R₁＝R₂＝R₄＝R₇＝R；5)R₃＝R₇//R_G，整理上述五个方程可得：

其中，R为加入的第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、第七电阻R7的阻值大小，为已知的，检测电阻r、外加的第一电源U均是已知的。再通过：

6)U_r＝I_r×r；

7)

可计算出R_G的值。

本发明的光伏绝缘阻抗检测电路的有益效果为：通过采用四个电阻和检测之间的连接关系形成的电桥桥臂电路，基于电桥平衡原理，当电桥桥臂的某个电阻的阻抗发生变化时，使绝缘阻抗检测继电器合上，检测桥臂中间电阻电压的方式，即可实现对光伏绝缘阻抗的精确检测。与传统的伏安法测阻抗相比，其精确度更高，检测出的光伏绝缘阻抗也满足TUV(德国莱茵技术监护顾问公司)认证中Vmax_pv/30mA欧姆的要求。

参照图1，光伏检测绝缘阻抗检测电路还包括继电器控制电路，继电器控制电路包括继电器；继电器包括线圈、电磁铁和衔铁开关，衔铁开关的一端为继电器控制电路的输入端，连接检测电阻，衔铁开关的另一端为继电器控制电路的输出端，输出端接地；线圈环绕电磁铁设置，线圈的输入端(即附图中表示线圈的1部位)连接第二电源，线圈的输出端(即附图中表示线圈的8部位)接地，线圈通电时，电磁铁产生磁性吸引衔铁开关闭合，线圈为不通电时，电磁铁不产生磁性，衔铁开关断开。

在本发明一实施例中，衔铁开关一端(即附图中表示衔铁开关的6部位)连接检测电阻r、第三电阻R3和第四电阻R4，另一端(即5附图中表示衔铁开关的5部位)接地，在线圈不通电的情况下，衔铁开关会被7处的磁铁吸引，衔铁开关此时处于断开状态，此时光伏绝缘阻抗检测电路构不成回路，因此，可以在此时额外增加电阻而不危害人身安全。对线圈通电，磁铁产生的磁力大于7处的磁铁的磁力，衔铁开关会闭合，使检测电路构成通路。其中，在检测第三电阻R3的阻抗值时，电桥桥臂电路与地连接，即衔铁开关闭合，其余时间电桥桥臂电路与地断开，即衔铁开关断开。

参照图1，衔铁开关设有两个，两个衔铁开关的其中一端均连接检测电阻r，两个衔铁开关的另一端均接地。

在本发明一实施例中，衔铁开关设有两个。具体的，上述其中一个衔铁开关的6部位连接检测电阻r，另一端5部位接地，另一个衔铁开关的一端(即附图中表示衔铁开关的3部位)连接检测电阻r、待检测的第三电阻R3和第四电阻R4，另一端(即附图中表示衔铁开关的4部位)接地，其中两个衔铁开关均断开时，其中一个衔铁开关的6部位接7处的磁铁，另一个衔铁开关的3部位接2处的磁铁。在具体实施场景中，线圈流通电流，电磁铁产生磁力吸引衔铁开关，设置多个衔铁开关，可以方便电磁铁吸引衔铁闭合，只需其中一个闭合后，检测电路便可构成通路，方便逆变器快速检测第三电阻R3的阻抗大小。

参照图1，继电器控制电路还包括电解电容C1，电解电容C1的阳极连接第二电源，电解电容C1的阴极接地。具体的，第二电源为辅助电源，其电源大小为12V，即图1中的+12VD，电解电容C1的容量大小为耐压为12V以上，其中，继电器控制电路中，辅助电源提供的电流为直流，而在辅助电源之后接入一个较大容量的电解电容，利用电容电压不能突变特性，维持+12V电压的稳定。

参照图1，继电器控制电路还包括二极管D，二极管D的正极与线圈的输出端连接，二极管D的负极与线圈的输入端连接。

在本发明一实施例中，二极管D的正负极分别与线圈的两端相连，具体的，二极管D为肖特基二极管，其正向导通压降仅0.4V左右，在三极管关断时，线圈还存在内部的电量，此时，线圈通过二极管D形成放电回路，通过线圈内部的电阻消耗线圈内部剩余的电量，使线圈不产生磁场，无法吸引衔铁开关，继电器控制电路使得地与电桥电路断开。

参照图1，继电器控制电路还包括数字信号处理器(DSP)和三极管Q，三极管Q的B极连接数字信号处理器，三级管Q的C极连接线圈的输出端，三级管Q的E极接地。

在本发明一实施例中，线圈的输出端通过三极管Q接地，具体的，三极管Q的B极连接数字信号处理器，即图1中的PVSO-RLY1，三极管Q的C极连接线圈的输出端，其与线圈的连接点设于二极管D的正极与线圈的输出端之间，三极管Q的E极接地，其中，数字信号处理器用于输出高电平信号或低电平信号，在输出高电平信号时，三极管Q的B极处于高电平状态，此时三极管Q导通，在需要对第三电阻R3进行检测时，数字信号处理器输出高电平信号，使三极管Q导通，而后第二电源提供的电流可以通过线圈形成通路，线圈内部的电磁铁便可以产生磁力吸引衔铁开关，使电桥桥臂电路可以接地形成通路，便可检测第三电阻R3的大小，检测完毕后，数字信号处理器输出低电平信号，三极管Q的B极处于低电平，三极管Q不导通，第二电源提供的电流不可以通过线圈形成通路，线圈内部没有电流流过，衔铁开关恢复原状后断开，电桥桥臂电路没有形成通路，保证人身的安全。

参照图1，继电器控制电路还包括限流电阻R5，限流电阻R5的一端连接数字信号处理器，限流电阻R5的另一端连接三极管Q的B极。

在本发明一实施例中，数字信号处理器不仅用于输出高电平信号或低电平信号，还会输出电流，因此，在三极管Q与数字信号处理器之间设置限流电阻R5降低数字信号处理器输出至三极管Q的电流。

参照图1，继电器控制电路还包括放电电阻R6，放电电阻R6的一端连接三极管Q的B极，放电电阻R6的另一端接地。

在本发明一实施例中，放电电阻R6一端的连接点设于三极管Q的B极和限流电阻R5之间，另一端接地，在数字信号处理器输出低电平时，三极管Q不导通，三极管Q的B极与三极管Q的E极之间的结电容仍带电，因此，在三极管的B极与三极管Q的E极需要串联电阻，起到快速释放B、E之间结电容电荷的作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种光伏绝缘阻抗检测电路，其特征在于，包括：检测电路和电桥电路；所述电桥电路包括第一电阻电路和第二电阻电路，所述第一电阻电路与所述第二电阻电路并联，所述第一电阻电路由第一电阻和第二电阻串联形成，所述第二电阻电路由第三电阻和第四电阻串联形成；所述检测电路包括检测电阻和电压采样电路，所述检测电阻的一端连接于第一电阻和第二电阻之间，另一端连接于第三电阻和第四电阻之间，所述检测电阻的两端还与所述电压采样电路连接。

2.根据权利要求1所述的光伏绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述光伏检测绝缘阻抗检测电路还包括继电器控制电路，所述继电器控制电路包括继电器；

所述继电器包括线圈、电磁铁和衔铁开关，所述衔铁开关的一端为继电器控制电路的输入端，连接所述检测电阻，所述衔铁开关的另一端为所述继电器控制电路的输出端，所述输出端接地；

所述线圈环绕所述电磁铁设置，所述线圈的输入端连接第二电源，所述线圈的输出端接地，所述线圈通电时，所述电磁铁产生磁性吸引所述衔铁开关闭合，所述线圈为不通电时，所述电磁铁不产生磁性，所述衔铁开关断开。

3.根据权利要求2所述的光伏绝缘阻抗检测电路，其特征在于，衔铁开关设有两个，两个所述衔铁开关的一端均连接所述检测电阻，两个所述衔铁开关的另一端均接地。

4.根据权利要求2所述的光伏绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述继电器控制电路还包括电解电容，所述电解电容的阳极连接所述第二电源，所述电解电容的阴极接地。

5.根据权利要求2所述的光伏绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述继电器控制电路还包括二极管，所述二极管的正极与所述线圈的输出端连接，所述二极管的负极与所述线圈的输入端连接。

6.根据权利要求2所述的光伏绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述继电器控制电路还包括数字信号处理器和三极管，所述三极管的B极连接所述数字信号处理器，所述三级管的C极连接所述线圈的输出端，所述三级管的E极接地。

7.根据权利要求6所述的光伏绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述继电器控制电路还包括限流电阻，所述限流电阻的一端连接数字信号处理器，所述限流电阻的另一端连接所述三极管的B极。

8.根据权利要求6所述的光伏绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述继电器控制电路还包括放电电阻，所述放电电阻的一端连接所述三极管的B极，所述放电电阻的另一端接地。