CN110166002A - 一种绝缘电阻检测电路、方法和应用其的光伏系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绝缘电阻检测电路、方法和应用其的光伏系统。绝缘电阻检测电路包括用于采样大地PE相对各太阳能电池板的共接负极PV‑的电压值以及各路太阳能电池板的电压值的电压采样模块、检测电阻，用于将检测电阻接入大地PE与各太阳能电池板的共接负极之间的第一支路、用于将检测电阻接入大地PE与各太阳能电池板的正极之间的第二支路。绝缘电阻检测方法为通过绝缘电阻检测电路的不同状态而计算得到绝缘电阻。光伏系统包括多路太阳能电池板、逆变器以及上述绝缘电阻检测电路。本发明能够提高绝缘电阻检测精度，同时节省系统成本。

Description

一种绝缘电阻检测电路、方法和应用其的光伏系统
技术领域
本发明属于电力电子领域，具体涉及一种应用于光伏逆变系统中的新型绝缘电阻检测方案。
背景技术
在光伏系统中，直流侧对地的绝缘阻抗(绝缘电阻)表征了直流系统的绝缘性能，如果该阻抗过低，其产生的泄露电流会对人造成威胁。因此，现行的安规标准中都要求当直流侧对地绝缘阻抗小于一定值时，系统不允许并网运行。基于此，光伏逆变器需要检测光伏系统的绝缘阻抗值。
申请号为201320481819.5的实用新型专利中提出了一种高精度的多路共地直流电源绝缘电阻检测电路，参见其说明书中具体实施方式以及附图4，该电路在共地一端串入电阻和开关，通过开关断开和闭合前后不同状态，列方程求解系统的绝缘电阻。但如果共地端对地本身绝缘电阻就比较低的话，该方案检测精度会明显降低。因此，在说明书最后提到了一个改进方案，如其附图6，通过在非共地端串入电阻和开关的方式，来拉高检测端电压，保证检测精度。但因为该方案本质是通过共地端开关断开和闭合前后电压差来计算绝缘电阻，而共地端开关闭合就会导致检测端电压降低，因而该方案的改进效果有限。
由此可见，现有的绝缘电阻检测方案在光伏系统的共地端对地本身绝缘电阻就比较低的情况下，仍存在精度偏低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高绝缘电阻检测精度，同时节省系统成本的绝缘电阻检测电路、方法和光伏系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种绝缘电阻检测电路，用于对光伏系统中的绝缘电阻进行检测，所述光伏系统包括多路太阳能电池板，多路所述太阳能电池板未连接所述绝缘电阻检测电路时，所述光伏系统处于基本状态，所述绝缘电阻检测电路包括：
电压采样模块，所述电压采样模块用于采样大地PE相对各所述太阳能电池板的共接负极PV-的电压值以及各路所述太阳能电池板的电压值；
检测电阻；
第一支路，当所述电压采样模块在所述基本状态下采样到的电压值大于预设的电压阈值时，所述第一支路用于将所述检测电阻接入所述大地PE与各所述太阳能电池板的共接负极PV-之间，使得所述光伏系统进入第一状态；
第二支路，当所述电压采样模块在所述基本状态下采样到的电压值小于或等于预设的所述电压阈值时，所述第二支路用于将所述检测电阻接入所述大地PE与各所述太阳能电池板的正极PV+之间，使得所述光伏系统进入第二状态。
优选的，所述第一支路包括设置于所述大地PE与各所述太阳能电池板的共接负极PV-之间的第一开关；所述第二支路包括设置于所述大地PE与各所述太阳能电池板的正极PV+之间的第二开关。
优选的，所述第一开关、所述第二开关采用机械开关或电子开关。
优选的，所述第一开关和所述第二开关采用所述光伏系统中逆变侧的电子开关管。
优选的，所述检测电阻通过主开关与所述第一支路/所述第二支路相连接。
优选的，所述检测电阻通过并联的主开关和辅助电阻而与所述第一支路/所述第二支路相连接。
优选的，所述绝缘电阻检测电路还包括控制所述第一支路和所述第二支路的连接状态并对所述绝缘电阻进行计算的控制器，所述控制器分别与所述电压采样模块、所述第一支路、所述第二支路相连接。
一种上述绝缘电阻检测电路采用的绝缘电阻检测方法，包括以下步骤：
步骤1：在所述基本状态下，采样大地PE相对各所述太阳能电池板的共接负极PV-的电压值PE1以及各路所述太阳能电池板的电压值，并筛选出各路所述太阳能电池板的电压值中的最大值PVn；
步骤2：判断所述电压值PE1与预设的电压阈值Vgate的大小关系，若PE1＞Vgate，进入步骤3，若PE1≤Vgate，进入步骤4；
步骤3：利用所述第一支路将所述检测电阻R1接入所述大地PE与各所述太阳能电池板的共接负极PV-之间，使得所述光伏系统进入第一状态，采样此时大地PE相对各所述太阳能电池板的共接负极PV-的电压值PE2，从而利用联立所述基本状态下的基尔霍夫定律等式与所述第一状态下的基尔霍夫定律等式所推导出的绝缘电阻计算公式来计算得到所述绝缘电阻；
步骤4：利用所述第二支路将所述检测电阻R1接入所述大地PE与各所述太阳能电池板的正极PV+之间，使得所述光伏系统进入第二状态，采样此时大地PE相对各所述太阳能电池板的共接负极PV-的电压值PE3，从而利用联立所述基本状态下的基尔霍夫定律等式与所述第二状态下的基尔霍夫定律等式所推导出的绝缘电阻计算公式来计算得到所述绝缘电阻。
优选的，所述绝缘电阻检测方法在所述光伏系统的逆变器中实现。
一种光伏系统，包括多路太阳能电池板、逆变器以及上述绝缘电阻检测电路。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够提高绝缘电阻检测精度，同时节省系统成本。
附图说明
附图1为本发明的绝缘电阻检测电路的原理图。
附图2为常规的光伏系统逆变器拓扑图。
附图3为本发明中一种绝缘电阻检测电路实施方式的线路图。
附图4为发明中另一种绝缘电阻检测电路实施方式的线路图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：一种光伏系统，包括多路太阳能电池板、逆变器，该光伏系统还包括绝缘电阻检测电路。多路太阳能电池板具有共接负极PV-，而它们的正极PV+则分别连接对应的二极管后共接。多路太阳能电池板未连接绝缘电阻检测电路时，光伏系统处于基本状态。
如附图1所示，一种用于对光伏系统中的绝缘电阻进行检测的绝缘电阻检测电路，包括电压采样模块、检测电阻R1、第一支路和第二支路。
电压采样模块用于采样大地PE相对各太阳能电池板的共接负极PV-的电压值(绝缘电阻检测电压)，以及各路太阳能电池板的电压值。对于大地PE相对各太阳能电池板的共接负极PV-的电压值的采样，通过设置在各太阳能电池板的共接负极PV-与大地PE之间的Viso来实现。
在基本状态下，对采样大地PE相对各太阳能电池板的共接负极PV-的电压值，若该采样到的电压值大于预设的电压阈值时，第一支路用于将检测电阻接入大地PE与各太阳能电池板的共接负极PV-之间，使得光伏系统进入第一状态；若该采样到的电压值小于或等于预设的电压阈值时，第二支路用于将检测电阻接入大地PE与各太阳能电池板的正极PV+之间，使得光伏系统进入第二状态。
具体的，检测电阻R1通过主开关K1与第一支路/第二支路相连接。第一支路包括设置于大地PE与各太阳能电池板的共接负极PV-之间的第一开关K3，第二支路包括设置于大地PE与各太阳能电池板的正极PV+之间的第二开关K2。第一开关K3、第二开关K2可以采用机械开关(如继电器)或电子开关(如IGBT，MOS管，三极管等)。
在某些实施方式中，当第一开关K3和第二开关K2采用电子开关时，二者还可以共用光伏系统中逆变侧的电子开关管(IGBT/MOS管)，这样在使用中就可以省略两个机械开关，能够极大节省系统成本。基于此，常规的光伏系统逆变器拓扑如附图2所示，而采用本实施方式的实际线路如附图3所示。
上述绝缘电阻检测电路采用的绝缘电阻检测方法包括以下步骤：
步骤1：主开关K1、第一开关K3和第二开关K2均断开，光伏系统处于基本状态。在该基本状态下，采样大地PE相对各太阳能电池板的共接负极PV-的电压值PE1，以及各路太阳能电池板的电压值，并筛选出各路太阳能电池板的电压值中的最大值PVn。
步骤2：判断电压值PE1与预设的电压阈值Vgate的大小关系，若PE1＞Vgate，进入步骤3，若PE1≤Vgate，进入步骤4。该步骤中，电压阈值Vgate可以根据调试结果作调整，初步定为PVn/2。
步骤3：利用第一支路将检测电阻R1接入大地PE与各太阳能电池板的共接负极PV-之间，即闭合主开关K1和第一开关K3，使得光伏系统进入第一状态，采样此时大地PE相对各太阳能电池板的共接负极PV-的电压值PE2，从而利用公式1计算得到绝缘电阻Xtotal。
步骤4：利用第二支路将检测电阻R1接入大地PE与各太阳能电池板的正极PV+之间，即闭合主开关K1和第二开关K2，使得光伏系统进入第二状态，采样此时大地PE相对各太阳能电池板的共接负极PV-的电压值PE3，从而利用公式2计算得到绝缘电阻Xtotal。
步骤5：检测结束。
上述公式1和公式2的推导过程如下：
主开关K1、第一开关K3和第二开关K2都断开时刻，即基本状态下，根据基尔霍夫定律列出方程式如公式3：
而当闭合主开关K1和第一开关K3后，即第一状态下，根据基尔霍夫定律列出方程式如公式4：
断开第一开关K3、闭合第二开关K2，即第二状态下，根据基尔霍夫定律列出方程式如公式5：
联立公式3和公式4，可得：
联立公式3和公式5，可得：
上述绝缘电阻检测方法优选通过控制器来实现，绝缘电阻检测电路还包括故对绝缘电阻进行计算的控制器，该控制器还用于控制第一支路和第二支路的连接状态，故控制器分别与电压采样模块、第一支路、第二支路相连接。该控制器可以是光伏系统的逆变器控制器，故绝缘电阻检测方法在光伏系统的逆变器中实现。
在某些实施方式中，检测电阻R1也可以通过并联的主开关K1和辅助电阻R2而与第一支路/第二支路相连接，如附图4所示。该方式采用主开关K1和辅助电阻R2并联，故检测电阻R1始终连接到第一支路和第二支路的一端，而通过第一开关K3或第二开关K2的断开和闭合，同样可以达到改变接入PV+或者PV-对地电阻阻值的作用，进而通过检测变化的阻值引起的Viso电压变化来计算绝缘电阻值，具体推导公式不再赘述。
上述实施例借用了光伏逆变器逆变侧本身的电子开关来实现切换，但并不受具体逆变拓扑限制，不论单相三相，只要拓扑本身的电子开关可以替代本申请中K2和K3的作用，都可以使用，也同样应在本申请限制范围之内。
从上述方案可以看出其创新点在于，假如共地端本身电压比较低的话，共地端电压会比较低，即PE和PV-之间的Viso采样电压会比较低，此时进入步骤4，通过将电阻并入PV+和PE之间，可以拉高检测端电压Viso，即此时的PE3＞PE1。这样，就可以解决原本方案只能拉低Viso电压的问题，提高Viso采样精度，进而提高检测精度。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绝缘电阻检测电路，用于对光伏系统中的绝缘电阻进行检测，所述光伏系统包括多路太阳能电池板，多路所述太阳能电池板未连接所述绝缘电阻检测电路时，所述光伏系统处于基本状态，其特征在于：所述绝缘电阻检测电路包括：
电压采样模块，所述电压采样模块用于采样大地PE相对各所述太阳能电池板的共接负极PV-的电压值以及各路所述太阳能电池板的电压值；
检测电阻；
第一支路，当所述电压采样模块在所述基本状态下采样到的电压值大于预设的电压阈值时，所述第一支路用于将所述检测电阻接入所述大地PE与各所述太阳能电池板的共接负极PV-之间，使得所述光伏系统进入第一状态；
第二支路，当所述电压采样模块在所述基本状态下采样到的电压值小于或等于预设的所述电压阈值时，所述第二支路用于将所述检测电阻接入所述大地PE与各所述太阳能电池板的正极PV+之间，使得所述光伏系统进入第二状态。
2.根据权利要求1所述的绝缘电阻检测电路，其特征在于：所述第一支路包括设置于所述大地PE与各所述太阳能电池板的共接负极PV-之间的第一开关；所述第二支路包括设置于所述大地PE与各所述太阳能电池板的正极PV+之间的第二开关。
3.根据权利要求2所述的绝缘电阻检测电路，其特征在于：所述第一开关、所述第二开关采用机械开关或电子开关。
4.根据权利要求3所述的绝缘电阻检测电路，其特征在于：所述第一开关和所述第二开关采用所述光伏系统中逆变侧的电子开关管。
5.根据权利要求1所述的绝缘电阻检测电路，其特征在于：所述检测电阻通过主开关与所述第一支路/所述第二支路相连接。
6.根据权利要求1所述的绝缘电阻检测电路，其特征在于：所述检测电阻通过并联的主开关和辅助电阻而与所述第一支路/所述第二支路相连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的绝缘电阻检测电路，其特征在于：所述绝缘电阻检测电路还包括控制所述第一支路和所述第二支路的连接状态并对所述绝缘电阻进行计算的控制器，所述控制器分别与所述电压采样模块、所述第一支路、所述第二支路相连接。
8.一种如权利要求1所述的绝缘电阻检测电路采用的绝缘电阻检测方法，其特征在于：所述绝缘电阻检测方法包括以下步骤：
步骤1：在所述基本状态下，采样大地PE相对各所述太阳能电池板的共接负极PV-的电压值PE1以及各路所述太阳能电池板的电压值，并筛选出各路所述太阳能电池板的电压值中的最大值PVn；
步骤2：判断所述电压值PE1与预设的电压阈值Vgate的大小关系，若PE1＞Vgate，进入步骤3，若PE1≤Vgate，进入步骤4；
步骤3：利用所述第一支路将所述检测电阻R1接入所述大地PE与各所述太阳能电池板的共接负极PV-之间，使得所述光伏系统进入第一状态，采样此时大地PE相对各所述太阳能电池板的共接负极PV-的电压值PE2，从而利用联立所述基本状态下的基尔霍夫定律等式与所述第一状态下的基尔霍夫定律等式所推导出的绝缘电阻计算公式来计算得到所述绝缘电阻；
步骤4：利用所述第二支路将所述检测电阻R1接入所述大地PE与各所述太阳能电池板的正极PV+之间，使得所述光伏系统进入第二状态，采样此时大地PE相对各所述太阳能电池板的共接负极PV-的电压值PE3，从而利用联立所述基本状态下的基尔霍夫定律等式与所述第二状态下的基尔霍夫定律等式所推导出的绝缘电阻计算公式来计算得到所述绝缘电阻。
9.根据权利要求8所述的绝缘电阻检测方法，其特征在于：所述绝缘电阻检测方法在所述光伏系统的逆变器中实现。
10.一种光伏系统，包括多路太阳能电池板、逆变器，其特征在于：所述光伏系统还包括如权利要求1至7中任一项所述的绝缘电阻检测电路。
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Patentee after: Goodway Technology Co.,Ltd.

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