CN111505381A - 一种用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路及方法 - Google Patents

一种用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路及方法。一种用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路，包括：绝缘阻抗功能模块，用于检测光伏组件对地绝缘阻抗；所述绝缘阻抗检测电路还包括：第一开关和检测电阻，所述第一开关的一端用于电性连接至所述光伏组件，所述第一开关的另一端和所述检测电阻的一端电性连接，所述检测电阻的另一端用于电性连接至电网并通过电网的中性点接地。本发明解决了机壳不接地时存在的检测盲区。

Description

一种用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路及方法
技术领域
本发明属于光伏逆变器领域，涉及一种用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路及方法。
背景技术
在能源紧张和环境恶化的全球背景下，利用新的清洁能源显得尤为重要，太阳能以其可再生、资源丰富被广泛开发和应用。随着光伏并网发电应用的普及，光伏并网发电系统的安全性受到越来越多的重视。光伏逆变器绝缘阻抗检测功能是保证光伏系统安全可靠运行以及防止人身触电所必需的。如何实现真实可靠的检测功能对于满足安全需求和降低逆变器成本都很有意义。在非隔离的并网逆变器产品中，需要在进行并网前检测光伏逆变器的绝缘阻抗。
然而，现有的非隔离光伏并网逆变器中，绝缘阻抗检测电路多是基于机壳的大地等效，其能实现准确检测的前提也是机壳良好的接地。当逆变器未能和大地良好连接时，绝缘阻抗电路是不能正常检测出光伏组件对大地的寄生阻抗的，此时机器并网会对机器本身以及人身造成影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目是提供一种用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路及方法，解决机壳不接地时存在的检测盲区。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路，包括：
绝缘阻抗功能模块，用于检测光伏组件对地绝缘阻抗；
所述绝缘阻抗检测电路还包括：
第一开关和检测电阻，所述第一开关的一端用于电性连接至所述光伏组件，所述第一开关的另一端和所述检测电阻的一端电性连接，所述检测电阻的另一端用于电性连接至电网并通过电网的中性点接地。
在一实施例中，所述绝缘阻抗功能模块包括直流转换器，所述直流转换器的输入端分别与光伏逆变器的正极和负极电性连接，所述直流转换器的输出端包括输出端正极和输出端负极；所述输出端正极与第一继电器的常闭触点电性连接，所述输出端正极与所述输出端负极之间连接有第一电容和第二电容，所述第一继电器的常开触点电性连接到所述第一电容和所述第二电容之间；所述第一继电器的动触点与第一采样电阻的一端电性连接，所述第一采样电阻的另一端分别与第二开关的一端、第二采样电阻的一端电性连接，所述第二采样电阻的另一端与第三采样电阻的一端电性连接，电压运算装置电性连接至所述第二采样电阻与所述第三采样电阻之间；所述第二开关的另一端接地。
进一步地，所述第三采样电阻的另一端接地。
进一步地，所述第二开关为第二继电器。
本发明还采用如下技术方案：
一种如上所述的用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路的绝缘阻抗检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
A、使所述第一开关断开，所述绝缘阻抗功能模块执行检测以得出第一绝缘阻抗值Risox1；
B、使所述第一开关闭合，所述绝缘阻抗功能模块执行检测以得出第二绝缘阻抗值Risox2；
C、将所述第一开关断开，计算所述第一绝缘阻抗Risox1和所述第二绝缘阻抗Risox2的差值的绝对值，当所述差值的绝对值大于等于设定阈值时，则判定光伏逆变器的机壳与大地连接良好，所需检测的所述光伏组件对地绝缘阻抗等于所述第一绝缘阻抗值Risox1；当所述差值的绝对值小于设定阈值时，则判定光伏逆变器的机壳与大地没能良好连接，所述绝缘阻抗功能模块检测到的光伏组件对地绝缘阻抗数据不真实。
进一步地，所述步骤C中，当所述差值的绝对值小于设定阈值时，发出警告并重新检测。
在一实施例中，所述步骤A和所述步骤B中，所述绝缘阻抗功能模块执行检测具体包括如下步骤：
a、进行电路自检，确认电路器件正常；
b、闭合所述绝缘阻抗功能模块的第二开关，检测直流转换器的输出端正极的第一BUS电压值，对电压运算装置输出的第一电压值进行检测，在所述第一BUS电压值及所述第一电压值稳定时，记录所述第一电压值；
c、使所述绝缘阻抗功能模块的第一继电器的动触点切到常开端点，检测第一电容和第二电容之间的第二BUS电压值，对电压运算装置输出的第二电压值进行检测，在所述第二BUS电压值及所述第二电压值稳定时，记录所述第二电压值；
d、根据所述第一BUS电压值、所述第二BUS电压值、所述第一电压值及所述第二电压值，计算得到绝缘阻抗。
进一步地，所述步骤d中，根据如下公式计算得到绝缘阻抗：
Figure BDA0002487629620000031
其中，Risox表示所需检测的绝缘阻抗值；R1、R2、R3分别表示第一采样电阻、第二采样电阻及第三采样电阻的电阻值；BUS1、BUS2分别表示第一BUS电压值、第二BUS电压值；Uriso1、Uriso2分别表示第一电压值、第二电压值。
进一步地，所述绝缘阻抗功能模块执行检测还包括如下步骤：检测结束将第二开关断开，将第一继电器的动触点切到常闭触点。
本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
本发明通过在PV侧和电网侧之间增加第一开关和检测电阻，利用电网中性点远端接地，电网电压各相是基于大地为参考的特性，将检测电阻的电阻值参与到绝缘阻抗检测，能准确识别出绝缘阻抗数据的真实性，解决机壳不接地时存在的检测盲区，保证绝缘阻抗的无死区检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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为根据本发明实施例的一种绝缘阻抗检测电路的原理图；
图2为图1中的绝缘阻抗功能模块的电路图；
图3为本发明实施例的绝缘阻抗检测电路的示意图，其中机壳良好接地；
图4为本发明实施例的绝缘阻抗检测电路的示意图，其中机壳没有良好接地；
图5为PV侧接线端子的等效区域示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
如图1所示，光伏阵列(简称PV)输入端1通过PV侧接线端子3电性连接逆变器DC侧。光伏组件阵列对大地存在寄生电阻，也就是本实施例所需检测的光伏组件对地绝缘阻抗，其在图1中的等效电阻为Riso。逆变器的机壳4内设置有绝缘阻抗功能模块6，用于检测Riso的值。逆变器的机壳4大部分情况下能够良好地连接大地，在一些情况下可能存在接地异常，本实施例在接地异常的情况下也能够准确检测光伏组件对地绝缘阻抗。图1中的机壳等电位符号表示逆变器机壳电位，逆变器内部电路的接地点被认为是接机壳电位。逆变器的AC侧接线端子8分别和电网的U、V、W相及中性点N电性连接，电网远端中性点N接地线。2、5、7分别表示PV侧对地绝缘阻抗一体等效、PV侧接线一体等效、电网侧接线一体等效，其中图5示出了PV侧等效接入点。Rinternal为逆变器中DC侧相对于机壳1存在的寄生阻抗的等效电阻。第一开关K和检测电阻R位于PV侧和电网侧之间。
本实施例的用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路，包括：
绝缘阻抗功能模块，用于检测光伏组件对地绝缘阻抗；及
第一开关K和检测电阻R，所述第一开关K的一端电性连接至所述光伏组件，所述第一开关K的另一端和所述检测电阻R的一端电性连接，所述检测电阻R的另一端电性连接至电网并通过电网的中性点N接地。
本实施例提供了一种特定的绝缘阻抗功能模块(如图2所示)，在另外的实施例中，绝缘阻抗功能模块还可以为现有技术中已知的光伏逆变器绝缘阻抗检测电路。参照图2所示，本实施例中的绝缘阻抗功能模块包括直流转换器DC/DC，所述直流转换器DC/DC的输入端分别与光伏逆变器的正极PV+和负极PV-电性连接，所述直流转换器DC/DC的输出端包括输出端正极BUS+和输出端负极BUS-；所述输出端正极BUS+与第一继电器K1的常闭触点电性连接，所述输出端正极BUS+与所述输出端负极BUS-之间连接有第一电容和第二电容，所述第一继电器K1的常开触点电性连接到所述第一电容和所述第二电容之间；所述第一继电器K1的动触点与第一采样电阻R1的一端电性连接，所述第一采样电阻R1的另一端分别与第二开关K2的一端、第二采样电阻R2的一端电性连接，所述第二采样电阻R2的另一端与第三采样电阻R3的一端电性连接，电压运算装置Uriso电性连接至所述第二采样电阻R2与所述第三采样电阻R3之间；所述第二开关K2的另一端接地GND。
所述第三采样电阻R3的另一端接地。逆变器的机壳接地，逆变器的DC侧相对于机壳存在寄生阻抗，其在图2中的等效电阻为Rinternal。
所述第二开关K2具体为第二继电器。
本实施例的用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路的绝缘阻抗检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
A、使所述第一开关断开，所述绝缘阻抗功能模块执行检测以得出第一绝缘阻抗值Risox1；
B、使所述第一开关闭合，所述绝缘阻抗功能模块执行检测以得出第二绝缘阻抗值Risox2；
C、将所述第一开关断开，计算所述第一绝缘阻抗Risox1和所述第二绝缘阻抗Risox2的差值的绝对值，当所述差值的绝对值大于等于设定阈值时，则判定光伏逆变器的机壳与大地连接良好，所述绝缘阻抗功能模块检测到的数据真实可靠，所需检测的光伏组件对地绝缘阻抗等于所述第一绝缘阻抗值Risox1；当所述差值的绝对值小于设定阈值时，则判定光伏逆变器的机壳与大地没能良好接地，所述绝缘阻抗功能模块检测到的数据不真实。
具体地，所述步骤C中，当所述差值的绝对值大于等于设定阈值时，需检测的绝缘阻抗等于第一绝缘阻抗值Risox1；和/或，当所述差值小于设定阈值时，发出警告并重新检测。
所述步骤A和所述步骤B中，所述绝缘阻抗功能模块执行检测具体包括如下步骤：
a、根据BUS电压和电阻分压进行电路自检，确认电路器件正常；
b、闭合所述绝缘阻抗功能模块的第二开关，检测直流转换器的输出端正极的第一BUS电压值，对电压运算装置输出的第一电压值进行检测，在所述第一BUS电压值及所述第一电压值稳定时，记录所述第一电压值；
c、使所述绝缘阻抗功能模块的第一继电器的动触点切到常开端点，检测第一电容和第二电容之间的第二BUS电压值，对电压运算装置输出的第二电压值进行检测，在所述第二BUS电压值及所述第二电压值稳定时，记录所述第二电压值；
d、根据所述第一BUS电压值、所述第二BUS电压值、所述第一电压值及所述第二电压值，计算得到绝缘阻抗；及
检测结束将第二开关断开，将第一继电器的动触点切到常闭触点。
所述步骤d中，根据如下公式计算得到绝缘阻抗：
Figure BDA0002487629620000061
其中，Risox表示所需检测的绝缘阻抗值；R1、R2、R3分别表示第一采样电阻、第二采样电阻及第三采样电阻的电阻值；BUS1、BUS2分别表示第一BUS电压值、第二BUS电压值；Uriso1、Uriso2分别表示第一电压值、第二电压值。Risox是Riso与Rinternal并联的等效结果，一般系统中Rinternal的阻抗值非常大，因此Risox的值可以准确表征出绝缘阻抗Riso的值。
图3示出了机壳良好接地情况下的绝缘阻抗检测电路。参照图3所示，机壳良好接地时的工作模式及结果如下：
第一开关K保持断开状态，绝缘阻抗功能模块执行一次检测动作，此时所推算出的绝缘阻抗Risox记录为第一绝缘阻抗值Risox1，则第一绝缘阻抗值Risox1实际为Riso与Rinternal并联的等效结果，即Risox1＝Riso||Rinternal；
将第一开关K切换到闭合状态，绝缘阻抗功能模块执行一次检测动作，此时所推算出的绝缘阻抗Risox记录为第二绝缘阻抗值Risox2，则第二绝缘阻抗值Risox2实际为Riso，Rinternal与R三者并联的等效结果，即Risox2＝Riso||Rinternal||R；
断开第一开关K，判别检测数据，Riso可近似用Risox1表征，Risox2＝Risox1||R，在匹配合适的R值时，第一绝缘阻抗值Risox1和第二绝缘阻抗值Risox2会有一个明显可推算差异(即上述的设定阈值)，该差异能够说明系统良好接地，绝缘阻抗检测数据真实可靠。
图4示出了机壳未能良好接地情况下的绝缘阻抗检测电路。参照图4所示，机壳未能良好接地时的工作模式及结果如下：
第一开关K保持断开状态，绝缘阻抗功能模块执行一次检测动作，此时所推算出的绝缘阻抗Risox记录为Risox1，则Risox1实际为Rinternal检测值，即Risox1＝Rinternal；
将第一开关K切换到闭合状态，绝缘阻抗功能模块执行一次检测动作，此时所推算出的绝缘阻抗Risox记录为Risox2，则Risox2实际为Rinternal检测值，即Risox2＝Rinternal；
断开第一开关K，判别检测数据，Risox1和Risox2不会有一个明显可推算差异，说明系统没能良好接地，绝缘阻抗检测数据不真实。此时可通讯送出警告并定期重新检测直至结果正常。
本实施例中，在PV侧和电网侧之间增加第一开关K和检测电阻R，利用电网中性点远端接地，电网电压各相是基于大地为参考的特性，将检测电阻R的电阻值参与到绝缘阻抗检测，能准确识别出绝缘阻抗数据的真实性，解决机壳不接地时存在的检测盲区，保证绝缘阻抗的无死区检测，从而实现不依赖于系统接地的绝缘阻抗检测这一功能。能够判实现绝缘阻抗检测值真实性的判断，提高光伏系统在应用中的可靠性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路，包括：
绝缘阻抗功能模块，用于检测光伏组件对地绝缘阻抗；
其特征在于，所述绝缘阻抗检测电路还包括：
第一开关和检测电阻，所述第一开关的一端用于电性连接至所述光伏组件，所述第一开关的另一端和所述检测电阻的一端电性连接，所述检测电阻的另一端用于电性连接至电网并通过电网的中性点接地。
2.根据权利要求1所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述绝缘阻抗功能模块包括直流转换器，所述直流转换器的输入端分别与光伏逆变器的正极和负极电性连接，所述直流转换器的输出端包括输出端正极和输出端负极；所述输出端正极与第一继电器的常闭触点电性连接，所述输出端正极与所述输出端负极之间连接有第一电容和第二电容，所述第一继电器的常开触点电性连接到所述第一电容和所述第二电容之间；所述第一继电器的动触点与第一采样电阻的一端电性连接，所述第一采样电阻的另一端分别与第二开关的一端、第二采样电阻的一端电性连接，所述第二采样电阻的另一端与第三采样电阻的一端电性连接，电压运算装置电性连接至所述第二采样电阻与所述第三采样电阻之间；所述第二开关的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述第三采样电阻的另一端接地。
4.根据权利要求2所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述第二开关为第二继电器。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的用于非隔离光伏逆变器的绝缘阻抗检测电路的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：
A、使所述第一开关断开，所述绝缘阻抗功能模块执行检测以得出第一绝缘阻抗值Risox1；
B、使所述第一开关闭合，所述绝缘阻抗功能模块执行检测以得出第二绝缘阻抗值Risox2；
C、将所述第一开关断开，计算所述第一绝缘阻抗Risox1和所述第二绝缘阻抗Risox2的差值的绝对值，当所述差值的绝对值大于等于设定阈值时，则判定光伏逆变器的机壳与大地连接良好，所需检测的所述光伏组件对地绝缘阻抗等于所述第一绝缘阻抗值Risox1；当所述差值的绝对值小于设定阈值时，则判定光伏逆变器的机壳与大地没能良好连接，所述绝缘阻抗功能模块检测到的光伏组件对地绝缘阻抗数据不真实。
6.根据权利要求5所述的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，所述步骤C中，当所述差值的绝对值小于设定阈值时，发出警告并重新检测。
7.根据权利要求5所述的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，所述步骤A和所述步骤B中，所述绝缘阻抗功能模块执行检测具体包括如下步骤：
a、进行电路自检，确认电路器件正常；
b、闭合所述绝缘阻抗功能模块的第二开关，检测直流转换器的输出端正极的第一BUS电压值，对电压运算装置输出的第一电压值进行检测，在所述第一BUS电压值及所述第一电压值稳定时，记录所述第一电压值；
c、使所述绝缘阻抗功能模块的第一继电器的动触点切到常开端点，检测第一电容和第二电容之间的第二BUS电压值，对电压运算装置输出的第二电压值进行检测，在所述第二BUS电压值及所述第二电压值稳定时，记录所述第二电压值；
d、根据所述第一BUS电压值、所述第二BUS电压值、所述第一电压值及所述第二电压值，计算得到绝缘阻抗。
8.根据权利要求7所述的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，所述步骤d中，根据如下公式计算得到绝缘阻抗：
Figure FDA0002487629610000021
其中，Risox表示所需检测的绝缘阻抗值；R1、R2、R3分别表示第一采样电阻、第二采样电阻及第三采样电阻的电阻值；BUS1、BUS2分别表示第一BUS电压值、第二BUS电压值；Uriso1、Uriso2分别表示第一电压值、第二电压值。
9.根据权利要求7所述的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，所述绝缘阻抗功能模块执行检测还包括如下步骤：检测结束将第二开关断开，将第一继电器的动触点切到常闭触点。
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