CN111766488A - 一种三相并网逆变器在线绝缘检测方法及检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相并网逆变器在线绝缘检测方法，包括：获取大地与直流输入之间的电压，并获取初始漏电流ix和初始总线电压的步骤S1；根据总线电压的变化获取当前总线电压的步骤S2；配置根据所述当前总线电压和直流电压获取电压增量以及当前漏电流iy的步骤S3；配置根据所述电压增量、所述初始漏电流以及所述当前漏电流iy获取当前绝缘阻值的步骤S4，通过给予直流输入端电压增量，通过漏电流传感器获得电流增量，通过电压增量和电流增量推算当前直流输入对大地的总等效阻抗，实现在交流侧接地的非隔离并网逆变器并网工作时，对直流侧的绝缘性能进行在线检测，从而能够及时发现直流输入端绝缘阻抗的变低趋势。

Description

一种三相并网逆变器在线绝缘检测方法及检测电路

技术领域

本发明属于逆变器绝缘检测技术领域，具体地说，涉及一种三相并网逆变器在线绝缘检测方法及检测电路。

背景技术

一方面，非隔离型光伏并网逆变器的输出接地时，输入不能与大地构成电气连接，以避免逆变器失控损坏；另一方面，光伏阵列汇流后，较高的电流和电压会对工程人员的人生安全造成威胁，同时，高压电流汇聚容易产生静电，也需要接地释放避免产生电弧火花继而导致火灾。然而，绝大部分的工商业和民用电力系统中，电力变压器的中点(零线)与大地相连接，从而当并网逆变器接入电网工作时，逆变器就与大地之间构成了电气连接，这样，逆变器的输入端与大地之间的绝缘就显得极为重要。

通常的做法，是对逆变器并网之前进行绝缘检测，这种检测方式通常为离线模式，显然，离线检测必然存在其局限性。出于对太阳能电池板绝缘性能下降而带来触电风险，以及对光伏逆变器的保护等角度考虑，一种容易想到的情形下，是希望当逆变器的输入电池板组串在出现电机对地绝缘阻抗偏低时，设置逆变器为不能并网运行。则现有的离线绝缘检测方法难以在逆变器并网时对输入端进行实时的绝缘检测，则由于此时逆变器与大地之间构成了电气连接，可以设想，离线方式的绝缘检测方式，很难对并网状态下逆变器对地的等效阻抗变小做出反应。

例如，图1示出了一种现有技术中常见的利用电桥平衡原理的绝缘检测方法，参看图1，当继电器RL1、RL2、RL3断开的情况下，分别闭合开光S1、S2，则通过测量线路之间的电压变化就可以推算出Rx、Ry的具体等效阻值。也即完成了离线状态下，对逆变器输入端进行的离线绝缘检测。而当继电器RL1、RL2、RL3闭合后，也即当逆变器并网工作后，根据三相电压矢量原理，在理想状态下大地对逆变器直流输入端呈固定的直流电压，此时，若再闭合开关S1和S2以接入R1和R2，则已经无法改变大地对逆变器直流输入端的电压，因而，也就无法在其中获得并网模式下逆变器直流输入端对大地的等效阻值。

有鉴于此，应当对现有技术进行改进，以解决现有技术下逆变器并网模式下的绝缘检测难以实现的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够在交流侧接地的非隔离并网逆变器并网工作状态时对直流侧的绝缘阻抗进行实时在线检测的三相并网逆变器在线绝缘检测方法及检测电路。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种三相并网逆变器在线绝缘检测方法，该方法包括如下步骤：获取大地与直流输入之间的电压，并获取初始漏电流ix和初始总线电压的步骤S1；根据总线电压的变化获取当前总线电压的步骤S2；配置根据所述当前总线电压和直流电压获取电压增量以及当前漏电流iy的步骤S3；配置根据所述电压增量、所述初始漏电流以及所述当前漏电流iy获取当前绝缘阻值的步骤S4。

优选地，在所述步骤S1中，还包括对大地与直流输入之间的所述电压进行求平均，以及对漏电流进行求平均的步骤S11。

又优选地，所述步骤S2中，根据总线电压的变化获取当前总线电压的步骤包括：配置升压斩波电路和所述升压斩波电路中的占空比信号的步骤S21；配置通增加或者减少所述占空比信号，以改变所述初始总线电压并获取当前总线电压的步骤S22。

进一步优选地，在所述步骤S2中，设定大地对直流输入之间的所述电压的大小为所述总线电压大小的一半。

又进一步优选地，所述步骤S3中，所述电压增量△V满足：

电压增量△V＝1/2当前总线电压-1/2初始总线电压；

所述电流增量△i满足：

电流增量△i＝初始漏电流ix-当前漏电流iy。

再进一步优选地，所述步骤S4中，设定Rx为直流输入正极对大地之间的等效电阻值，Ry为直流输入负极对大地之间的等效电阻值，则绝缘电阻满足：绝缘电阻Rx//Ry＝电压增量/电流增量。

更进一步优选地，所述步骤S4中，当Rx和Ry都为无穷大时，则所述漏电流为0；当Rx为无穷大，而Ry变小时，则所述漏电流正向增大；当Ry为无穷大，而Rx变小时，则所述漏电流反向增大。

相应的，本发明还提供了一种基于上述三相并网逆变器在线绝缘检测方法的三相并网逆变器绝缘检测电路，所述检测电路包括：直流总线，该直流总线与直流输入端的两极连接；三桥臂并联构成的逆变电路，每一所述桥臂由两开关管串联构成，每一所述桥臂都分别与接地的三相交流侧的一相连接；每一所述桥臂与三相交流侧任一相连接的线路上连接有第一电感、第二电感以及继电器，且每一所述桥臂又分别连接补偿电容后连接至所述直流总线的中点电位，其中，所述直流输入端与直流总线之间包括连接所述直流输入端正极与大地的第一绝缘电阻，连接所述直流输入端负极与大地的第二绝缘电阻，以及占空比信号开关，通过控制占空比信号开关的时序和通断，以及三相交流侧的漏电流传感器以获取当前所述直流总线的电压值和漏电流。

作为一种进一步优选地的方案，所述开关管为金氧半场效晶体管或可关断晶闸管。

由于以上技术方案的采用，本发明相较于现有技术具有如下的有益技术效果：

通过直流输入端增加占空比信号控制，给予直流输入端的正极或负极对大地之间的电压增量，并在交流侧设置漏电流传感器，则通过漏电流传感器对比初始漏电流和实时漏电流以获得电流增量，最终通过电压增量和电流增量推算当前直流输入对大地的总等效阻抗，这样，实现在交流侧接地的非隔离并网逆变器并网工作时，对直流侧的绝缘性能进行在线检测，从而能够及时发现直流输入端绝缘阻抗的变低趋势，避免逆变器继续运行会导致的进一步故障。

附图说明

图1为示意图，示出了现有技术下的一种利用电桥平衡原理进行绝缘检测的等效电路结构；

图2为流程图，示出了本发明的一较佳实施例中所述的三相并网逆变器在线绝缘检测方法的流程；

图3为示意图，示出了本发明的一较佳实施例中所述的三相并网逆变器在线绝缘检测电路的等效电路结构。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的一种三相并网逆变器在线绝缘检测方法及检测电路的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

需要说明的是，本发明实施例中所使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”、“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明的较佳实施例是在直流输入端正极对地、直流输入端负极对地的绝缘阻抗上增加电压增量，以使得交流侧的漏电流增大，从而根据电压增量和漏电流增量，推算出当前输入端正极或者负极对地的等效绝缘阻抗的变化趋势。而在绝缘阻抗上增加电压增量的方式，一种是通过在直流输入端和直流总线之间增加升压斩波电路和占空比控制信号，通过控制占空比信号从而改变直流总线的电压值，继而，根据三相电压矢量原理，直流总线电压值的变化也就相应地使得直流输入端正极或者负极对地的电压值发生了变化，也即可以看成，是在直流输入端正极对地、或者直流输入端负极对地上增加了一个电压增量。而相较于通过占空比控制信号在绝缘阻抗上增加电压增量这种主动方式，绝缘阻抗上出现电压变化的另一种被动改变方式，是例如云层遮挡而导致最大功率点跟踪太阳能控制器(MPPT)的变化，以使得绝缘阻抗上的电压出现变化。

对于前述的两种方式，虽然绝缘阻抗上电压增量的产生方式和原因不同，然而产生的结果和处理的方式一致。在本发明的一较佳实施例中，以配置占空比控制信号的主动方式为例对本发明的较佳实施例进行说明。

图2为流程图，示出了本发明的一较佳实施例中所述的三相并网逆变器在线绝缘检测方法的流程。如图2所示，本发明的该较佳实施例所述的三相并网逆变器在线绝缘检测的方法包括以下步骤：获取大地与直流输入之间的电压，并获取初始漏电流ix和初始总线电压的步骤S1；配置升压斩波电路和所述升压斩波电路中的占空比信号的步骤S2；配置通增加或者减少所述占空比信号，以改变所述初始总线电压并获取当前总线电压的步骤S3；配置根据所述当前总线电压和直流电压获取电压增量以及当前漏电流iy的步骤S4；配置根据所述电压增量、所述初始漏电流以及所述当前漏电流iy获取当前绝缘阻值的步骤S5。

具体地说，图3为示意图，示出了本发明的一较佳实施例中所述的三相并网逆变器在线绝缘检测电路的等效电路结构。参看图3，检测电路结构包括直流侧和交流侧，直流侧包括与直流输入端10的两极连接并具有中点电位的直流总线11，直流总线11与直流输入端10之间配置升压斩波电路12和占空比信号(PWM)。

直流输入端10与直流总线11之间包括连接直流输入端10正极与大地的第一绝缘电阻Rx，和连接直流输入端10负极与大地的第二绝缘电阻Ry。

直流侧的逆变电路由三桥臂并联构成，每一桥臂又包括两串联连接的开关管。本发明的较佳实施例中的开关管可以是金氧半场效晶体管，又或者是可关断晶闸管，开关管的栅极加正脉冲时导通，加负脉冲时关断，相应的，也可以通过占空比信号控制各开关管的通断，以实现不同时序工况中，能量的双向传递。每一桥臂分别与接地的三相交流侧的一相连接，桥臂与三相交流侧任一相连接的线路上，包括第一电感13、第二电感14以及继电器(RL1、RL2、RL3)。继续参看图3，每一桥臂还分别连接一补偿电容(Ca、Cb、Cc)后再连接至直流总线11的中点电位位置。交流侧还设置检测漏电流的漏电流传感器。

实际并网运行时的一种直观判断中，设想，若Rx和Ry都为无穷大，则在交流侧的漏电流数值应当为0。若Rx为无穷大，而Ry突然变小，则漏电流值应当增大，且为正向增大；相反，若Ry为无穷大，而Rx突然变小时，则漏电流虽然也增大，但应当为反向增大。也就是说，根据漏电流的正向或者反向增大，即可推算出直流输入端的正极或者负极与大地之间的绝缘阻抗然的变化趋势。然而，实际工况下，对于Rx和Ry同时出现变小趋势时，则无法根据漏电流正向或负向的增大趋势得出当前绝缘组织的准确变化趋势。

从而，在本发明的该较佳实施例中，于逆变器并网运行时，首先连续获取大地与直流输入端10之间的电压，并通过漏电流传感器连续获取交流侧的漏电流。实际工况下，对大地与直流输入端10之间的电压进行加权求平均，将平均值作为初始总线电压，相应的，对连续获取的漏电流值进行加权求平均，将平均值作为初始漏电流值。

设定大地对直流输入端10之间的电压大小为总线电压大小的一半。也即，根据三相电压矢量原理，在理想状态下，大地对逆变器直流输入端10呈固定的直流电压，在交流侧三相对称的情况下，大地对直流输入端10的电压应为总线电压的一半。例如，若在未增加占空比时，总线电压等于直流输入端的电压600V，则大地对逆变器直流输入端10的电压为300V。控制升压斩波电路中的占空比信号(PWM)，通过占空比的增加或者减少，以改变总线电压值获取当前总线电压，则当前总线电压与初始总线电压的差值则为电压增量的大小。

另一方面，由于总线电压的变化，则交流侧的漏电流大小也相应的产生了变化。通过漏电流传感器连续获取的当前漏电流值与初始漏电流值比较，从而获得漏电流增量。具体地说，电压增量△V满足：电压增量△V＝1/2当前总线电压-1/2初始总线电压；电流增量△i满足：电流增量△i＝初始漏电流ix-当前漏电流iy。则如前所述，将Rx视为直流输入端的正极与大地之间的等效电阻值，将Ry视为直流输入端负极对大地之间的等效电阻值，则绝缘电阻值应当满足绝缘电阻Rx//Ry＝电压增量/电流增量。也即，最终可以根据电压增量、漏电流增量，即可推算出当前绝缘组织的大小及变化趋势。

实施例

在直流输入端的正极与大地之间和其负极与大地之间都分别并联一个阻值为10000欧姆的电阻，且设定并网运行状态下交流侧的漏电流为0。逆变器并网运行后，获取当前总线电压为600V，则直流输入端的正极或者负极对地的电压都应当为300V。当前时刻，通过升压斩波电路中的控制器将占空比从初始状态的0调整至0.27。则当前直流输入端的正极对大地的电压从300V上升到409V，根据电压增量△V＝1/2当前总线电压-1/2初始总线电压，则此时电压增量△V应当为109V。同时，交流侧漏电流传感器获取当前漏电流值从0负向增加到21.9mA，根据电流增量△i＝初始漏电流ix-当前漏电流iy，则此时电流增量△i应当为0.0219mA。最后根据绝缘电阻Rx//Ry＝电压增量/电流增量，则当前绝缘电阻Rx//Ry应当为4.977K，显然，当前等效绝缘阻抗呈下降趋势。

由于以上技术方案的采用，本发明相较于现有技术具有如下的有益技术效果：

通过直流输入端增加占空比信号控制，给予直流输入端的正极或负极对大地之间的电压增量，并在交流侧设置漏电流传感器，则通过漏电流传感器对比初始漏电流和实时漏电流以获得电流增量，最终通过电压增量和电流增量推算当前直流输入对大地的总等效阻抗，这样，实现在交流侧接地的非隔离并网逆变器并网工作时，对直流侧的绝缘性能进行在线检测，从而能够及时发现直流输入端绝缘阻抗的变低趋势，避免逆变器继续运行会导致的进一步故障。

以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域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 (9)

1.一种三相并网逆变器在线绝缘检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

获取大地与直流输入之间的电压，并获取初始漏电流ix和初始总线电压的步骤S1；

根据总线电压的变化获取当前总线电压的步骤S2；

配置根据所述当前总线电压和直流电压获取电压增量以及当前漏电流iy的步骤S3；

配置根据所述电压增量、所述初始漏电流以及所述当前漏电流iy获取当前绝缘阻值的步骤S4。

2.根据权利要求1所述的三相并网逆变器在线绝缘检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，还包括对大地与直流输入之间的所述电压进行求平均，以及对漏电流进行求平均的步骤S11。

3.根据权利要求1所述的三相并网逆变器在线绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据总线电压的变化获取当前总线电压的步骤包括：

配置升压斩波电路和所述升压斩波电路中的占空比信号的步骤S21；

配置通增加或者减少所述占空比信号，以改变所述初始总线电压并获取当前总线电压的步骤S22。

4.根据权利要求3所述的三相并网逆变器在线绝缘检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，设定大地对直流输入之间的所述电压的大小为所述总线电压大小的一半。

5.根据权利要求4所述的三相并网逆变器在线绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述电压增量△V满足：

电压增量△V＝1/2当前总线电压-1/2初始总线电压；

所述电流增量△i满足：

电流增量△i＝初始漏电流ix-当前漏电流iy。

6.根据权利要求5所述的三相并网逆变器在线绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，设定Rx为直流输入正极对大地之间的等效电阻值，Ry为直流输入负极对大地之间的等效电阻值，则绝缘电阻满足：

绝缘电阻Rx//Ry＝电压增量/电流增量。

7.根据权利要求6所述的三相并网逆变器在线绝缘检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，

当Rx和Ry都为无穷大时，则所述漏电流为0；

当Rx为无穷大，而Ry变小时，则所述漏电流正向增大；

当Ry为无穷大，而Rx变小时，则所述漏电流反向增大。

8.一种基于权利要求1至7所述的三相并网逆变器绝缘检测电路，其特征在于，所述检测电路包括：

直流总线，该直流总线与直流输入端的两极连接；

三桥臂并联构成的逆变电路，每一所述桥臂由两开关管串联构成，每一所述桥臂都分别与接地的三相交流侧的一相连接；

每一所述桥臂与三相交流侧任一相连接的线路上连接有第一电感、第二电感以及继电器，且每一所述桥臂又分别连接补偿电容后连接至所述直流总线的中点电位，其中，

所述直流输入端与直流总线之间包括连接所述直流输入端正极与大地的第一绝缘电阻，连接所述直流输入端负极与大地的第二绝缘电阻，以及占空比信号开关，通过控制占空比信号开关的时序和通断，以及三相交流侧的漏电流传感器以获取当前所述直流总线的电压值和漏电流。

9.根据权利要求8所述的三相并网逆变器绝缘检测电路，其特征在于，所述开关管为金氧半场效晶体管或可关断晶闸管。

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