CN116068274A - 一种光伏逆变器的绝缘检测电路及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于绝缘检测技术领域，具体涉及一种光伏逆变器的绝缘检测电路及检测方法，绝缘检测电路用于检测光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值，绝缘检测电路包括串联在光伏逆变器直流侧正极和负极之间的第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻的串接点通过控制开关连接光伏逆变器的直流侧负极，还通过第三电阻接地，本发明在现有的电路原理及方法上，进行改进，使其在强电磁环境中，保证光伏逆变器绝缘阻抗检测的精度，同时综合考虑各模块对绝缘检测精度的影响，进一步提升光伏逆变器绝缘检测的精确度和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于绝缘检测技术领域，具体涉及一种光伏逆变器的绝缘检测电路及检测方法。
背景技术
光伏逆变器是光伏新能源产业的核心设备。在光伏系统中，光伏电池组件产生的直流电经过光伏逆变器的升压、逆变、滤波，变换出稳定可靠的三相电，并入电网。根据相关行业标准《NB32004-2018光伏并网逆变器技术规范》要求，检测光伏电池组件方阵的绝缘阻抗是逆变器的一项强制性要求。当光伏方阵阻抗小于Umax,PV/30mA(Umax,PV是光伏方阵最大输出电压)，非隔离型光伏逆变器应指示故障，并在故障时停止并入电网。因此为了使光伏逆变器满足其安全性要求，必须设计一种合适的绝缘检测电路及计算方法，能够稳定可靠的测量出光伏方阵绝缘阻抗的数值，进一步提升设备的安全性。
目前常用的绝缘检测方法有平衡电桥法、不平衡电桥法、双不对称电桥法等。平衡电桥法，原理简单，计算方便，在光伏方阵单一极对地绝缘良好，另外一极出现绝缘故障时，可以快速精确的计算出绝缘电阻阻抗，但是当光伏方阵两极同时出现绝缘阻抗下降时，平衡点桥法不能够很好的反映出绝缘阻抗的变化；不平衡电桥法，需要通过控制两只继电器状态的切换，分别测量出光伏方阵正负两极对地的绝缘电阻，这种方式在光伏方阵两极同时出现绝缘阻抗变化时，可以精确的测量出光伏方阵正负两极对地的绝缘电阻，但当光伏方阵对地电容变化时，会影响其测量精度；双不对称电桥法，亦是通过控制两只继电器状态的切换，采样不同时刻电桥电阻的电压阻值，计算所需要的绝缘电阻值，这种方法计算准确，可靠性比较强，但是电路复杂，硬件成本稍高。综上所述，每种检测方法都有相关优点缺点，因此采用一种合适的检测电路及计算方法，确保绝缘阻抗检测高可靠性、高精度十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏逆变器的绝缘检测电路及检测方法，用以解决利用现有技术中的方法进行绝缘阻抗检测，造成的绝缘检测精度和可靠性低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏逆变器的绝缘检测电路，绝缘检测电路用于检测光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值，绝缘检测电路包括串联在光伏逆变器直流侧正极和负极之间的第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻的串接点通过控制开关连接光伏逆变器的直流侧负极，还通过第三电阻接地。
其有益效果为：本发明在现有的电路原理及方法上进行改进，设置了一个简单的电路，电路中设置控制开关及电阻，在电路中的控制开关的断开与闭合的状态下分别采用需要的电压数据，进而结合采集的电压数据可以推导计算得到光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值。使其在强电磁环境中，保证光伏逆变器绝缘阻抗检测的精度，同时综合考虑各模块对绝缘检测精度的影响，进一步提升光伏逆变器绝缘检测的精确度和可靠性，并且由于电路简单，使硬件成本降低。
进一步地，还包括用于采集光伏逆变器直流侧正极和负极之间电压的第一电压采样电路，第一电压采样电路为差分放大电路。
其有益效果为：利用差分放大电路对电压信号进行放大处理提高了检测的精确度。
进一步地，还包括用于采集光伏逆变器直流侧负极对地之间电压的第二电压采样电路，第二电压采样电路为差分放大电路。
其有益效果为：利用差分放大电路对电压信号进行放大处理提高了检测的精确度。
进一步地，差分放大电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的同相输入端通过第四电阻连接光伏逆变器直流侧负极，还通过并联的第一电容和第八电阻连接第一运算放大器的输出端；第一运算放大器的反相输入端通过第六电阻连接光伏逆变器直流侧正极，还通过并联的第二电容和第九电阻接地；第一运算放大器的输出端用于通过第十三电阻进行输出，以输出得到信号放大处理后的光伏逆变器直流侧正极和负极之间电压信号。
其有益效果为：利用运算放大器构成的差分放大电路对电压信号进行放大处理提高了检测的精确度。
进一步地，差分放大电路包括第二运算放大器，第二运算放大器的同相输入端通过第五电阻接地，还通过并联的第三电容和第十电阻连接第二运算放大器的输出端；第二运算放大器的反相输入端通过第七电阻连接光伏逆变器直流侧负极，还通过并联的第四电容和第十一电阻接地；第二运算放大器的输出端用于通过第十二电阻进行输出，以输出得到信号放大处理后的光伏逆变器直流侧负极对地之间的电压信号。
其有益效果为：利用运算放大器构成的差分放大电路对电压信号进行放大处理提高了检测的精确度。
进一步地，绝缘检测电路用于采用如下方法检测光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值：使控制开关断开，采集光伏逆变器的直流侧正极和负极两端之间电压和光伏逆变器的直流侧负极对地之间的电压值；使控制开关闭合，采集串接点和光伏逆变器直流侧负极之间电压值、直流侧正极和负极两端之间电压值以及直流侧负极对地之间的电压值；根据控制开关断开和闭合分别采集得到的电压值，计算得到直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值。
其有益效果为：本发明只需要通过一只开关状态的改变，就可以得到四组不同采样数据，进而实现任一绝缘电阻值的测量，控制方法简单，硬件成本较低。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种光伏逆变器的绝缘检测方法，利用绝缘检测电路计算得到光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值；绝缘检测电路包括串联在光伏逆变器直流侧正极和负极之间的第一电阻和第二电阻，且第一电阻与直流侧正极连接，第一电阻和第二电阻的串接点通过控制开关连接光伏逆变器的直流侧负极，还通过第三电阻接地；
绝缘检测方法包括：使控制开关断开，采集光伏逆变器的直流侧正极和负极两端之间电压和光伏逆变器的直流侧负极对地之间的电压值；使控制开关闭合，采集第二电阻两端电压值、直流侧正极和负极两端之间电压值、以及直流侧负极对地之间的电压值；根据控制开关断开和闭合分别采集得到的电压值，计算得到直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值。
其有益效果为：本发明在现有的电路原理及方法上，进行改进，使其在强电磁环境中，保证光伏逆变器绝缘阻抗检测的精度，同时综合考虑各模块对绝缘检测精度的影响，进一步提升光伏逆变器绝缘检测的精确度和可靠性，并且只需要通过一只开关状态的改变，就可以得到四组不同采样数据，进而实现任一绝缘电阻值的测量，控制方法简单，硬件成本较低。
进一步地，若光伏逆变器直流侧正极或负极分别对地的绝缘电阻阻抗值小于光伏方阵最大输出电压与漏电流最大值的比值，则报绝缘检测故障，并使光伏逆变器停止工作。
其有益效果为：通过判断是否小于比值来判断是否出现绝缘故障，便于及时进行检修。
进一步地，光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值分别为：
其中，Rx和Ry分别为光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值，Udc1和Udc2分别为控制开关断开或闭合时光伏逆变器的直流侧正极和负极两端之间的电压值；Udc-PE1和Udc-PE2分别为控制开关断开或闭合时光伏逆变器的直流侧负极对地之间的电压值；R3为第三电阻值；Ur2为第二电阻两端电压值。
其有益效果为：根据上述公式计算出Rx和Ry方法更加简单。
进一步地，还包括第一电压采样电路和第二电压采样电路，第一电压采样电路用于采集光伏逆变器的直流侧正极和负极之间电压，第二电压采样电路用于采集光伏逆变器的直流侧负极对地之间电压，第一电压采样电路和第二电压采样电路均为差分放大电路。
其有益效果为：利用差分放大电路对电压信号进行放大处理提高了检测的精确度。
附图说明
图1是本发明的绝缘检测位置结构示意图；
图2是本发明的绝缘检测原理框图；
图3是本发明的DC+、DC-之间电压高精度采样原理框图；
图4是本发明的DC-、PE之间的电压高精度采样原理框图
图5是本发明的绝缘检测判断流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
光伏逆变器的绝缘检测电路实施例：
本实施例针对如图1所示的光伏逆变器回路，各个光伏组件通过光伏逆变器主系统BOOST升压后，连接对应二极管接入光伏逆变器的直流侧，进而光伏逆变器将直流电转换为交流电通过LCL输出滤波电路与电网连接。
在逆变器正式工作之前，会对系统进行绝缘阻抗检测，如图2所示，本实施例的绝缘检测电路用于检测光伏逆变器的直流侧正极以及负极对地的绝缘电阻阻抗值Rx和Ry(电路中的Rx和Ry为假设阻抗，实际电路中不设置)，绝缘检测电路包括串联在光伏逆变器的直流侧正极和直流侧负极之间的第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1和第二电阻R2的串接点通过控制开关S1连接光伏逆变器的直流侧负极，还通过第三电阻R3接地。
在本实施例系统结构中，逆变器正常工作之前，光伏组件方阵正极经二极管D1接入DC+，负极与DC-等电位。二极管D1的压降记为Vf,如图5所示，绝缘检测电路控制方法过程如下：
1)控制S1开关断开，采集DC+与DC-之间的电压Udc1，及DC-、PE之间的电压Udc-PE1。同时记R2两端电压为Ur2(DC-为低电位)，得到公式(1)(2)：
其中，Udc1和Udc2为直流侧两端电压；Udc-PE1和Udc-PE2为直流侧负极对地电压；R1为第一电阻；R2为第二电阻；R3为第三电阻；Ur2为第二电阻两端电压。
2)控制S1开关闭合，重新采集DC+与DC-之间的电压Udc2，及DC-、PE之间的电压Udc-PE2，得到公式(3)：
3)结合式(1)、式(2)、式(3)，得出初步得出系统DC+、DC-对地绝缘电阻Ry，Rx，及式(1)式(2)中的Ur2值。
4)若直流侧正极和负极对地的绝缘电阻阻抗值Rx或Ry小于Umax,PV/30mA即光伏方阵最大输出电压与漏电流最大值的比值，则报绝缘检测故障并停止工作；若直流侧正极和负极对地的绝缘电阻阻抗值Rx且Ry大于或等于Umax,PV/30mA，则光伏逆变器正常工作。
根据图1绝缘检测位置结构示意图，此时测量的Rx及Ry阻抗值，为DC+及DC-分别对大地的绝缘阻抗。实际的光伏组件正极电压经过二极管D1压降后，与DC+等电位，为提升绝缘检测判断准确性，此处进行实际判断时，光伏组件正极Umax,pv应较DC+电位高于Vf，所要求的绝缘阻抗略高，进而更准确地反映光伏组件的绝缘阻抗。
为了使绝缘检测精度提高，本实施例对光伏逆变器的直流侧正极和负极两端的电压以及直流侧负极对地电压采样进行了更精确的处理，对光伏逆变器的直流侧正极和负极两端的电压以及直流侧负极对地两端电压的第一电压采样电路和第二电压采样均采用差分放大电路。
如图3所示，光伏逆变器的直流侧正极和负极之间电压的差分放大电路包括第一运算放大器U1，第一运算放大器U1的同相输入端通过第四电阻R6连接光伏逆变器的直流侧负极DC-，还通过并联的第一电容C10和第八电阻R10连接第一运算放大器U1的输出端；第一运算放大器U1的反相输入端通过第六电阻R10连接光伏逆变器的直流侧正极DC+，还通过并联的第二电容C11和第九电阻R11接地PE；第一运算放大器U1的同相输出端用于通过第十三电阻R15进行输出，以输出得到进行信号放大处理后的光伏逆变器直流侧正极和负极之间电压。
如图4所示，光伏逆变器的直流侧负极对地之间电压的差分放大电路包括第二运算放大器U2，第二运算放大器U2的同相输入端通过第五电阻R7接地，还通过并联的第三电容C12和第十电阻R13连接第二运算放大器U2的输出端；第二运算放大器U2的反相输入端通过第七电阻R9连接光伏逆变器的直流侧负极DC-，还通过并联的第四电容C13和第十一电阻R13接地；第二运算放大器U2的输出端用于通过第十二电阻R14进行输出，以输出得到进行信号放大处理后的光伏逆变器直流侧负极对地之间的电压。
本发明只需要通过一只开关状态的改变，就可以得到四组不同采样数据，进而实现任一绝缘电阻值的测量，控制方法简单，硬件成本较低；在采样回路中增加合适的RC滤波可以有效提升采样的精度，避免受外界电磁环境的影响，提升了整体测量系统的可靠性与稳定性。
光伏逆变器的绝缘检测方法实施例：
本实施例的绝缘检测电路用于检测光伏逆变器的直流侧正极以及负极对地的绝缘电阻阻抗值Rx和Ry，绝缘检测电路控制方法为：使控制开关断开，采集光伏逆变器的直流侧正极和负极两端之间电压和光伏逆变器的直流侧负极对地之间的电压值；使控制开关断开，采集光伏逆变器的直流侧正极和负极两端之间电压和光伏逆变器的直流侧负极对地之间的电压值；使控制开关闭合，采集第二电阻两端电压值、直流侧正极和负极两端之间电压值、以及直流侧负极对地之间的电压值；根据控制开关断开和闭合分别采集得到的电压值，计算得到直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值。
具体绝缘检测电路部分以及Rx和Ry的计算过程以在光伏逆变器的绝缘检测电路实施例说明，这里不在赘述。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光伏逆变器的绝缘检测电路，其特征在于，所述绝缘检测电路用于检测光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值，所述绝缘检测电路包括串联在光伏逆变器直流侧正极和负极之间的第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻的串接点通过控制开关连接光伏逆变器的直流侧负极，还通过第三电阻接地。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器的绝缘检测电路，其特征在于，还包括用于采集光伏逆变器直流侧正极和负极之间电压的第一电压采样电路，所述第一电压采样电路为差分放大电路。
3.根据权利要求1所述的光伏逆变器的绝缘检测电路，其特征在于，还包括用于采集光伏逆变器直流侧负极对地之间电压的第二电压采样电路，所述第二电压采样电路为差分放大电路。
4.根据权利要求2所述的光伏逆变器的绝缘检测电路，其特征在于，所述差分放大电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端通过第四电阻连接光伏逆变器直流侧负极，还通过并联的第一电容和第八电阻连接第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的反相输入端通过第六电阻连接光伏逆变器直流侧正极，还通过并联的第二电容和第九电阻接地；所述第一运算放大器的输出端用于通过第十三电阻进行输出，以输出得到信号放大处理后的光伏逆变器直流侧正极和负极之间电压信号。
5.根据权利要求3所述的光伏逆变器的绝缘检测电路，其特征在于，所述差分放大电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端通过第五电阻接地，还通过并联的第三电容和第十电阻连接第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的反相输入端通过第七电阻连接光伏逆变器直流侧负极，还通过并联的第四电容和第十一电阻接地；所述第二运算放大器的输出端用于通过第十二电阻进行输出，以输出得到信号放大处理后的光伏逆变器直流侧负极对地之间的电压信号。
6.根据权利要求1所述的光伏逆变器的绝缘检测电路，其特征在于，所述绝缘检测电路用于采用如下方法检测光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值：使控制开关断开，采集光伏逆变器的直流侧正极和负极两端之间电压和光伏逆变器的直流侧负极对地之间的电压值；使控制开关闭合，采集所述串接点和光伏逆变器直流侧负极之间电压值、直流侧正极和负极两端之间电压值、以及直流侧负极对地之间的电压值；根据控制开关断开和闭合分别采集得到的电压值，计算得到直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值。
7.一种光伏逆变器的绝缘检测方法，其特征在于，利用绝缘检测电路计算得到光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值；所述绝缘检测电路包括串联在光伏逆变器直流侧正极和负极之间的第一电阻和第二电阻，且第一电阻与直流侧正极连接，第一电阻和第二电阻的串接点通过控制开关连接光伏逆变器的直流侧负极，还通过第三电阻接地；
所述绝缘检测方法包括：使控制开关断开，采集光伏逆变器的直流侧正极和负极两端之间电压和光伏逆变器的直流侧负极对地之间的电压值；使控制开关断开，采集光伏逆变器的直流侧正极和负极两端之间电压和光伏逆变器的直流侧负极对地之间的电压值；使控制开关闭合，采集第二电阻两端电压值、直流侧正极和负极两端之间电压值、以及直流侧负极对地之间的电压值；根据控制开关断开和闭合分别采集得到的电压值，计算得到直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值。
8.根据权利要求7所述的光伏逆变器的绝缘检测方法，其特征在于，若光伏逆变器直流侧正极或负极分别对地的绝缘电阻阻抗值小于光伏方阵最大输出电压与漏电流最大值的比值，则报绝缘检测故障，并使光伏逆变器停止工作。
9.根据权利要求7所述的光伏逆变器的绝缘检测方法，其特征在于，所述光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值分别为：
其中，Rx和Ry分别为光伏逆变器直流侧正极和负极分别对地的绝缘电阻阻抗值，Udc1和Udc2分别为控制开关断开或闭合时光伏逆变器的直流侧正极和负极两端之间的电压值；Udc-PE1和Udc-PE2分别为控制开关断开或闭合时光伏逆变器的直流侧负极对地之间的电压值；R3为第三电阻值；Ur2为第二电阻两端电压值。
10.根据权利要求7-9任一项所述的光伏逆变器的绝缘检测方法，其特征在于，还包括第一电压采样电路和第二电压采样电路，所述第一电压采样电路用于采集光伏逆变器的直流侧正极和负极之间电压，所述第二电压采样电路用于采集光伏逆变器的直流侧负极对地之间电压，所述第一电压采样电路和第二电压采样电路均为差分放大电路。
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| CN116449164A (zh) * | 2023-06-12 | 2023-07-18 | 苏州精控能源科技有限公司 | 工商业储能交直流系统的绝缘检测方法、系统及存储介质 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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