CN202994907U - 光伏逆变器绝缘阻抗检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了光伏逆变器绝缘阻抗检测系统，属于光伏发电的技术领域。所述光伏逆变器绝缘阻抗检测系统包括电阻切换单元、电阻分压单元、母线电压检测单元、第一信号处理单元、第二信号处理单元、微处理器。本实用新型不仅可以准确计算直流绝缘阻抗值，包括检测直流系统正、负极绝缘阻抗同等下降时的情况；而且不会注入低频交流信号增大直流系统的电压纹波系数。

Description

光伏逆变器绝缘阻抗检测系统

技术领域

本实用新型公开了光伏逆变器绝缘阻抗检测系统，属于光伏发电的技术领域。

背景技术

现有绝缘阻抗检测的方法主要有电桥平衡原理和低频探测原理。根据电桥平衡原理实现的绝缘阻抗检测装置被广泛使用，但它不能检测直流系统正、负极绝缘阻抗同等下降时的绝缘阻抗值；绝缘阻抗检测装置即使报警，也不能直接得到系统对地的绝缘阻抗大小。用低频探测原理检测接地故障是近几年采用的一种新方法，但它所能检测的接地阻抗受直流系统对地分布电容的制约，而且低频交流信号容易受外界的干扰，另外注入的低频交流信号增大直流系统的电压纹波系数。可见，电桥平衡原理和低频探测原理均存在若干难以克服的缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了光伏逆变器绝缘阻抗检测系统。

本实用新型为实现上述目的采用如下技术方案：

光伏逆变器绝缘阻抗检测系统，包括：电阻切换单元、电阻分压单元、母线电压检测单元、第一信号处理单元、第二信号处理单元、微处理器；其中：

所述电阻切换单元的一端与光伏组件阵列的正极连接，另一端接地，控制端接微处理器的I/O接口；

所述电阻分压单元的一端接地，另一端与光伏组件阵列的负极连接，控制端与第一信号处理单元的输入端连接；

所述母线电压检测单元的一端与光伏组件阵列的正极连接，另一端与光伏组件阵列的负极连接，控制端与第二信号处理单元的输入端连接；

所述第一信号处理单元输出端、第二信号处理单元输出端与微处理器的A/D端口连接。

进一步的，所述的光伏逆变器绝缘阻抗检测系统中，电阻切换单元包括：第一电阻、第二电阻、单刀双掷开关；其中，

所述单刀双掷开关的常闭端接地，两个常开端分别与第一电阻的一端、第二电阻的一端连接；

所述第一电阻另一端与光伏组件阵列的正极连接，所述第二电阻另一端与光伏组件阵列的正极连接。

进一步的，所述的光伏逆变器绝缘阻抗检测系统中，电阻分压单元（2）包括：第三电阻（R3）、第四电阻（R4）；所述第三电阻（R3）、第四电阻（R4）组成的串联电路的一端与光伏组件阵列的负极连接，另一端与大地连接。

本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果：不仅可以准确计算直流绝缘阻抗值，包括检测光伏阵列正、负极绝缘阻抗同等下降时的情况；而且不会注入低频交流信号增大直流系统的电压纹波系数。

附图说明

图1为光伏逆变器绝缘阻抗检测系统的模块图。

图2为具体实施例中的电路图。

图3为具体实施例中单刀双掷开关的示意图。

图4为第一信号处理单元4的电路图。

图中标号说明：1为电阻切换单元，2为电阻分压单元，3为母线电压检测单元，4为第一信号处理单元，5为第二信号处理单元，6为微处理器，R1-R4为第一至第四电阻，S1为单刀双掷开关，Rp为光伏阵列正极对大地的绝缘阻抗值，Rn为光伏阵列负极对大地的绝缘阻抗值，Uiso为分压电阻R4两端的电压值，Upn为光伏阵列正负极之间的电压值，U1A为OPA4137芯片，U4A、U4B均为LM258芯片，UPC5为HCNR201芯片。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明：

如图1所示的光伏逆变器绝缘阻抗检测系统，包括：电阻切换单元1、电阻分压单元2、母线电压检测单元3、第一信号处理单元4、第二信号处理单元5、微处理器6。

电阻切换单元1的一端与光伏组件阵列的正极PV+连接，另一端接地，控制端接微处理器6的I/O接口。

电阻分压单元2的一端接地，另一端与光伏组件阵列的负极PV-连接，控制端与第一信号处理单元4的输入端连接。

母线电压检测单元3的一端与光伏组件阵列的正极PV+连接，另一端与光伏组件阵列的负极PV-连接，控制端与第二信号处理单元5的输入端连接。

第一信号处理单元4输出端、第二信号处理单元5输出端与微处理器6的A/D端口连接。

如图2所示，电阻切换单元1包括两个或两个以上的电阻和单刀多掷开关组成。本实施例中的电阻切换单元1，包括：第一电阻R1、第二电阻R2、单刀双掷开关S1。单刀双掷开关S1为具有常开常闭功能的功率继电器、开关管或光藕。

单刀双掷开关S1的常闭端接地，两个常开端分别与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端连接，单刀双掷开关S1由微处理器6控制。

第一电阻R1另一端与光伏组件阵列的正极PV+连接，第二电阻R2另一端与光伏组件阵列的正极PV+连接。

电阻分压单元2包括：第三电阻R3、第四电阻R4；第三电阻R3、第四电阻R4组成的串联电路的一端与光伏组件阵列的负极连接，另一端与大地连接。

母线电压检测单元3使用LEM霍尔传感器LV25-P实现，其具体实现原理及电路参数可以根据LV25-P应用手册进行修改。LEM霍尔传感器LV25-P的第二信号处理单元5使用常用的跟随器即可实现，同时可根据实际使用环境进行修改。

如图4所示，第一信号处理单元4由运算放大器U4、线性光耦PC5、运算放大器U1以及外围电路构成。运算放大器U4的型号为LM258，线性光耦UPC5的型号为HCNR201，运算放大器U1的型号均为OPA4137。

如图3所示，本实施例将两常开两常闭（2CO）继电器串联为一常开一常闭（1CO）继电器作为单刀双掷开关S1，即为将两常开两常闭继电器的COM端、MON端连接，NC端、NO端即为单刀双掷开关的两个常开端口，继电器由微处理器6控制。

电阻R1由6只封装为1206的SMD贴片电阻2004串联组成，代表阻值为12ΜΩ。电阻R2由5只封装为1206的SMD贴片电阻2003串联组成，代表阻值为1ΜΩ。电阻R3由6只封装为1206的SMD贴片电阻2004串联组成，代表阻值为12ΜΩ。电阻R4由2只封装为1206的SMD贴片电阻1503并联组成，代表阻值为0.075ΜΩ。

本实用新型所述光伏逆变器绝缘阻抗检测系统的工作过程如下：

1、微处理器6预设绝缘阻抗故障值Re；

2、微处理器6的I/O端口输出信号‘0’，控制开关S1不动作，使电阻R1的一端连接PV+，另一端连接大地E；电阻R2的一端连接PV+，另一端断开；

3、使用微处理器6的两个AD端口，同时记录分压电阻R4两端的电压值Uiso1和光伏阵列正负极之间的电压值Upn1；

4、微处理器6的I/O端口输出信号‘1’，控制开关S1动作，使电阻R1的一端连接PV+，另一端断开；电阻R2的一端连接PV+，另一端连接大地E；

5、使用微处理器6的两个AD端口，同时记录分压电阻R4两端的电压值Uiso2和光伏阵列正负极之间的电压值Upn2；

6、通过微处理器6进行如下运算：

$\mathrm{Uon}1=\frac{\mathrm{Uiso}1}{R4}\×(R3+R4)---\left(1\right)$

Upo1=Upn1-Uon1                    （2）

$A=\frac{\mathrm{Upo}1}{\mathrm{Uon}1}=\frac{\mathrm{Upn}1-\mathrm{Uon}1}{\mathrm{Uon}1}=\frac{\mathrm{Rp}//R1}{\mathrm{Rn}//(R3+R4)}---\left(3\right)$

$\mathrm{Uon}2=\frac{\mathrm{Uiso}2}{R4}\×(R3+R4)---\left(4\right)$

Upo2＝Upn2-Uon2                   （5）

$B=\frac{\mathrm{Upo}2}{\mathrm{Uon}2}=\frac{\mathrm{Upn}2-\mathrm{Uon}2}{\mathrm{Uon}2}=\frac{\mathrm{Rp}//R2}{\mathrm{Rn}//(R3+R4)}---\left(6\right)$

可以得到：

$A=\frac{\mathrm{Upo}1}{\mathrm{Uon}1}=\frac{\mathrm{Upn}1-\mathrm{Uon}1}{\mathrm{Uon}1}=\frac{\mathrm{Upn}1}{\mathrm{Uon}1}-1=\frac{\mathrm{Upn}1}{\mathrm{Uiso}1}\×\frac{R4}{R3+R4}-1---\left(7\right)$

$B=\frac{\mathrm{Upo}2}{\mathrm{Uon}2}=\frac{\mathrm{Upn}2-\mathrm{Uon}2}{\mathrm{Uon}2}=\frac{\mathrm{Upn}2}{\mathrm{Uon}2}-1=\frac{\mathrm{Upn}2}{\mathrm{Uiso}2}\×\frac{R4}{R3+R4}-1---\left(8\right)$

$\mathrm{Rp}=\frac{(A-B)\×R1\×R2}{B\×R1-A\×R2}---\left(9\right)$

$\mathrm{Rn}=\frac{1}{\frac{A\×B\×(R1-R2)}{(A-B)\×R1\×R2}-\frac{1}{R3+R4}}---\left(10\right)$

如果Rp＞Re且Rn＞Re，则判断为正常；否则，判断为光伏阵列绝缘阻抗故障，发出故障信号，阻止光伏逆变器并网。A、B分别为第一、第二信号处理单元的增益。

综上所是，本实用新型所涉及的绝缘阻抗检测系统不仅可以准确计算直流绝缘阻抗值，包括检测直流系统正、负极绝缘阻抗同等下降时的情况；而且不会注入低频交流信号增大直流系统的电压纹波系数。

Claims (3)

1.光伏逆变器绝缘阻抗检测系统，其特征在于包括：电阻切换单元（1）、电阻分压单元（2）、母线电压检测单元（3）、第一信号处理单元（4）、第二信号处理单元（5）、微处理器（6）；其中：

       所述电阻切换单元（1）的一端与光伏组件阵列的正极连接，另一端接地，控制端接微处理器（6）的I/O接口；

       所述电阻分压单元（2）的一端接地，另一端与光伏组件阵列的负极连接，控制端与第一信号处理单元（4）的输入端连接；

       所述母线电压检测单元（3）的一端与光伏组件阵列的正极连接，另一端与光伏组件阵列的负极连接，控制端与第二信号处理单元（5）的输入端连接；

       所述第一信号处理单元（4）输出端、第二信号处理单元（5）输出端与微处理器（6）的A/D端口连接。

2.根据权利要求1所述的光伏逆变器绝缘阻抗检测系统，其特征在于所述电阻切换单元（1）包括：第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、单刀双掷开关（S1）；其中，

所述单刀双掷开关（S1）的常闭端接地，两个常开端分别与第一电阻（R1）的一端、第二电阻（R2）的一端连接；

所述第一电阻（R1）另一端与光伏组件阵列的正极连接，所述第二电阻（R2）另一端与光伏组件阵列的正极连接。

3.根据权利要求1或2所述的光伏逆变器绝缘阻抗检测系统，其特征在于所述电阻分压单元（2）包括：第三电阻（R3）、第四电阻（R4）；所述第三电阻（R3）、第四电阻（R4）组成的串联电路的一端与光伏组件阵列的负极连接，另一端与大地连接。

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