CN203587701U - 一种光伏逆变器对地绝缘电阻的在线检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏逆变器的直流侧对地绝缘电阻的在线检测电路，包括，电阻桥输入电路、与待测光伏逆变器直流侧正极电连接的电阻桥上桥臂、与待测光伏逆变器直流侧负极电连接的电阻桥下桥臂，电压采集电路、信号采集滤波电路、电压跟随器和继电器电路，继电器电路设置在电阻桥输入电路中，分别控制电阻桥桥臂的连接和待测光伏逆变器直流侧负极的接入；有益效果是，使在线检测装置的电路结构简单，维修方便，使光伏逆变器在线检测装置成本整体上降低的同时，提高了电路工作的稳定性和可靠性。

Description

一种光伏逆变器对地绝缘电阻的在线检测电路

技术领域

本实用新型涉及光伏逆变器检测技术领域；特别是涉及一种光伏逆变器直流侧对地绝缘电阻的在线检测电路。

背景技术

目前，检测光伏逆变器直流侧正端、负端对地（文中所指地，均为大地，Earth）的绝缘电阻，主要依赖于进口继电器设备，而这些进口继电器设备成本高，且检测精度差，一般也只是反馈DI量给相应的控制系统，仅给出报警信号，并不能准确定位到故障点。

国内有些厂家检测光伏逆变器直流侧对地绝缘电阻的检测手段，也只是采用基于平衡电桥原理的电路。如图1所示，图中的PV+为光伏电池板的直流侧正极对地绝缘电阻R+，PV-为光伏电池板的直流侧负极对地的绝缘电阻R-，其中，在光伏电池板直流侧的正极与大地之间、光伏电池板直流侧的负极与大地之间均接入相同阻值的给定电阻R，当通过检测电压U1、U2，再结合给定电阻R，即可计算出绝缘电阻R+和R-的数值。但是当绝缘电阻R+和R-同等下降时，这种基于平衡电桥原理的检测方法，并不能准确检测出光伏电池板直流侧的正负极实际对地的绝缘电阻值，即，不能准确检测出光伏电池板对地绝缘电阻的变化。

现有技术中，采用不平衡电桥检测光伏电池板直流侧的正、负极实际对地的绝缘电阻值，存在很多问题，未考虑整体检测系统工作可靠性，直接将几百伏的电压加在检测系统的印刷电路板上，而一般印刷电路板所选用的电子器件，耐压值比较低，长期承受高压的冲击，会对电路工作的可靠性产生不利影响。将系统参考地与光伏电池板的直流侧负极PV-长期直接相连接，使外界的高电压容易通过大地窜入检测系统，如雷电情况下，雷击电压很有可能窜进检测系统，造成检测电路不能正常工作，或印刷电路板的损毁。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种电路简单、可靠性高的光伏逆变器直流侧对地绝缘电阻的在线检测电路。

本实用新型所采用的技术方案是，一种光伏逆变器的直流侧对地绝缘电阻的在线检测电路，包括，电阻桥输入电路，与待测光伏逆变器直流侧正极电连接的电阻桥上桥臂、与待测光伏逆变器直流侧负极电连接的电阻桥下桥臂，第一阵列电压采集电路、第一信号采集滤波电路、第一电压跟随器、第二阵列电压采集电路、第二信号采集滤波电路、第二电压跟随器和继电器电路，所述继电器电路设置在电阻桥输入电路中，分别控制电阻桥桥臂的连接和待测光伏逆变器直流侧负极的接入；所述电阻桥上桥臂通过第一阵列电压采集电路和第一信号采集滤波电路与第一电压跟随器的输入端电连接；所述电阻桥下桥臂通过第二阵列电压采集电路和第二信号采集滤波电路与第二电压跟随器的输入端电连接。

所述继电器电路由4个继电器组成，第一至第四继电器的常开触点分别是K1、K2、K3和K4；所述的电阻桥上桥臂，由第一继电器常开触点K1与3个相同电阻R1组成，所述待测光伏逆变器直流侧正极通过第一继电器常开触点K1分别与3个相同电阻R1串联连接，与第一阵列电压采集电路的输入端电连接；所述的电阻桥下桥臂，由第四继电器常开触点K4与2个相同电阻R1组成，所述待测光伏逆变器直流侧负极通过第四继电器常开触点K4与2个相同电阻R1串联连接；所述第四继电器常开触点K4与2个相同电阻R1之间与检测电路的参考地电连接；所述的电阻桥上桥臂与电阻桥下桥臂之间通过第二继电器的常开触点K2与第二阵列电压采集电路的输入端电连接，所述第二阵列电压采集电路的输入端通过与第三继电器常开触点K3与大地连接。

所述第一阵列电压采集电路由5个相同电阻R2、电阻R3和精密运算放大器U1A组成，5个串联连接的电阻R2与电阻R3构成对输入信号的分压并与精密运算放大器U1A的正极性电压输入端电连接，所述第一阵列电压采集电路的电源为单端电源；所述的第一信号采集滤波电路由电阻R4、电容C、稳压二极管D组成；第一电压跟随器由精密运算放大器U1B组成，所述电阻R4与电容C和稳压二极管D并联后对输入信号的滤波与第一电压跟随器的精密运算放大器U1B的正极性电压输入端电连接；所述的第二阵列电压采集电路、第二信号采集滤波电路和第二电压跟随器的电路结构分别对应与第一阵列电压采集电路、第一信号采集滤波电路第一电压跟随器相同。

所述的第一信号采集滤波电路中稳压二极管D是单向5V稳压管。

本实用新型的有益效果是，由于采用继电器电路设置在电阻桥输入电路中，分别控制电阻桥桥臂的连接和待测光伏逆变器直流侧负极的接入、阵列电压采集电路、信号采集滤波电路和第一电压跟随器电路的技术方案，使在线检测装置的电路结构简单，维修方便，使光伏逆变器在线检测装置成本整体上降低的同时，提高了电路工作的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是现有的对地绝缘电阻检测电路原理示意图；

图2是本实用新型光伏逆变器对地绝缘电阻的检测电路电原理图。

图中：

10、电阻桥上桥臂               20、电阻桥下桥臂

30、第一阵列电压采集电路       40、第一信号采集滤波电路

50、第一电压跟随器             60、第二阵列电压采集电路

70、第二信号采集滤波电路       80、第二电压跟随器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

如图1和图2所示，本实用新型光伏逆变器的直流侧对地绝缘电阻在线检测电路，包括，电阻桥输入电路，所述电阻桥输入电路，还包括，与待测光伏逆变器直流侧正极电连接的电阻桥上桥臂10、与待测光伏逆变器直流侧负极电连接的电阻桥下桥臂20，还包括，第一阵列电压采集电路30、第一信号采集滤波电路40、第一电压跟随器50、第二阵列电压采集电路60、第二信号采集滤波电路70、第二电压跟随器80和继电器电路，所述继电器电路设置在电阻桥输入电路中，分别控制电阻桥桥臂的连接和待测光伏逆变器直流侧负极的接入；所述电阻桥上桥臂10通过第一阵列电压采集电路30和第一信号采集滤波电路40与第一电压跟随器50的输入端电连接；所述电阻桥下桥臂20通过第二阵列电压采集电路60和第二信号采集滤波电路70与第二电压跟随器80的输入端电连接。

继电器电路由4个继电器组成，第一至第四继电器的常开触点分别是K1、K2、K3和K4；所述的电阻桥上桥臂10，由第一继电器常开触点K1与3个相同电阻R1组成，所述待测光伏逆变器直流侧正极通过第一继电器常开触点K1分别与3个相同电阻R1串联连接，与第一阵列电压采集电路30的输入端电连接；所述的电阻桥下桥臂20，由第四继电器常开触点K4与2个相同电阻R1组成，所述待测光伏逆变器直流侧负极通过第四继电器常开触点K4与2个相同电阻R1串联连接；所述第四继电器常开触点K4与2个相同电阻R1之间与检测电路的参考地电连接；所述的电阻桥上桥臂10与电阻桥下桥臂20之间通过第二继电器的常开触点K2与第二阵列电压采集电路60的输入端电连接，所述第二阵列电压采集电路60的输入端通过与第三继电器常开触点K3与大地连接。

第一阵列电压采集电路30由5个相同电阻R2、电阻R3和精密运算放大器U1A组成，5个串联连接的电阻R2与电阻R3构成对输入信号的分压并与精密运算放大器U1A的正极性电压输入端电连接，所述第一阵列电压采集电路30采用的分压方式实现直流侧电压采集，使得精密运算放大器的供电由以前的双电源简化为单电源，同时避免了使用常规电压传感器检测电压的成本浪费。所述的第一信号采集滤波电路40由电阻R4、电容C、稳压二极管D组成；第一电压跟随器50由精密运算放大器U1B组成，所述电阻R4与电容C和稳压二极管D并联后对输入信号的滤波与第一电压跟随器50的精密运算放大器U1B的正极性电压输入端电连接；所述的第二阵列电压采集电路60、第二信号采集滤波电路70和第二电压跟随器80的电路结构分别对应与第一阵列电压采集电路30、第一信号采集滤波电路40第一电压跟随器50相同。

本实用新型的原理检测电路的工作过程如下：电阻R+为待测光伏逆变器直流侧正极PV+对地绝缘电阻，R-为待测光伏逆变器直流侧负极PV-对地绝缘电阻。K1、K2、K3和K4为继电器常开触点，继电器的线圈端受单片机I/O接口的控制；电阻桥基准桥臂的电阻R1=27KΩ，电源接通时的上电工作顺序是，继电器的常开触点K1，K2和K4接通，假设精密运算放大器U1A的输出电压为U1，精密运算放大器U2A的输出电压为U2，待测光伏逆变器直流侧的母线电压为V1，待测光伏逆变器直流侧负极PV-对地电压为V2，则有                                                

,,

利用串联电路电流相等列方程，

                    

当继电器的常开触点K1，K2，K3和K4同时接通，假设精密运算放大器U1A输出电压为U1”， 精密运算放大器U2A的输出电压为U2”，

则有

,

,利用串联电路电流相等列方程，

将方程式

、

移项可得式，

。

通过两个方程式可以解得两个未知数R+,R-.

为了保证检测光伏逆变器直流侧对地绝缘电阻的准确性，所选用的单片机ADC通道应具有同步采集的功能，且对精密运算放大器U1A的输出电压为U1，精密运算放大器U2A的输出电压为U2，精密运算放大器U1A输出电压为U1”， 精密运算放大器U2A的输出电压为U2”，的采样，采用多次采样并计算平均值的方法，保证了光伏逆变器直流侧对地绝缘电阻的准确度。

本实用新型检测电路第一信号采集滤波电路40中稳压二极管D是单向5V单向稳压二极管，而不采用模拟线性隔离，是由于目前的线性隔离运放的误差较大，而稳压二极管完全能够有效保护单片机的ADC管脚免受外界高电压的干扰，这样，避免线性隔离带来的漂移和非线性度。同时降低了成本。

本实用新型检测电路的参考地接在继电器常开触点K4与电阻桥上桥臂10之间，可以保证在电路上电，但非检测时，检测电路的参考地能够免受到大地带来的干扰。

第一阵列电压采集电路30通过继电器常开触点K1与电阻桥下桥臂10之间连接，可以保证在电路上电的非检测时刻，电阻R2，R3避免耐受高电压的冲击，使检测电路的可靠性和稳定性可以得到有效保障。

通过所选用的单片机的485接口与控制器通信，可以将检测具体的数据上传，两个CPU 各司其职，互不影响，为整个光伏逆变器的正常稳定地工作提供了保证。

本实用新型的检测电路由于采用继电器电路设置在电阻桥输入电路中，分别控制电阻桥桥臂的连接和待测光伏逆变器直流侧负极的接入、阵列电压采集电路、信号采集滤波电路和第一电压跟随器电路的技术方案，使在线检测装置的电路结构简单，维修方便，使光伏逆变器在线检测装置成本整体上降低的同时，提高了电路工作的稳定性和可靠性。

值得指出的是，本实用新型的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本实用新型的基本技术构思，本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种光伏逆变器的直流侧对地绝缘电阻的在线检测电路，包括，电阻桥输入电路，与待测光伏逆变器直流侧正极电连接的电阻桥上桥臂（10）、与待测光伏逆变器直流侧负极电连接的电阻桥下桥臂（20），其特征在于，还包括，第一阵列电压采集电路（30）、第一信号采集滤波电路（40）、第一电压跟随器（50）、第二阵列电压采集电路（60）、第二信号采集滤波电路（70）、第二电压跟随器（80）和继电器电路，所述继电器电路设置在电阻桥输入电路中，分别控制电阻桥桥臂的连接和待测光伏逆变器直流侧负极的接入；所述电阻桥上桥臂（10）通过第一阵列电压采集电路（30）和第一信号采集滤波电路（40）与第一电压跟随器（50）的输入端电连接；所述电阻桥下桥臂（20）通过第二阵列电压采集电路（60）和第二信号采集滤波电路（70）与第二电压跟随器（80）的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器的直流侧对地绝缘电阻的在线检测电路，其特征在于，所述继电器电路由4个继电器组成，第一至第四继电器的常开触点分别是K1、K2、K3和K4；所述的电阻桥上桥臂（10），由第一继电器常开触点K1与3个相同电阻R1组成，所述待测光伏逆变器直流侧正极通过第一继电器常开触点K1分别与3个相同电阻R1串联连接，与第一阵列电压采集电路（30）的输入端电连接；所述的电阻桥下桥臂（20），由第四继电器常开触点K4与2个相同电阻R1组成，所述待测光伏逆变器直流侧负极通过第四继电器常开触点K4与2个相同电阻R1串联连接；所述第四继电器常开触点K4与2个相同电阻R1之间与检测电路的参考地电连接；所述的电阻桥上桥臂（10）与电阻桥下桥臂（20）之间通过第二继电器的常开触点K2与第二阵列电压采集电路（60）的输入端电连接，所述第二阵列电压采集电路（60）的输入端通过与第三继电器常开触点K3与大地连接。

3.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器的直流侧对地绝缘电阻的在线检测电路，其特征在于，所述第一阵列电压采集电路（30）由5个相同电阻R2、电阻R3和精密运算放大器U1A组成，5个串联连接的电阻R2与电阻R3构成对输入信号的分压并与精密运算放大器U1A的正极性电压输入端电连接，所述第一阵列电压采集电路（30）的电源为单端电源；所述的第一信号采集滤波电路（40）由电阻R4、电容C、稳压二极管D组成；第一电压跟随器（50）由精密运算放大器U1B组成，所述电阻R4与电容C和稳压二极管D并联后对输入信号的滤波与第一电压跟随器（50）的精密运算放大器U1B的正极性电压输入端电连接；所述的第二阵列电压采集电路（60）、第二信号采集滤波电路（70）和第二电压跟随器（80）的电路结构分别对应与第一阵列电压采集电路（30）、第一信号采集滤波电路（40）第一电压跟随器（50）相同。

4.根据权利要求3所述的一种光伏逆变器的直流侧对地绝缘电阻的在线检测电路，其特征在于，所述的第一信号采集滤波电路（40）中稳压二极管D是单向5V稳压管。

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