CN204498067U - 光伏直流柜的绝缘检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种光伏直流柜的绝缘监测仪，包括：微控制单元、母线接口检测模块、电阻网络模块、传感器输入模块、执行模块和电源模块。母线接口检测模块测量母线电压。电阻网络模块包括由数个电阻组成的电阻网络，电阻网络的电阻投切能改变，电阻网络包括不平衡电桥。传感器输入模块通过数个直流漏电传感器测量各个光伏支路的漏电流。执行模块响应于微控制单元的指令执行报警及通信。电源模块为各个模块供电。改变电阻网络的电阻投切，测量响应于电阻投切变化的母线电压，根据电阻网络的电阻投切检测的母线电压以确定母线对地绝缘电阻，根据传感器输入模块测量的漏电流确定各个光伏支路的支路对地绝缘电阻，以确定母线故障和支路故障。

Description

光伏直流柜的绝缘检测仪

技术领域

本实用新型涉及光伏发电系统，更具体地说，涉及光伏发电系统中的绝缘检测技术。

背景技术

在光伏发电系统中，直流正、负母线都是浮地的。由于系统直流输入、输出回路众多，难免会出现绝缘损坏等情况，绝缘下降或者绝缘损坏会造成直流电源短路，严重影响机房内其它设备的安全运行。绝缘下降或者绝缘损坏还会给现场运行维护人员的人身安全造成威胁。近几年随着光伏大型电站的发展，光伏直流柜已经成为光伏系统的一个必要部件，这一定程度上提升了系统的整体安全性，但在光伏直流柜内部，绝缘下降或者损坏带来的隐患依旧存在。由于光伏直流柜内直流输入、输出回路非常多，为方便运行和维护，也有必要及时有效地监测和查找出绝缘下降的具体支路。大部分光伏电站系统都是浮地的，电站系统的安全性能越发重要，监测各支路与母线正负极对地的绝缘性能是保证系统安全的一个重要条件。

对光伏直流柜进行绝缘性能检测的方法包括交流法或者直流法。所谓交流法是将低频信号注入到电流中，在直流系统加入低频交流信号，但该方法无法克服系统自身电容电流的影响，当系统中或者支路上出现大电容时，该系统或者支路的故障将检测不出，必须进行电容补偿。并且注入的低频交流信号会增大直流系统的电压纹波系数。

直流法主要采用平衡电桥法或不平衡电桥法。平衡电桥法不能检测出直流母线正、负极绝缘同等下降的情况。不平衡电桥法虽然可以检测直流母线正、负极绝缘同等下降的情况，但多数也只使用单组电桥，测量电压与电阻区间并无改善，并且在进行电阻切换时母线对地电压波动较大，对系统稳定性不利。

现有技术中虽然提出了各种绝缘监测仪，但都采用上述的交流法、平衡电桥法或者不平衡电桥法来进行绝缘性能的监测，存在不足。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种基于不平衡电桥法，但对测量区间和电压波动进行改善的绝缘监测仪。

根据本实用新型的一实施例，提出一种光伏直流柜的绝缘监测仪，安装在光伏直流柜内，数个光伏组件通过各自的光伏支路接入光伏直流柜，光伏直流柜通过母线接入逆变器，数个光伏支路并联后连接到母线，每一个光伏支路的正、负线穿入一个直流漏电传感器，数个直流漏电传感器连接到绝缘监测仪。该绝缘监测仪包括：微控制单元、母线接口检测模块、电阻网络模块、传感器输入模块、执行模块和电源模块。母线接口检测模块与微控制单元连接，母线接口检测模块测量母线电压。电阻网络模块与微控制单元以及母线接口检测模块连接，电阻网络模块包括由数个电阻组成的电阻网络，电阻网络的电阻投切能改变，电阻网络包括不平衡电桥。传感器输入模块与微控制单元连接，传感器输入模块还连接到数个直流漏电传感器，传感器输入模块测量各个光伏支路的漏电流。执行模块与微控制单元连接，响应于微控制单元的指令执行报警及通信。电源模块连接到外接电源，输出工作电压为各个模块供电。其中，电阻网络模块改变电阻网络的电阻投切，由母线接口检测模块测量响应于电阻投切变化的母线电压，微控制单元根据电阻网络的电阻投切检测的母线电压以确定母线对地绝缘电阻，微控制单元还根据传感器输入模块测量的漏电流确定各个光伏支路的支路对地绝缘电阻，微控制单元根据母线对地绝缘电阻和各个支路的支路对地绝缘电阻确定母线故障和支路故障。

在一个实施例中，执行模块包括：继电器输出模块、通信模块、地址选择模块、晶振模块和指示模块。继电器输出模块与微控制单元连接，继电器输出模块响应于微控制单元的指令打开继电器。通信模块与微控制单元连接，通信模块通过通信总线与上位机通信。地址选择模块与微控制单元连接，地址选择模块设置通信地址。晶振模块与微控制单元连接，晶振模块向微控制单元提供晶振信号。指示模块与微控制单元连接，指示模块响应于微控制单元的指令控制指示灯的显示状态。

在一个实施例中，电源模块包括变压器和线性稳压器，变压器连接到外接电源接收直流或者交流输入，变压器输出不同电压的直流输出为各个模块供电。变压器的其中一路输出通过线性稳压器为微控制单元供电。

在一个实施例中，母线接口检测模块具有正母线、负母线和地三个输入接口。母线接口检测模块能测量正母线对地电压或负母线对地电压。

在一个实施例中，电阻网络模块中的电阻网络包括：平衡电阻网和不平衡电阻网。平衡电阻网包括串联的电阻，正母线采样电压和负母线采样电压从平衡电阻网中获得。不平衡电阻网包括电阻和开关，开关的开闭使得电阻形成不同的不平衡电阻桥，获得不同的电阻投切。

在一个实施例中，传感器输入模块向直流漏电传感器提供电源接口并获取直流漏电传感器测量的漏电流信号。

在一个实施例中，通信模块使用RS485通信总线。

在一个实施例中，指示模块包括运行指示灯、接地故障指示灯、接地故障解除指示灯、发信指示灯、收信指示灯。

本实用新型的光伏直流柜的绝缘监测仪能通过改变投切电阻对母线电压进行精确测量，改善直流母线电压和绝缘电阻测量区间，并且电阻切换时母线对地电压波动较小。

附图说明

本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本实用新型的一实施例的光伏直流柜的绝缘监测仪的结构框图。

图2揭示了根据本实用新型的一实施例的光伏直流柜的绝缘监测仪中电源模块的结构框图。

图3揭示了根据本实用新型的一实施例的光伏直流柜的绝缘监测仪中电阻网络模块的结构框图。

图4揭示了使用本实用新型的一实施例的光伏直流柜的绝缘监测仪的直流柜的结构框图。

具体实施方式

本实用新型提出一种光伏直流柜的绝缘监测仪。参考图4所示，揭示了本实用新型的使用环境，即使用本实用新型的一实施例的光伏直流柜的绝缘监测仪的直流柜的结构框图。如图4所示，该光伏直流柜的绝缘监测仪100安装在光伏直流柜400内，数个光伏组件PV1、PV2～PVn通过各自的光伏支路接入光伏直流柜400。每一个光伏支路包括正支路和负支路，在图中，正支路用PV1+、PV2+～PVn+表示，在图中，负支路用PV1-、PV2-～PVn-表示。光伏直流柜400通过母线接入逆变器401，母线包括正母线HM+和HM-。数个光伏支路并联后连接到母线，即直流柜母线，其中各个正支路PV1+、PV2+～PVn+与正母线HM+连接，各个负支路PV1-、PV2-～PVn-与负母线HM-连接。每一个光伏支路的正、负线穿入一个直流漏电传感器402。数个直流漏电传感器402连接到绝缘监测仪100。每一个正支路具有支路对地正绝缘电阻Rpv+，每一个负支路具有对地负绝缘电阻Rpv-。绝缘监测仪100还连接到正母线HM+和负母线HM-，绝缘监测仪100检测母线电压。

参考图1所示，图1揭示了根据本实用新型的一实施例的光伏直流柜的绝缘监测仪的结构框图。该绝缘监测仪包括：微控制单元(MCU)101、母线接口检测模块103、电阻网络模块104、传感器输入模块105、执行模块和电源模块102。

电源模块102连接到外接电源，电源模块102输出工作电压为各个模块供电。图2揭示了根据本实用新型的一实施例的光伏直流柜的绝缘监测仪中电源模块的结构框图。参考图2所示，电源模块102包括变压器201和线性稳压器202。变压器201连接到外接电源接收直流或者交流输入，在图2中外接的直流或者交流输入用AC/DC表示。变压器201输出不同电压的直流输出为各个模块供电。在一个实施例中，变压器201输出5V、±12V、±15V五种直流输出。其中5V的直流输出提供给线性稳压器202、通信模块106等额定电压为5V的模块使用。线性稳压器202进一步将5V直流输出转换为3.3V的直流输出，3.3V的直流输出供微控制单元101使用。±12V的直流输出通过传感器输入模块105提供给外接的直流漏电流传感器402使用。±15V的直流输出提供给母线接口检测模块103，供母线接口检测模块103中的母线电压采样电路使用。

母线接口检测模块103与微控制单元101连接，母线接口检测模块103测量母线电压。在一个实施例中，母线接口检测模块103具有正母线HM+、负母线HM-和地PE三个输入接口。母线接口检测模块103能测量正母线对地电压或负母线对地电压。根据微控制单元101的指令，母线接口检测模块103能够选择测量正母线对地电压或者负母线对地电压。

电阻网络模块104与微控制单元101以及母线接口检测模块103连接，电阻网络模块104包括由数个电阻组成的电阻网络，电阻网络的电阻投切能改变，电阻网络包括不平衡电桥。电阻网络响应于微控制单元101的指令，组成不同的不平衡电桥来实现不同电阻投切。不同的电阻投切被施加于母线上，使得母线电压发生变化，由母线接口检测模块103对不同电阻投切下的母线的电压进行检测，实现对母线电压的精确化检测。图3揭示了根据本实用新型的一实施例的光伏直流柜的绝缘监测仪中电阻网络模块的结构框图。在图示的实施例中，在正母线HM+、地线PE和负母线HM-之间形成电阻网络，电阻网络包括平衡电阻网和不平衡电阻网。平衡电阻网包括串联的电阻，正母线采样电压和负母线采样电压从平衡电阻网中获得。在图3中，位于正母线HM+和地线PE之间的电阻R1、R2，位于负母线HM-和地线PE之间的电阻R3、R4构成平衡电阻网，该四个电阻的电阻值符合以下的关系：R1＝R3>>R2＝R4。在电阻R1和R2之间引出正母线电压采样点IN_PM+，电阻R2为正母线电压采样电阻。在电阻R3和R4之间引出负母线电压采样点IN_PM-，电阻R4为负母线电压采样电阻。不平衡电阻网包括电阻和开关，开关的开闭使得电阻形成不同的不平衡电阻桥，获得不同的电阻投切。位于正母线HM+和地线PE之间的电阻R5、R6、R7、R8，开关K1、K2，位于负母线HM-和地线PE之间的电阻R9、R10、R11、R12，开关K3、K4构成不平衡电阻网。其中的开关K1、K2、K3和K4为光耦开关，微控制单元101控制光耦开关K1、K2、K3和K4的导通或者关断，以组成不同的不平衡电阻桥。通过光耦开关投切电阻使得电阻网络形成不同的不平衡电阻桥，在不同的不平衡电阻桥下对母线电压进行测量，实现对母线电压的精细化测量。通过对母线电压的精细化测量可以减少母线电压的波动。继续参考图3所示，通过电阻网络模块104、微控制单元101以及母线接口检测模块103的配合工作，能够测量正母线HM+与地线PE之间的正母线对地绝缘电阻R+以及负母线HM-与地线PE之间的负母线对地绝缘电阻R-的电阻值。

传感器输入模块105与微控制单元101连接，传感器输入模块105连接到数个直流漏电传感器402，传感器输入模块105测量各个光伏支路的漏电流。在一个实施例中，传感器输入模块105向直流漏电传感器402提供电源接口，即由电源模块102输出的±12V的直流输出的电源接口。传感器输入模块105还获取直流漏电传感器402测量的漏电流信号，该漏电流信号被提供给微控制单元101。

执行模块与微控制单元101连接，响应于微控制单元101的指令执行报警及通信。参考图1所示，在一个实施例中，执行模块包括继电器输出模块107、通信模块106、地址选择模块108、晶振模块109和指示模块110。继电器输出模块107与微控制单元101连接，继电器输出模块107响应于微控制单元101的指令打开继电器，进行绝缘故障报警。在一个实施例中，继电器输出模块107具有两路继电器输出，可切换最大电压为AC250V或DC30V，可切换最大电流为5A。通信模块106与微控制单元101连接，通信模块106通过通信总线与上位机通信。在一个实施例中，通信总线为RS485总线，相应的，通信模块106为RS485通信模块。通过通信模块106和通信总线，该绝缘监测仪100可以向上位机传输状态、报警等信息并接收上位机的设置和查询指令。地址选择模块108与微控制单元101连接，地址选择模块108设置通信地址。在一个实施例中，地址选择模块108最多可以设置255个不同的地址，以实现与上位机的通信。晶振模块109与微控制单元101连接，晶振模块109向微控制单元101提供晶振信号。在一个实施例中，晶振模块109可以向微控制单元101提供8MHz的外部晶振源，以实现微控制单元101的正常工作。指示模块110与微控制单元101连接，指示模块响应于微控制单元的指令控制指示灯的显示状态。在一个实施例中，指示模块110包括运行指示灯、接地故障指示灯、接地故障解除指示灯、发信指示灯(RS485通信模块发信指示灯)、收信指示灯(RS485通信模块收信指示灯)。

本实用新型的绝缘监测仪由微控制单元指令电阻网络模块改变电阻网络的电阻投切，由母线接口检测模块测量响应于电阻投切变化的母线电压，微控制单元根据母线电压的电阻投切确定母线对地绝缘电阻，微控制单元还根据传感器输入模块测量的漏电流确定各个光伏支路的支路对地绝缘电阻。微控制单元根据母线对地绝缘电阻和各个支路的支路对地绝缘电阻确定母线故障和支路故障。在一个实施例中，当微控制单元发现母线对地绝缘电阻或者某一个支路的对地绝缘电阻降低到预定的门限值以下时，判断出现绝缘故障，微控制单元会指示各个执行模块动作，打开继电器输出模块进行报警、通过已设置的通信地址与上位机通信、各个指示灯进行相应的显示。

本实用新型的光伏直流柜的绝缘监测仪能通过改变投切电阻对母线电压进行精确测量，改善直流母线电压和绝缘电阻测量区间，并且电阻切换时母线对地电压波动较小。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (8)

1.一种光伏直流柜的绝缘监测仪，安装在光伏直流柜内，数个光伏组件通过各自的光伏支路接入光伏直流柜，光伏直流柜通过母线接入逆变器，数个光伏支路并联后连接到母线，其特征在于，

每一个光伏支路的正、负线穿入一个直流漏电传感器，数个直流漏电传感器连接到绝缘监测仪；

所述绝缘监测仪包括：

微控制单元；

母线接口检测模块，与微控制单元连接，母线接口检测模块测量母线电压；

电阻网络模块，与微控制单元以及母线接口检测模块连接，电阻网络模块包括由数个电阻组成的电阻网络，电阻网络的电阻投切能改变，电阻网络包括不平衡电桥；

传感器输入模块，与微控制单元连接，传感器输入模块还连接到数个直流漏电传感器，传感器输入模块测量各个光伏支路的漏电流；

执行模块，与微控制单元连接，响应于微控制单元的指令执行报警及通信；

电源模块，连接到外接电源，输出工作电压为各个模块供电；

其中，电阻网络模块改变电阻网络的电阻投切，由母线接口检测模块测量响应于电阻投切变化的母线电压，微控制单元根据电阻网络的电阻投切检测的母线电压以确定母线对地绝缘电阻，微控制单元还根据传感器输入模块测量的漏电流确定各个光伏支路的支路对地绝缘电阻，微控制单元根据母线对地绝缘电阻和各个支路的支路对地绝缘电阻确定母线故障和支路故障。

2.如权利要求1所述的光伏直流柜的绝缘监测仪，其特征在于， 所述执行模块包括：

继电器输出模块，与微控制单元连接，继电器输出模块响应于微控制单元的指令打开继电器；

通信模块，与微控制单元连接，通信模块通过通信总线与上位机通信；

地址选择模块，与微控制单元连接，地址选择模块设置通信地址；

晶振模块，与微控制单元连接，晶振模块向微控制单元提供晶振信号；

指示模块，与微控制单元连接，指示模块响应于微控制单元的指令控制指示灯的显示状态。

3.如权利要求1所述的光伏直流柜的绝缘监测仪，其特征在于，所述电源模块包括变压器和线性稳压器，变压器连接到外接电源接收直流或者交流输入，变压器输出不同电压的直流输出为各个模块供电；

变压器的其中一路输出通过线性稳压器为微控制单元供电。

4.如权利要求1所述的光伏直流柜的绝缘监测仪，其特征在于，所述母线接口检测模块具有正母线、负母线和地三个输入接口；母线接口检测模块能测量正母线对地电压或负母线对地电压。

5.如权利要求1所述的光伏直流柜的绝缘监测仪，其特征在于，所述电阻网络模块中的电阻网络包括：

平衡电阻网，包括串联的电阻，正母线采样电压和负母线采样电压从平衡电阻网中获得；

不平衡电阻网，包括电阻和开关，开关的开闭使得电阻形成不同的不平衡电阻桥，获得不同的电阻投切。

6.如权利要求1所述的光伏直流柜的绝缘监测仪，其特征在于，所述传感器输入模块向直流漏电传感器提供电源接口并获取直流漏电传感器测量的漏电流信号。

7.如权利要求1所述的光伏直流柜的绝缘监测仪，其特征在于，所述通信模块使用RS485通信总线。

8.如权利要求2所述的光伏直流柜的绝缘监测仪，其特征在于，所述指示模块包括运行指示灯、接地故障指示灯、接地故障解除指示灯、发信指示灯、收信指示灯。