CN210225342U - 对地绝缘阻抗检测电路以及光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路以及光伏发电系统，所述光伏发电系统包括光伏组件、逆变器、滤波器、漏电流传感器和并网开关；对地绝缘阻抗检测电路包括旁路支路；旁路支路包括旁路开关；旁路开关的一端连接在逆变器中任意一个桥臂的交流输出端、且位于漏电流传感器的后方，旁路开关的另一端与接地端PE连接。本申请基于光伏发电系统，在光伏发电系统中逆变器的任意一个桥臂的交流输出端连接旁路支路；光伏组件的对地绝缘阻抗电阻的阻值，可通过光伏组件的输入电压和光伏发电系统的漏电流传感器检测的漏电流计算得到；充分利用了光伏发电系统自带的漏电流传感器，检测精度高、电路结构和软件处理简单。

Description

对地绝缘阻抗检测电路以及光伏发电系统

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路以及光伏发电系统。

背景技术

在光伏发电系统中，若光伏阵列的对地绝缘阻抗的阻值低于一定指标要求，就会危及光伏发电设备或用户人身安全，因此需要在光伏阵列并网前对光伏阵列的对地绝缘阻抗电阻进行检测。

图1为现有的一种对地绝缘阻抗检测电路，图中所示的电阻Rx和电阻Ry分别为光伏组件的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗电阻和光伏组件的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗电阻，电阻R1、电阻R2、电阻R3、开关Q1以及开关Q2构成对地绝缘阻抗检测电路。该电路通过开关Q1的通断来引入阻抗变化，从而根据基尔霍夫定律来计算出电阻Rx、电阻Ry的阻值。

上述的对地绝缘阻抗检测电路存在的问题是：

1)当电阻Ry很小时(例如100kΩ以下)，同时电阻Rx非常大，采样电路采样到的PV-对PE的电压非常小，开关Q1闭合后，PV-对PE的电压变化量也非常小，计算出来的电阻Rx、电阻Ry的阻值误差会很大；

2)额外增加较多的硬件电路，且软件计算较为复杂，占据一定的CPU资源。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路以及光伏发电系统，以解决现有对地绝缘阻抗检测电路存在的计算误差大、需额外增加硬件电路，软件计算较为复杂、需要占据CPU资源的问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供的一种基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，所述光伏发电系统包括光伏组件、逆变器、滤波器、漏电流传感器和并网开关；所述对地绝缘阻抗检测电路包括旁路支路；

所述旁路支路包括旁路开关；所述旁路开关的一端连接在所述逆变器中任意一个桥臂的交流输出端、且位于所述漏电流传感器的后方，所述旁路开关的另一端与接地端PE连接。

在一种实施方式中，所述对地绝缘阻抗检测电路还包括电压检测模块、控制模块以及计算模块；

所述电压检测模块，用于检测所述光伏组件的输入电压；

所述控制模块，用于控制所述桥臂的正极输入端和所述接地端PE之间线路导通、或者控制所述桥臂的负极输入端和所述接地端PE之间线路导通；

所述计算模块，用于在所述桥臂的正极输入端和所述接地端PE之间线路导通的情况下、或者在所述桥臂的负极输入端和所述接地端PE之间线路导通的情况下，获取所述电压检测模块检测到的所述光伏组件的输入电压、以及通过所述漏电流传感器获取漏电流；根据所述光伏组件的输入电压和所述漏电流，计算所述光伏组件的对地绝缘阻抗电阻的阻值。

在一种实施方式中，所述旁路支路还包括与所述旁路开关串联的限流电阻和/或熔断器。

在一种实施方式中，所述旁路开关为继电器、接触器、功率开关管中的一种。

在一种实施方式中，所述逆变器为单级式单相逆变器、包含BOOST电路的二级式单相逆变器、单级式三相逆变器、包含BOOST电路的二级式三相逆变器中的一种。

在一种实施方式中，所述单相逆变器的电路拓扑为单相全桥拓扑、H6桥拓扑、H5桥拓扑、Heric拓扑、多电平拓扑中的一种。

在一种实施方式中，所述三相逆变器的电路拓扑为三相两电平拓扑、I型三电平拓扑、T型三电平拓扑、多电平拓扑中的一种。

在一种实施方式中，所述并网开关包括第一组并网开关和第二组并网开关；

所述漏电流传感器位于所述第一组并网开关的前方或者所述第一组并网开关的后方。

在一种实施方式中，所述并网开关为继电器、接触器、断路器中的一种。

根据本申请的另一个方面，提供的一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括光伏组件、逆变器、滤波器、漏电流传感器和并网开关，所述光伏发电系统还包括上述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路。

本申请实施例的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路以及光伏发电系统，基于光伏发电系统，在光伏发电系统中逆变器的任意一个桥臂的交流输出端连接旁路支路；光伏组件的对地绝缘阻抗电阻的阻值，可通过光伏组件的输入电压和光伏发电系统的漏电流传感器检测的漏电流计算得到；解决了现有对地绝缘阻抗检测电路存在的计算误差大、需额外增加硬件电路，软件计算较为复杂、需要占据CPU资源的问题；充分利用了光伏发电系统自带的漏电流传感器，检测精度高、电路结构和软件处理简单。

附图说明

图1为现有的一种对地绝缘阻抗检测电路结构示意图；

图2为本申请实施例的单相逆变器对地绝缘阻抗检测电路结构示意图；

图3为本申请实施例的单相逆变器对地绝缘阻抗检测电路中光伏组件的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗检测示意图；

图4为本申请实施例的单相逆变器对地绝缘阻抗检测电路中光伏组件的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗检测示意图；

图5为本申请实施例的三相逆变器对地绝缘阻抗检测电路结构示意图；

图6为本申请实施例的三相逆变器对地绝缘阻抗检测电路中光伏组件的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗检测示意图；

图7为本申请实施例的三相逆变器对地绝缘阻抗检测电路中光伏组件的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗检测示意图；

图8为本申请实施例的对地绝缘阻抗检测方法流程示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

本申请第一实施例提供一种基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，所述光伏发电系统包括光伏组件、逆变器、滤波器、漏电流传感器和并网开关。

在本实施例中，所述逆变器为单级式单相逆变器、包含BOOST电路的二级式单相逆变器、单级式三相逆变器、包含BOOST电路的二级式三相逆变器中的一种。

其中，所述单相逆变器的电路拓扑为单相全桥拓扑、H6桥拓扑、H5桥拓扑、Heric拓扑、多电平拓扑中的一种。所述三相逆变器的电路拓扑为三相两电平拓扑、I型三电平拓扑、T型三电平拓扑、多电平拓扑中的一种。

在本实施例中，所述滤波器为LC滤波器。

在本实施例中，所述并网开关可以包括第一组并网开关和第二组并网开关；

所述漏电流传感器位于所述第一组并网开关的前方或者所述第一组并网开关的后方。例如：所述漏电流传感器位于所述第一组并网开关和所述第二组并网开关之间。

在本实施例中，所述并网开关为继电器、接触器、断路器中的一种。

所述对地绝缘阻抗检测电路包括旁路支路、电压检测模块、控制模块以及计算模块；

所述旁路支路包括旁路开关；所述旁路开关的一端连接在所述逆变器中任意一个桥臂的交流输出端、且位于所述漏电流传感器的后方，所述旁路开关的另一端与接地端PE连接；

所述电压检测模块，用于检测所述光伏组件的输入电压；

所述控制模块，用于控制所述桥臂的正极输入端和所述接地端PE之间线路导通、或者控制所述桥臂的负极输入端和所述接地端PE之间线路导通；

所述计算模块，用于在所述桥臂的正极输入端和所述接地端PE之间线路导通的情况下、或者在所述桥臂的负极输入端和所述接地端PE之间线路导通的情况下，获取所述电压检测模块检测到的所述光伏组件的输入电压、以及通过所述漏电流传感器获取漏电流；根据所述光伏组件的输入电压和所述漏电流，计算所述光伏组件的对地绝缘阻抗电阻的阻值。

在一种实施方式中，所述旁路支路还包括与所述旁路开关串联的限流电阻和/或熔断器。

在一种实施方式中，所述旁路开关为继电器、接触器、功率开关管中的一种。

为了更好地阐述本申请实施例的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，以下结合图2-图7进行说明：

1、单相逆变器

如图2所示，所述逆变器为单级式单相逆变器。具体地，单相逆变器包括光伏组件PV1、功率开关管Q1-Q4组成的逆变器，逆变器的输出端包括L1、C1和L2组成的滤波器、K1和K2组成的第一组并网继电器、RCD漏电流传感器T1、K3和K4组成的第二组并网继电器。

旁路支路包括旁路开关S1，旁路开关S1的一端连接在逆变器中Q3和Q4所在桥臂的交流输出端(图中的b所示)、且位于RCD漏电流传感器T1的后方以及位于并网继电器K4的前方，旁路开关S1的另一端与接地端PE连接。

请参考图3所示，单相逆变器检测光伏组件PV1的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗电阻Ry的过程如下：

首先，控制模块(附图未示出)控制桥臂的正极输入端(图中的a所示)和接地端PE之间线路导通，即控制功率开关管Q3、并网继电器K2、以及旁路开关S1闭合。当桥臂的正极输入端和接地端PE之间线路导通时，光伏组件PV1的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗电阻Rx被旁路(图中的虚线所示)。

然后，获取RCD漏电流传感器T1的漏电流大小I_RCD1，光伏组件PV1的输入电压U_PV1。

最后，通过漏电流大小I_RCD1和输入电压U_PV1，计算光伏组件PV1的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗电阻Ry，即Ry＝U_PV1/I_RCD1。根据计算出的Ry值，即可判断阻抗是否异常。

请参考图4所示，单相逆变器检测光伏组件PV1的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗电阻Rx的过程如下：

首先，控制模块(附图未示出)控制桥臂的负极输入端(图中的b所示)和接地端PE之间线路导通，即控制功率开关管Q4、并网继电器K2、以及旁路开关S1闭合。当桥臂的负极输入端和接地端PE之间线路导通时，光伏组件PV1的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗电阻Ry被旁路(图中的虚线所示)。

然后，获取RCD漏电流传感器T1的漏电流大小I_RCD2，光伏组件PV1的输入电压U_PV2。

最后，通过漏电流大小I_RCD2和输入电压U_PV2，计算光伏组件PV1的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗电阻Rx，即Rx＝U_PV2/I_RCD2。根据计算出的Ry值，即可判断阻抗是否异常。

需要说明的是，旁路开关S1的一端还可连接在Q1和Q2所在桥臂的交流输出端、且位于RCD漏电流传感器T1的后方以及位于并网继电器K3的前方。在该情形下，单相逆变器检测光伏组件PV1的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗电阻Ry的过程、以及检测光伏组件PV1的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗电阻Rx的过程，与前述过程类似，在此不作赘述。

为了对系统进行保护，可以在旁路开关S1的回路中串联限流电阻和/或熔断器等保护器件，例如：在旁路开关S1的另一端与接地端PE之间，串联限流电阻和熔断器、或者只串联限流电阻。

2、三相逆变器

如图5所示，所述逆变器为单级式三相逆变器。具体地，三相逆变器包括光伏组件PV1、功率开关管Q1-Q6组成的逆变器，逆变器的输出端包括L1、L2、L3和C1组成的滤波器，Ka1、Kb1、Kc1组成的第一组并网继电器，RCD漏电流传感器T1，Ka2、Kb2、Kc2组成的第二组并网继电器。

旁路支路包括旁路开关S1，旁路开关S1的一端连接在逆变器中Q5和Q6所在桥臂的交流输出端(图中的b所示)、且位于RCD漏电流传感器T1的后方以及位于并网继电器Kc2的前方，旁路开关S1的另一端与接地端PE连接。

请参考图6所示，三相逆变器检测光伏组件PV1的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗电阻Ry的过程如下：

首先，控制模块(附图未示出)控制桥臂的正极输入端(图中的a所示)和接地端PE之间线路导通，即控制功率开关管Q5、并网继电器Kc1、以及旁路开关S1闭合。当桥臂的正极输入端和接地端PE之间线路导通时，光伏组件PV1的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗电阻Rx被旁路(图中的虚线所示)。

然后，获取RCD漏电流传感器T1的漏电流大小I_RCD3，光伏组件PV1的输入电压U_PV3。

最后，通过漏电流大小I_RCD3和输入电压U_PV3，计算光伏组件PV1的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗电阻Ry，即Ry＝U_PV3/I_RCD3。根据计算出的Ry值，即可判断阻抗是否异常。

请参考图7所示，三相逆变器检测光伏组件PV1的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗电阻Rx的过程如下：

首先，控制模块(附图未示出)控制桥臂的负极输入端(图中的b所示)和接地端PE之间线路导通，即控制功率开关管Q6、并网继电器Kc1、以及旁路开关S1闭合。当桥臂的负极输入端和接地端PE之间线路导通时，光伏组件PV1的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗电阻Ry被旁路(图中的虚线所示)。

然后，获取RCD漏电流传感器T1的漏电流大小I_RCD4，光伏组件PV1的输入电压U_PV4。

最后，通过漏电流大小I_RCD4和输入电压U_PV4，计算光伏组件PV1的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗电阻Rx，即Rx＝U_PV4/I_RCD4。根据计算出的Ry值，即可判断阻抗是否异常。

需要说明的是，旁路开关S1的一端还可连接在Q1和Q2所在桥臂的交流输出端、且位于RCD漏电流传感器T1的后方以及位于并网继电器Ka2的前方，或者旁路开关S1的一端还可连接在Q3和Q4所在桥臂的交流输出端、且位于RCD漏电流传感器T1的后方以及位于并网继电器Kb2的前方。在该情形下，三相逆变器检测光伏组件PV1的负极输出端PV-的对地绝缘阻抗电阻Ry的过程、以及检测光伏组件PV1的正极输出端PV+的对地绝缘阻抗电阻Rx的过程，与前述过程类似，在此不作赘述。

为了对系统进行保护，可以在旁路开关S1的回路中串联限流电阻和/或熔断器等保护器件，例如：在旁路开关S1的另一端与接地端PE之间，串联限流电阻和熔断器、或者只串联限流电阻。

本申请实施例的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，基于光伏发电系统，在光伏发电系统中逆变器的任意一个桥臂的交流输出端连接旁路支路；光伏组件的对地绝缘阻抗电阻的阻值，可通过光伏组件的输入电压和光伏发电系统的漏电流传感器检测的漏电流计算得到；解决了现有对地绝缘阻抗检测电路存在的计算误差大、需额外增加硬件电路，软件计算较为复杂、需要占据CPU资源的问题；充分利用了光伏发电系统自带的漏电流传感器，检测精度高、电路结构和软件处理简单。

第二实施例

如图8所示，本申请第二实施例提供一种对地绝缘阻抗检测方法，其中，基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路可参考第一实施例所述内容，在此不作赘述。所述方法包括步骤：

S11、控制桥臂的正极输入端和接地端PE之间线路导通、或者控制桥臂的负极输入端和接地端PE之间线路导通；

S12、在所述桥臂的正极输入端和所述接地端PE之间线路导通的情况下、或者在所述桥臂的负极输入端和所述接地端PE之间线路导通的情况下，获取电压检测模块检测到的光伏组件的输入电压、以及通过漏电流传感器获取漏电流；

S13、根据所述光伏组件的输入电压和所述漏电流，计算所述光伏组件的对地绝缘阻抗电阻的阻值。

本申请实施例的对地绝缘阻抗检测方法，基于光伏发电系统，在光伏发电系统中逆变器的任意一个桥臂的交流输出端连接旁路支路；光伏组件的对地绝缘阻抗电阻的阻值，可通过光伏组件的输入电压和光伏发电系统的漏电流传感器检测的漏电流计算得到；解决了现有对地绝缘阻抗检测电路存在的计算误差大、需额外增加硬件电路，软件计算较为复杂、需要占据CPU资源的问题；充分利用了光伏发电系统自带的漏电流传感器，检测精度高、电路结构和软件处理简单。

第三实施例

本申请第三实施例提供一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括光伏组件、逆变器、滤波器、漏电流传感器和并网开关；所述光伏发电系统还包括第一实施例所述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路。

本申请实施例的光伏发电系统，基于光伏发电系统，在光伏发电系统中逆变器的任意一个桥臂的交流输出端连接旁路支路；光伏组件的对地绝缘阻抗电阻的阻值，可通过光伏组件的输入电压和光伏发电系统的漏电流传感器检测的漏电流计算得到；解决了现有对地绝缘阻抗检测电路存在的计算误差大、需额外增加硬件电路，软件计算较为复杂、需要占据CPU资源的问题；充分利用了光伏发电系统自带的漏电流传感器，检测精度高、电路结构和软件处理简单。

以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，所述光伏发电系统包括光伏组件、逆变器、滤波器、漏电流传感器和并网开关；其特征在于，所述对地绝缘阻抗检测电路包括旁路支路；

所述旁路支路包括旁路开关；所述旁路开关的一端连接在所述逆变器中任意一个桥臂的交流输出端、且位于所述漏电流传感器的后方，所述旁路开关的另一端与接地端PE连接。

2.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述对地绝缘阻抗检测电路还包括电压检测模块、控制模块以及计算模块；

所述电压检测模块，用于检测所述光伏组件的输入电压；

所述控制模块，用于控制所述桥臂的正极输入端和所述接地端PE之间线路导通、或者控制所述桥臂的负极输入端和所述接地端PE之间线路导通；

所述计算模块，用于在所述桥臂的正极输入端和所述接地端PE之间线路导通的情况下、或者在所述桥臂的负极输入端和所述接地端PE之间线路导通的情况下，获取所述电压检测模块检测到的所述光伏组件的输入电压、以及通过所述漏电流传感器获取漏电流；根据所述光伏组件的输入电压和所述漏电流，计算所述光伏组件的对地绝缘阻抗电阻的阻值。

3.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述旁路支路还包括与所述旁路开关串联的限流电阻和/或熔断器。

4.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述旁路开关为继电器、接触器、功率开关管中的一种。

5.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述逆变器为单级式单相逆变器、包含BOOST电路的二级式单相逆变器、单级式三相逆变器、包含BOOST电路的二级式三相逆变器中的一种。

6.根据权利要求5所述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述单相逆变器的电路拓扑为单相全桥拓扑、H6桥拓扑、H5桥拓扑、Heric拓扑、多电平拓扑中的一种。

7.根据权利要求5所述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述三相逆变器的电路拓扑为三相两电平拓扑、I型三电平拓扑、T型三电平拓扑、多电平拓扑中的一种。

8.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述并网开关包括第一组并网开关和第二组并网开关；

所述漏电流传感器位于所述第一组并网开关的前方或者所述第一组并网开关的后方。

9.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述并网开关为继电器、接触器、断路器中的一种。

10.一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括光伏组件、逆变器、滤波器、漏电流传感器和并网开关，其特征在于，所述光伏发电系统还包括权利要求1-9任一所述的基于光伏发电系统的对地绝缘阻抗检测电路。

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