CN210487865U - 一种双电平对地绝缘阻抗检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双电平对地绝缘阻抗检测电路，其电路简单、成本较低、精度较高、自检完善、可靠性高、可以实现较宽的阻抗测量范围，并且能够避免因PV对地共模电压引起的检测盲区。一种双电平对地绝缘阻抗检测电路，第一电阻和第二电阻串联形成第一支路，第一支路连接BUS+母线；第三电阻和第四电阻串联形成第二支路，第二支路连接BUS‑母线；第一支路和第二支路连接后通过第三可控开关连接于机壳或大地；第一分压测量电阻和第二分压测量电阻串联形成测量分压回路；母线支撑电容并联于BUS+母线和BUS‑母线之间；第一可控开关并联于第一电阻，第二可控开关并联于第三电阻；第五电阻连接于电力能源设备的机壳或大地与光伏组件的负极端。

Description

一种双电平对地绝缘阻抗检测电路

技术领域

本实用新型属于电力电子能源设备领域，涉及一种双电平对地绝缘阻抗检测电路，具体涉及一种光伏逆变器或储能逆变器的双电平对地绝缘阻抗检测电路。

背景技术

对地绝缘阻抗检测模块是一类广泛应用于光伏逆变器、储能逆变器等电力电子能源设备中的安规用电路模块。以光伏逆变器为例，当光伏逆变器检测到电池板的输入电压以及电网的输出电压满足运行要求时，将准备进行并网。而为满足安规要求，光伏逆变器并网之前必须对光伏逆变器的一次带电回路与逆变器机壳(机壳接大地)之间的绝缘阻抗进行检测，当满足要求时逆变器才可开始逆变并输出功率进行并网。这样的操作可以保证逆变器上人可接触的区域内的电气安全。

在业界内，基本上通过电阻网络、继电器或其他开关器件，构成光伏组件正极(PV+)、负极(PV-)与机壳的回路。通过切换通路上的继电器等开关元件的状态，改变引入的电阻网络参数，获得某处测量值的不同读数，再通过解出电路回路方程的方法得到绝缘阻抗测值。这类方法一般存在以下几类问题：

1、当存在多路光伏组件输入时，需要与输入数等同的开关元件与电阻网络；否则不能得出每路的具体阻抗，导致电路繁复、成本较高、自检困难、可靠性较低；

2、使用PV+作为电阻网络的供电来源，输入电压不稳定，显著影响测量精度，在保护阈值处测值模糊，不能可靠保证安全或者因测量误差的原因导致误报绝缘检测错误；

3、使用PV+作为电阻网络的供电来源，电阻网络输入电压变量单一，导致当多路光伏组件输入中某路初始共模电压接近PV+输入电压时产生测量盲区，无法测量真实对地阻抗值，且因共模电压的不同产生不同的测量误差，显著影响测量精度。

实用新型内容

为解决上面所述的诸多问题，本实用新型的目的是提供一种双电平对地绝缘阻抗检测电路，其电路简单、成本较低、精度较高、自检完善、可靠性高、可以实现较宽的阻抗测量范围，并且能够避免因PV对地共模电压引起的检测盲区。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种双电平对地绝缘阻抗检测电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一分压测量电阻、第二分压测量电阻、母线支撑电容、第一可控开关、第二可控开关及第三可控开关；

所述第一电阻和所述第二电阻串联形成第一支路，所述第一支路的第一端连接BUS+母线；所述第三电阻和所述第四电阻串联形成第二支路，所述第二支路的第一端连接BUS-母线；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端连接后通过所述第三可控开关连接于电力能源设备的机壳或大地；

所述第一分压测量电阻和所述第二分压测量电阻串联形成测量分压回路，所述测量分压回路连接于所述第一支路和所述第二支路的连接点与光伏组件的负极端之间；

所述母线支撑电容并联于所述BUS+母线和所述BUS-母线之间；

所述第一可控开关并联于所述第一电阻的两端，所述第二可控开关并联于所述第三电阻的两端；

所述第五电阻连接于电力能源设备的机壳或大地与光伏组件的负极端。

优选地，所述BUS+母线和所述BUS-母线和DC/DC升压电路连接，以通过所述DC/DC升压电路向光伏组件取电。

优选地，所述双电平对地绝缘阻抗检测电路还包括用于导入所述第二分压测量电阻两端的电压的运放回路，所述第一分压测量电阻的阻抗大于所述第二分压测量电阻的阻抗。

更优选地，所述双电平对地绝缘阻抗检测电路还包括DSP控制装置，所述DSP控制装置通过其自身的AD转换模块连接至所述运放回路，或所述DSP控制装置通过AD转换装置连接至所述运放回路。

进一步地，所述DSP控制装置还分别和所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述第三可控开关的控制端电性连接。

优选地，所述双电平对地绝缘阻抗检测电路还包括连接于电力能源设备的机壳或大地与光伏组件的负极端之间的第五电阻。

优选地，所述双电平对地绝缘阻抗检测电路还包括用于分别控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述第三可控开关的通断的控制装置。

更优选地，所述第一可控开关、第二可控开关及所述第三可控开关分别为继电器。

优选地，所述BUS-母线接地。

优选地，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一分压测量电阻分别为单个电路或为由多个电阻串并联形成的电阻串。

本实用新型采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本发明提供的一种双电平对地绝缘阻抗检测电路，不论实际接入的光伏组件数，都使用相同的电路，由于使用BUS+、BUS-两种电平，可避开对地共模电压产生的测量盲区，且精度较高；具有严谨的自检流程，自检完善、可靠性高；通过对地并联电阻间接测量，可以实现较宽的阻抗测量范围。其可应用于光伏逆变器、储能逆变器等电力能源设备，降低了电路成本、复杂程度，提高了测量精度、测量范围、可靠性，无测量盲区，且可完全自检。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例的一种双电平对地绝缘阻抗检测电路的电路图；

图2为实施例的一种测量流程图；

图3为实施例的一种自检流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

本实施例提供一种光伏逆变器或储能逆变器的双电平对地绝缘阻抗检测电路。参照图1所示，该双电平对地绝缘阻抗检测电路大体由DC/DC升压电路、母线支撑电容、阻抗检测电阻网络、状态切换开关、测量分压回路、运放回路及DSP组成。图1中的R_x与U_x是抽象出的对地绝缘阻抗与初始对地共模电压的集总参数，二者构成对地阻抗等效模型。

具体如图1所示，双电平对地绝缘阻抗检测电路，包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第一分压测量电阻R₀、第二分压测量电阻R_iso、母线支撑电容、第一可控开关、第二可控开关及第三可控开关。本实施例中，所述第一可控开关、第二可控开关及所述第三可控开关分别为继电器，分别标记为继电器K₁、继电器K₂、继电器K₃。所述第一电阻R₁和所述第二电阻R₂串联形成第一支路，所述第一支路的第一端连接BUS+母线；所述第三电阻R₃和所述第四电阻R₄串联形成第二支路，所述第二支路的第一端连接BUS-母线；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端连接后通过继电器K₃连接于光伏逆变器或储能逆变器的机壳，光伏逆变器或储能逆变器的机壳连接大地。所述第一分压测量电阻R₀和所述第二分压测量电阻R_iso串联形成测量分压回路，所述测量分压回路连接于所述第一支路和所述第二支路的连接点与光伏组件的负极端PV-之间，第一分压测量电阻R₀的阻抗大于第二分压测量电阻R_iso的阻抗，且第一分压测量电阻R₀为单个电阻或为由多个电阻串并联形成的电阻串，第一分压测量电阻R₀的一端连接于第一支路和第二支路的连接点与继电器K₃之间，第二分压测量电阻的一端连接于光伏组件的负极端PV-。所述母线支撑电容并联于所述BUS+母线和所述BUS-母线之间。继电器K₁并联于所述第一电阻R₁的两端，继电器K₂并联于所述第三电阻R₃。所述BUS-母线接地。

所述双电平对地绝缘阻抗检测电路还包括连接于光伏逆变器或储能逆变器的机壳与光伏组件的负极端PV-之间的第五电阻R₁。还需要说明的是，本实用新型述及的第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅为等效电路，其为单个电阻或为由多个电阻串并联形成的电阻串。第五电阻R₅的一端具体连接于继电器K₃和机壳之间，另一端连接于光伏组件的负极端PV-。

所述双电平对地绝缘阻抗检测电路还包括用于导入所述第二分压测量电阻R_iso两端的电压的运放回路，所述第一分压测量电阻R₀的阻抗大于所述第二分压测量电阻R_iso的阻抗。所述双电平对地绝缘阻抗检测电路还包括DSP控制装置，所述DSP控制装置通过其自身的AD转换模块连接至所述运放回路，或所述DSP控制装置通过一AD转换装置连接至所述运放回路。本实施例中，DSP控制装置自带AD转换模块，运放回路连接至AD转换模块，测量的电压信号送入DSP控制装置中进行AD转换。

该DSP控制装置还用于分别控制继电器K₁、继电器K₂、继电器K₃的通断。该DSP控制装置分别和继电器K₁、继电器K₂、继电器K₃的控制端电性连接。

所述BUS+母线和所述BUS-母线和DC/DC升压电路连接，以通过所述DC/DC升压电路向光伏组件取电。整个双电平对地绝缘阻抗检测电路从光伏组件PV端(PV+、PV-)取电，向DC/DC升压电路供电。经过DC/DC升压电路升压，形成母线(BUS)电压BUS+与BUS-，BUS+母线依次串接有R₁、R₂两组电阻，BUS-母线依次串接有R₃、R₄两组电阻。所述DC/DC升压电路还和所述DSP控制装置电性连接。

上述光伏逆变器或储能逆变器的双电平对地绝缘阻抗检测电路进行测量时，仍然通过DC/DC升压电路维持BUS电压稳定。然后恢复继电器K₁继电器K₂的初始状态(可自定义)，闭合继电器K₃。通过测取继电器K₁闭合继电器K₂断开、继电器K₁断开继电器K₂闭合两种状态下的第二分压测量电阻R_iso两端的电压值，建立方程抵消对地共模电压U_x的影响，解出实际的对地绝缘阻抗值。方程具体如下：

其中：

R′_x指对地绝缘阻抗R_x与第五电阻R₅的并联值；

U_iso1指第一可控开关闭合而第二可控开关断开状态下的第二分压测量电阻R_iso上的电压；

U_iso2指第一可控开关断开而第二可控开关闭合状态下的第二分压测量电阻R_iso上的电压；

U₀为母线电压(即BUS+母线与BUS-母线之间的电压)，R_iso为第二分压测量电阻R_iso的阻抗，R₀为第一分压测量电阻R₀的阻抗；

R_a1＝R₂，R_a2＝R₂+R₁；R_b1＝R₄+R₃，R_b2＝R₄；R₁、R₂、R₃、R₄分别为第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄的电阻值。

该测量方法还能够检测继电器K₃是否故障。由于U_iso测值存在精度上限，返回的R′_x存在一个仅跟系统参数有关的固定上限。因此设计第五电阻R₅小于此上限。由于第五电阻R₅与绝缘对地阻抗R_x成并联关系，正常的R′_x返回值必定小于R₅。当返回的测值R′_x大于R₅时，即可判定继电器K₃没有闭合，出现故障。同时并联的R₅还通过将R′_x限定在某值以内，通过反算R_x放大了可测量的R_x的范围，突破由于系统原因产生的测量上限。

图2示出了具体所采用的测量流程。参照图2所示，测量方法具体包括如下步骤：

开始检测；

断开继电器K₁和继电器K₂，闭合继电器K₃；

计算第二分压测量电阻R_iso两端的采样电压的平均值；

闭合继电器K₁，断开继电器K₂，闭合继电器K₃；

计算第二分压测量电阻R_iso两端的采样电压的平均值；

断开继电器K₁，闭合继电器K₂，闭合继电器K₃；

计算第二分压测量电阻R_iso两端的采样电压的平均值和母线电压；

构建上述方程，计算R′_x；

判断R′_x是否大于第五电阻R₅，若结果为是，则继电器K₃没有闭合，出现故障；若结果为否，则继电器K₃闭合正常，计算R_x；

判断R_x是否小于阈值，若结果为是，则光伏逆变器或储能逆变器系统绝缘合格；若结果为否，则光伏逆变器或储能逆变器系统绝缘不合格。

上述光伏逆变器或储能逆变器的双电平对地绝缘阻抗检测电路工作时先通过DC/DC升压电路将母线(BUS)电压升至一个高于光伏组件输出电压的稳定值，提供稳定的工作电压源。当检测到电压在一定时间内无波动后，开始自检。自检具有如下两种选地的方式：

一、自检时首先控制继电器K₃，使其保持在断开状态。然后分别切换为如下四种状态中三种或四种状态(继电器K₁断开继电器K₂断开状态、继电器K₁闭合继电器K₂断开状态、继电器K₁断开继电器K₂闭合状态、继电器K₁闭合继电器K₂闭合状态，以上四种状态不论先后顺序，也可只取其中三种)，在各状态下分别测取第二分压测量电阻R_iso两端的电压U_iso。三种或四种状态下由其开关器件的状态形成三种或四种电路拓扑，每种电路拓扑都对应一个U_iso理论计算值，即形成三个或四个U_iso指标。当自检过程中测得的三次或四次U_iso满足所有对应指标时(根据器件特性)，自检通过。

二、自检时首先控制继电器K₃，使其保持在断开状态。然后分别切换为继电器K₁断开继电器K₂断开状态、继电器K₁闭合继电器K₂断开状态，分别测取两个状态下第二分压测量电阻R_iso两端的电压U_iso。两种状态下由其开关器件的状态形成两种电路拓扑，每种电路拓扑都对应一个U_iso理论计算值，即形成两个U_iso指标。当自检过程中测得的两次U_iso满足所有对应指标时(根据器件特性)，自检通过。

图3示出了具体所采用的自检流程。由图3可知，本实施例优选第一种方式，采用该方式时，每种单点故障在某单一指标下偏离较小，在误差范围内无法检出，通过三个或四个指标量，可以检出除继电器K₃外所有器件的单点开路与短路故障，保证绝缘阻抗检测模块测值的可靠性。继电器K₃无法闭合故障的自检可通过后续的操作检出。

上述自检方法还包括继电器K₃检测步骤，在测得的三次或四次U_iso满足所有对应指标时，即分别在范围内时，进行继电器K₃检测步骤。继电器K₃检测步骤具体流程如图2所示，包括：

断开继电器K₁和继电器K₂，闭合继电器K₃；

计算第二分压测量电阻R_iso两端的采样电压的平均值；

闭合继电器K₁，断开继电器K₂，闭合继电器K₃；

计算第二分压测量电阻R_iso两端的采样电压的平均值；

断开继电器K₁，闭合继电器K₂，闭合继电器K₃；

计算第二分压测量电阻R_iso两端的采样电压的平均值和母线电压；

构建上述方程，计算R′_x；

判断R′_x是否大于第五电阻R₅，若结果为是，则继电器K₃没有闭合，出现故障；若结果为否，则继电器K₃闭合正常。

本实施例提供了一种对地绝缘阻抗检测电路，不论实际接入的光伏组件数，都使用相同的电路，且稳定测量供电使用的DC/DC模块可以使用逆变器等本身固有的DC/DC升压电路，使得电路简单、成本较低；由于使用BUS+、BUS-两种电平，可避开对地共模电压产生的测量盲区，且精度较高；具有严谨的自检流程，自检完善、可靠性高；通过对地并联电阻间接测量，可以实现较宽的阻抗测量范围。其可应用于光伏逆变器、储能逆变器等电力能源设备，提供了一种新的拓扑以及其自检与测量方法。以实现对机壳与设备内部的一次带电回路的绝缘阻抗的精确测定，且降低了电路成本、复杂程度，提高了测量精度、测量范围、可靠性，无测量盲区，且可完全自检。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限定本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双电平对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一分压测量电阻、第二分压测量电阻、母线支撑电容、第一可控开关、第二可控开关及第三可控开关；

所述第一电阻和所述第二电阻串联形成第一支路，所述第一支路的第一端连接BUS+母线；所述第三电阻和所述第四电阻串联形成第二支路，所述第二支路的第一端连接BUS-母线；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端连接后通过所述第三可控开关连接于电力能源设备的机壳或大地；

所述第一分压测量电阻和所述第二分压测量电阻串联形成测量分压回路，所述测量分压回路连接于所述第一支路和所述第二支路的连接点与光伏组件的负极端之间；

所述母线支撑电容并联于所述BUS+母线和所述BUS-母线之间；

所述第一可控开关并联于所述第一电阻的两端，所述第二可控开关并联于所述第三电阻的两端；

所述第五电阻连接于电力能源设备的机壳或大地与光伏组件的负极端。

2.根据权利要求1所述的双电平对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述BUS+母线及所述BUS-母线和DC/DC升压电路连接，以通过所述DC/DC升压电路向光伏组件取电。

3.根据权利要求1所述的双电平对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述双电平对地绝缘阻抗检测电路还包括用于导入所述第二分压测量电阻两端的电压的运放回路，所述第一分压测量电阻的阻抗大于所述第二分压测量电阻的阻抗。

4.根据权利要求3所述的双电平对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述双电平对地绝缘阻抗检测电路还包括DSP控制装置，所述DSP控制装置通过其自身的AD转换模块连接至所述运放回路，或所述DSP控制装置通过AD转换装置连接至所述运放回路。

5.根据权利要求4所述的双电平对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述DSP控制装置还分别和所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述第三可控开关的控制端电性连接。

6.根据权利要求1所述的双电平对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述双电平对地绝缘阻抗检测电路还包括用于分别控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述第三可控开关的通断的控制装置。

7.根据权利要求6所述的双电平对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述第一可控开关、第二可控开关及所述第三可控开关分别为继电器。

8.根据权利要求1所述的双电平对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述BUS-母线接地。

9.根据权利要求1所述的双电平对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一分压测量电阻分别为单个电路或为由多个电阻串并联形成的电阻串。

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