CN214750548U - 适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及供电电源技术领域，具体是一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路，包含控制器、直流对地绝缘阻抗检测组件，其特征在于，所述直流对地绝缘阻抗检测电路组件包括：直流侧绝缘阻抗、继电器S0、电阻R0；多路直流输入的直流侧绝缘阻抗包括所有直流输入对地等效总阻抗Riso、二端网络开路电压Vx，所有直流输入对地等效总阻抗Riso为若干路直流母线正极BUS+对大地/机壳PE阻抗、若干路直流母线负极BUS‑对大地/机壳PE阻抗的等效总阻抗；本实用新型的关键是利用了DC/AC变流器本来存在的功率开关管，节约了继电器的使用，降低了成本，且适用于多路直流输入，检测所有直流输入的等效阻抗。

Description

适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路

技术领域

本实用新型涉及供电电源技术领域，具体来说是一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路。

背景技术

变流器作为常用的电器设备，可使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化，其应用十分广泛。根据在实际应用场合中，有些场合需要将交流电源变成直流电源，定义为整流电路；在另外一些场合则需要将直流电源变成交流电源，对应于整流的逆向过程，定义为逆变电路。在一定条件下，一套晶闸管电路既可以作整流电路又可作逆变电路，这种装置称为变流器。

变流器种类包括整流器(交流变直流<AC/DC>)、逆变器(直流变交流<DC/AC>)、交流变流器(交流变频器<AC/AC>)和直流变流器 (直流斩波器<DC Chopper>)。其中对于非隔离并网型DC/AC变流器，例如光伏并网逆变器，若直流对接绝缘阻抗过低，可能造成人员伤害或设备损坏，所以需要在并网工作前检测直流侧对地绝缘阻抗。

现有技术中通常利用的一种直流绝缘阻抗检测方案，如图1所示，虚线框内直流侧绝缘阻抗示意图，包括直流侧电源和直流母线正极 (BUS+)对大地/机壳(PE)阻抗Rp、直流母线负极(BUS-)对大地/机壳(PE)阻抗Rn。通过继电器S1、S2的通断改变BUS+/BUS-对PE的电压，得到两个关于Rp和Rn的方程，从而求解出Rp、Rn。这种技术需要两个继电器和其他辅助电路，成本较高，且不适用于多路直流同时输入的类型使用。

发明内容

本实用新型提供一种高精度的直流对地绝缘阻抗检测电路及方法，以解决现有直流绝缘阻抗检测成本过高且效率有待提高的问题

为实现上述目的，本实用新型的第一方面提供一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路，包含控制器、DC/AC变流器、直流对地绝缘阻抗检测组件，其特征在于，

所述DC/AC变流器的功率拓扑，具有桥臂特征拓扑，设有桥臂上部功率开关管组、桥臂下部功率开关管组；

所述直流对地绝缘阻抗检测电路组件包括：直流侧绝缘阻抗、继电器S0、电阻R0；根据戴维南定理，将所有直流侧电源和对地绝缘阻抗等效成一个二端网络，多路直流输入的直流侧绝缘阻抗包含所有直流输入对地等效总阻抗Riso、二端网络开路电压Ux，所有直流输入对地等效总阻抗Riso为若干路直流母线正极BUS+对大地/机壳PE阻抗、若干路直流母线负极BUS-对大地/机壳PE阻抗的等效总阻抗；

大地/机壳PE的一端连接直流侧绝缘阻抗，另一端经继电器S0和电阻R0的串联电路连接DC/AC变流器已有功率拓扑的其中一个桥臂中点，控制器通过控制桥臂上部功率开关管与桥臂下部功率开关管的开通和关断，改变电阻R0上的电压，检测电阻R0上的电压。

优选的，继电器S0和电阻R0的串联电路中还可串联电感L1。

优选的，继电器S0和电阻R0可以交换位置。

优选的，适用于DC/AC拓扑中的具有桥臂特征拓扑，包括但不限于单相H4全桥、H5拓扑、H6拓扑、Heric拓扑、三相NPC拓扑、多电平拓扑等。

优选的，所述的桥臂上部功率开关管组包括第一开关管Q1；所述的桥臂下部功率开关管组包括第二开关管Q2。

优选的，所述的桥臂上部功率开关管组包括串联的第一开关管 Q1和第二开关管Q2；所述的桥臂下部功率开关管组包括串联的第三开关管Qm和第四开关管Qn。

优选的，用于三电平或多电平拓扑时，继电器S0和电阻R0的一端可以连接在桥臂中间任何一个点；也可以连接与桥臂中点同电位的其他任何点。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型是一种低成本直流绝缘阻抗检测方案，适用于多路直流输入，检测所有直流输入的等效阻抗，电路简单，成本较低；且适用于DC/AC拓扑中具有桥臂特征的所有拓扑，包括但不限于单相H4全桥、H5拓扑、H6拓扑、Heric拓扑、三相NPC拓扑、多电平拓扑等；其关键利用两个继电器通断，得到关于Vx和Riso两个方程。本实用新型利用DC/AC变流器已有的功率拓扑其中一个桥臂，在直流母线电压不变的情况下，只需要一个继电器，电路简单，成本较低。本实用新型的关键是利用了DC/AC变流器本来存在的功率开关管，节约了继电器的使用，简化电路结构，有效减少制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中提供的一种绝缘阻抗检测电路的结构示意图；

图2是本申请实施例中提供的一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路的结构示意图一。

图3是本申请实施例中提供的一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路的结构示意图二。

图4是本申请实施例提供的一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

本申请的直流对地绝缘阻抗检测电路及方法，用于对逆变器的直流输入端是否对地短路或低阻抗进行检测。该绝缘阻抗检测电路可以在逆变器并网前以及机壳不接地时防止逆变器的直流输入端对地短路或低阻抗，从而防止并网绝缘失效。该绝缘阻抗检测电路可以应用于太阳能电池板并网系统，还可以应用于其他直流转交流、交流转直流的系统。

本申请实施例中，将逆变电路中继电器的继电开关与阻抗器并联，通过切换继电器的继电开关的开关状态，来检测逆变器的直流输入端与接地点之间的测量值的变化，如果逆变器的直流输入端与接地点之间对地短路或低阻抗，则该测量值变化较小或无变化，从而确定逆变器的直流输入端是否对地短路或低阻抗。

实施例一

如图2所示，一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路，包含控制器、DC/AC变流器、直流对地绝缘阻抗检测组件，

所述DC/AC变流器的功率拓扑，具有桥臂特征拓扑，设有桥臂上部功率开关管组、桥臂下部功率开关管组；

所述直流对地绝缘阻抗检测电路组件包括：直流侧绝缘阻抗、继电器S0、电阻R0；

本实施例以多路直流输入的直流侧绝缘阻抗举例，适用于多路直流输入，检测所有直流输入的等效阻抗。根据戴维南定理，图1中的上述虚线框内二端网络等效图2中虚线框内的二端网络，包括所有直流输入对地等效总阻抗Riso、二端网络开路电压Vx。所有直流输入对地等效总阻抗Riso为若干路直流母线正极BUS+对大地/机壳PE阻抗、若干路直流母线负极BUS-对大地/机壳PE阻抗的等效总阻抗。

大地/机壳PE的一端连接直流侧绝缘阻抗，另一端经继电器S0和电阻R0的串联电路连接DC/AC变流器已有功率拓扑的其中一个桥臂中点，控制器通过控制桥臂上部功率开关管与桥臂下部功率开关管的开通和关断，改变电阻R0上的电压，检测电阻R0上的电压。

优选的，所述的桥臂上部功率开关管组包括第一开关管Q1；所述的桥臂下部功率开关管组包括第二开关管Q2。

优选的，所述的桥臂上部功率开关管组包括串联的第一开关管 Q1和第二开关管Q2；所述的桥臂下部功率开关管组包括串联的第三开关管Qm和第四开关管Qn。

如图4所示，一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测方法，其特征在于，应用于上述的绝缘阻抗检测电路，具体实施方式如下：

S1，控制器控制继电器S0闭合，控制桥臂上部开关管Q1开通，桥臂下部开关管Q2关断，测量直流母线负极BUS-对机壳PE的电压，记为 Viso1，得到方程

Viso1＝Vx*R0/(Riso+R0)+Vbus*Riso/(Riso+R0) ①

其中，Viso1为S1直流母线负极BUS-对机壳PE的电压，Vx为二端网络开路电压，Riso为直流输入对地等效总阻抗，R0为电阻，Vbus 为采样机壳PE对母线负极的电压；

S2，控制器控制继电器S0闭合，控制桥臂上部开关管Q1关断，桥臂下部开关管Q2开通，测量直流母线负极BUS-对机壳(PE)的电压，记为Viso2，得到方程②

Viso2＝Vx*R0/(Riso+R0) ②

其中，Viso2为S2直流母线负极BUS-对机壳PE的电压，Vx为二20 端网络开路电压，Riso为直流输入对地等效总阻抗，R0为电阻；

S3，联立方程①②，计算出绝缘阻抗为：

Riso＝R0/[Vbus/(Viso1-Viso2)-1] ③

其中，Riso为直流输入对地等效总阻抗，Vbus为采样机壳PE对母线负极的电压，Viso1为S1直流母线负极BUS-对机壳PE的电压，Viso2 为S2直流母线负极BUS-对机壳PE的电压。

实施例二

图2只是本实用新型一种实施方式的示意图。如图3所示，其中继电器S0和电阻R0可以交换位置；继电器S0和电阻R0的串联电路中还可串联电感L1，用于三电平或多电平拓扑时，继电器S0和电阻R0的一端可以连接在桥臂中间任何一个点；也可以连接与桥臂中点同电位的其他任何点。

无论实施例一还是实施例二，适用于DC/AC拓扑中的具有桥臂特征拓扑，包括但不限于光伏逆变器的单相H4全桥、H5拓扑、H6拓扑、 Heric拓扑、三相NPC拓扑、多电平拓扑等。当用于三电平或多电平拓扑时，继电器S0和电阻R0的一端可以连接在桥臂中间任何一个点；也可以连接与桥臂中点同电位的其他任何点。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路，包含控制器、DC/AC变流器、直流对地绝缘阻抗检测组件，其特征在于，

所述DC/AC变流器的功率拓扑，具有桥臂特征拓扑，设有桥臂上部功率开关管组、桥臂下部功率开关管组；

所述直流对地绝缘阻抗检测电路组件包括：直流侧绝缘阻抗、继电器S0、电阻R0；根据戴维南定理，将所有直流侧电源和对地绝缘阻抗等效成一个二端网络，多路直流输入的直流侧绝缘阻抗包含所有直流输入对地等效总阻抗Riso、二端网络开路电压Ux，所有直流输入对地等效总阻抗Riso为若干路直流母线正极BUS+对大地/机壳PE阻抗、若干路直流母线负极BUS-对大地/机壳PE阻抗的等效总阻抗；大地/机壳PE的一端连接直流侧绝缘阻抗，另一端经继电器S0和电阻R0的串联电路连接DC/AC变流器已有功率拓扑的其中一个桥臂中点，控制器通过控制桥臂上部功率开关管与桥臂下部功率开关管的开通和关断，改变电阻R0上的电压，检测电阻R0上的电压。

2.如权利要求1所述的一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，继电器S0和电阻R0的串联电路中还可串联电感L1。

3.如权利要求1所述的一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，继电器S0和电阻R0可以交换位置。

4.如权利要求1所述的一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，适用于DC/AC拓扑中的具有桥臂特征拓扑，包括但不限于单相H4全桥、H5拓扑、H6拓扑、Heric拓扑、三相NPC拓扑、多电平拓扑等。

5.如权利要求1所述的一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述的桥臂上部功率开关管组包括第一开关管Q1；所述的桥臂下部功率开关管组包括第二开关管Q2。

6.如权利要求1所述的一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述的桥臂上部功率开关管组包括串联的第一开关管Q1和第二开关管Q2；所述的桥臂下部功率开关管组包括串联的第三开关管Qm和第四开关管Qn。

7.如权利要求1所述的一种适用多路直流输入的直流对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，用于三电平或多电平拓扑时，继电器S0和电阻R0的一端可以连接在桥臂中间任何一个点；也可以连接与桥臂中点同电位的其他任何点。

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