CN105785133B - 一种双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测电路、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测方法和该方法赖以实施的检测电路，该方法将双路光伏逆变器中的一路短接，从而使本来用于检测被短接路输入的桥路接到公共负极和地线之间，因此通过控制两个桥路的通断能够获得两组相互独立的、能够用于计算未短接路输入的对地绝缘电阻的数据，利用者两组数据，即可以计算出更高精度的对地绝缘电阻值。此外，本发明基本是巧妙利用现有的检测电路中的两个桥路来实现的，因此仅仅确保所述第一输入电路的正极和负极之间和/或第二输入电路的正极和负极之间设置有可控短路支路即可，不需要额外增加其他电子元器件，因此在不提高检测成本的情况下就能够提高检测精度。

Description

一种双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测电路、方法及装置

技术领域

本发明涉及光伏逆变器对地绝缘电阻检测技术领域，特别涉及一种双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测电路、方法及装置。

背景技术

非隔离光伏逆变器效率高、成本低，在光伏发电***中获得了广泛的应用。由于光伏基板和电网间没有电气隔离，存在泄漏电流。为避免发生电击事故，安全规范要求光伏逆变器在并网之前先检测光伏逆变器输入端与地之间的绝缘阻抗，当绝缘阻抗小于规定值时，逆变器不能并网。以前，绝缘阻抗保护阀值为1000KΩ，但是随着国内光伏行业的发展，依据新的标准，绝缘阻抗保护阀值依据调整为100KΩ以内，因此，原来用来检测大于500KΩ绝缘阻抗的电路和方法，直接用来检测小于50KΩ的绝缘阻抗，精度是无法满足要求。

光伏逆变器的相关标准也逐步建立起来了，目前国内CQC认证依据的标准是NBT32004，该标准规定的保护阀值为Umaxpv/30mA,若最大输入电压为1000V，可以计算出绝缘阻抗阀值为33KΩ。测试时并入0.9倍阀值的绝缘阻抗，逆变器应保护，并入1.1倍阀值的绝缘阻抗，逆变器应正常工作。根据测试要求可知，逆变器绝缘阻抗检测电路在检测小于40kΩ的检测误差要小于±10％。而单相光伏逆变器，最大输入电压为600V，依据保准可计算得保护阀值为20kΩ，测试采用电阻分别是18kΩ和20kΩ。

原来用来检测大于500KΩ绝缘阻抗的电路和方法，直接用来检测小于50KΩ的绝缘阻抗，精度是无法满足要求。

以单Boost光伏逆变器为例，目前采用图1所示的检测电路，采用检测方法是采用在一个桥臂通过并入一个已知阻值的电阻，根据电阻分压关系来获得两组方程。

依据NBT 32004，逆变器输入电路对地的绝缘电阻不应小于1M欧姆，即R1和R2的阻值不应小于1M欧姆。由方程结果可知，Rx和Ry的值主要与VPV和VO相关，由于整个检测过程持续时间很短，输入电压VPV在整个过程中通常没有变化。切换K1的目的是为了通过并入R3使VO发生变化，当VO1和VO2差值足够大时，方程才有独立的解，当VO1和VO2趋于相等时，方程的解均为0。

由于DSP的AD口电压通常为0～3.3V，VPV和VO均需通过调理电路处理后才能送到AD口。设光伏逆变的最大输入电压为600V，输入电压采样电路和VO电压采样电路的衰减增益均为0.005。AD转换器的位数为12位，AD口能识别的最小电压为小于此数值时AD转换后得到数值为0。根据电阻分压关系可以得出开关K1闭合前后的电压差为：

固定电阻阻值按如下取值，R1＝R2＝5000KΩ,R3＝500KΩ,假设未知电阻Ry＝1000KΩ，可以得到差值和Rx的单值函数，经计算可以绘制出VOD和Rx的曲线；同样，假定未知电阻Rx＝1000KΩ，可以得到差值和Ry的单值函数，经计算可以绘制出VOD和Ry的曲线，绘制的曲线如图2。

由图2可知，当Rx小于50KΩ时，差值小于9.5mV，随着阻值的减少，差值越来越小，计算误差也越来越大。并入或不并入R3对上桥臂和地之间的阻抗的影响已经很小，送到AD口的VO1和VO2数值的差值也变的非常小，导致AD口无法识别或误差较大，据此计算出的Rx误差较大。当Ry的阻值较小，Rx的阻值较大时，闭合前后输出电压VO1和VO2变化较大，此时检测精度较高。

另一方面，非隔离光伏逆变器中，有一类是双路输入光伏逆变器，如图3所示，双路输入光伏逆变器两路输入的负端在电气上是连接在一起的，相当于要检测3个未知电阻，即PV1+和PE间的电阻Rx1，PV2+和PE间的电阻Rx2，负输入端和和PE间的电阻Ry。同样面临着与单Boost相类似的问题，当Rx较小时，检测不准。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种能够提高检测精度的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测方法，并且提供该检测方法赖以实施的检测电路。

发明思路：双路输入光伏逆变器的对地绝缘电阻检测电路中，为了PV1+和PE间的电阻Rx1和PV2+和PE间的电阻Rx2，通常需要在PV1+和PE间设置第一桥路，在PV2+和PE间设置第二桥路，通过控制第一桥路的通断能够获得一组用于测量Rx1的数据，通过控制第二桥路的通断能够获得一组用于计算Rx2的数据。对此，发明人发现，由于两路输入的负端在电气上是连接在一起的，因此，如果将其中一路输入的正负极短接，则被短接的这一路输入对应的桥路会连接到公共负极和地线之间，通过控制该路桥路的通断则也能够构建一组用于计算未短接的输入的对地绝缘电阻的数据，也就是说，加入将PV2+与负极短接，则通过控制第二桥路的通断也能够获得一组用于测量Rx1的数据，因此，此时只要通过控制第一桥路、第二桥路的通断，即可以获得相互独立的两组用于计算Rx1的数据，利用两组独立的数据来计算Rx1的值，自然能够提高检测的准确性和精度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供了一种双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测电路，包括待检测的第一输入电路和第二输入电路，所述第一输入电路的正极与地线之间连接有第一桥路，所述第二输入电路的正极与地线之间连接有第二桥路，所述第一桥路包括互相串联的开关K1和电阻R2，所述第二桥路包括互相串联的开关K2和电阻R3，所述第一输入电路的负极与所述第二输入电路的负极共接形成公共负极，所述第一输入电路的正极和负极之间和/或第二输入电路的正极和负极之间设置有可控的短路支路，所述短路支路可被控导通/截断，以使正极和负极之间短路/开路。

其中，所述电阻R2的电阻值不等于所述电阻R3的电阻值。

其中，还包括获取第一输入电路电压值的第一电压采样电路、获取第二输入电路电压值的第二电压采样电路和获取公共负极PV-与地线之间的电压值的第三电压采样电路。

还提供一种双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测方法，该方法适用的电路包括待检测的第一输入电路和第二输入电路，所述第一输入电路的正极与地线之间连接有第一桥路，所述第二输入电路的正极与地线之间连接有第二桥路，所述第一桥路包括互相串联的开关K1和电阻R2，所述第二桥路包括互相串联的开关K2和电阻R3，所述第一输入电路的负极与所述第二输入电路的负极共接形成公共负极，该方法包括短接步骤：检测对地绝缘电阻时，短接所述第一输入电路的正极和负极或者第二输入电路的正极和负极，从而使第一桥路或者第二桥路连接于公共负极和地线之间。

其中，所述短接步骤包括短接选择步骤：短接第一输入电路和第二输入电路当中电压值小的一路。

其中，还包括数据选择步骤：选择第一桥路和第二桥路中导通时对电路的影响程度高的桥路作为测量桥路。

其中，所述数据选择步骤具体为：断开第一桥路和第二桥路，测量此时公共负极PV-与地线之间的电压值V01，接通第一桥路并断开第二桥路，测量此时的公共负极PV-与地线之间的电压值V02，接通第二桥路并断开第一桥路，测量此时的公共负极PV-与地线之间的电压值V03，如果V02-V01>V01-V03，则判断第一桥路导通时对电路的影响程度大于第二桥路，如果V01-V03>V02-V01，则判断第二桥路导通时对电路的影响程度大于第一桥路。

本发明的有益效果：本发明提供了一种双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测方法和该方法赖以实施的检测电路，该方法将双路光伏逆变器中的一路短接，从而使本来用于检测被短接路输入的桥路接到公共负极和地线之间，因此通过控制两个桥路的通断能够获得两组相互独立的、能够用于计算未短接路输入的对地绝缘电阻的数据，利用者两组数据，即可以计算出更高精度的对地绝缘电阻值。此外，本发明基本是巧妙利用现有的检测电路中的两个桥路来实现的，因此仅仅确保所述第一输入电路的正极和负极之间和/或第二输入电路的正极和负极之间设置有可控短路支路即可，不需要额外增加其他电子元器件，因此在不提高检测成本的情况下就能够提高检测精度。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为现有技术中单路输入的对地绝缘检测电路的结构示意图。

图2为现有技术中VOD-Ry的变化曲线示意图。

图3为本发明实施例采用的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测电路的结构示意图。

图4为本发明实施例采用的在步骤A后的电路结构示意图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

本发明具体实施方式基于如图3所示的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测电路，包括：第一输入电路PV1、第二输入电路PV2和地线PE，第一输入电路PV1的负极PV1-和第二输入电路PV2的负极PV2-共接形成公共负极。为了测量对地绝缘电阻，在第一输入电路PV1的正极PV1+与地线PE之间连接有由开关K1和电阻R2互相串联而成的第一桥路，第一桥路两端并联有电阻R1，第二输入电路PV2的正极PV2+与地线PE之间连接有由开关K2和电阻R3互相串联而成的第一桥路，第二桥路两端并联有电阻R4，公共负极与地线PE之间接有电阻R5。需要说明的是。电子R1、R4和R5是因为本实施例采用的算法中为了构建方程组而增加的辅助元件，如果采用不同于本实施例的算法，也可以不设置上述电阻，或者设置其他辅助电子元件。

基于上述电路，传统的检测方法是：通过开/断开关K1来使公共负极与地线PE之间的电压值产生变化，从而构建一组方程组来求解第一输入电路PV1的正极PV1+与地线PE之间的绝缘电阻RX1；通过开/断开关K2来使公共负极与地线PE之间的电压值产生变化，从而构建一组方程组来求解第二输入电路PV2的正极PV2+与地线PE之间的绝缘电阻RX2，最后再联立起来求解公共负极与地线PE之间的绝缘电阻RY。如背景技术分析的，上述这种方法检测精度低。

为此，本实施例在上述电路的基础上增加了两条可控的短路支路，一条连接于第一输入电路PV1的正极PV1+和其负极PV1-之间，另一条连接于第一输入电路PV2的正极PV2+和其负极PV2-之间。具体的检测方法如下：

步骤A：***通电后，检测第一输入电路PV1的电压值VPV1和第二输入电路PV2的电压值VPV2，然后短路掉其中电压值较低的一路的正负极，本实施例以电压值VPV2较低为例，如图4所示。如果检测结果是两路输入电路的电压值一样，则随机短路掉其中一路。之所以选择短路掉其中电压值较低的一路，是因为如背景技术中分析的，电压值较低的一路其最终的检测结果的不准确性更高，因此短路掉电压值低的一路，选择电压值高的一路进行检测。

步骤B：在K1和K2均断开时，采样Vo电压标记为Vo1；

依据对电路的分析可以得知此时上桥臂电阻为：R_a＝RX1//R1，下桥臂电阻为：R_b＝RY//R5//R4//RX2

当K1闭合和K2断开时，采样Vo电压标记为Vo2；此时电阻R2并入上桥臂，上桥臂电阻变为：R_a//R2，下桥臂电阻不变，根据电阻分压关系可得：

当K1断开和K2闭合时，采样Vo电压标记为Vo3，此时R3并入下桥臂，下桥臂电阻变为：R_b//R3，上桥臂电阻不变，根据电阻分压关系可得：

步骤C：如果V₀₂-V₀₁>V₀₁-V₀₃，说明闭合K1对Vo电压的影响大，故选择第一桥路作为检测桥路，跳转至步骤D：如果V₀₂-V₀₁＜V₀₁-V₀₃，说明闭合K2对Vo电压的影响大，故选择第二桥路作为检测桥路，跳转至步骤E。

步骤D：联立式1和式2列方程组：

令

解方程可得：

由于控制***通过采样电路可以获得V_PV1、V_O1、V_O2，通过式5可以计算出a和b的值，通过式6可以计算出R_a和R_b的值。

由R_a＝RX1//R1可得，R1为已知电阻，可计算求得RX1值。

由R_b＝RY//R5//R4//RX2可得，R5//R4为已知电阻，可计算求得RY//RX2值。

控制***求出RX1和RY//RX2值后，可以依据标准判断是否符合要求。

步骤E：联立式1和式3列方程组：

令

接得

由于控制***通过采样电路可以获得V_PV1、V_O1、V_O3，通过式8可以计算出a和c的值，通过式9可以计算出R_a和R_b的值。

由R_a＝RX1//R1可得，R1为已知电阻，可计算求得RX1值。

由R_b＝RY//R5//R4//RX2可得，R5//R4为已知电阻，可计算求得RY//RX2值。

控制***求出RX1和RY//RX2值后，可以依据标准判断是否符合要求。

与现有技术相比，本发明构建了两组能够独立计算出对地绝缘电阻的方程组，并且选择其中对电路影响比较大的一组方程组来计算对地绝缘电阻，因此提高了对地绝缘电阻的检测精度。当然，在构建出两组能够独立计算出对地绝缘电阻的方程组，本领域技术人员也可以选择其他方式来利用者两组方程组以提高检测精度，例如采用平均值等方式。

需要说明的是，在本实施例中，如果还期望求解RX2的具体数值，那么也可以将断开对第二输入电路PV2的正负极之间的短接支路，并且将第一输入电路PV1的正负极短接，然后再次执行步骤B至步骤E，从而获得RX2的具体数值。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (11)

1.双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测电路，包括待检测的第一输入电路和第二输入电路，所述第一输入电路的正极与地线之间连接有第一桥路，所述第二输入电路的正极与地线之间连接有第二桥路，所述第一桥路包括互相串联的开关K1和电阻R2，所述第二桥路包括互相串联的开关K2和电阻R3，所述第一输入电路的负极与所述第二输入电路的负极共接形成公共负极，其特征在于：所述第一输入电路的正极和负极之间和/或第二输入电路的正极和负极之间设置有可控的短路支路，所述短路支路可被控导通/截断，以使正极和负极之间短路/开路。

2.如权利要求1所述的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测电路，其特征在于：所述电阻R2的电阻值不等于所述电阻R3的电阻值。

3.如权利要求1所述的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测电路，其特征在于：还包括获取第一输入电路电压值的第一电压采样电路、获取第二输入电路电压值的第二电压采样电路和获取公共负极PV-与地线之间的电压值的第三电压采样电路。

4.双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测方法，该方法适用的电路包括待检测的第一输入电路和第二输入电路，所述第一输入电路的正极与地线之间连接有第一桥路，所述第二输入电路的正极与地线之间连接有第二桥路，所述第一桥路包括互相串联的开关K1和电阻R2，所述第二桥路包括互相串联的开关K2和电阻R3，所述第一输入电路的负极与所述第二输入电路的负极共接形成公共负极，其特征在于该方法包括短接步骤：检测对地绝缘电阻时，短接所述第一输入电路的正极和负极或者第二输入电路的正极和负极，从而使第一桥路或者第二桥路连接于公共负极和地线之间，其中被短接的输入电路电压值不高于另一输入电路；还包括计算步骤：通过控制两个桥路的通断来获得两个桥路都断开后的采样电压、只断开短接的输入电路对应的桥路后的采样电压，再利用这两个采样电压和未短接的输入电路的电压值来计算出未短接的输入电路的对地绝缘电阻值。

5.如权利要求4所述的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测方法，其特征在于所述短接步骤包括短接选择步骤：短接第一输入电路和第二输入电路当中电压值小的一路。

6.如权利要求4所述的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测方法，其特征在于还包括数据选择步骤：选择第一桥路和第二桥路中导通时对电路的影响程度高的桥路作为测量桥路。

7.如权利要求6所述的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测方法，其特征在于所述数据选择步骤具体为：断开第一桥路和第二桥路，测量此时公共负极PV-与地线之间的电压值V₀₁，接通第一桥路并断开第二桥路，测量此时的公共负极PV-与地线之间的电压值V₀₂，接通第二桥路并断开第一桥路，测量此时的公共负极PV-与地线之间的电压值V₀₃，如果V₀₂-V₀₁>V₀₁-V₀₃，则判断第一桥路导通时对电路的影响程度大于第二桥路，如果V₀₁-V₀₃>V₀₂-V₀₁，则判断第二桥路导通时对电路的影响程度大于第一桥路。

8.双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测装置，该装置适用的电路包括待检测的第一输入电路和第二输入电路，所述第一输入电路的正极与地线之间连接有第一桥路，所述第二输入电路的正极与地线之间连接有第二桥路，所述第一桥路包括互相串联的开关K1和电阻R2，所述第二桥路包括互相串联的开关K2和电阻R3，所述第一输入电路的负极与所述第二输入电路的负极共接形成公共负极，其特征在于该装置包括短接装置：检测对地绝缘电阻时，短接所述第一输入电路的正极和负极或者第二输入电路的正极和负极，从而使第一桥路或者第二桥路连接于公共负极和地线之间，其中被短接的输入电路电压值不高于另一输入电路；还包括计算装置：通过控制两个桥路的通断来获得两个桥路都断开后的采样电压、只断开短接的输入电路对应的桥路后的采样电压，再利用这两个采样电压和未短接的输入电路的电压值来计算出未短接的输入电路的对地绝缘电阻值。

9.如权利要求8所述的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测装置，其特征在于所述短接装置包括短接选择装置：短接第一输入电路和第二输入电路当中电压值小的一路。

10.如权利要求8所述的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测装置，其特征在于还包括数据选择装置：选择第一桥路和第二桥路中导通时对电路的影响程度高的桥路作为测量桥路。

11.如权利要求10所述的双路光伏逆变器的对地绝缘电阻检测装置，其特征在于所述数据选择装置执行如下动作：断开第一桥路和第二桥路，测量此时公共负极PV-与地线之间的电压值V₀₁，接通第一桥路并断开第二桥路，测量此时的公共负极PV-与地线之间的电压值V₀₂，接通第二桥路并断开第一桥路，测量此时的公共负极PV-与地线之间的电压值V₀₃，如果V₀₂-V₀₁>V₀₁-V₀₃，则判断第一桥路导通时对电路的影响程度大于第二桥路，如果V₀₁-V₀₃>V₀₂-V₀₁，则判断第二桥路导通时对电路的影响程度大于第一桥路。