CN106997008B - 一种绝缘检测装置及逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种绝缘检测装置及逆变器,通过输出控制信号至升压变换电路的控制端,以控制升压变换电路工作,使直流母线电压升高,并在直流母线电压升高至期望电压后根据检测电压计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗;且该绝缘检测装置连接于直流母线正负极与地之间,其检测电压将与直流母线电压等比例变化;当直流母线电压升高后,其用于计算的检测电压等比例升高。因此,即便光伏阵列负极的绝缘阻抗较小或者光伏阵列正负极之间电压较小,也能够根据升高后的检测电压计算得到光伏阵列的绝缘阻抗,避免了现有技术中绝缘检测误差大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域,特别涉及一种绝缘检测装置及逆变器。
背景技术
在光伏并网发电过程中,若光伏阵列的对地绝缘电阻的阻值低于一定的指标要求或绝缘电阻失效,就会危及光伏发电设备或者用户的人身安全。因此,需要在光伏阵列并网前对光伏阵列的绝缘电阻进行检测。
现有技术中通常采用如图1所示的不平衡电桥法,其中,Vpv为光伏阵列正极PV+和负极PV-之间的电压,Viso为接地点PE对光伏阵列负极PV-之间的电压。通过电阻(R+、R-、R1及R2)分压可得到Viso与Vpv大小的关系式,而联立开关K1扰动前后的两个关系式,即可解得PV+对PE的阻抗R+和PV-对PE的阻抗R-。
但是当R-较小或Vpv较小时,由于Vpv和R1不变,则Viso在开关K1扰动前后电压差别不大,或者扰动前和扰动后Viso都比较小,此时检测的误差比较大,会导致逆变器误保护或不保护。
发明内容
本发明提供一种绝缘检测装置及逆变器,以解决现有技术中检测误差大的问题。
为实现上述目的,本申请提供的技术方案如下:
一种绝缘检测装置,设置于光伏发电***的逆变电路及至少一个升压变换电路之间;所述绝缘检测装置的端口包括:第一端、第二端、第三端及第四端;其中:
所述第一端与直流母线正极相连;
所述第二端与直流母线负极相连;
所述第三端接地;
所述第四端与所述升压变换电路的控制端相连;
所述绝缘检测装置用于输出控制信号至所述升压变换电路的控制端,以控制所述升压变换电路工作,使直流母线电压升高,并在直流母线电压升高至期望电压后根据检测电压计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
优选的,所述绝缘检测装置包括:第一电阻、第二电阻、电压检测电路及处理器;其中:
所述第一电阻设置于所述第一端和所述第三端之间;
所述第二电阻设置于所述第二端和所述第三端之间;
所述电压检测电路的两个输入端分别与所述第二端和所述第三端相连;
所述电压检测电路的输出端输出所述检测电压、与所述处理器的输入端相连;
所述处理器的第一输出端与所述第四端相连;
所述处理器用于输出所述控制信号,以控制所述升压变换电路工作,使直流母线电压升高,并在直流母线电压升高至期望电压后,根据不同直流母线电压下所述电压检测电路输出的所述检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
优选的,所述处理器还用于:在输出所述控制信号之前,若检测到的直流母线电压等于逆变器最大允许输入电压,则待检测到的直流母线电压下降后,再根据不同直流母线电压下所述电压检测电路输出的所述检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
优选的,所述绝缘检测装置包括:开关、第一电阻、第二电阻、电压检测电路及处理器;其中:
所述开关与所述第一电阻串联设置于所述第一端和所述第三端之间;
所述第二电阻设置于所述第二端和所述第三端之间;
所述电压检测电路的两个输入端分别与所述第二端和所述第三端相连;
所述电压检测电路的输出端输出所述检测电压、与所述处理器的输入端相连;
所述处理器的第一输出端与所述第四端相连;
所述处理器的第二输出端与所述开关的控制端相连;
所述处理器用于控制所述开关导通或关断,并输出所述控制信号,以控制所述升压变换电路工作,使直流母线电压升高;在直流母线电压升高至所述期望电压后,根据所述开关导通和关断下所述电压检测电路输出的所述检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
优选的,所述绝缘检测装置包括:开关、第一电阻、第二电阻、电压检测电路及处理器;其中:
所述第一电阻设置于所述第一端和所述第三端之间;
所述开关与所述第二电阻串联设置于所述第二端和所述第三端之间;
所述电压检测电路的两个输入端分别与所述第二端和所述第三端相连;
所述电压检测电路的输出端输出所述检测电压、与所述处理器的输入端相连;
所述处理器的第一输出端与所述第四端相连;
所述处理器的第二输出端与所述开关的控制端相连;
所述处理器用于控制所述开关导通或关断,并输出所述控制信号,以控制所述升压变换电路工作,使直流母线电压升高;在直流母线电压升高至所述期望电压后,根据所述开关导通和关断下所述电压检测电路输出的所述检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
优选的,所述处理器还用于:在输出所述控制信号之前,若检测到的直流母线电压大于等于至所述期望电压,则直接根据所述开关导通和关断下所述电压检测电路输出的所述检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
优选的,所述处理器集成于逆变器中的控制器;或者,所述处理器为基于单片机或者ARM处理器的数字信号处理器DSP。
优选的,所述电压检测电路为模拟数字转换器ADC。
一种逆变器,包括:逆变电路及上述任一所述的绝缘检测装置。
优选的,还包括:至少一个升压变换电路。
本发明提供的所述绝缘检测装置,通过输出控制信号至升压变换电路的控制端,以控制升压变换电路工作,使直流母线电压升高,并在直流母线电压升高至期望电压后根据检测电压计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗;且该绝缘检测装置连接于直流母线正负极与地之间,其检测电压将与直流母线电压等比例变化;当直流母线电压升高后,其用于计算的检测电压等比例升高。因此,即便光伏阵列负极的绝缘阻抗较小或者光伏阵列正负极之间电压较小,也能够根据升高后的检测电压计算得到光伏阵列的绝缘阻抗,避免了现有技术中绝缘检测误差大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案,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,下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例,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是现有技术提供的绝缘检测装置的等效电路图;
图2是本发明实施例提供的绝缘检测装置的结构示意图;
图3是本发明另一实施例提供的绝缘检测装置的结构示意图;
图4是本发明另一实施例提供的绝缘检测装置的等效电路图;
图5是本发明另一实施例提供的绝缘检测装置的结构示意图;
图6是本发明另一实施例提供的绝缘检测装置的等效电路图;
图7是本发明另一实施例提供的绝缘检测装置的结构示意图;
图8是本发明另一实施例提供的绝缘检测装置的等效电路图;
图9是本发明另一实施例提供的绝缘检测装置的结构示意图。
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作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。
本发明提供一种绝缘检测装置,以解决现有技术中检测误差大的问题。
参见图2,该绝缘检测装置,设置于光伏发电***的逆变电路及至少一个升压变换电路之间;升压变换电路的输出端与逆变电路直流侧相连,连接点处的电压即为直流母线电压;光伏发电***的逆变器可以为三相逆变器或者单相逆变器;当该逆变器为组串式逆变器时,该升压变换电路可以与逆变电路及其控制器均设置于逆变器内部;或者,该升压变换电路也可以设置于逆变器外部,此处不做具体限定。并且,升压变换电路的个数也可以根据具体的应用环境而定,此处也不做具体限定。
具体的,如图2所示,该绝缘检测装置的端口包括:第一端、第二端、第三端及第四端;其中:
第一端与直流母线正极BUS+相连;
第二端与直流母线负极BUS-相连;
第三端接地PE;
第四端与升压变换电路的控制端相连;
该绝缘检测装置用于输出控制信号至升压变换电路的控制端,以控制升压变换电路工作,使直流母线电压升高至期望电压Vp,并在直流母线电压升高至期望电压Vp后根据检测电压计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
较佳的,期望电压Vp小于等于***最大开路电压,优选的为***最大开路电压。
该绝缘检测装置的具体工作为:
在逆变器并网前,控制升压变换电路升压,在直流母线电压升高之后,再通过实施扰动,得到扰动前后的检测电压;然后由两个检测电压与该绝缘检测装置的内部电路结构之间的关系,联立方程组,计算得到光伏阵列的绝缘阻抗,即光伏阵列组件PV+对地PE的阻抗R+和光伏阵列负极PV-对地PE的阻抗R-的并联值。
本实施例提供的该绝缘检测装置,由于连接于直流母线正负极与地之间,其检测电压将与直流母线电压等比例变化;当直流母线电压升高至期望电压Vp后,其用于计算的检测电压等比例升高。因此,即便光伏阵列负极的绝缘阻抗较小或者光伏阵列正负极之间电压较小,也能够根据升高后的检测电压计算得到光伏阵列的绝缘阻抗,避免了现有技术中绝缘检测误差大的问题。
本发明另一实施例还提供了一种具体的绝缘检测装置,在上述实施例及图2的基础之上,该绝缘检测装置如图3所示,包括:第一电阻R1、第二电阻R2、电压检测电路101及处理器102;其中:
第一电阻R1设置于第一端和第三端之间,即分别与直流母线正极BUS+及地PE相连;
第二电阻R2设置于第二端和第三端之间,即分别与直流母线负极BUS-及地PE相连;
电压检测电路101的两个输入端分别与第二端和第三端相连,即分别与直流母线负极BUS-及地PE相连;
电压检测电路101的输出端与处理器102的输入端相连,用于输出检测电压供处理器102进行计算;
处理器102的第一输出端通过第四端与升压变换电路的控制端,也即图3中第一开关管Q1的控制端相连;
处理器102用于输出控制信号,以控制升压变换电路工作,使直流母线电压升高,并在直流母线电压升高至期望电压后,根据不同直流母线电压下电压检测电路101输出的检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
具体的工作原理为:
参见图3,先给逆变器上电,光伏阵列正极PV+上电,在逆变器并网前,通过处理器102控制升压变换电路升压至Vp1,待电容C1两端电压稳定后,通过电压检测电路101检测下桥臂电压为VISO1。然后,通过处理器102控制升压电路升压至Vp2,再由电压检测电路101检测得到下桥臂电压为VISO2。
图4为图3所示的等效电阻电路,根据电路定理可得:
联立公式(1)、公式(2)可解得光伏阵列正负极对地的总的绝缘电阻R+//R-:
由公式(1)、公式(2)同样可计算出电压检测电路101输出的两次检测电压分别为:
由公式(4)、公式(5)可知,当直流母线电压Vp1、Vp2增大时,检测电压VISO1、VISO2均增大,同样采样比例进入处理器102,直流母线电压越大采样精度越高,因此解决了现有技术检测误差大的问题。
特别地,实际的光伏阵列输入的电压等于***的最大电压时,则不升压,此时的直流母线电压也为逆变器最大允许输入电压,此时,对应的下桥臂电压为VISO1;待光伏电阵列输入电压变化,使直流母线电压低于逆变器最大允许输入电压,由此对应的下桥臂电压为VISO2;再根据公式(3)可解得光伏阵列正负极对地的总的绝缘电阻R+//R-,即光伏阵列的绝缘阻抗。
或者,参见图5,该绝缘检测装置包括:开关K、第一电阻R1、第二电阻R2、电压检测电路101及处理器102;其中:
第一电阻R1设置于第一端和第三端之间,即分别与直流母线正极BUS+及地PE相连;
开关K与第二电阻R2串联设置于第二端和第三端之间,即分别与直流母线负极BUS-及地PE相连;
电压检测电路101的两个输入端分别与第二端和第三端相连,即分别与直流母线负极BUS-及地PE相连;
电压检测电路101的输出端与处理器102的输入端相连,用于输出检测电压供处理器102进行计算;
处理器102的第一输出端通过第四端与升压变换电路的控制端,也即图3中第一开关管Q1的控制端相连;
处理器102的第二输出端与开关K的控制端相连;
处理器102用于控制开关K导通或关断,并输出控制信号,以控制升压变换电路工作,使直流母线电压升高;在直流母线电压升高至期望电压后,根据开关K导通和关断下电压检测电路101输出的检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
图5所示绝缘检测装置的具体工作原理为:
先给逆变器上电,光伏阵列正极PV+上电,在逆变器并网前,通过处理器102控制升压变换电路升压至期望电压Vp,待电容C1两端电压稳定后,通过处理器102控制开关K关断,再通过电压检测电路101检测下桥臂电压为VISO1。然后,通过处理器102控制开关K导通,再由电压检测电路101检测得到下桥臂电压为VISO2。
图6为图5所示的等效电阻电路,根据电路定理可得:
联立公式(6)、公式(7)可解得光伏阵列正负极对地的总的绝缘电阻R+//R-:
由公式(6)、公式(7)同样可计算出电压检测电路101输出的两次检测电压分别为:
由公式(9)、公式(10)可知,当直流母线电压Vp增大时,检测电压VISO1、VISO2均增大,同样采样比例进入处理器102,直流母线电压Vp越大采样精度越高,因此解决了现有技术检测误差大的问题。
又或者,参见图7,该绝缘检测装置包括:开关K、第一电阻R1、第二电阻R2、电压检测电路101及处理器102;其中:
开关K与第一电阻R1串联设置于第一端和第三端之间,即分别与直流母线正极BUS+及地PE相连;
第二电阻R2设置于第二端和第三端之间,即分别与直流母线负极BUS-及地PE相连;
电压检测电路101的两个输入端分别与第二端和第三端相连,即分别与直流母线负极BUS-及地PE相连;
电压检测电路101的输出端与处理器102的输入端相连,用于输出检测电压供处理器102进行计算;
处理器102的第一输出端通过第四端与升压变换电路的控制端,也即图3中第一开关管Q1的控制端相连;
处理器102的第二输出端与开关K的控制端相连;
处理器102用于控制开关K导通或关断,并输出控制信号,以控制升压变换电路工作,使直流母线电压升高;在直流母线电压升高至期望电压后,根据开关K导通和关断下电压检测电路101输出的检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
图8为图7所示的等效电阻电路,根据电路定理可得:
联立公式(11)、公式(12)可解得光伏阵列正负极对地的总的绝缘电阻R+//R-:
由公式(11)、公式(12)同样可计算出电压检测电路101输出的两次检测电压分别为:
由公式(14)、公式(15)可知,当直流母线电压Vp增大时,检测电压VISO1、VISO2均增大,同样采样比例进入处理器102,直流母线电压Vp越大采样精度越高,因此解决了现有技术检测误差大的问题。
优选的,图5或图6所示的结构中,若处理器102在控制直流母线电压升高前,检测到直流母线电压大于等于期望电压Vp,则说明此时进行计算的精度已能满足要求,处理器102可以不用进行升压控制,直接根据开关K导通和关断下的检测电压VISO1、VISO2进行计算,得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
值得说明的是,期望电压Vp可以等于逆变器最大允许输入电压,也可以为一个低于逆变器最大允许输入电压、且满足计算精度的值,此处不做具体限定,可以视其具体由于环境而定,均在本申请的保护范围内。
优选的,在上述实施例中,处理器102可以为集成于逆变器中的控制器;或者,处理器102也可以为基于单片机或者ARM处理器的DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理器)。
优选的,电压检测电路101为ADC(Analog-to-digital converter,模拟数字转换器)。
电压检测电路101与处理器102均可以视其具体应用环境而定,此处不做具体限定,均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了一种逆变器,包括:逆变电路及上述任一实施例中的绝缘检测装置。
并且,该逆变器中还可以集成有至少一个升压变换电路,以应用于分布式光伏发电***,此时,其绝缘检测装置的连接示意图如图9所示。
在不同的光伏发电***中,该逆变器可以为任何适用于当前***的逆变器,只是其内部包括有上述实施例任一所述的绝缘检测装置即可,其内部各种其他结构均可视其具体应用环境而定,此处不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。
其余工作原理与上述实施例相同,此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种绝缘检测装置,其特征在于,设置于光伏发电***的逆变电路及至少一个升压变换电路之间;所述升压变换电路的输入端与相应光伏阵列正负极相连;所述绝缘检测装置的端口包括:第一端、第二端、第三端及第四端;其中:
所述第一端与直流母线正极相连;
所述第二端与直流母线负极相连;
所述第三端接地;
所述第四端与所述升压变换电路的控制端相连;
所述绝缘检测装置用于在光伏阵列负极的绝缘阻抗或者光伏阵列正负极之间电压小于相应的预设值时,输出控制信号至所述升压变换电路的控制端,以控制所述升压变换电路工作,使直流母线电压升高,并在直流母线电压升高至期望电压后根据等比例升高的检测电压计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗,以避免因光伏阵列负极的绝缘阻抗或者光伏阵列正负极之间电压小于相应的预设值而导致检测误差大的问题。
2.根据权利要求1所述的绝缘检测装置,其特征在于,所述绝缘检测装置包括:第一电阻、第二电阻、电压检测电路及处理器;其中:
所述第一电阻设置于所述第一端和所述第三端之间;
所述第二电阻设置于所述第二端和所述第三端之间;
所述电压检测电路的两个输入端分别与所述第二端和所述第三端相连;
所述电压检测电路的输出端输出所述检测电压、与所述处理器的输入端相连;
所述处理器的第一输出端与所述第四端相连;
所述处理器用于输出所述控制信号,以控制所述升压变换电路工作,使直流母线电压升高,并在直流母线电压升高至所述期望电压后,根据不同直流母线电压下所述电压检测电路输出的所述检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
3.根据权利要求2所述的绝缘检测装置,其特征在于,所述处理器还用于:在输出所述控制信号之前,若检测到的直流母线电压等于逆变器最大允许输入电压,则待检测到的直流母线电压下降后,再根据不同直流母线电压下所述电压检测电路输出的所述检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
4.根据权利要求1所述的绝缘检测装置,其特征在于,所述绝缘检测装置包括:开关、第一电阻、第二电阻、电压检测电路及处理器;其中:
所述开关与所述第一电阻串联设置于所述第一端和所述第三端之间;
所述第二电阻设置于所述第二端和所述第三端之间;
所述电压检测电路的两个输入端分别与所述第二端和所述第三端相连;
所述电压检测电路的输出端输出所述检测电压、与所述处理器的输入端相连;
所述处理器的第一输出端与所述第四端相连;
所述处理器的第二输出端与所述开关的控制端相连;
所述处理器用于控制所述开关导通或关断,并输出所述控制信号,以控制所述升压变换电路工作,使直流母线电压升高;在直流母线电压升高至所述期望电压后,根据所述开关导通和关断下所述电压检测电路输出的所述检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
5.根据权利要求1所述的绝缘检测装置,其特征在于,所述绝缘检测装置包括:开关、第一电阻、第二电阻、电压检测电路及处理器;其中:
所述第一电阻设置于所述第一端和所述第三端之间;
所述开关与所述第二电阻串联设置于所述第二端和所述第三端之间;
所述电压检测电路的两个输入端分别与所述第二端和所述第三端相连;
所述电压检测电路的输出端输出所述检测电压、与所述处理器的输入端相连;
所述处理器的第一输出端与所述第四端相连;
所述处理器的第二输出端与所述开关的控制端相连;
所述处理器用于控制所述开关导通或关断,并输出所述控制信号,以控制所述升压变换电路工作,使直流母线电压升高;在直流母线电压升高至所述期望电压后,根据所述开关导通和关断下所述电压检测电路输出的所述检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
6.根据权利要求4或5所述的绝缘检测装置,其特征在于,所述处理器还用于:在输出所述控制信号之前,若检测到的直流母线电压大于等于所述期望电压,则直接根据所述开关导通和关断下所述电压检测电路输出的所述检测电压,计算得到光伏发电***中光伏阵列的绝缘阻抗。
7.根据权利要求2至5任一所述的绝缘检测装置,其特征在于,所述处理器集成于逆变器中的控制器;或者,所述处理器为基于单片机或者ARM处理器的数字信号处理器DSP。
8.根据权利要求7所述的绝缘检测装置,其特征在于,所述电压检测电路为模拟数字转换器ADC。
9.一种逆变器,其特征在于,包括:逆变电路及权利要求1至8任一所述的绝缘检测装置。
10.根据权利要求9所述的逆变器,其特征在于,还包括:至少一个升压变换电路。
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