CN109696582A - 绝缘阻抗检测电路及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种绝缘阻抗检测电路及其检测方法，其中，绝缘阻抗检测电路包括绝缘检测电路以及功率转换电路，所述绝缘检测电路包括一个第一电阻切换单元、至少一个第二电阻切换单元、第一电压检测单元和第二电压检测单元。在绝缘阻抗检测电路中，通过控制各个电路中投切开关的断开与闭合状态，得到不同的接入电路，在基尔霍夫定律的基础上求得未知绝缘阻抗值；这样，既得到了较高精度的绝缘阻抗值与目标绝缘阻抗值，又实现了对多路输入光伏组中的每一路输入光伏组的正负极对机箱壳体的绝缘阻抗的检测。

Description

绝缘阻抗检测电路及其检测方法

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，特别涉及一种绝缘阻抗检测电路及其检测方法。

背景技术

在太阳能光伏发电***中，针对用户储能***工作时，需要光伏储能逆变器将光伏板产生的高压直流电引入到***输入端。为保证人身安全，防止触电事件发生，需要检测光伏输入端口对***壳体的阻抗，当阻抗小于限定值时，***无法开启。在现有技术中，多路绝缘阻抗检测电路只能得到输入的光伏组串正极与机箱壳体之间的绝缘阻抗总值，以及输入的光伏组串负极与机箱壳体之间的绝缘阻抗总值，不能单独检测出每一路光伏输入的太阳能电池板正负极阻抗分别对机箱壳体的绝缘阻抗值。此时，如果其中一路输入出现问题，则无法及时找出有问题的输入光伏组电路并妥善处理；只能按照整个多路输入光伏组的正极对机箱壳体的绝缘阻抗总值进行判断，并执行判断结果。因此，在保证检测***中检测到高精度绝缘阻抗值的情况下，实现多路输入***中每一路光伏输入的太阳能电池板正负极分别对机箱壳体的绝缘阻抗检测变得日趋重要。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种绝缘阻抗检测电路及其检测方法，在保证高精度绝缘阻抗检测的同时，实现了多路输入绝缘阻抗检测***中每一路输入光伏组正负极分别对机箱壳体的绝缘阻抗值的绝缘检测。

本发明提出了一种绝缘阻抗检测电路，包括绝缘检测电路以及功率转换电路；

所述绝缘检测电路包括一个第一电阻切换单元、至少一个第二电阻切换单元、第一电压检测单元和第二电压检测单元；其中，所述第一电阻切换单元连接于逆变器多路MPPT电路共接的负极PV-与机箱壳体之间；所述第二电阻切换单元连接在太阳能电池板的正极PV+与机箱壳体之间，且不同所述第二电阻切换单元之间并联连接，并用于接入不同的输入光伏组中；所述第一电压检测单元连接于所述太阳能电池板的正负极之间，并构成太阳能电池板正极PV+与负极PV-间的电压采样电路；所述第二电压检测单元连接于所述第一电阻切换单元上，并给所述第一电阻切换单元提供采样电压值；

所述功率转换电路将太阳能转换为电能，且通过所述功率转换电路将所述太阳能电池板的正极PV+和负极PV-与直流母线的正极BUS+和负极BUS-连接在一起；每一个所述第二电阻切换单元所在的输入光伏组中都连接有一个所述功率转换电路。

进一步地，所述第一电阻切换单元和所述第二电阻切换单元，分别由投切开关以及电阻串联而成。

进一步地，所述功率转换电路包括电感、二极管以及开关管；所述电感与所述二极管串联连接于所述太阳能电池板正极PV+与直流母线正极BUS+之间，所述太阳能电池板负极PV-与所述直流母线负极BUS-通过导线直接连接，所述开关管连接于所述太阳能电池板负极PV+与PV-之间，且所述开关管一端接入所述电感与二极管之间，另一端接入所述PV-与BUS-之间。

进一步地，所述开关管为IGBT管、MOS管或GTR中的一种。

进一步地，所述投切开关为继电器、IGBT管或MOS管中的一种。

进一步地，所述所述第一电压检测单元采用隔离式差分电压采样电路或非隔离式差分电压采样电路。

本发明还涉及一种绝缘阻抗检测电路的检测方法，包括所述太阳能电池板负极PV-与机箱壳体之间有绝缘阻抗，且与所述第一电阻切换单元并联连接；所述太阳能电池板正极PV+与机箱壳体之间有多个目标绝缘阻抗，且每个目标绝缘阻抗与所述第二电阻切换单元并联连接；

所述检测方法包括以下步骤：

步骤1，在测量目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值时，控制与所述目标第二电阻切换单元连接的目标功率转换电路之外的其它所有功率转换电路，使得除所述目标第二电阻切换单元所在的输入光伏组之外的其他所有输入光伏组短路接入绝缘阻抗检测电路中；

步骤2，控制闭合第一电阻切换单元中的投切开关，获取第二电压检测单元检测的电压值为Va；

步骤3，控制闭合所述目标第二电阻投切单元中的投切开关，获取第二电压检测单元检测的电压值为Vb；

步骤4，根据所述Va、Vb、第一电压检测单元预先检测的电压V、第一电阻切换单元中的电阻以及目标第二电阻切换单元中的电阻，计算所述目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值。

进一步地，所述计算所述目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值的步骤之后，还包括：

计算出除所述目标第二电阻切换单元所在的输入光伏组之外的其它所有输入光伏组短路接入时与第一电阻切换单元对应的绝缘阻抗并联的并联绝缘阻抗值。

进一步地，在所述步骤4中，计算所述目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值的公式为：

联立公式一和公式二，即可求出未知变量Xx及Xy，其中，Xy为目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值，Xx为除所述目标第二电阻切换单元所在的输入光伏组之外的其它所有输入光伏组短路接入时与第一电阻切换单元对应的绝缘阻抗并联的并联绝缘阻抗值；Rr为第一电阻切换单元中的电阻，Rs为第二电阻切换单元中的电阻。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在实现对多路MPPT输入光伏组逆变器的绝缘阻抗值进行检测时，通过控制功率转换电路，使得除所述目标第二电阻切换单元所在的输入光伏组之外的其他所有输入光伏组短路接入绝缘阻抗检测电路中；然后在绝缘阻抗检测电路中，通过控制各个电路中投切开关的断开与闭合状态，得到不同的接入电路，在基尔霍夫定律的基础上求得未知绝缘阻抗值；这样，既得到了较高精度的绝缘阻抗值与目标绝缘阻抗值，又实现了对多路输入光伏组中的每一路输入光伏组的正负极对机箱壳体的绝缘阻抗值的检测。

附图说明

图1是本发明提出的一种绝缘阻抗检测电路的一实施例中的单路输入电路图；

图2是本发明提出的一种绝缘阻抗检测电路的一实施例中的多路输入电路图；

图3是本发明提出的一种绝缘阻抗检测电路的一实施例中的功率转换电路图；

图4是本发明提出的一种绝缘阻抗检测电路的检测方法的步骤示意图。

本发明目的的实现、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

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为方便说明，下面结合附图对本发明做进一步详细说明，附图仅为本发明的一实施例：

参见图1-3，本发明提供了一种绝缘阻抗检测电路的实施例，包括绝缘检测电路以及功率转换电路；所述绝缘检测电路包括一个第一电阻切换单元1、至少一个第二电阻切换单元2、第一电压检测单元和第二电压检测单元22。其中，所述第一电阻切换单元1连接于逆变器多路MPPT电路共接的负极PV-与机箱壳体之间；所述第二电阻切换单元2连接在太阳能电池板的正极PV+与机箱壳体之间，且不同所述第二电阻切换单元2之间并联连接，并用于接入不同的输入光伏组中。这样，每一路输入光伏组就各不受其他路输入光伏组的影响，即便有一路损坏，其他路依然可以使用。所述第一电压检测单元连接于所述太阳能电池板的正负极之间，并构成太阳能电池板正极PV+与负极PV-间的电压采样电路。在整个绝缘检测电路中，太阳能电池板正负极所检测到的电压值为定值并在后续计算中提供数据。所述第二电压检测单元22连接于所述第一电阻切换单元1上，并给所述第一电阻切换单元1提供采样电压值。这样就可以通过控制接入绝缘电阻检测电路中的开关来实现不同接入电路带来的电流的变换，通过这个微小的电流变换根据基尔霍夫定律联立二元方程式，进而得到所需检测的绝缘阻抗值。

本发明还包括功率转换电路，通过所述功率转换电路将太阳能转换为电能，供用户使用。在实际电路中，所述太阳能电池板的正极PV+和负极PV-与直流母线的正极BUS+和负极BUS-通过所述功率转换电路连接在一起，并形成一个电能储蓄区。在本发明中，为保证每一路输入光伏组的安全性，以及用户用电的便利性，在每一个所述第二电阻切换单元2所在的输入光伏组中都连接有一个所述功率转换电路。

在本发明中，所述第一电阻切换单元和所述第二电阻切换单元，分别由投切开关S以及电阻串联而成。为保证检测电路的安全性，并扩大检测电路的检测范围，本实施例中的电阻切换单元的电阻为第一电阻R与第二电阻R＇串联的总值。在第一电阻切换单元中，所述投切开关S1、所述第一电阻Rr1与所述第二电阻Rr2串联连接。在第二电阻切换单元中，所述投切开关S2、所述第一电阻Rs3与所述第二电阻Rs4串联连接。

在本发明中，所述功率转换电路包括电感L、二极管D以及开关管Q；所述电感L与所述二极管D串联连接于所述太阳能电池板正极PV+与直流母线正极BUS+之间，所述太阳能电池板负极PV-与所述直流母线负极BUS-通过导线直接连接，所述开关管Q连接于所述太阳能电池板负极PV+与PV-之间，且所述开关管Q一端接入所述串联电感L与二极管D之间，另一端接入所述PV-与BUS-之间。本实施例中，通过控制所述功率转换电路中的开关管Q接入电路的比例，来实现绝缘检测电路的短路，从而可以求得每一路输入光伏组正负极对机箱壳体的绝缘阻抗值。

本发明提供了一种绝缘阻抗检测电路，所述包括开关管Q采用IGBT管、MOS管或GTR中的一种。本实施例中开关管选择IGBT管。

本发明提供了一种绝缘阻抗检测电路，所述投切开关为继电器、IGBT管或MOS管中的一种。本实施例中采用继电器。

进一步地，本发明中所述所述第一电压检测单元采用隔离式差分电压采样电路或非隔离式差分电压采样电路。

参见图4，本发明还提供了一种绝缘阻抗的检测方法，所述太阳能电池板负极PV-与机箱壳体之间有绝缘阻抗值Xx，且与所述第一电阻切换单元1并联连接；所述太阳能电池板正极PV+与机箱壳体之间有多个目标绝缘阻抗值Xy，且每个目标绝缘阻抗值Xy与所述第二电阻切换单元2并联连接；

所述检测方法包括以下步骤：

步骤1，在测量目标第二电阻切换单元2对应的目标绝缘阻抗值Xy时，控制与所述目标第二电阻切换单元2连接的目标功率转换电路之外的其它所有功率转换电路，使得除所述目标第二电阻切换单元2所在的输入光伏组之外的其他所有输入光伏组短路接入绝缘阻抗检测电路中；

步骤2，控制闭合第一电阻切换单元1中的投切开关S1，获取第二电压检测单元22检测的电压值为Va；

步骤3，控制闭合所述目标第二电阻投切单元2中的投切开关S2，获取第二电压检测单元22检测的电压值为Vb；

步骤4，根据所述Va、Vb、第一电压检测单元预先检测的电压V、第一电阻切换单元1中的第一电阻Rr1、第二电阻Rr2、目标第二电阻切换单元2中的第一电阻Rs3以及第二电阻Rs4，计算所述目标第二电阻切换单元2对应的目标绝缘阻抗值Xy。

在本实施例中，通过控制功率转换电路中的开关管Q在电路的比例，使其由小到大的接入电路，可以实现电路中的PV+到PV-之间的短路，从而将输入光伏组短路接入绝缘检测电路，实现检测。测量完成后，断开S1、S2，避免检测线路的接入影响机器对地的阻抗。

在本发明中，所述计算所述目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值的步骤之后，还包括：计算出除所述目标第二电阻切换单元所在的输入光伏组之外的其它所有输入光伏组短路接入时与第一电阻切换单元对应的绝缘阻抗并联的并联绝缘阻抗值Xx′。

进一步地，在本发明中提供了一种绝缘阻抗检测的检测方法，在本实施例中，所述第二电压检测单元22检测所述第一电阻切换单元1中的第一电阻Rr两端的电压值，在所述步骤4中，计算所述目标第二电阻切换单元2对应的目标绝缘阻抗值Xy的公式为：

为方便计算，在一实施例中，令Rr1＝Rs3＝Rs5＝Rs(2n+1)，Rr2＝Rs4＝Rs6＝Rs(2n+2)，

联立公式一和公式二，可得，

其中，Xy为第二电阻切换单元2对应的目标绝缘阻抗值，Xx′为除所述目标第二电阻切换单元2所在的输入光伏组之外的其它所有输入光伏组短路接入时与第一电阻切换单元1对应的绝缘阻抗并联的并联绝缘阻抗值；Rr1为第一电阻切换单元中的第一电阻值，Rr2为第一电阻切换单元中的第二电阻值，Rs1为第二电阻切换单元中的第一电阻值，Rs2为第二电阻切换单元中的第二电阻值。

控制不同的输入光伏组接入检测电路，并重复以上算法，求得每一路输入光伏组中的目标绝缘阻抗值，再通过数学计算公式，可计算出与第一电阻切换单元相对应的绝缘阻抗值Xx。

综上所述，本发明提供了一种绝缘电阻检测电路及其检测方法。本发明在实现对多路MPPT输入光伏组逆变器的绝缘阻抗电阻值进行检测时，通过控制功率转换电路，使得除所述目标第二电阻切换单元所在的输入光伏组之外的其他所有输入光伏组短路接入绝缘阻抗检测电路中；然后在绝缘阻抗检测电路中，通过控制各个电路中投切开关的断开与闭合状态，得到不同的接入电路，在基尔霍夫定律的基础上求得未知绝缘阻抗值；这样，既得到了较高精度的绝缘阻抗值与目标绝缘阻抗值，又实现了对多路输入光伏组中的每一路输入光伏组的正负极对机箱壳体的绝缘阻抗值的检测。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种绝缘阻抗检测电路，其特征在于，包括绝缘检测电路以及功率转换电路；

所述绝缘检测电路包括一个第一电阻切换单元、至少一个第二电阻切换单元、第一电压检测单元和第二电压检测单元；其中，所述第一电阻切换单元连接于逆变器多路MPPT电路共接的负极PV-与机箱壳体之间；所述第二电阻切换单元连接在太阳能电池板的正极PV+与机箱壳体之间，且不同所述第二电阻切换单元之间并联连接，并用于接入不同的输入光伏组中；所述第一电压检测单元连接于所述太阳能电池板的正负极之间，并构成太阳能电池板正极PV+与负极PV-间的电压采样电路；所述第二电压检测单元连接于所述第一电阻切换单元上，并给所述第一电阻切换单元提供采样电压值；

所述功率转换电路将太阳能转换为电能，且通过所述功率转换电路将所述太阳能电池板的正极PV+和负极PV-与直流母线的正极BUS+和负极BUS-连接在一起；每一个所述第二电阻切换单元所在的输入光伏组中都连接有一个所述功率转换电路。

2.根据权利要求1所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述第一电阻切换单元和所述第二电阻切换单元，分别由投切开关以及电阻串联而成。

3.根据权利要求2所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述功率转换电路包括电感、二极管以及开关管；所述电感与所述二极管串联连接于所述太阳能电池板正极PV+与直流母线正极BUS+之间，所述太阳能电池板负极PV-与所述直流母线负极BUS-通过导线直接连接，所述开关管连接于所述太阳能电池板负极PV+与PV-之间，且所述开关管一端接入所述电感与二极管之间，另一端接入所述PV-与BUS-之间。

4.根据权利要求3所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述开关管为IGBT管、MOS管或GTR中的一种。

5.根据权利要求2所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述投切开关为继电器、IGBT管或MOS管中的一种。

6.根据权利要求1所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述所述第一电压检测单元采用隔离式差分电压采样电路或非隔离式差分电压采样电路。

7.一种采用权利要求2-6中任意一项所述绝缘阻抗电路的检测方法，其特征在于，所述太阳能电池板负极PV-与机箱壳体之间有绝缘阻抗，且与所述第一电阻切换单元并联连接；所述太阳能电池板正极PV+与机箱壳体之间有多个目标绝缘阻抗，且每个目标绝缘阻抗与所述第二电阻切换单元并联连接；

所述检测方法包括以下步骤：

步骤1，在测量目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值时，控制与所述目标第二电阻切换单元连接的目标功率转换电路之外的其它所有功率转换电路，使得除所述目标第二电阻切换单元所在的输入光伏组之外的其他所有输入光伏组短路接入绝缘阻抗检测电路中；

步骤2，控制闭合第一电阻切换单元中的投切开关，获取第二电压检测单元检测的电压值为Va；

步骤3，控制闭合所述目标第二电阻投切单元中的投切开关，获取第二电压检测单元检测的电压值为Vb；

步骤4，根据所述Va、Vb、第一电压检测单元预先检测的电压V、第一电阻切换单元中的电阻以及目标第二电阻切换单元中的电阻，计算所述目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值。

8.根据权利要求7所述绝缘阻抗电路的检测方法，其特征在于，所述计算所述目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值的步骤之后，还包括：

计算出除所述目标第二电阻切换单元所在的输入光伏组之外的其它所有输入光伏组短路接入时与第一电阻切换单元对应的绝缘阻抗并联的并联绝缘阻抗值。

9.根据权利要求7所述绝缘阻抗电路的检测方法，其特征在于，在所述步骤4中，计算所述目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值的公式为：

联立公式一和公式二，即可求出未知变量Xx及Xy，其中，Xy为目标第二电阻切换单元对应的目标绝缘阻抗值，Xx为除所述目标第二电阻切换单元所在的输入光伏组之外的其它所有输入光伏组短路接入时与第一电阻切换单元对应的绝缘阻抗并联的并联绝缘阻抗值；Rr为第一电阻切换单元中的电阻，Rs为第二电阻切换单元中的电阻。