CN207853843U - 光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路、装置及非隔离光伏逆变器 - Google Patents

光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路、装置及非隔离光伏逆变器 Download PDF

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宋泽琳
雷龙
冯维雄
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Abstract

本实用新型提供一种光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路、装置及非隔离光伏逆变器。本实用新型提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路包括：用于接入信号地的信号地端子；用于与光伏阵列的正极母线连接的正极电压输入端子；用于与光伏阵列的负母线连接的负极电压输入端子；用于与光伏阵列的接地线连接的参考地电压输入端子；依次串联在所述正极电压输入端子与所述信号地端子之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述参考地电压输入端子与所述第一电阻的负极连接；与所述第二电阻的负极连接的第一电压检测端子。本实用新型提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路结构简单，通过精密采样电阻高精度地连续检测绝缘阻抗值是否满足并网要求，抗干扰能力强，可靠性高。

Description

光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路、装置及非隔离光伏逆变器
技术领域
本实用新型涉及光伏领域，具体涉及一种光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路、装置及非隔离光伏逆变器。
背景技术
目前，在光伏阵列与公共电网并网时，通常采用非隔离光伏逆变器直接接入公共电网。这种电路结构中取消了高频变压器或工频变压器，从而消除了高频变压器或工频变压器上的用电损耗，提升了并网效率，并简化了电路结构，因此，在实际应用中得以大量推广。
但由于光伏阵列在并网点与公共电网为直接的电气连接，因此，必须对采用非隔离拓扑结构的光伏逆变器进行充分的防护设计，确保光伏阵列在并网运行前与大地之间具有足够大的绝缘阻抗，避免发生并网事故，危害用电安全。
目前，国内外通常采用基于不平衡电桥原理的检测方法进行绝缘阻抗检测。具体地，通过对正负母线的不平衡电阻定时切换来形成不平衡电桥，并基于该不平衡电桥计算得到正负母线对地绝缘电阻数值。因为需要通过对两个或者两个以上的开关进行切换，操作相对繁杂，且会导致***公共电网的频率和电压出现较大波动。
另外，平衡电桥法能够检测到正负母线绝缘电阻同时下降的情况，但测量精度不高。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的之一在于提供一种能够连续检测光伏阵列正负母线对地绝缘阻抗值是否满足并网要求的检测电路、装置及非隔离光伏逆变器。
为达到上述目的，一方面，本实用新型采用以下技术方案：
一种光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路，包括：
用于接入信号地的信号地端子；
用于与光伏阵列的正极母线连接的正极电压输入端子；
用于与光伏阵列的负母线连接的负极电压输入端子；
用于与光伏阵列的接地线连接的参考地电压输入端子；
依次串联在所述正极电压输入端子与所述信号地端子之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述参考地电压输入端子与所述第一电阻的负极连接；
与所述第二电阻的负极连接的第一电压检测端子。
优选地，还包括检测模块；
所述检测模块将所述第一电压检测端子处的电压值V3与第一参考电压V4、第二参考电压V5进行比较，根据比较结果判断所述光伏阵列对地绝缘阻抗情况。
优选地，所述第一参考电压V4和第二参考电压V5满足关系式： V4>V3>V5，其中V3通过第一公式确定，所述第一公式为：
式中，Vpv为光伏阵列的输出电压，Riso1为光伏方阵正极对地绝缘电阻，大于等于Vmaxpv/30mA,Vmaxpv为光伏方阵最大输出电压，Riso2为光伏方阵负极对地绝缘电阻，大于等于Vmaxpv/30mA,Vmaxpv为光伏方阵最大输出电压，R1、R2、R3依次为根据所述检测电路的功率确定的所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的电阻值。
优选地，还包括：
依次串联在所述正极电压输入端子与所述信号地端子之间的第四电阻、第五电阻和第六电阻；
与所述第四电阻的负极连接的第二电压检测端子；
与所述第五电阻的负极连接的第三电压检测端子。
优选地，将检测到的所述第二电压检测端子处的电压作为所述第一参考电压V4；和/或，将检测到的所述第三电压检测端子处的电压作为所述第二参考电压V5。
优选地，所述检测模块包括：
第一比较器，所述第一比较器的参考正端输入所述第一参考电压 V4，所述第一比较器的检测负端输入所述第一电压检测端子处的电压值 V3；
第二比较器，所述第二比较器的检测正端输入所述第一电压检测端子处的电压值V3，所述第二比较器的参考负端输入所述第二参考电压 V5；
DSP处理器模块，所述第一比较器的输出值和第二比较器的输出值输入所述DSP处理器。
优选地，所述DSP处理器模块对所述第一电压检测端子处的电压进行采样。
另一方面，本实用新型采用如下技术方案：
一种光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置，包括上述的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路。
再一方面，本实用新型采用如下技术方案：
一种非隔离光伏逆变器，包括有上述的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置。
本申请中的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路结构简单，通过精密采样电阻高精度地连续检测绝缘阻抗值是否满足并网要求，抗干扰能力强，可靠性高。
本申请中的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置结构简单，通过精密采样电阻高精度地连续检测绝缘阻抗值是否满足并网要求，简化硬件设计，进一步提高了抗干扰能力和可靠性。
本申请中的非隔离光伏逆变器设置有连续检测绝缘阻抗值是否满足并网要求的检测装置，可靠性地防护设计可以确保光伏阵列在并网运行前与大地之间具有足够大的绝缘阻抗，简化了光伏***的设计，保证并网安全。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出设置有本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置的非隔离光伏逆变器与光伏阵列及公共电网的连接结构示意图；
图2示出本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路的连接结构示意图；
图3示出本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路的另一种连接结构示意图；
图4示出本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置的一种连接结构示意图；其中，
A、电压检测端子；
B、电压检测端子；
C、电压检测端子；
D、DSP处理器。
具体实施方式
以下基于实施例对本实用新型进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
需要说明的是，在本技术领域内，比较器、非隔离光伏逆变器、光伏直流线路、公共交流线路、并网断路器等是光伏电力***中常见的组件，也并不是本申请的改进之处所在，所以在本申请中不再详细阐述其具体结构和工作原理。同时，在本申请中，采用的其他常用器件一般都不对其结构和功能进行详细介绍。
另外，弱电信号检测电路中设置有信号地和供电电源接入端子为本领域技术人员公知，因此在描述时，省略了对供电电源接入端子的描述；在绘制附图时，供电电源接入端子没有示出。
本申请提供了一种光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路及装置，该光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路及装置应用在通过非隔离光伏逆变器并入公共电网的光伏阵列中，能够持续检测光伏阵列输出的正负母线的对地绝缘阻抗值是否满足并网要求。
图1示出了设置有本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置的非隔离光伏逆变器与光伏阵列及公共电网的连接结构示意图。如图1所示，本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置应用在通过非隔离光伏逆变器并入公共电网的光伏阵列中，具体地，光伏阵列的正负极直接与非隔离光伏逆变器连接，经过非隔离光伏逆变器后，作为交流的一相、两相或三相，光伏阵列输出的直流电能并网后，汇入交流公共网络。这种光伏阵列并网结构取消了高频变压器或工频变压器，从而消除了高频变压器或工频变压器上的用电损耗，提升了并网效率，并简化了电路结构。
具体实施时，本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置可以包括如图2示出的本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路或如图3示出的本实用新型具体实施方式提供的另一种光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路。
如图2所示，本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路，包括：
用于接入信号地的信号地端子；
用于与光伏阵列的正极母线连接的正极电压输入端子PV+；
用于与光伏阵列的负极母线连接的负极电压输入端子PV-；
用于与光伏阵列的接地线连接的参考地电压输入端子PE；
依次串联在所述正极电压输入端子PV+与所述信号地端子之间的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；其中，所述参考地电压输入端子 PE与所述第一电阻的负极连接；
与所述第二电阻的负极连接的电压检测端子A。
通过检测该电压检测端子A处的电压值，并判断该电压值所处的范围来判断光伏阵列的绝缘阻抗是否满足并网要求。
优选地，所述检测电路还包括检测模块；
所述检测模块将所述电压检测端子A处的电压值V3与第一参考电压 V4、第二参考电压V5进行比较，根据比较结果判断所述光伏阵列对地绝缘阻抗情况。其中，所述第一参考电压V4、第二参考电压V5可以预先设定，例如通过软件的方式设置具体的数值；也可以通过电路测得。
具体地，本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路设置了分压电阻R1和R2，采样电阻R3；其中，电压检测端子A的标准电压值V3根据式(1)确定：
式中，Vpv为光伏阵列的输出电压，Riso1为光伏方阵正极对地绝缘电阻，大于等于Vmaxpv/30mA,Vmaxpv为光伏方阵最大输出电压，Riso2为光伏方阵负极对地绝缘电阻，大于等于Vmaxpv/30mA，Vmaxpv为光伏方阵最大输出电压，R1、R2、R3依次为根据所述检测电路的功率确定的所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的电阻值。
从式(1)可知，Riso1的端电压随Riso1减小而减小，而此时V3增大； Riso2的端电压随Riso2减小而减小，而此时V3亦减小。
因此，通过检测V3的增大趋势就可以连续地检测是否该光伏阵列的正母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值；通过检测V3的减小趋势就可以连续地检测是否该光伏阵列的负母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值。
具体地，在设置第一参考电压V4、第二参考电压V5时，可先根据上述公式确定电压检测端子A的标准电压值V3，然后参考该V3确定V4 和V5，其中V4>V3>V5。
与现有技术中通常采用单继电器或多继电器轮流切换操作检测对地绝缘阻抗不同，本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路结构简单，通过精密采样电阻高精度地连续检测绝缘阻抗值是否满足并网要求，尽可能地减少了绝缘检测馈回到电网的电压波动，抗干扰能力强，提高了***运行的稳定性和可靠性。
在一个优选实施例中，所述检测电路还包括依次串联在所述正极电压输入端子PV+与所述信号地端子PE之间的第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6；
与所述第四电阻的负极连接的电压检测端子B；
与所述第五电阻的负极连接的电压检测端子C。
本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路还设置了分压电阻R4，采样电阻R5和R6，其中，电压检测端子B的电压值 v4根据式(2)确定：
电压检测端子C的电压值v5根据式(3)确定：
将该光伏方阵正极对地绝缘电阻Riso1，该光伏方阵负极对地绝缘电阻Riso2代入到式(1)，可以得到电压检测端子A处的检测电压基准值V3；通过选择所述第四电阻、第五电阻和第六电阻的电阻值选择R4、R5和R6，使得在该光伏阵列的直流电压输出范围内，满足V5<V3<V4。
在持续检测光伏阵列输出的正负母线的对地绝缘阻抗值波动时，通过检测电压检测端子A处实时的电压输出值V3，并分别比较V3与V4 和V5的关系，就可以连续地检测是否该光伏阵列的正母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值及该光伏阵列的负母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值。
具体地，通过检测第二电阻负极处的检测电压值V3，并与检测到的第四电阻负极处的正极对比电压值V4比较，在所述检测电压值V3大于所述正极对比电压值V4时，即可确定该光伏阵列的正母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值；或，
通过检测第二电阻负极处的检测电压值V3，并与检测到的第五电阻负极处的负极对比电压值V5比较，在所述检测电压值V3小于负极对比电压值V5时，即可确定该光伏阵列的负母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值。
在该实施例中，所述电压检测端子B处测得的实时电压值V4作为第一参考电压，所述电压检测端子C处测得的实时电压值V5作为第二参考电压与第一电压检测端子A处测得的实时电压值V3进行比较，来判断光伏阵列对地绝缘阻抗是否满足并网要求。
本实用新型该具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路结构简单，通过精密采样电阻高精度地连续检测绝缘阻抗值是否满足并网要求，抗干扰能力强，可靠性高。
在另外一个具体实施例中，为了实现对所述第一电压检测端子处的电压值V3与第一参考电压V4、第二参考电压V5进行比较，如图4所示，所述检测模块包括：第一比较器Q1和第二比较器Q2及DSP处理器D。
具体地，所述第四电阻的负极与所述第一比较器Q1的参考端(+) 连接；
所述第二电阻的负极与所述第一比较器Q1的检测端(-)连接；
所述第二电阻的负极与所述第二比较器Q2的检测端(+)连接；
所述第五电阻的负极与所述第二比较器Q2的参考端(-)连接；
在检测到所述第一电压比较器Q1的输出值为低电平时，即可确定当前所检测的光伏阵列的正母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值；
在检测到所述第二电压比较器Q2的输出值为低电平时，即可确定当前所检测的光伏阵列的负母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值。
该DSP处理器D分别接入第一比较器Q1的输出值和第二比较器Q2 的输出值并进行逻辑与运算，在当前所检测的光伏阵列的正母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值或当前所检测的光伏阵列的负母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值时均向处理器输出当前所检测的光伏阵列的对地绝缘阻抗小于最小并网允许阻抗值的信息，从而使得处理器生成用于使与该光伏阵列连接的并网开关断开从而使得该光伏阵列停止并网的指令。
以上针对比较器的接入方式及DSP处理器的描述仅作为示例。在本领域技术人员所公知的范围内，只要能够实现以上描述的检测逻辑的比较器连接方式以处理器的具体选型和连接方式都属于与本实施例等同的技术方案，在本申请的保护范围之内。
上述实施例中的检测模块及检测电路可以采用现场可编程门阵列 FPGA(FPGA：Field－Programmable Gate Array)模块或复杂可编程逻辑器件CPLD(CPLD：ComplexProgrammable Logic Device)模块及必要的***硬件电路来实现。
上述实施例中的检测模块可采用PowerPC处理器、ARM处理器、DSP 处理器等，其中，电压比较电路可以是各种比较器芯片。检测模块可以包括多种开关量输入和开关量输出端口。
在该实施例中，通过合理预设第一参考电压V4和第二参考电压V5，使正常情况下电压检测端子A处的实时电压值V3值介于二者之间，此时第一比较器和第二比较器均输出高电平；当V3>V5或V3<V4时，比较器输出低电平。因此仅需检测两个比较器的输出状态，即可判断光伏阵列正、负极对地绝缘阻抗状况。光伏发电电压是变化量，因此V4和V5两个电压预设值要随输入电压的变化而变化，可以用软件方法来实现，亦可用硬件方法来实现。
具体地，所述检测模块可以包括上述电压比较电路、处理器、存储器以及交互式电子器件，由处理器在实时检测到第二电阻负极处的检测电压值V3时，分别与检测到的正极对比电压值V4、和负极对比电压值 V5进行对比，以判断当前所检测的光伏阵列的正母线绝缘阻抗是否小于并网允许阻抗值及当前所检测的光伏阵列的负母线绝缘阻抗是否小于并网允许阻抗值。
在另外一个优选实施例中，本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置设置有图2所示的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路时，具体地，所述检测模块可以包括电压检测电路、处理器、存储器以及交互式电子器件，可以从交互式电子器件中输入当前所检测的光伏阵列的输出电压，光伏方阵正极对地绝缘电阻Riso1和光伏方阵负极对地绝缘电阻Riso2，由处理器计算与当前所检测的光伏阵列参数相匹配的电压检测端子A处的检测电压基准值V3及与其对应的第一参考电压V4 和第二参考电压V5，并存入存储器内，并由处理器在实时检测到第二电阻负极处的检测电压值V3时，进行对比，以判断当前所检测的光伏阵列的正母线绝缘阻抗是否小于并网允许阻抗值及当前所检测的光伏阵列的负母线绝缘阻抗是否小于并网允许阻抗值。
本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置可采用软件的方式实现电压比较功能以及参考电压设置功能，适应性强，抗干扰能力强，可靠性高。
所述交互式电子器件可以为数值设定用按键或数值设定用面板。
本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置还可以采用硬件电路的方式实现参考电压设置功能，可以有效地抑制温度漂移，适应性强，抗干扰能力强，可靠性高。
优选地，本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置包括控制模块，在所述检测模块确定该光伏阵列的正母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值时，所述控制模块生成用于使与该光伏阵列连接的并网开关断开从而使得该光伏阵列停止并网的指令；和/或，
在所述检测模块确定该光伏阵列的负母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值时，所述控制模块生成用于使与该光伏阵列连接的并网开关断开从而使得该光伏阵列停止并网的指令。
具体地，所述控制模块可以包括指令输出电路，在确定该光伏阵列的正母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值时，生成用于使与该光伏阵列连接的并网开关断开从而使得该光伏阵列停止并网的指令。
本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置在检测到不满足并网条件时，主动从并网点脱开，保证了并网安全。
优选地，本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置，还可以包括与所述检测模块连接的人机交互模块；
其中，在所述检测模块确定该光伏阵列的正母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值时，生成指示正母线绝缘阻抗过小的报警信息；所述人机交互模块显示或语音播报该报警信息；和/或，
在所述检测模块确定该光伏阵列的负母线绝缘阻抗小于并网允许阻抗值时，生成指示负母线绝缘阻抗过小的报警信息；所述人机交互模块显示或语音播报该报警信息。
本实用新型具体实施方式提供的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置在检测到不满足并网条件时，显示或语音播报对地绝缘阻抗过低状态，从而保证了保证并网安全。
所述人机交互模块还可以设置有状态指示灯或蜂鸣器，用于对地绝缘阻抗过低状态进行报警或提示。
应当理解为，具体实施时，上述的电阻均可以是一个电阻或多个电阻串并联来实现所需要的电阻值。
本实用新型具体实施方式提供的非隔离光伏逆变器，包括有上述的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置。因此具有上述的优点，这里不再赘述。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路，其特征在于，包括：
用于接入信号地的信号地端子；
用于与光伏阵列的正极母线连接的正极电压输入端子；
用于与光伏阵列的负母线连接的负极电压输入端子；
用于与光伏阵列的接地线连接的参考地电压输入端子；
依次串联在所述正极电压输入端子与所述信号地端子之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述参考地电压输入端子与所述第一电阻的负极连接；
与所述第二电阻的负极连接的第一电压检测端子。
2.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，还包括：
检测模块；
所述检测模块将所述第一电压检测端子处的电压值V3与第一参考电压V4、第二参考电压V5进行比较，根据比较结果判断所述光伏阵列对地绝缘阻抗情况。
3.如权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述第一参考电压V4和第二参考电压V5满足关系式：V4>V3>V5，其中V3通过第一公式确定，所述第一公式为：
式中，Vpv为光伏阵列的输出电压，Riso1为光伏方阵正极对地绝缘电阻，大于等于Vmaxpv/30mA,Vmaxpv为光伏方阵最大输出电压，Riso2为光伏方阵负极对地绝缘电阻，大于等于Vmaxpv/30mA,Vmaxpv为光伏方阵最大输出电压，R1、R2、R3依次为根据所述检测电路的功率确定的所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的电阻值。
4.如权利要求2所述的检测电路，其特征在于，还包括：
依次串联在所述正极电压输入端子与所述信号地端子之间的第四电阻、第五电阻和第六电阻；
与所述第四电阻的负极连接的第二电压检测端子；
与所述第五电阻的负极连接的第三电压检测端子。
5.根据权利要求4所述的检测电路，其特征在于，将检测到的所述第二电压检测端子处的电压作为所述第一参考电压V4；和/或，将检测到的所述第三电压检测端子处的电压作为所述第二参考电压V5。
6.根据权利要求5所述的检测电路，其特征在于，所述检测模块包括：
第一比较器，所述第一比较器的参考正端输入所述第一参考电压V4，所述第一比较器的检测负端输入所述第一电压检测端子处的电压值V3；
第二比较器，所述第二比较器的检测正端输入所述第一电压检测端子处的电压值V3，所述第二比较器的参考负端输入所述第二参考电压V5；
DSP处理器，所述第一比较器的输出值和第二比较器的输出值输入所述DSP处理器。
7.根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述DSP处理器模块对所述第一电压检测端子处的电压进行采样。
8.一种光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置，其特征在于，包括权利要求1-7之一所述的光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路。
9.一种非隔离光伏逆变器，其特征在于，包括有如权利要求8所述的光伏阵列对地绝缘阻抗检测装置。
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CN107834978A (zh) * 2017-11-14 2018-03-23 珠海格力电器股份有限公司 光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路、装置及非隔离光伏逆变器
CN110412352A (zh) * 2019-06-20 2019-11-05 江苏固德威电源科技股份有限公司 光伏阵列对地绝缘阻抗的检测电路、方法和光伏逆变器
CN113125915A (zh) * 2020-01-15 2021-07-16 上海海拉电子有限公司 一种快速诊断绝缘故障的检测电路及方法

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