本发明涉及绝缘电阻检测领域，具体涉及一种光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置和电子设备。
背景技术：
在光伏并网发电系统中，光伏并网逆变器是重要的设备，采取必要措施保证光伏并网逆变器的安全运行是非常重要的。当光伏并网逆变器的直流电压发生单点接地故障时，接地电阻阻值大于1兆欧，一般情况下是不会立即产生危害性后果，但是，若发生两点或多点同时接地电阻阻值不大于1兆欧，则可能立即造成信号装置、控制回路的误动作，致使直流断路器跳闸，或直接造成光伏并网逆变器的直流侧短路，从而引发严重的电力系统事故。由此可见，对光伏并网逆变器的对地绝缘电阻进行检测尤为重要。
目前，只能通过交流法对光伏并网逆变器的地绝缘电阻进行测量，无法通过直流法对光伏并网逆变器的地绝缘电阻进行测量。交流法主要包括信号注入法和变频探测法，对于信号注入法，由于注入的为低频载波脉冲信号，会受到系统电容电流的严重干扰。假如支路中存在大电容元件或等效对地电容较大时，必须对电容电流进行补偿后才能使用该方法，而且测量精度不高，另外，注入的低频载波脉冲信号对于原系统而言相当于人为增加的外部干扰，使得系统的电压纹波变大，影响其他设备的使用。对于近年来发展出来的变频探测法，其基本原理是在直流母线中注入两组幅值一样频率不同的交流信号，然后检测支路上感应出的低频信号，当系统绝缘电阻下降发生接地故障时，检测出的低频信号的幅值会发生明显的变化，但是该方法和信号注入法一样，存在对地电容电流的干扰问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置和电子设备，以解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置，所述装置包括主控制板、第一级继电器、第二级继电器、正母线对地桥臂电阻组和负母线对地桥臂电阻组；其中第一级继电器、第二级继电器、正母线对地桥臂电阻组和负母线对地桥臂电阻组均包括三个端口；所述第一级继电器、所述第二级继电器的第一端口分别接所述主控制板的控制端口，所述第一级继电器、所述第二级继电器的第二端口和第三端口之间分别设置一开关通路；
所述第一级继电器的第二端口接在所述正母线对地桥臂电阻组的第一端口和所述负母线对地桥臂电阻组的第一端口的连接端，所述第一级继电器的第三端口接地线；所述第二级继电器的第二端口接所述正母线对地桥臂电阻组的第二端口，所述第二级继电器的第三端口接所述负母线对地桥臂电阻组的第三端口；所述负母线对地桥臂电阻组的第二端口接所述主控制板的电压采样端口；
在进行绝缘电阻监测时，将所述正母线对地桥臂电阻组的第三端口、所述负母线对地桥臂电阻组的第三端口对应分别接所述光伏并网逆变器的直流母线的正极电压和负极电压；所述主控制板通过控制端口首先向所述第一级继电器发送第一闭合控制指令，控制所述第一级继电器中的开关通路闭合，通过电压采样端口采集得到第一电压值；在接收到所述第一电压值后再向所述第二级继电器发送第二闭合控制指令，控制所述第二级继电器的开关通路也闭合，通过电压采样端口采集得到第二电压值；根据所述第一电压值和所述第二电压值计算得到所述正母线对地绝缘电阻值和所述负母线对地绝缘电阻值。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置。
本发明的有益效果是：本发明的技术方案，采用直流法测量光伏并网逆变器直流侧的正负母线对地绝缘电阻，通过主控制板控制两级继电器依次闭合，控制正、负母线对地桥臂电阻组对光伏并网逆变器的直流母线的正负极电压进行分压处理，先后得到两个电压输出值，根据这两个电压输出值计算得到正负母线对地绝缘电阻值，如此便于主控制板根据正负母线对地绝缘电阻值准确进行接地故障判断。另外，由于该监测装置所采用的器件都为常规元器件，电路具有设计简单，操作方便，实用性强、可靠性高和成本低等特点。
附图说明
图1是本发明一个实施例的一种光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置的功能结构示意图；
图2是本发明一个实施例的另一种光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置的功能结构示意图；
图3是本发明一个实施例的一种光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置的电路图；
图4是本发明一个实施例的第一等效电路电路图；
图5是本发明一个实施例的第二等效电路电路图；
图6是本发明一个实施例的采样调理电路的功能结构示意图；
图7是本发明一个实施例的采样调理电路的电路图；
图8是本发明一个实施例的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
本发明的设计构思是：针对现有技术中通过交流法对光伏并网逆变器的地绝缘电阻进行测量而导致外部干扰增加、测量精度不高的问题，发明人想到，设置两级继电器，通过主控制板先后控制第一级继电器和第二级继电器执行闭合控制指令，从而控制正母线对地桥臂电阻组和负母线对地桥臂电阻组对直流母线的正极电压和负极电压进行分压处理，得到两个电压值，并根据两个电压值计算得到正母线对地绝缘电阻值和负母线对地绝缘电阻值，实现通过直流法准确监测正母线对地绝缘电阻值和负母线对地绝缘电阻值。
图1是本发明一个实施例的一种光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置的功能结构示意图，如图1所示，光伏并网逆变器绝缘电阻监测装置100包括主控制板110、第一级继电器120、第二级继电器130、正母线对地桥臂电阻组140和负母线对地桥臂电阻组150；其中第一级继电器120、第二级继电器130、正母线对地桥臂电阻组140和负母线对地桥臂电阻组150均包括三个端口；第一级继电器120的第一端口1、第二级继电器130的第一端口1分别接主控制板110的控制端口，第一级继电器120的第二端口2和第三端口3、第二级继电器130的第二端口2和第三端口3之间分别设置一开关通路；
第一级继电器120的第二端口2接在正母线对地桥臂电阻组140的第一端口1和负母线对地桥臂电阻组150的第一端口的连接端，第一级继电器120的第三端口3接地线；第二级继电器130的第二端口2接正母线对地桥臂电阻组140的第二端口2，第二级继电器130的第三端口3接负母线对地桥臂电阻组150的第三端口；负母线对地桥臂电阻组150的第二端口2接主控制板110的电压采样端口；
在进行绝缘电阻监测时，将正母线对地桥臂电阻组140的第三端口3、负母线对地桥臂电阻组150的第三端口3对应分别接光伏并网逆变器的直流母线的正极电压和负极电压；主控制板110通过控制端口首先向第一级继电器120发送第一闭合控制指令，控制第一级继电器120中的开关通路闭合，通过电压采样端口采集得到第一电压值；在接收到第一电压值后再向第二级继电器130发送第二闭合控制指令，控制第二级继电器130的开关通路也闭合，通过电压采样端口采集得到第二电压值；根据第一电压值和第二电压值计算得到正母线对地绝缘电阻值和负母线对地绝缘电阻值。
在本实施例中，图2是本发明一个实施例的另一种光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置的功能结构示意图，如图2所示，光伏并网逆变器绝缘电阻监测装置100还包括预警模块160，预警单元160连接主控制板110，主控制板110判断正母线对地绝缘电阻值和负母线对地绝缘电阻值是否均在各自的安全阈值范围内，若否，则通知预警单元160进行预警处理。
由此可知，本发明的技术方案，采用直流法测量光伏并网逆变器直流侧的正负母线对地绝缘电阻，通过主控制板控制两级继电器依次闭合，控制正、负母线对地桥臂电阻组对光伏并网逆变器的直流母线的正负极电压进行分压处理，先后得到两个电压输出值，根据这两个电压输出值计算得到正负母线对地绝缘电阻值，如此便于主控制板根据正负母线对地绝缘电阻值准确进行接地故障判断，一旦发现有接地故障，则立即进行预警处理，提示现场工作人员检查并排除接地故障，以避免发生严重的电力系统事故。另外，由于该电路所采用的器件都为常规元器件，因此该电路具有设计简单，操作方便，实用性强、可靠性高和成本低等特点。
图3是本发明一个实施例的一种光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置的电路图，如图3所示，第一级继电器120中的开关通路包括两个开关元器件，当第一级继电器的第一端口1接收到主控制板110发送的闭合控制指令时，两个开关元器件同时闭合，该开关通路开始工作。同样地，第二级继电器130也包括一个开关通路，该开关通路与第一级继电器120中开关通路结构相同，当第二级继电器130的第一端口接收到主控制板110发送的闭合控制指令时，其开通通路开始工作。从图3中可以看出，正母线对地桥臂电阻组140包括电阻r20、r21、r22、r23、r24、r25、r28、r30和r31；负母线对地桥臂电阻组150包括电阻r29、r10、r11、r12、r13和r14；r14设置在负母线对地桥臂电阻组150第二端口和第三端口之间，且r14两端并联有电容c2，用于二次滤波，增强电路检测的准确性。需要说明的是，正母线对地桥臂电阻组140和负母线对地桥臂电阻组150中的电阻数量由电阻封装和电路功率确定，在这里对正母线对地桥臂电阻组140和负母线对地桥臂电阻组中150的电阻数量不作限定。
优选地，图4是本发明一个实施例的第一等效电路电路图，如图4所示，在主控制板控制第一级继电器中的开关通路闭合后得到第一等效电路，第一等效电路为：正母线对地绝缘电阻r+与负母线对地绝缘电阻r-串联后连接在直流母线的正极电压和负极电压之间，正母线对地绝缘电阻r+与负母线对地绝缘电阻r-的连接点接地线；第一等效电阻req1、第二等效电阻req2与第三等效电阻req3串联后连接在直流母线的正极电压和负极电压之间，第一等效电阻req1与第二等效电阻req2的连接点接地线，第二等效电阻req2与第三等效电阻req3的连接点接主控制板的电压采样端口。
根据图4所示的第一等效电路图和戴维南定理可得第一方程，该第一方程如下：
其中，正母线对地绝缘阻值为req1＝r20+r21+r22+r23+r24+r25+r28+r30+r31，负母线对地绝缘阻值为req2+req3，其中req2＝r29+r10+r11+r12+r13，且req3＝r14。输出电压vout1根据电阻r14分压得出。
优选地，图5是本发明一个实施例的第二等效电路电路图，如图5所示，在主控制板控制第二级继电器中的开关通路也闭合后得到第二等效电路，第二等效电路为：正母线对地绝缘电阻r+连接在直流母线的正极电压与地线之间；第二等效电阻req2与第三等效电阻req3串联，得到串联支路；负母线对地绝缘电阻r-、第四等效电阻req4和串联支路并联，得到并联支路；并联支路连接在直流母线的负极电压与地线之间；正母线对地绝缘电阻r+与并联支路的连接点接地线；第五等效电阻req5连接在直流母线的正极电压与直流母线的负极电压之间。
根据图5所示的第二等效电路图和戴维南定理可得第二方程，该第二方程如下：
其中，r4＝r20+r21+r22+r23+r24，r4指的是req5，req4＝r25+r28+r30+r31，req2＝r29+r10+r11+r12+r13，且req3＝r14。
联立上述两个方程即可计算出正母线对地绝缘电阻值和负母线对地绝缘电阻值，其中，正母线对地绝缘电阻值为：
负母线对地绝缘电阻值为：
其中，r+为正母线对地桥臂电阻组的电阻值，r-为负母线对地桥臂电阻组的电阻值，pv+为光伏并网逆变器的直流母线的正极电压，pv-为光伏并网逆变器的直流母线的负极电压，udc为直流母线的正极电压和直流母线的负极电压之差，vout1为采样调理电路采集到的第一等效电路输出的电压值，vout2为采样调理电路采集到的第二等效电路输出的电压值。
在本实施例中，仍如图2所示，光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置100还包括采样调理电路170；负母线对地桥臂电阻组150的第二端口2通过采样调理电路170接主控制板110的电压采样端口；采样调理电路170，用于采集负母线对地桥臂电阻组150的第二端口的电压信号，将电压信号调整至主控制板110的电压采样端口的工作电压范围并输出至主控制板110的电压采样端口。由于不同主控制板的电压采样端口的工作电压范围有一定的要求，一般主控制板的电压采样端口的工作电压范围为0-3v，而负母线对地桥臂电阻组150的第二端口的电压信号相对于直流母线的负极电压不一定在主控制板的电压采样端口的工作电压范围内，因此，利用采样电路对电压信号进行调整，能够有效保证主控制板110的电压采样端口的正常工作，从而提升正、负母线对地绝缘电阻值的计算精度。
具体地，图6是本发明一个实施例的采样调理电路的功能结构示意图，如图6所示，采样调理电路170包括依次连接的钳位保护模块171、电压跟随模块172、第一级运算放大模块173、光耦隔离模块174和第二级运算放大模块175；采样调理电路170通过钳位保护模块171对采集到的电压信号进行电压钳位保护，然后通过电压跟随模块172对电压信号进行阻抗匹配处理，再通过第一级运算放大模块173对电压信号进行放大处理，进一步通过光耦隔离模块174对电压信号进行隔离保护，最后通过第二级运算放大模块175将电压信号作进一步的放大处理，输出满足主控制板110的电压采样端口工作范围内的工作电压。
优选地，图7是本发明一个实施例的采样调理电路的电路图，如图7所示，钳位保护模块171包括双二极管d4，该双二极管d4的型号为bat54s，双二极管在电路中一般用于钳位或保护作用，双二极管的第一端口1与正电源(例如+12v)连接；双二极管的第二端口2与负电源(例如-12v)连接；双二极管的第三端口3接采样调理电路170的输入端和电压跟随模块172输入端的连接端；
电压跟随模块172包括第一运算放大器u5a，第一运算放大器u5a的第一输入端3为电压跟随模块的输入端，第一运算放大器u5a的第二输入端2接第一运算放大器u5a的输出端1；第一运算放大器u5a的输出端1与第一级运算放大模块173的输入端连接；另外，可以在第一运算放大器u5a的两个电源端分别设置接地的电容c40和电容c41，以排除交流电对电路的影响。
第一级运算放大模块173包括第二运算放大器u5b、第一电阻r43和第二电阻r41，第二运算放大器u5b的第一输入端6为第一级运算放大模块173的输入端，第二运算放大器u5b的第一输入端6通过第一电阻r43与第二运算放大器u5b的输出端7连接，第二运算放大器u5b的第二输入端5通过第二电阻r41接电源；第二运算放大器u5b的输出端接光耦隔离模块174的输入端；另外，在电压跟随模块172的输出端至第一级运算放大模块173的输入端之间设置电阻r40，从而达到限流和保护运放的作用；在电阻r43两端并联电容c43，在第二运算放大器u5b的第二输入端5设置包含r42和c42的滤波电路，以排除交流电对电路的影响。
光耦隔离模块174包括光电耦合器(例如loc117ptr)、第三电阻r45和第四电阻r46，光电耦合器的第一端口1接直流母线的负极电压pv-，第二端口2为光耦隔离模块174的输入端，第三端口3接电源(例如+12v)，第四端口4通过第三电阻r45接直流母线的负极电压pv-，第五端口5通过第四电阻r46接第二级运算放大模块175的输入端，第六端口6接电源(例如+15v)；另外，可以在光耦隔离模块174的输入端设置用于限流的电容r44；在电阻r46两端设置包含r47和c44的滤波电路，以排除交流电对电路的影响。
第二级运算放大模块175包括第三运算放大器u6b、第五电阻r48、第六电阻r47、第七电阻r49、第八电阻r50和第九电阻r51；第六电阻r47与第七电阻r49并联于第五电阻r48的两端，第五电阻r48与第六电阻r47的连接点与第四电阻r46连接；第五电阻r48的一端与第七电阻r49的一端的连接点与第三运算放大器u6b的第一输入端5连接；第六电阻r47的一端与第七电阻r49的另一端的连接点接gnd；第三运算放大器u6b的第二输入端6通过第八电阻r50与第九电阻r51的一端连接，第九电阻r51的另一端与第三运算放大器u6b的输出端连接；第八电阻r50与第九电阻r51的连接端为采样调理电路170的输出端。另外，可以在第二级运算放大模块175的输出端设置接地的滤波电容c45。
图8是本发明一个实施例的一种电子设备的示意图，如图8所示，该电子设备800包括如图1或者如图2所示的光伏并网逆变器绝缘电阻的监测装置100。
需要说明的是，光伏并网逆变器绝缘电阻监测的装置100的工作过程和实现原理上文已经详细描述，在此不再赘述。
综上所述，本发明的技术方案，采用直流法测量光伏并网逆变器直流侧的正负母线对地绝缘电阻，通过主控制板控制两级继电器依次闭合，控制正、负母线对地桥臂电阻组对光伏并网逆变器的直流母线的正负极电压进行分压处理，先后得到两个电压输出值，根据这两个电压输出值计算得到正负母线对地绝缘电阻值，如此便于主控制板根据正负母线对地绝缘电阻值准确进行接地故障判断。另外，由于该监测装置所采用的器件都为常规元器件，电路具有设计简单，操作方便，实用性强、可靠性高和成本低等特点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。