一种光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置的制作方法

1.本发明实施例涉及逆变器检测技术，尤其涉及一种光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置。


背景技术：

2.目前，分布式光伏发电系统已广泛应用于国内外发电市场，光伏并网逆变器是光伏发电系统的关键部件之一，它把太阳能光伏组件方阵中的直流电经过电力转换成交流电并反馈给电网，实现并网发电。
3.在光伏发电系统中，基于安全方面的考虑，光伏并网逆变器必须在输入侧对地绝缘阻抗进行检测。如果对地绝缘阻抗低于安全规定值，则光伏并网逆变器切换至异常故障状态，防止产生触电危险，从而对人员和设备起到保护作用。
4.然而，现有的对地绝缘阻抗检测电路的检测电路结构复杂，计算过程繁琐，导致检测精度低。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置，以简化检测电路结构并提高检测精度。
6.本发明实施例提供了一种光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置，包括：
7.依次串联的继电器、接入电阻和采样电路，所述继电器的另一端与母线电压的正极电连接，所述采样电路的另一端与所述母线电压的负极电连接并接公共端，所述接入电阻和所述采样电路之间的连线上设置有第一节点且所述第一节点接入保护地，所述保护地与所述采样电路之间的连线上设置有第二节点；
8.多路并联的光伏组件线路，所述光伏组件线路包括光伏组件、对地绝缘电阻和电源转换单元，所述光伏组件的第一端分别与所述对地绝缘电阻和所述电源转换单元电连接，所述光伏组件的第二端与所述母线电压的负极电连接并接所述公共端，所述电源转换单元的另一端与所述母线电压的正极电连接，所述对地绝缘电阻的另一端与所述第一节点电连接；
9.检测模块，所述检测模块分别与所述继电器、所述第二节点和所述母线电压电连接，用于控制所述继电器断开或导通，还用于采集所述第二节点和所述母线电压的电压值并根据公式(1)计算对地绝缘电阻值rx，还用于在检测到所述对地绝缘电阻值小于安规阻抗值时控制断开所述光伏组件线路的输出路径，
[0010][0011]
其中，ve
off
为所述继电器断开时所述第二节点的电压值，ve
on
为所述继电器导通时所述第二节点的电压值，ra为所述采样电路的阻值，vbus
on
为所述继电器导通时所述母线电
压的电压值，r0为所述接入电阻的阻值。
[0012]
进一步地，所述采样电路包括串联的第一采样电阻和第二采样电阻，所述第一采样电阻的另一端与所述接入电阻电连接，所述第二采样电阻的另一端与所述母线电压的负极电连接并接所述公共端；
[0013]
ra＝r1+r2，
[0014]
r1为所述第一采样电阻的阻值，r2为所述第二采样电阻的阻值。
[0015]
进一步地，所述第一采样电阻和所述第二采样电阻之间的连线上设置有第三节点；
[0016]
所述检测模块还用于采集所述第三节点的电压值并根据公式(2)和(3)计算所述第二节点的电压值；
[0017][0018][0019]
其中，viso
off
为所述继电器断开时所述第三节点的电压值，viso
on
为所述继电器导通时所述第三节点的电压值。
[0020]
进一步地，所述检测模块包括采集单元和控制芯片；
[0021]
所述采集单元与所述第三节点电连接，用于采集所述第三节点的电压值，所述采集单元还与所述母线电压电连接，用于采集所述母线电压的电压值；
[0022]
所述控制芯片分别与所述采集单元和所述继电器电连接，用于控制所述继电器断开或导通，还用于根据所述第三节点和所述母线电压的电压值计算得出所述对地绝缘电阻值，还用于在检测到所述对地绝缘电阻值小于所述安规阻抗值时控制断开所述光伏组件线路的输出路径。
[0023]
进一步地，所述光伏组件线路的输出端与光伏并网逆变器的输入端电连接；
[0024]
所述检测模块用于在检测到所述对地绝缘电阻值小于所述安规阻抗值时控制断开所述光伏组件线路和所述光伏并网逆变器的传输路径，或者，用于在检测到所述对地绝缘电阻值大于或等于所述安规阻抗值时控制导通所述光伏组件线路和所述光伏并网逆变器的传输路径。
[0025]
进一步地，所述电源转换单元为非隔离型升压直流开关电路。
[0026]
本发明实施例中，一路或多路光伏阵列接入光伏并网逆变器时，检测装置的电路结构简单，检测模块对rx的计算过程均为：在继电器的通断前后采集第二节点和母线电压的电压值，根据该电压值按照公式即可计算得到rx。本发明实施例中，继电器和采样电路分别连接在母线电压的正负极，而不是光伏阵列的输出端即光伏并网逆变器的输入端，则存在一路或多路光伏组件线路时，均只需一个继电器和一路采样电路接入光伏并网逆变器，光伏并网逆变器的输入端对接一路采样电路，而非多路采样电路，极大的优化了硬件电路设计、降低了成本，使得电路成本降低，一个继电器的控制逻辑非常简单，容易实现，并且精简算法，无需繁琐的计算过程，得到的阻抗值与实际值的误差小，提高了阻抗检测精度。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
[0028]
图1为现有技术提供的一种对地绝缘阻抗检测电路的示意图；
[0029]
图2是本发明实施例提供的一种光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置的示意图；
[0030]
图3是本发明实施例提供的一种光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置的示意图；
[0031]
图4是本发明实施例中光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置的继电器断开的示意图；
[0032]
图5是本发明实施例中光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置的继电器导通的示意图；
[0033]
图6是本发明实施例提供的一种光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置的示意图；
[0034]
图7是本发明实施例中光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置的检测模块的示意图。
具体实施方式
[0035]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
如图1所示，为现有的对地绝缘阻抗检测电路的示意图。该检测电路中，包括多个光伏阵列1'，一个光伏阵列1'与一个继电器iso对应设置，光伏阵列1'的正端pv+和负端pv-分别对地串接采样电路2'。通过一定的检测算法，可以计算出pv+或pv-对地的阻抗，进而判断对地阻抗是否超过安全规定值。
[0037]
一个光伏阵列可以对应一个采样电路，该采样电路用于采样对应光伏阵列的信号，该检测算法简单，但当光伏并网逆变器接入多路光伏阵列时，就需要多路采样电路和多个继电器，直接导致检测电路结构复杂，相应的，不同光伏阵列的继电器的控制逻辑也变得复杂，可能导致检测精度低。
[0038]
一个采样电路可以对应多个光伏阵列，每个光伏阵列的正负端均连接至采样电路，那么检测电路需要控制不同路光伏阵列切换，导致电路结构及其控制逻辑复杂，计算量大且容易出错，最终计算得到的阻抗值与实际值的误差大、精度低。
[0039]
参考图2所示，为本发明实施例提供的一种光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置的示意图。本实施例提供的检测装置适用于检测一路或多路光伏组件的对地绝缘阻抗。
[0040]
本实施例提供的光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置包括：依次串联的继电器1、接入电阻2和采样电路3，继电器1的另一端与母线电压bus的正极电连接，采样电路3的另一端与母线电压bus的负极电连接并接公共端gnd，接入电阻2和采样电路3之间的连线上设置有第一节点n1且第一节点n1接入保护地pe，保护地pe与采样电路3之间的连线上设置有第二节点n2；多路并联的光伏组件线路4，光伏组件线路4包括光伏组件pv、对地绝缘电阻41和电源转换单元42，光伏组件pv的第一端分别与对地绝缘电阻41和电源转换单元42电连接，光
伏组件pv的第二端与母线电压bus的负极电连接并接公共端gnd，电源转换单元42的另一端与母线电压bus的正极电连接，对地绝缘电阻41的另一端与第一节点n1电连接；检测模块5，检测模块5分别与继电器1、第二节点n2和母线电压bus电连接，用于控制继电器1断开或导通，还用于采集第二节点n2和母线电压bus的电压值并根据公式(1)计算对地绝缘电阻值rx，还用于在检测到对地绝缘电阻值rx小于安规阻抗值时控制断开光伏组件线路4的输出路径，
[0041][0042]
其中，ve
off
为继电器1断开时第二节点n2的电压值，ve
on
为继电器1导通时第二节点n2的电压值，ra为采样电路3的阻值，vbus
on
为继电器1导通时母线电压bus的电压值，r0为接入电阻2的阻值。
[0043]
如图2所示，可选光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置包括：一路光伏组件线路5。在其他实施例中，如图3所示，还可选光伏阵列对地绝缘阻抗的检测装置包括：多路并联的光伏组件线路。
[0044]
参考图2所示，该检测装置包括依次串联的继电器1、接入电阻2和采样电路3。可以理解，继电器1的另一端与母线电压bus的正极电连接，采样电路3的另一端与母线电压bus的负极电连接并接公共端gnd，其中，母线电压bus为光伏并网逆变器的母线电压。显然，继电器1处于断开状态，母线电压bus与采样电路3的传输路径断开，未被接入电路；继电器1处于导通状态，母线电压bus与采样电路3的传输路径导通，被接入电路。可以理解，检测模块5控制继电器1断开或导通。
[0045]
参考图2所示，接入电阻2和采样电路3之间的连线上设置有第一节点n1且第一节点n1接入保护地pe，保护地pe与采样电路3之间的连线上设置有第二节点n2。保护地pe具体是指导线与大地直接连接，在此接入电阻2和采样电路3之间电连接再接入大地，可以理解，第一节点n1等效为接入电阻2和采样电路3之间的电连接点，第一节点n1通过导线与大地连接。保护地pe与采样电路3之间的连线上设置有第二节点n2，相等于第一节点n1与采样电路3之间的连线上设置有第二节点n2，该第二节点n2为虚拟节点且仅限定为位于第一节点n1与采样电路3之间的连线上。
[0046]
参考图2所示，检测装置包括一路光伏组件线路4。若检测装置包括多路光伏组件线路，该多路光伏组件线路并联连接。对于任意一路光伏组件线路4，光伏组件线路4包括光伏组件pv、对地绝缘电阻41和电源转换单元42，光伏组件pv的第一端分别与对地绝缘电阻41和电源转换单元42电连接，光伏组件pv的第二端与母线电压bus的负极电连接并接公共端gnd，电源转换单元42的另一端与母线电压bus的正极电连接，对地绝缘电阻41的另一端与第一节点n1电连接。该光伏组件pv可选为太阳能电池板，用于将光能转换为电能。该对地绝缘电阻41可表征为光伏组件pv的任一点对大地pe的阻抗。
[0047]
可选光伏组件线路4的输出端与光伏并网逆变器(未示出)的输入端电连接；检测模块5用于在检测到对地绝缘电阻值小于安规阻抗值时控制断开光伏组件线路4和光伏并网逆变器的传输路径，或者，用于在检测到对地绝缘电阻值大于或等于安规阻抗值时控制导通光伏组件线路4和光伏并网逆变器的传输路径。可以理解，光伏组件线路4的输出端与
光伏并网逆变器的输入端电连接，该对地绝缘电阻41也可表征为光伏并网逆变器的输入端对大地pe的阻抗。
[0048]
可选电源转换单元42为非隔离型升压直流开关电路，用于将光伏组件pv的高频直流信号转换为高压直流信号再传输至光伏并网逆变器，在其他实施例中，还可选电源转换单元为隔离型或降压型，不限于此。
[0049]
参考图2所示，检测装置还包括检测模块5，检测模块5与继电器1的两端电连接，用于控制继电器1的断开或导通。检测模块5还与第二节点n2电连接，用于在继电器1断开状态下采集第二节点n2的电压值，还用于在继电器1导通状态下采集第二节点n2的电压值。检测模块5还与母线电压bus电连接，母线电压bus的负极接公共端gnd，图2所示检测模块5所连接的公共端gnd即为与母线电压bus的负极连接的公共端gnd，母线电压bus的正极与继电器1的第一端电连接，则检测模块5的与继电器1的第一端电连接的导线还复用为连接母线电压bus的正极的导线。继电器1导通状态下，母线电压bus接入电路，那么检测模块5可检测到母线电压bus的电压值；继电器1断开状态下，母线电压bus处于断路状态而未接入电路。
[0050]
对地绝缘电阻41可表征为光伏并网逆变器的输入端对大地pe的阻抗，对地绝缘电阻41的阻抗无穷大时说明对地阻抗正常，对地绝缘电阻41的阻抗较小(如100kω)时说明对地阻抗异常。安规阻抗值为国家安全规定的光伏并网逆变器的输入端的阻抗值，显然对地绝缘电阻41的阻抗小于安规阻抗值，说明光伏并网逆变器的输入端异常，光伏并网逆变器报警并断开与光伏组件线路的电连接，如此可保护光伏并网逆变器及人员安全，防止人员触点。对地绝缘电阻41的阻抗大于或等于安规阻抗值，说明光伏并网逆变器的输入端正常，光伏并网逆变器与光伏组件线路的电连接正常，光伏并网逆变器继续工作，实现并网发电。
[0051]
本实施例中，检测模块5根据公式(1)可以计算得出对地绝缘电阻值rx，并比对该对地绝缘电阻值rx与安规阻抗值，以此实现对线路状态的判定，
[0052][0053]
其中，ve
off
为继电器1断开时第二节点n2的电压值，ve
on
为继电器1导通时第二节点n2的电压值，ra为采样电路3的阻值，vbus
on
为继电器1导通时母线电压bus的电压值，r0为接入电阻2的阻值。
[0054]
可以理解，检测模块5控制继电器1断开可得到一个rx的公式，该rx公式与ra，r0，ve和pv相关；检测模块5控制继电器1导通可得到一个rx的公式，该rx公式与ra，r0，ve，vbus和pv相关。检测装置中，ra和r0均为已知值，检测模块5可采集得到ve和vbus的电压值，而光伏组件pv的电压值固定不变且未知，因此检测模块5可根据继电器1的通断状态下的两个rx公式，消除其中的未知参数pv，得到公式(1)，此时rx公式与ra，r0，ve和vbus等参数相关。具体公式推导过程在此不再赘述。
[0055]
基于此，检测模块5中预设有公式(1)，实际检测中检测模块5仅需采集ve和vbus的电压值并根据公式(1)进行计算即可得到rx的具体数值。检测模块5的工作过程如下：
[0056]
step1、检测模块5控制继电器1断开，则母线电压bus未接入电路。参考图4所示，检测模块5采集第二节点n2的电压值ve，得到ve
off
。
[0057]
step2、检测模块5控制继电器1导通，则母线电压bus接入电路。参考图5所示，检测
模块5采集第二节点n2的电压值ve，得到ve
on
，检测模块5再采集母线电压bus的电压值vbus，得到vbus
on
。
[0058]
step3、检测模块5根据step1～step2得到的数据，按照公式(1)计算得到rx，该rx表征为光伏组件pv的对地绝缘阻抗。可选检测模块5控制继电器1断开。
[0059]
step4、检测模块5比较rx与其预存的安规阻抗值。
[0060]
step5、检测模块5检测到rx小于安规阻抗值，则控制光伏组件线路与光伏并网逆变器的传输路径断开，光伏并网逆变器报警并切换至异常故障状态；或者，检测模块5检测到rx大于或等于安规阻抗值，则光伏组件线路与光伏并网逆变器的传输路径正常导通，光伏并网逆变器继续工作，实现并网发电。
[0061]
本实施例中，一路或多路光伏阵列接入光伏并网逆变器时，检测装置的电路结构简单，检测模块对rx的计算过程均为：在继电器的通断前后采集第二节点和母线电压的电压值，根据该电压值按照公式即可计算得到rx。本实施例中，继电器和采样电路分别连接在母线电压的正负极，而不是光伏阵列的输出端即光伏并网逆变器的输入端，则存在一路或多路光伏组件线路时，均只需一个继电器和一路采样电路接入光伏并网逆变器，光伏并网逆变器的输入端对接一路采样电路，而非多路采样电路，极大的优化了硬件电路设计、降低了成本，使得电路成本降低，一个继电器的控制逻辑非常简单，容易实现，并且精简算法，无需繁琐的计算过程，得到的阻抗值与实际值的误差小，提高了阻抗检测精度。
[0062]
示例性的，在上述技术方案的基础上，可选如图6所示，采样电路3包括串联的第一采样电阻31和第二采样电阻32，第一采样电阻31的另一端与接入电阻2电连接，第二采样电阻32的另一端与母线电压bus的负极电连接并接公共端gnd；ra＝r1+r2，r1为第一采样电阻31的阻值，r2为第二采样电阻32的阻值。本实施例中，采样电路3由串联的第一采样电阻31和第二采样电阻32构成，采样电路3中设置串联的两个采样电阻，便于对采样电阻之间的电压进行采集。
[0063]
可选的，第一采样电阻31和第二采样电阻32之间的连线上设置有第三节点n3；检测模块5还用于采集第三节点n3的电压值并根据公式(2)和(3)计算第二节点n2的电压值；
[0064][0065][0066]
其中，viso
off
为继电器1断开时第三节点n3的电压值，viso
on
为继电器1导通时第三节点n3的电压值。
[0067]
本实施例中，接入电阻2以及采样电路3中的采样电阻31、32构成了采样调理电路，实现了对继电器iso的采样电压viso的采集，在此第三节点n3的电压表征继电器iso的采样电压viso，第二节点n2的电压ve表征大地pe与机器内部地的电压。
[0068]
本实施例中，检测模块5可能无法直接采集得到第二节点n2的电压，而采样电路3中设置第一采样电阻31和第二采样电阻32，检测模块5可直接采集得到第三节点n3的电压即viso，那么可选检测模块5与第三节点n3电连接以采集第三节点n3的电压值。第一采样电阻31和第二采样电阻32串联连接，则根据公式(2)和(3)可计算得到第二节点n2的电压，那么检测模块5将第二节点n2的电压带入公式(1)可计算得到rx。
[0069]
可以理解，检测模块5控制继电器1处于断开状态，再采集第三节点n3的电压值，即为viso
off
；检测模块5控制继电器1处于导通状态，再采集第三节点n3的电压值，即为viso
on
。
[0070]
可选的，如图7所示检测模块5包括采集单元51和控制芯片52；采集单元51与第三节点n3电连接，用于采集第三节点n3的电压值，采集单元51还与母线电压bus电连接，用于采集母线电压bus的电压值；控制芯片52分别与采集单元51和继电器1电连接，用于控制继电器1断开或导通，还用于根据第三节点n3和母线电压bus的电压值计算得出对地绝缘电阻值rx，还用于在检测到对地绝缘电阻值rx小于安规阻抗值时控制断开光伏组件线路的输出路径。
[0071]
本实施例中，检测模块5中的采集单元51实现采集电压信号的功能，控制芯片52实现控制继电器通断、计算rx和检测的功能。可以理解，采集单元51可选为任意一种可实现采集电压信号功能的采集单元，在本发明中不进行具体限定；控制芯片52可选为任意一种可实现控制继电器通断、计算rx和检测等功能的控制芯片。
[0072]
本实施例中，检测模块5可以包括一个采集单元51，用于分别采集第三节点n3和母线电压bus的电压值，还可选包括多个采集单元，一个采集单元用于采集第三节点的电压值，另一采集单元用于采集母线电压的电压值。可以理解，在继电器导通时，检测模块采集母线电压的电压值。
[0073]
本实施例中，光伏并网逆变器的输入侧检测改为了母线侧检测，减少了硬件采样电路和继电器数量，简化了硬件设计并降低了硬件成本，整个检测过程只需三步，提高了检测的效率。其次，由于采用了母线侧检测后，光伏并网逆变器的输入侧乃至到母线侧的任一点的绝缘对地电阻都可以检测得到，扩大了检测的范围。最后，通过调整检测电路，精简了检测算法，降低了计算量，提高了阻抗检测精确度、降低检测误差。
[0074]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。