一种逆变器及其交流绝缘阻抗检测方法与流程

1.本发明涉及绝缘阻抗检测领域，特别涉及一种逆变器及其交流绝缘阻抗检测方法。


背景技术：

2.光伏发电系统的对地阻抗分为直流对地阻抗和交流对地阻抗，现有交流对地阻抗的检测方案，是在电网对地间施加一个已知阻抗和一个已知电压源，采样电压源开启前电网对地电压，通过给定电压比较以此选择电压源偏置方向，最后通过阻抗分压原理计算出电网对地的阻抗。
3.但是，该过程仅能够实现逆变器并网前的交流对地阻抗检测，并不能实现逆变器并网运行过程中的交流对地阻抗检测。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种逆变器的交流绝缘阻抗检测方法，通过电源输出不同的测试信号来扰动电网对地电压，进而实现逆变器在并网运行过程中的交流绝缘阻抗检测。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明第一方面提供了一种逆变器的交流绝缘阻抗检测方法，其特征在于，逆变器的交流侧任意一相通过串联连接的测试电阻和电源接地；所述交流绝缘阻抗检测方法包括在所述逆变器并网运行过程中执行的：s101、控制所述电源输出两次不同的测试信号，并分别记录相应测试信号输出下的电网对地电压；s102、根据两次测试信号及相应的电网对地电压，计算所述逆变器并网运行过程中的交流对地绝缘阻抗。
6.优选的，步骤s101包括：控制所述电源输出一个测试信号，并在电网对地电压稳定时，记录此时的电网对地电压；控制所述电源输出另一个测试信号，并在电网对地电压稳定时，记录此时的电网对地电压。
7.优选的，所述电源为恒压源，所述测试信号为测试电压；步骤s102包括：s201、计算两次测试电压输出下，所述测试电阻上的分压变化值；s202、计算所述分压变化值给所述测试电阻带来的电流变化值；s203、以两次电网对地电压之差，除以所述电流变化值，得到交流侧一相对地阻抗；s204、根据所述交流侧一相对地阻抗，确定所述交流对地绝缘阻抗。
8.优选的，所述电源为恒流源，所述测试信号为测试电流；步骤s102包括：s301、计算两次测试电流之差；s302、计算两次测试电流输出下的电网对地电压之差；s303、以所述电网对地电压之差，除以两次测试电流之差，得到交流侧一相对地阻抗；s304、根据所述交流侧一相对地阻抗，确定所述交流对地绝缘阻抗。
9.优选的，在步骤s102之后，返回步骤s101，以循环执行步骤s101和s102。
10.优选的，在步骤s101之前，还包括：s100、接收交流侧绝缘阻抗检测指令，或者，达到交流侧绝缘阻抗检测的预设时刻。
11.优选的，在步骤s101之前，还包括：将所述电源切入所述逆变器的交流侧；还包括：在关机时，断开所述电源与所述逆变器交流侧之间的连接。
12.优选的，所述逆变器的交流侧各相分别通过串联连接的测试电阻和电源接地；所述交流绝缘阻抗检测方法还包括在所述逆变器并网运行前执行的：分别控制各相所述电源输出预设测试信号，并记录电网各相对地电压；根据预设测试信号及电网各相对地电压，计算交流侧各相对地绝缘阻抗，并确定所述逆变器并网之前的交流对地绝缘阻抗。
13.本发明第二方面还提供了一种逆变器，包括：主电路和控制器；其中，所述主电路交流侧的并网开关与电网之间的至少一相，通过串联连接的测试电阻和电源接地；所述主电路受控于所述控制器，且所述控制器能够调整所述电源输出的测试信号，以执行如上述第一方面任一种所述的逆变器的交流绝缘阻抗检测方法。
14.优选的，所述电源为恒压源，所述测试信号为测试电压；或者，所述电源为恒流源，所述测试信号为测试电流。
15.优选的，所述电源的两端分别设置有可控开关，均受控于所述控制器。
16.优选的，所述主电路的交流侧，仅其中一相设置有所述测试电阻和所述电源。
17.本发明提供的逆变器的交流绝缘阻抗检测方法，在逆变器并网运行过程中控制电源输出两次不同的测试信号，并分别记录相应测试信号输出下的电网对地电压；然后依据两次测试信号和相应的电网对地电压来计算逆变器并网运行过程中的交流对地绝缘阻抗；也即本发明通过电源输出不同的测试信号来扰动电网对地电压，进而实现了逆变器在并网运行过程中的交流绝缘阻抗检测。
附图说明
18.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要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的逆变器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的逆变器的交流绝缘阻抗检测方法的流程图；图3为本发明实施例提供的逆变器的交流绝缘阻抗检测方法的具体流程图；图4为本发明实施例提供的逆变器的等效结构示意图；图5为本发明实施例提供的逆变器的交流绝缘阻抗检测方法的另一具体流程图；图6a和图6b分别为本发明实施例提供的逆变器的交流绝缘阻抗检测方法的另外两种流程图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
21.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
22.本发明提供一种逆变器的交流绝缘阻抗检测方法，以实现逆变器在并网运行过程中的交流绝缘阻抗检测方法。
23.由于逆变器并网运行过程中，其直流侧的中点与三相电网的中点重合，即其交流侧三相的中点是一样的，所以，通过对三相电网中任意一相电压的采样和扰动，就可以获得系统的综合对地绝缘阻抗；因此，该逆变器的交流侧中仅设置其中任意一相，通过串联连接的测试电阻（如图1中所示的r1）和电源（如图1中所示的101）接地即可；此时，该交流绝缘阻抗检测方法如图2所示，包括：s101、控制电源输出两次不同的测试信号，并分别记录相应测试信号输出下的电网对地电压。
24.实际应用中，该电源是恒压源时，该测试信号是指测试电压，具体是该恒压源的输出电压；该电源是恒流源时，该测试信号是指测试电流，具体该是恒流源的输出电流；视其具体应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
25.具体的，可以先控制电源输出一个测试信号，并在电网对地电压稳定时，记录此时的电网对地电压；然后再控制电源输出另一个测试信号，并在电网对地电压再次达到稳定状态时，记录此时的电网对地电压。由于电网对地电压稳定时记录此时电网的对地电压，更贴近真实情况，能够使检测精度更为准确，所以为一种优选方案。
26.实际应用中，可以设置一个电网对地电压的预设浮动范围，该预设浮动范围具体可以是
±
5%，但并不仅限于此；若电网对地电压在某一时刻的浮动范围不超过该预设浮动范围，即可视为此时电网对地电压稳定；若电网对地电压在某一时刻的浮动范围超过了该预设浮动范围，则表示此时电网对地电压不稳定。
27.另外，电源两次输出的测试信号可以是任意取值，只要不同即可，此处不作具体限定，视其应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
28.s102、根据两次测试信号及相应的电网对地电压，计算逆变器并网运行过程中的交流对地绝缘阻抗。
29.由于两次不同的测试信号输出，会给电网对地电压带来相应的扰动，因此，此处可以通过扰动算法得到逆变器对应相的对地阻抗，进而可以计算该交流对地绝缘阻抗。
30.本实施例提供的该交流绝缘阻抗检测方法，通过上述原理，以电源输出不同的测试信号来扰动电网对地电压，进而可以实现逆变器在并网运行过程中的交流绝缘阻抗检测。而且，本技术通过单相电网对地电压检测的方式，节省了检测成本，利于在实际工程中的推广应用。
31.值得说明的是，传统的交流对地阻抗的检测方案依赖于绝缘检测前后电网初始电压值的不变，来实现一定的绝缘检测精度；若利用传统方案在逆变器并网时进行绝缘检测，则由于电网和光伏电池板对地故障均将导致系统绝缘阻抗发生改变，而该过程必将导致电网初始电压值发生改变；若不对初始电压采样得到的该电网初始电压值进行及时更新，则初始采样的该电网初始电压值与实际值之间的不同，必然会导致绝缘检测精度偏差较大；然而，若频繁切换检测电网初始对地电压，则系统响应速度将极大的降低。
32.而本实施例提供的逆变器的交流绝缘阻抗检测方法，通过采用电源对电网对地电压进行扰动，使得无需检测电网的初始对地电压即可获得光伏发电系统的对地绝缘阻抗；而且，该电源输出两次不同的测试信号的过程，依赖于软件pi（proportional integral，比例积分）控制的动态响应速率，可以将切换输出两次不同的测试信号的时间控制在数毫秒级，提高了扰动响应速度，实现了阻抗故障的快速响应。
33.在上一实施例的基础之上，本技术另一实施例在电源为恒压源、测试信号为测试电压的情况下，提供了一种具体的交流绝缘阻抗检测方法，如图3所示，其步骤s102、根据两次测试信号及相应的电网对地电压，计算逆变器并网运行过程中的交流对地绝缘阻抗，包括：s201、计算两次测试电压输出下，测试电阻上的分压变化值。
34.在图1的基础上，将交流侧对地绝缘阻抗的检测回路进行简化，可以得到图4，其中，101为恒压源，r1为测试电阻，vl为电网对地电压，rb为交流侧一相对地阻抗；假设恒压源101第一次输出的测试电压为v1，对应检测得到的电网对地电压vl为vl1，该恒压源101第二次输出的测试电压为v2，对应检测得到的电网对地电压vl为vl2，则两次测试电压输出下，测试电阻r1上的分压变化值计算式为：（vl2－v2）－（vl1－v1）。
35.s202、计算分压变化值给测试电阻带来的电流变化值。
36.通过步骤s201得到测试电阻r1上的分压变化值（vl2－v2）－（vl1－v1）之后，该分压变化值给测试电阻r1带来的电流变化值为：[（vl2－v2）－（vl1－v1）]/r1。
[0037]
s203、以两次电网对地电压之差，除以电流变化值，得到交流侧一相对地阻抗。
[0038]
两次电网对地电压vl分别为vl1和vl2时，两者之差为：vl2－vl1；此时，步骤s203对应交流侧一相对地阻抗rb的计算式为：rb= r1×
（vl2－vl1）/[（vl2－v2）－（vl1－v1）]。
[0039]
s204、根据交流侧一相对地阻抗，确定交流对地绝缘阻抗。
[0040]
步骤s203中计算得到的是交流侧一相对地阻抗，在逆变器并网运行过程中其直流侧的中点与三相电网的中点重合的情况下，以该值除以三即可得到交流对地绝缘阻抗r
iso
，也即其计算式为：r
iso
=rb/3=r1×
（vl2－vl1）/3[（vl2－v2）－（vl1－v1）]。
[0041]
也即实际应用中，恒压源101通过串联测试电阻r1接入三相电网的任意一相，当逆变器并网时，首先控制恒压源101输出测试电压v1，记录电网稳定时的电网对地电压vl1，之后调节恒压源101输出测试电压v2，记录电网稳定时的电网对地电压vl2，交流对地绝缘阻抗为r
iso
，则最终可以通过上述计算式得到交流对地绝缘阻抗r
iso
。
[0042]
实际应用中，也可以将上述计算式中两次测试电压输出下的数据位置互换，即该计算式也可以为r
iso
=r1×
（vl1－vl2）/3[（vl1－v1）－（vl2－v2）]，视其具体的应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0043]
类比于恒压源输出不同电压扰动电网对地电压的方案，本技术另一实施例在电源为恒流源、测试信号为测试电流的情况下，提供了另外一种具体的交流绝缘阻抗检测方法，其采用恒流源输出差异电流扰动电网对地电压的交流绝缘阻抗检测方案，如图5所示，其步骤s102、根据两次测试信号及相应的电网对地电压，计算逆变器并网运行过程中的交流对地绝缘阻抗，包括：s301、计算两次测试电流之差。
[0044]
同样参见图4所示的交流侧对地绝缘阻抗的简化检测回路，与上一实施例不同的是，此时，101为恒流源；假设恒流源101第一次输出的测试电流为i1，该恒流源101第二次输出的测试电流为i2，则两次测试电流之差的计算式为：i2－i1。
[0045]
s302、计算两次测试电流输出下的电网对地电压之差。
[0046]
两次电网对地电压vl分别为vl1和vl2时，两次测试电流输出下的电网对地电压之差为：vl2－vl1。
[0047]
s303、以电网对地电压之差，除以两次测试电流之差，得到交流侧一相对地阻抗。
[0048]
通过步骤s301得到两次测试电流之差i2－i1，且通过步骤s302得到两次测试电流输出下的电网对地电压之差vl2－vl1之后，步骤s303对应交流侧一相对地阻抗rb的计算式为：rb=（vl2－vl1）/（i2－i1）。
[0049]
s304、根据交流侧一相对地阻抗，确定交流对地绝缘阻抗。
[0050]
步骤s303中计算得到的是交流侧一相对地阻抗，在逆变器并网运行过程中其直流侧的中点与三相电网的中点重合的情况下，以该值除以三即可得到交流对地绝缘阻抗r
iso
，也即其计算式为：r
iso
=rb/3=（vl2－vl1）/3（i2－i1）。
[0051]
也即实际应用中，恒流源101通过串联测试电阻r1接入三相电网的任意一相，当逆变器并网时，首先控制恒流源101输出测试电流i1，记录电网稳定时的电网对地电压vl1，之后调节恒流源101输出测试电流i2，记录电网稳定时的电网对地电压vl2，交流对地绝缘阻抗为r
iso
，则最终可以通过上述计算式得到交流对地绝缘阻抗r
iso
。
[0052]
实际应用中，也可以将上述计算式中两次测试电流输出下的数据位置互换，即该计算式也可以为r
iso
=rb/3=（vl1－vl2）/3（i1－i2），视其具体的应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0053]
值得说明的是，传统的交流对地阻抗的检测方案的直流侧负极pv－对地阻抗较低时，电网中点偏移较大，此时仅仅依靠单方向抬升电网中点必然存在一定的不足。
[0054]
而本实施例提供的逆变器的交流绝缘阻抗检测方法，通过在电网内接入一恒流源，通过不断扰动恒流源输出电流，比较电流扰动前后的电网对地电压即可检测系统对地绝缘阻抗，实现了交流绝缘阻抗检测工程的应用需求。
[0055]
在上述实施例的基础之上，本实施例给出了该交流绝缘阻抗检测方法的两种启动方式：（1）实时进行交流侧绝缘阻抗检测，此时，该交流绝缘阻抗检测方法如图6a（以在图2的基础上为例进行展示）所示，其在每次执行完步骤s102之后，均返回步骤s101，进而可以循环执行步骤s101和s102，而且在每一个循环内均单独采集两次电网对地电压，进而确保对于检测结果的实时刷新。
[0056]
该方式可以实时刷新各项检测数据，解决了交流对地绝缘阻抗检测过程中因环境变化造成数据无法及时更新而产生的阻抗误报问题，保证了系统阻抗波动后的快速响应和精度检测，提高了系统的安全性和可靠性。并网状态下，通过实时检测交直流侧对地阻抗，保护了人身安全和设备安全。
[0057]
（2）当对检测结果有进一步的应用需求时，或者，根据逆变器内部预定的检测周期，在不同的时刻分别执行该交流绝缘阻抗检测方法，此时，该交流绝缘阻抗检测方法如图6b（以在图2的基础上为例进行展示）所示，在执行步骤s101之前，还包括：s100、接收交流绝缘阻抗检测指令，或者，达到交流侧绝缘阻抗检测的预设时刻。
[0058]
也即，上位机可以在需要进行绝缘阻抗检测的时刻发送交流绝缘阻抗检测指令，当逆变器接收到该交流绝缘阻抗检测指令时，即可进行交流绝缘阻抗检测，而无需持续检测交流对地绝缘阻抗，减少了扰动次数，有效保证了设备的使用寿命。
[0059]
或者，也可以在逆变器内部预定检测周期，当达到交流绝缘阻抗检测的预设时刻时，控制逆变器进行交流绝缘阻抗检测，进而通过周期性循环检测，刷新各项数据，也能够尽量保证系统阻抗波动后的快速响应和精度检测。
[0060]
实际应用中，该检测周期可以为固定的时长，比如可以为10分钟，但并不仅限于此，可以视其应用环境而定，均在本技术的保护范围内。
[0061]
值得说明的是，传统方案只有在进行绝缘检测时，才会切入其电源，而逆变器并网运行过程中，其电源需要持续切除，也即要求持续关断其电源回路中的开关器件，然而，受限于器件固有的机械寿命，难以保证设计周期内的设备的使用寿命。
[0062]
因此，在上述实施例的基础之上，本技术另一实施例还提供了另外一种逆变器的交流绝缘阻抗检测方法，其在步骤s101之前，还包括：将电源切入逆变器的交流侧。
[0063]
而且，该方法还包括：在关机时，断开电源与逆变器交流侧之间的连接。
[0064]
也即，本实施例提供的交流绝缘阻抗检测方法，在逆变器并网时，将电源切入逆变器的交流侧，并通过软件控制调节其输出的测试信号，而无需持续关断其供电回路中的开关器件，避免了相应的控制和驱动操作；除非系统需要关机时才会断开电源与逆变器交流侧之间的连接，减少了扰动次数，提高了系统的响应速度和设计周期内设备的使用寿命。
[0065]
另外，实际应用中，若需要对逆变器并网运行前的交流绝缘阻抗进行相应的检测，则可以在上述实施例的基础之上，为逆变器的交流侧各相分别设置相应的器件，即使其各相分别通过串联连接的测试电阻和电源接地，此时，该交流绝缘阻抗检测方法还可以包括在逆变器并网运行前执行的：（1）分别控制各相电源输出预设测试信号，并记录电网各相对地电压。
[0066]
（2）根据预设测试信号及电网各相对地电压，计算交流侧各相对地绝缘阻抗，并确定逆变器并网之前的交流对地绝缘阻抗。
[0067]
该计算过程可以参见现有技术中的分压算法，此处不再赘述。
[0068]
本实施例通过在逆变器的交流侧各相分别通过串联一个测试电阻和电源接地，使得逆变器也可以实现并网运行前的交流绝缘阻抗检测。
[0069]
本技术另一实施例还提供了一种逆变器，如图1所示，包括：主电路和控制器；其中：该主电路交流侧的并网开关（如图1中所示的k1、k2和k3）与电网之间的至少一相（图1中仅以一相为例进行展示），通过串联连接的测试电阻r1和电源101接地。
[0070]
实际应用中，该电源101是恒压源时，该测试信号是指测试电压，具体是该恒压源的输出电压；该电源101是恒流源时，该测试信号是指测试电流，具体该是恒流源的输出电流；视其具体应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0071]
该主电路受控于控制器，且控制器能够调整电源101输出的测试信号，以执行如上述任一实施例所述的逆变器的交流绝缘阻抗检测方法。该交流绝缘阻抗检测方法的具体过程及原理，可以参见上述实施例，此处不再一一赘述。本方案可以通过扰动算法实现对地绝缘阻抗的实时检测，具有响应速度快和检测精度高的特点，有效的满足了实际工程的运用需求。
[0072]
实际应用中，为了能够实现对于该电源101的切入和切出控制，该逆变器中，还可以在其电源101的两端分别设置有相应的可控开关，比如图4中的所示的k4和k5；两个可控开关均受控于该控制器，当逆变器并网运行时，为了实时检测其交流绝缘阻抗，则控制这两个可控开关k4和k5闭合，并在系统停机时控制两者均断开。
[0073]
另外，若该逆变器也需要实现并网运行前的交流绝缘阻抗检测，则可以为其交流侧各相分别设置相应的器件，此时其交流侧各相分别通过串联连接的测试电阻和电源接地。在并网运行前，通过切入各电源，实现相应的交流对地绝缘阻抗检测；而在并网运行后，通过切入任一相的电源，并以其输出的测试信号扰动电网对地电压，即可在逆变器并网时实现对交直流耦合的绝缘阻抗检测。
[0074]
本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0075]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0076]
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换
或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。