CN111812406A - 一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路及方法，通过在多路MPPT每路的输入端增加一个电压控制电路，在多路MPPT输出的公共母线电容端增加一个检测电路，电路结构简单；再通过软件控制实现电压控制电路的工作和检测电路的切换，改变母线正极对PE、母线负极对PE的阻抗，软件检测并记录阻抗改变前后O对PE的电压，多路电压控制电路可以通过同一个控制信号控制，检测电路的切换也可通过软件进行控制，控制过程高效便捷；根据阻抗改变前后的分压状态，建立方程组，从而求解出输入对PE绝缘阻抗的大小，检测记录方法简便，提高了检测效率，同时降低了检测成本。

Description

一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路及方法

技术领域

本发明涉及一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路及方法，属于新能源并网发电技术领域。

背景技术

在太阳能光伏发电系统中，随着分布式光伏电站的兴起，多路MPPT的组串式光伏逆变器，越来越受市场青睐。但是光伏电池组件为露天放置，受日晒、灰尘、雨雪、雷击、大雾等天气因素的影响，长时间后，光伏电池板及其连接电缆可能老化，对地绝缘阻抗会发生变化，如果该绝缘阻抗过小，其产生的泄漏电流会增大，可能引起触电危险，进而导致并网安全事故，造成人身及财产的损失，因此逆变器必须对该绝缘阻抗进行检测，并告警提醒。

目前，检测光伏组件绝缘阻抗的常用方法是：绝缘阻抗检测电路设置在逆变器的输入端与大地PE之间，使用电桥平衡原理进行检测。通过切换电路改变输入正极、负极对PE的阻抗。根据阻抗改变前后的分压状态，建立方程组，从而求解出该路输入对地绝缘阻抗的大小，在有多路MPPT共负极输入时(或者共正极输入)，绝缘阻抗检测电路设置在母线端与PE之间也可获得相同效果，但是，并不是所有多路MPPT输入的逆变器都可以符合共正极或共负极工作条件，且随着PV输入电压越来越高(可以降低整个系统成本)，多路不共负极输入的拓扑结构，即对称三电平升压拓扑，在光伏上的运用越来越多，但是其多路MPPT输入不共极，相互独立，绝缘阻抗检测电路就不能设置在母线及PE之间，而在每一路MPPT输入增加检测绝缘阻抗电路，又无形中增加了系统的成本。而且由于多路MPPT输入需要相应的切换开关控制信号，这些信号也会占用更多的芯片资源，无形中增加逆变器程序的复杂度，所以需要设计出一种简单的电路，来实现多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：多路MPPT输入不共极时绝缘阻抗检测成本高且控制复杂的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，包括：

电压控制电路，接在每路MPPT输入端，所述电压控制电路的一端连接PV输入正极，另一端端连接PV输入负极，公共端连接所述MPPT输出的公共母线电容中点O，将MPPT的PV输入端间接连接在一起；

检测电路，接在MPPT输出公共母线电容端，所述检测电路的一端连接公共母线正极BUS+，另一端连接公共母线负极BUS-，接地端连接大地PE，公共端连接各路MPPT输出的公共母线电容中点O，通过控制检测电路，改变公共母线正极BUS+对大地PE、公共母线负极BUS-对大地PE的阻抗，检测并记录阻抗改变前后公共母线电容中点O对大地PE的电压。

优选地，所述电压控制电路在每路MPPT的输入电感前面或后面接入。

优选地，所述每路MPPT接入的电压控制电路的公共端连接在一起后，再通过开关连接到公共母线电容中点O。

优选地，所述电压控制电路为电阻、二极管、开关的串联组合或其中一种或两种的串联组合。

优选地，所述检测电路包括电阻R_x1、开关K4、电阻R_y1、电阻R_x2、电阻R_y2和开关K5，所述电阻R_x1的一端连接公共母线正极BUS+，另一端通过开关K4连接电阻R_y1的一端，电阻R_y1的另一端连接公共母线负极BUS-，开关K4通过大地PE接地；所述电阻R_y2的一端连接公共母线正极BUS+，另一端通过开关K5连接电阻R_x2的一端，电阻R_x2的另一端连接公共母线负极BUS-，开关K5通过大地PE接地。

优选地，所述开关为继电器或硅基开关管或场效应管中的一种或多个开关的组合。

本发明的另一个技术方案是提供了一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，应用于上述的一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路，包括：在每路MPPT的输入端增加电压控制电路，所述电压控制电路的输入端连接PV输入正极，输出端连接PV输入负极，公共端连接所述MPPT输出的公共母线电容中点O，将MPPT的PV输入端间接连接在一起；

在MPPT的输出公共母线电容端增加检测电路，所述检测电路的输入端连接公共母线正极BUS+，输出端连接公共母线负极BUS-，接地端连接大地PE，公共端连接各路MPPT输出的公共母线电容中点O；

通过切换检测电路改变公共母线正极BUS+对大地PE、公共母线负极BUS-对大地PE的阻抗，检测并记录阻抗改变前后公共母线电容中点O对大地PE的电压，根据阻抗改变前后的分压状态，建立方程组，从而求解出PV输入对大地PE绝缘阻抗的大小。

优选地，所述每路MPPT的输入端增加的电压控制电路通过同一个控制信号控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在多路MPPT每路的输入端增加一个电压控制电路，在多路MPPT输出的公共母线电容端增加一个检测电路，电路结构简单；再通过软件控制实现电压控制电路的工作和检测电路的切换，改变母线正极对PE、母线负极对PE的阻抗，软件检测并记录阻抗改变前后O对PE的电压，多路电压控制电路可以通过同一个控制信号控制，检测电路的切换也可通过软件进行控制，控制过程高效便捷；根据阻抗改变前后的分压状态，建立方程组，从而求解出输入对PE绝缘阻抗的大小，检测记录方法简便，提高了检测效率，同时降低了检测成本。

附图说明

图1为本发明一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路应用于两路不共极输入时的示意图；

图2为电压控制器在输入电感之后接入的电路结构示意图；

图3为本发明一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路结构示意图；

图4为将多个电压控制电路的公共端连接之后接入MPPT电路的示意图；

图5为本发明一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测方法应用于两路不共极输入时的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例一

如图1所示，以两路MPPT输入为例，对本发明一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路进行说明，在每路MPPT的输入端，增加一个电压控制电路，该电压控制电路的一端连接PV输入正极，一端连接PV输入负极，一端连接公共母线电容中点O；在多路MPPT输出的公共母线电容端增加一个检测电路，该检测电路的一端连接母线正极BUS+，一端连接母线负极BUS-，一端连接公共母线电容中点O，一端连接大地PE。

电压控制电路如图3中虚线框内所示电路，可以是电阻、二级管、开关三者串联组合，也可以是其中一个或两个的组合。本实施例中采用在PV输入正极和PV输入负极之间依次串接二极管D5、电阻R1、开关K1、电阻R2和二极管D6，并将开关K1接到公共母线电容中点O。

本专利中的开关K1,K2……Kn可以是基于电磁原理的继电器等，也可以是硅基开关管，如三极管、绝缘栅双极晶体管IGBT，场效应开关MOSFET等，或者是多个开关的组合。

如图5所示，检测电路包括两路电阻和开关的串联组合，在公共母线正极BUS+和公共母线负极BUS-之间依次串接电阻R_x1、开关K4、电阻R_y1，以及电阻R_y2、开关K5和电阻R_x2，开关K4通过大地PE接地，开关K5通过大地PE接地，其中电阻R_x1和电阻R_x2阻值相等，设为R_x，电阻R_y1和电阻R_y2阻值相等，设为R_y。

便于叙述，本发明检测方法示例性的以两路不共极输入电路的绝缘阻抗检测进行说明。在逆变电路待机或停机时，通过软件来实现电压控制电路的工作，两个电压控制电路可以为同一个控制信号，节省了软件资源，工作后，该电压控制电路就可以虚拟出一个电压，此电压约等于0.5倍的PV输入电压，当两路PV输入的电压控制电路都连接到公共母线电容中点O时，两路PV输入就通过该电压控制电路的输出端间接的连接在一起，再通过软件控制检测电路的切换，改变公共母线正极BUS+对PE、公共母线负极BUS-对PE的阻抗，软件检测并记录阻抗改变前后公共母线电容中点O对PE的电压，根据阻抗改变前后的分压状态，建立方程组，从而求解出输入对PE绝缘阻抗的大小。

其中R_p1、R_n1和R_p2、R_n2分别为PV1和PV2对PE的绝缘电阻，V_1H、V_1L和V_2H、V_2L分别为各电阻上的电压；

V_PV1、V_PV2分别为两路MPPT的输入电压；

R₀为电压控制电路的电阻；

O点为公共母线电容中点，V_bus为公共母线电压，且假定母线正、负对称，即两个电容C₁上的电压均为V_bus/2；

R_x和R_y为电阻值已知的测试电阻；

V_eo为PE到公共母线电容中点O的电压。

具体工作原理如下：

首先，闭合电压控制电路1与电压控制电路2分别对应的控制开关K1和K2，K1和K2可以为同一个控制信号，然后闭合检测电路的控制开关K4(K5断开)，此时可通过软件读取并记录PE对公共母线电容中点O的电压V_eo，根据流入PE与流出PE的电流相等，可列出方程，如下：

当电阻R₀较小时，每路PV的上、下电阻R₀分压基本相同，从而有如下关系：

(2)代入(1)可改写为：

同理，闭合检测电路的控制开关K5(K4断开)，此时可通过软件读取并记录PE对公共母线电容中点O的电压V^’ _eo，可得到式(4)：

式(4)减去式(3)，整理后可得(5)式：

其中(5)式中，测试电阻R_x、R_y为已知量；闭合不同控制开关，通过软件读取的PE对公共母线电容中点O点电压V_eo、V’_eo为已知量；Vbus电压通过软件读取为已知量，这样即可根据(5)式计算出每路PV对PE绝缘电阻的并联值(R_p1//R_p2//R_n1//R_n2)。

同理可以计算出两路以上不共极输入电路的绝缘阻抗。

实施例二

如图2所示为本发明一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路的另一种实施例，电压控制电路在PV输入正极的输入电感L1和PV输入负极的输入电感L2后面接入。其余与实施例一相同。

实施例三

如图4所示为本发明一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路的第三种实施例，可以采用将多个电压控制电路的公共端连接在一起后(N点)，再通过开关K3连接到公共母线电容中点(O点)。开关K3可以起保护作用，在电压控制电路保护失效后，多一重硬件级保护。其余与实施例一相同。

Claims (8)

1.一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，包括：

电压控制电路，接在每路MPPT输入端，所述电压控制电路的一端连接PV输入正极，另一端连接PV输入负极，公共端连接所述MPPT输出的公共母线电容中点O，将MPPT的PV输入端间接连接在一起；

检测电路，接在MPPT输出公共母线电容端，所述检测电路的一端连接公共母线正极BUS+，另一端连接公共母线负极BUS-，接地端连接大地PE，公共端连接各路MPPT输出的公共母线电容中点O，通过控制检测电路，改变公共母线正极BUS+对大地PE、公共母线负极BUS-对大地PE的阻抗，检测并记录阻抗改变前后公共母线电容中点O对大地PE的电压。

2.如权利要求1所述的一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述电压控制电路在每路MPPT的输入电感后面接入。

3.如权利要求1所述的一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述每路MPPT接入的电压控制电路的公共端连接在一起后，再通过开关连接到公共母线电容中点O。

4.如权利要求1所述的一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述电压控制电路为电阻、二极管、开关的串联组合或其中一种或两种的串联组合。

5.如权利要求1所述的一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述检测电路包括电阻R_x1、开关K4、电阻R_y1、电阻R_x2、电阻R_y2和开关K5，所述电阻R_x1的一端连接公共母线正极BUS+，另一端通过开关K4连接电阻R_y1的一端，电阻R_y1的另一端连接公共母线负极BUS-，开关K4通过大地PE接地；所述电阻R_y2的一端连接公共母线正极BUS+，另一端通过开关K5连接电阻R_x2的一端，电阻R_x2的另一端连接公共母线负极BUS-，开关K5通过大地PE接地。

6.如权利要求3或4所述的一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路，其特征在于：所述开关为继电器或硅基开关管或场效应管中的一种或多个开关的组合。

7.一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任意一项所述的一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测电路，包括：在每路MPPT的输入端增加电压控制电路，所述电压控制电路的输入端连接PV输入正极，输出端连接PV输入负极，公共端连接所述MPPT输出的公共母线电容中点O，将MPPT的PV输入端间接连接在一起；

在MPPT的输出公共母线电容端增加检测电路，所述检测电路的输入端连接公共母线正极BUS+，输出端连接公共母线负极BUS-，接地端连接大地PE，公共端连接各路MPPT输出的公共母线电容中点O；

通过切换检测电路改变公共母线正极BUS+对大地PE、公共母线负极BUS-对大地PE的阻抗，检测并记录阻抗改变前后公共母线电容中点O对大地PE的电压，根据阻抗改变前后的分压状态，建立方程组，从而求解出PV输入对大地PE绝缘阻抗的大小。

8.如权利要求1所述的一种多路不共极输入电路的绝缘阻抗检测方法，其特征在于：所述每路MPPT的输入端增加的电压控制电路通过同一个控制信号控制。

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