一種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)及其方法，屬于電源中的絕緣檢測方向，該系統(tǒng)的輸入信號為光伏儲能系統(tǒng)的直流電源信號，該系統(tǒng)包括絕緣模塊、DSP模塊和顯示屏，DSP模塊和顯示屏連接絕緣檢測板，輸入信號經(jīng)過絕緣檢測模塊后輸送到DSP模塊進行判斷并輸出結(jié)果顯示在顯示屏上。該系統(tǒng)的方法在絕緣檢測電路的平衡電橋電路的兩電橋臂之間增設(shè)了開關(guān)電路，開關(guān)電路為電阻R5和開關(guān)S1連接構(gòu)成，閉合開關(guān)S1打破電橋平衡。本發(fā)明結(jié)合了平衡橋法和不平衡橋法，很好的解決了光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測問題，解決了現(xiàn)有技術(shù)在光伏儲能系統(tǒng)中，不能夠判斷正、負(fù)對地絕緣電阻同時下降而導(dǎo)致絕緣性能誤判斷的不足。
【專利說明】一種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電源中的絕緣檢測方向，具體涉及一種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測 系統(tǒng)及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于直流源一般為帶極性的電源，如果直流源的正極或負(fù)極對地的絕緣電阻值下 降至一定的值，會對系統(tǒng)乃至人身造成危害，因此需要通過一個檢測電路來檢測這一故障， 并采取相應(yīng)的保護措施。
[0003] 絕緣檢測的系統(tǒng)很多，現(xiàn)有的絕緣檢測系統(tǒng)中，常用的絕緣檢測系統(tǒng)有電橋法，交 流信號注入法，直流檢測法等。其中電橋法包括平衡電橋法和不平衡電橋法，交流信號注入 法包括定頻法和變頻法。
[0004] 平衡電橋法具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點，但該電路在正對地、負(fù)對地的絕緣電阻 同時下降時，電橋仍保持平衡，無法判斷出系統(tǒng)的故障；當(dāng)存在多條回路并聯(lián)時，也無法準(zhǔn) 確判斷出是哪一條回路出現(xiàn)故障。不平衡電橋法能計算出正對地、負(fù)對地的絕緣電阻值，但 該系統(tǒng)相比平衡電橋法而言控制較復(fù)雜；在聯(lián)立方程組計算絕緣電阻值時，如果輸入電壓 發(fā)生變化，會引起計算所得的阻值不準(zhǔn)確等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中在光伏儲能系統(tǒng)中，不能夠判斷正、負(fù)對地絕緣電阻同時下 降而導(dǎo)致絕緣性能誤判斷的不足，本發(fā)明提供一種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)及其 方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的輸入信 號為光伏儲能系統(tǒng)的直流電源信號，該系統(tǒng)包括絕緣模塊、DSP模塊和顯示屏，DSP模塊和 顯示屏連接絕緣檢測板，輸入信號經(jīng)過絕緣檢測模塊后輸送到DSP模塊進行判斷并輸出結(jié) 果顯示在顯示屏上。
[0007] 所述絕緣檢測模塊中設(shè)有絕緣檢測電路，絕緣檢測電路為平衡電橋與非平衡橋相 結(jié)合構(gòu)成的電路，電橋臂由電阻構(gòu)成，其中兩臂之間連接有電阻和開關(guān)。
[0008] 所述絕緣檢測系統(tǒng)還包括有調(diào)理電路，調(diào)理電路連接在絕緣檢測模塊和DSP模塊 之間。
[0009] 所述調(diào)理電路由電壓跟隨器、積分器和隔離器件連接構(gòu)成。
[0010] 一種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測方法，該方法中在絕緣檢測電路的平衡電橋電 路的兩電橋臂之間增設(shè)了開關(guān)電路，開關(guān)電路為電阻R5和開關(guān)S1連接構(gòu)成，閉合開關(guān)S1 打破電橋平衡。
[0011] 所述平衡電橋的電橋臂為電阻R+U1和R2、R3和R4,輸入電壓為Ui，電阻R3和 R4之間的輸出電壓為隊，R+和R_之間接地，R2、R3之間接地。
[0012] 斷開開關(guān)S1時，輸入輸出電壓的關(guān)系公式為： TT R //(/?, + /?.)(/,. & R, U〇= D ///p~ ΡΛ D ,,/D~~^ ，式中 R1 = R2，R3 = R4。
[0013] 設(shè)輸入輸出電壓的比值為K，則& = ·^，開關(guān)SI斷開后，若0. 73〈k〈5. 14,則系統(tǒng)絕 緣性能良好；若k>5. 14,則正對地發(fā)生接地故障；若0〈k〈0. 73,則負(fù)對地發(fā)生接地故障。
[0014] 閉合開關(guān)S1時，輸入輸出電壓的關(guān)系公式為： " /? IKR, + R^Ui ^ R4 〇 _ i?+//i?5//(^ +i?2) + i?-//(i?3 +i?4)盡 +i?4，式中 R+ = R_，R5 = R1+R2 = R3+R4。 JJ
[0015] 設(shè)輸入輸出電壓的比值為K，則& = f，開關(guān)SI閉合后，若0〈k〈6. 17,則系統(tǒng)的正 負(fù)對地同時發(fā)生接地故障，若k>6. 17,則系統(tǒng)的光伏電池接地正常。
[0016] 本發(fā)明有如下積極效果：本發(fā)明結(jié)合了平衡橋法和不平衡橋法，很好的解決了光 伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測問題：（1)結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)；(2)無須擔(dān)心正、負(fù)對地絕緣電阻同時 下降而導(dǎo)致絕緣性能誤判斷的情況；（3)需要控制的開關(guān)少，無需直接計算出對地電阻，檢 測速度與不平衡電橋法相比相對較快。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明中光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測框架圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明中的絕緣檢測電路原理圖；
[0019] 圖3是本發(fā)明中的絕緣檢測系統(tǒng)的調(diào)理電路圖；
[0020] 圖4是本發(fā)明中的調(diào)理電路中的隔離器件功能框圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用系統(tǒng)等，作進一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0022] -種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的輸入信號為光伏儲能系統(tǒng)的直 流電源信號，該系統(tǒng)包括絕緣模塊、調(diào)理電路、DSP模塊和顯示屏，輸入信號經(jīng)過絕緣檢測模 塊后輸送經(jīng)過調(diào)理電路至DSP模塊進行判斷并輸出結(jié)果顯示在顯示屏上，系統(tǒng)中的直流電 源信號為光伏儲能系統(tǒng)的光伏和電池。
[0023] 如圖1所示，光伏儲能系統(tǒng)的直流電源信號為光伏和電池信號，光伏和電池電流 分別經(jīng)過濾波器、交流接觸器（KM)和斷路器（QF)輸出的，經(jīng)過逆變電路后，再經(jīng)過濾波器 至IJ負(fù)載。其中光伏和電池直流電源信號作為系統(tǒng)的輸入信號，輸入到絕緣檢測模塊中，絕緣 檢測模塊的主要構(gòu)成是一個絕緣檢測板。直流電源信號中的光伏和電池信號分別輸入絕緣 板的Ppv和Pbat端口，絕緣檢測板的
[0024] Ppower端口接15V電源，絕緣檢測板的com232端口連接顯示屏，絕緣檢測板的 P6X2端口連接DSP模塊，但是由于采集的電壓信號有可能大于3. 3V，直接送入DSP模塊會 損壞DSP模塊，因此需要經(jīng)過調(diào)理電路調(diào)理，調(diào)理電路位于絕緣檢測板上。
[0025] 絕緣檢測模塊中設(shè)有絕緣檢測電路，如圖2所示，絕緣檢測電路原理圖為平衡電 橋構(gòu)成的電路，電橋臂由電阻構(gòu)成，電橋臂為電阻R+、1、R1和R2、R3和R4,輸入電壓為A 連接在電阻R+、1的兩端，電阻R3和R4之間的輸出電壓為隊，R+和R_之間接地，R2、R3之 間接地。其中兩臂R+、R1和R2之間連接有開關(guān)電路，開關(guān)電路為電阻R5和開關(guān)S1組成， S1 -旦閉合就會打破電橋平衡電路。
[0026] 斷開開關(guān)S1時，絕緣檢測電路為平衡電橋電路，運用平衡電橋法原理求得輸入輸 出關(guān)系為： R //(/?, + Ra )0 /?_, . x
[0027] UQ ----' -*--- (1) /?, //(/?, + R2) + R //{R, + R4) R, + R4
[0028] 由于光伏輸入電壓為200V?520V這一可變范圍，因此不能直接用采樣所得的電 壓信號進行直接判斷。
[0029] 令，則式⑴變?yōu)椋?? R IKR.+R,) , Ra /ηλ
[0030] k =-*--- (2) R, / /(/?, +R2) + R / /(/?, + R4) i?3 + R4
[0031] 取R1 = R2 = 6ΜΩ，R3 = R4 = 158ΚΩ,當(dāng)R+或R-下降至1ΜΩ后視為絕緣出現(xiàn) 異常，比值k經(jīng)過調(diào)理電路后，送入DSP模塊控制器進行判斷。若0. 73〈k〈5. 14,則系統(tǒng)絕緣 性能良好；若k>5. 14,則正對地發(fā)生接地故障；若0〈k〈0. 73,則負(fù)對地發(fā)生接地故障。
[0032] 由于當(dāng)正負(fù)對地發(fā)生同步故障時，根據(jù)式（2)無法判斷，因此應(yīng)再閉合開關(guān)S1，打 破原有的電橋平衡，輸入輸出關(guān)系為：
[0033] %=_請(3) L 」 /?, !iRJ!{R,+R2) + R //(/?,+ /?4) 11 + Ra
[0034] 此時，R+ = R-，R5 = R1+R2 = R3+R4,則： 讓 _ / /(i?3 +R4) * 及4 =R+//R5//(Ri+R2) + R//(R3+R4) R3+R4
[0035] (4) _(R'+2R)R4 ~ (2R, +3R )R,
[0036] 若0〈k〈6. 17,則正負(fù)對地同時發(fā)生接地故障，若k>6. 17,則光伏電池接地正常。電 路需要控制的開關(guān)少僅有S1 -個開關(guān)，無需直接計算出對地電阻，檢測速度與不平衡電橋 法相比相對較快，使用更加方便。
[0037] 由于采集的電壓信號有可能大于3. 3V，直接送入DSP會損壞DSP，因此需要經(jīng)過調(diào) 理電路調(diào)理。如圖3所示，調(diào)理電路主要由電壓跟隨器、積分器、隔離器件等幾部分組成。電 壓跟隨器和積分器電路主要是由芯片LM258AD及其外圍電路組成，采集的信號輸送到DSP 模塊判斷后，若絕緣性能良好，則系統(tǒng)開始正常工作；反之則關(guān)閉系統(tǒng)。
[0038] 由于該電路的輸入端為200V以上的強電，而輸出端為3. 3V以內(nèi)的弱電，因此出于 安全考慮，需要在輸入與輸出之前增加一個隔離器件。隔離器件采用了型號HCNR201的快 速光耦作為隔離器件，如圖4所示，當(dāng)輸入端導(dǎo)通時，LED發(fā)光，從而驅(qū)使PD1和PD2導(dǎo)通， 其中，PD1用于電路的反饋控制。本發(fā)明提供的一種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)及 其方法電路簡單，無須擔(dān)心正、負(fù)對地絕緣電阻同時下降而導(dǎo)致絕緣性能誤判斷的情況。
[0039] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改 進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)的輸入信號為光伏儲 能系統(tǒng)的直流電源信號，該系統(tǒng)包括絕緣模塊、DSP模塊和顯示屏，DSP模塊和顯示屏連接 絕緣檢測板，輸入信號經(jīng)過絕緣檢測模塊后輸送到DSP模塊進行判斷并輸出結(jié)果顯示在顯 示屏上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述絕緣 檢測模塊中設(shè)有絕緣檢測電路，絕緣檢測電路為平衡電橋與非平衡橋相結(jié)合構(gòu)成的電路， 電橋臂由電阻構(gòu)成，其中兩臂之間連接有電阻和開關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述絕緣 檢測系統(tǒng)還包括有調(diào)理電路，調(diào)理電路連接在絕緣檢測模塊和DSP模塊之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)理 電路由電壓跟隨器、積分器和隔離器件連接構(gòu)成。
5. -種用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測方法，其特征在于，該方法中在絕緣檢測電路的 平衡電橋電路的兩電橋臂之間增設(shè)了開關(guān)電路，開關(guān)電路為電阻R5和開關(guān)S1連接構(gòu)成，閉 合開關(guān)S1打破電橋平衡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測方法，其特征在于，所述平衡 電橋的電橋臂為電阻R+、R_、R1和R2、R3和R4,輸入電壓為％，電阻R3和R4之間的輸出電 壓為U Q，R+和R_之間接地，R2、R3之間接地。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測方法，其特征在于，斷開開關(guān) 時，輸入輸出電壓的關(guān)系公式為：％ = p 7+/4)^ ，式中Rl = /?,//(/?, + /?〇 + /? / /{R, + R4) /?, + R, R2, R3 = R4。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測方法，其特征在于，設(shè)輸入輸 出電壓的比值為K，則& = >，開關(guān)S1斷開后，若0. 73〈k〈5. 14,則系統(tǒng)絕緣性能良好；若 k>5. 14,則正對地發(fā)生接地故障；若0〈k〈0. 73,則負(fù)對地發(fā)生接地故障。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測方法，其特征在于，閉合開關(guān) S1時，輸入輸出電壓的關(guān)系公式為：％ = p ~^ ' --* 4 式中 R+ = R_, R5 = R1+R2 = R3+R4。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于光伏儲能系統(tǒng)的絕緣檢測方法，其特征在于，設(shè)輸入輸 出電壓的比值為K，則& = ^，開關(guān)S1閉合后，若0〈k〈6. 17,則系統(tǒng)的正負(fù)對地同時發(fā)生接 Ui 地故障，若k>6. 17,則系統(tǒng)的光伏電池接地正常。
【文檔編號】H02S50/10GK104104330SQ201410336449
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】蔡旭, 姜廣宇, 王海松, 葉程廣, 金濤 申請人:安徽啟光能源科技研究院有限公司