技术领域
[0001] 本
发明涉及
光伏发电控制技术领域，特别涉及一种交流绝缘检测电路、系统及方法。
背景技术
[0002] 为保证大功率三相隔离
变压器以及光伏电站的可靠运行，
现有技术中存在一种
光伏发电系统及其
电网侧绝缘阻抗检测装置，其采用
电阻和电感实现三相虚拟阻抗单元，该三相虚拟阻抗单元中的三相阻抗能够产生与实际零线等电位的虚拟零线，进而配合控制单元进行计算，实现电网侧绝缘阻抗检测。
[0003] 但是，为了提高逆变器的功率
密度和系统发电效率，光伏侧直流输入
电压已经从1000V提高到1500V，逆变器交流侧电压也从400V不断提升，最大可以提高到800V。而电阻功率与电压的平方成正比，随着电压的增加，系统自损耗成倍增加，而且需要
散热，影响装置寿命。
[0004] 因此，现有技术中通过电阻实现三相虚拟阻抗单元进而检测电网绝缘阻抗的方案已不再适用。
发明内容
[0005] 本发明提供一种交流绝缘检测电路、系统及方法，以解决现有技术中系统自损耗大和需要散热的问题。
[0006] 为实现上述目的，本
申请提供的技术方案如下：
[0007] 一种交流绝缘检测电路，包括：
整流桥、限流电阻、可控
开关以及
开关电源模
块；其中：
[0008] 所述限流电阻和所述可控开关
串联连接于所述整流桥的输入端及所述开关电源模块的高电位端之间；
[0009] 所述整流桥的输出端与电网相连；
[0010] 所述开关电源模块的低电位端接地。
[0011] 优选的，当所述电网为单相电网时，所述整流桥为
二极管；所述二极管的
阳极为所述整流桥的输入端，所述二极管的
阴极为所述整流桥的输出端。
[0012] 优选的，当所述电网为三相电网时，所述整流桥包括：两个并联的二极管；
[0013] 两个所述二极管的阳极相连，连接点为所述整流桥的输入端；
[0014] 两个所述二极管的阴极为所述整流桥的输出端，分别与所述电网的任意两相一一对应相连；
[0015] 或者，所述整流桥包括：三个并联的二极管；
[0016] 三个所述二极管的阳极相连，连接点为所述整流桥的输入端；
[0017] 三个所述二极管的阴极为所述整流桥的输出端，分别与所述电网的三相一一对应相连。
[0018] 优选的，所述开关电源模块为：BUCK拓扑、BOOST拓扑、BUCK-BOOST拓扑、CUK拓扑、正激拓扑、反激拓扑、半桥拓扑、全桥拓扑及推挽拓扑中的任意一种。
[0019] 一种交流绝缘检测系统，包括：电压
采样模块、控制单元以及如上述任一所述的交流绝缘检测电路；其中：
[0020] 所述电压采样模块的输入端与所述电网相连；
[0021] 所述电压采样模块的输出端与所述控制单元的输入端相连；
[0022] 所述控制单元的输出端与所述交流绝缘检测电路中可控开关的控制端相连；
[0023] 所述控制单元用于：控制所述可控开关断开，根据所述电压采样模块检测得到的电网相电压计算得到相电压峰值；控制所述可控开关闭合，根据所述电压采样模块检测得到的电网相电压计算得到相电压对地平均值；根据欧姆定律计算得到交流电网对地绝缘阻抗；判断所述交流电网对地绝缘阻抗是否小于预设阻抗基准，若所述交流电网对地绝缘阻抗小于所述预设阻抗基准，则输出报警
信号。
[0024] 优选的，当所述电网为三相电网时，所述控制单元根据所述电压采样模块检测得到的电网相电压计算得到相电压峰值，所采用的公式为：
[0025] Ua＝Ub＝Uc＝Umsinωt；
[0026] 其中，Ua、Ub、Uc分别为三相的所述电网相电压，Um为所述相电压峰值，ω为
角频率，t为时间。
[0027] 优选的，当所述电网为三相电网时，所述控制单元根据欧姆定律计算得到交流电网对地绝缘阻抗，所采用的公式为：
[0028]
[0029] 其中，UZ为电网对地电压，U1为开关电源模块的
输出电压，UE为所述整流桥的输入端对中线N的
直流分量，且 RZ为所述交流电网对地绝缘阻抗，R1为限流电阻的阻值。
[0030] 优选的，还包括：
数据采集器，所述数据采集器的输入端与各个逆变器相连，所述数据采集器的输出端与所述控制单元的输入端相连；
[0031] 所述控制单元的输出端还与所述交流绝缘检测电路中开关电源模块的控制端相连；
[0032] 所述控制单元还用于根据所述数据采集器得到的信息，调节所述开关电源模块的输出，以降低光伏
电池板的PID效应。
[0033] 一种交流绝缘检测方法，应用于交流绝缘检测系统中的控制单元，所述交流绝缘检测系统还包括：电压采样模块以及如上述任一所述的交流绝缘检测电路；其中，所述电压采样模块的输入端与所述电网相连；所述电压采样模块的输出端与所述控制单元的输入端相连；所述控制单元的输出端与所述交流绝缘检测电路中可控开关的控制端相连；
[0034] 所述交流绝缘检测方法包括：
[0035] 控制所述可控开关断开；
[0036] 根据所述电压采样模块检测得到的电网相电压计算得到相电压峰值；
[0037] 控制所述可控开关闭合；
[0038] 根据所述电压采样模块检测得到的电网相电压计算得到相电压对地平均值；
[0039] 根据欧姆定律计算得到交流电网对地绝缘阻抗；
[0040] 判断所述交流电网对地绝缘阻抗是否小于预设阻抗基准；
[0041] 若所述交流电网对地绝缘阻抗小于所述预设阻抗基准，则输出报警信号。
[0042] 优选的，当所述电网为三相电网时，所述根据所述电压采样模块检测得到的电网相电压计算得到相电压峰值，包括：
[0043] 根据所述电压采样模块检测得到的任意一相的电网相电压Ua、Ub或者Uc，通过公式Ua＝Ub＝Uc＝Umsinωt，计算得到所述相电压峰值Um；
[0044] 其中，ω为角频率，t为时间。
[0045] 优选的，当所述电网为三相电网时，所述根据欧姆定律计算得到交流电网对地绝缘阻抗，包括：
[0046] 根据欧姆定律，通过公式 计算得到所述交流电网对地绝缘阻抗；
[0047] 其中，UZ为电网对地电压，U1为开关电源模块的输出电压，UE为所述整流桥的输入端对中线N的直流分量，且 RZ为所述交流电网对地绝缘阻抗，R1为限流电阻的阻值。
[0048] 本发明提供的交流绝缘检测电路，由整流桥、限流电阻、可控开关以及开关电源模块串联在电网与地之间，使限流电阻与交流电网对地绝缘阻抗形成分压电路，实现交流电网对地绝缘阻抗的计算；同时，以整流桥代替现有技术中采用电阻所实现的三相虚拟阻抗单元，避免了现有技术中系统自损耗大和需要散热的问题。
附图说明
[0049] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅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。
[0050] 图1是本发明实施例提供的交流绝缘检测系统的电路示意图；
[0051] 图2是本发明实施例提供的单相交流绝缘检测电路的示意图；
[0052] 图3是本发明实施例提供的一种三相交流绝缘检测电路的等效电路图；
[0053] 图4是本发明实施例提供的另一种三相交流绝缘检测电路的等效电路图；
[0054] 图5是本发明实施例提供的A点相对中线N的整流
波形示意图；
[0055] 图6是本发明实施例提供的三相交流绝缘检测电路的另一等效电路图；
[0056] 图7是本发明实施例提供的三相交流绝缘检测方法的示意图。
具体实施方式
[0057] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0058] 本发明提供一种交流绝缘检测电路，以解决现有技术中系统自损耗大和需要散热的问题。
[0059] 具体的，参见图1，该交流绝缘检测电路，包括：整流桥101、限流电阻R1、可控开关K1以及开关电源模块102；其中：
[0060] 限流电阻R1和可控开关K1串联连接于整流桥101的输入端及开关电源模块102的高电位端之间；
[0061] 整流桥101的输出端与电网相连；
[0062] 开关电源模块102的低电位端接地。
[0063] 在具体的实际应用中，限流电阻R1和可控开关K1串联的连接顺序并不限定于图1所示的形式，图1仅为一种示例，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
[0064] 且图1以三相电网为例进行展示，当电网为单相电网时，整流桥101为一个二极管即可，如图2所示，该二极管的阳极为整流桥101的输入端、阴极为整流桥101的输出端。
[0065] 当电网为三相电网时，整流桥101可以是图1中所示的形式，包括：三个并联的二极管；且这三个二极管的阳极相连，连接点为整流桥101的输入端；这三个二极管的阴极为整流桥101的输出端，分别与电网的三相一一对应相连。
[0066] 或者，当电网为三相电网时，整流桥101可以是图3中所示的形式，包括：两个并联的二极管；且这两个二极管的阳极相连，连接点为整流桥101的输入端；这两个二极管的阴极为整流桥101的输出端，分别与电网的任意两相一一对应相连；
[0067] 下面以图1为例进行说明，Ra、Rb、Rc为三相交流电网每相的对地阻抗，RZ为想要计算得到的交流电网对地绝缘阻抗，也即三相交流电网的对地等效阻抗，其值为Ra、Rb、Rc并联所得；限流电阻R1的阻值为已知，且其不仅有限流的作用，而且还参与电网阻抗的计算，因此此限流电阻R1应选择
精度较高的电阻。可控开关K1可以为
接触器、继电器或者
半导体可控元器件，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。开关电源模块102的输出电压为U1，其幅值大小可控。
[0068] 参见图4，为图1所示交流绝缘检测电路的等效电路图，根据任意一相的电网相电压Ua、Ub或者Uc，通过Ua＝Ub＝Uc＝Umsinωt，可以计算得到相电压峰值Um；其中，ω为角频率，t为时间。
[0069] 图5所示为图1和图4中A点相对中线N的整流波形，鉴于本申请中只考虑直流分量，因此此波形去除
交流分量后，得到直流分量为UE，其近似取值为：
[0070] 另外，由图4可知，三相的电网相电压Ua、Ub及Uc的直流分量为零，因此可以不考虑三相电网电压对图4所示拓扑的影响，进一步简化等效图如图6所示。此处，根据欧姆定律可以得出： 其中，UZ为电网对地电压，其值等于电网相电压的平均值。
[0071] 在具体的检测过程中，由于需要知道电网相电压Ua、Ub或者Uc，如果开关电源模块102直接连接到电路中，则会影响电网相电压Ua、Ub、Uc对地电压的波形，因此应先断开可控开关K1，检测出电网相电压Ua、Ub或者Uc；之后闭合可控开关K1，再根据电网相电压Ua、Ub、Uc的检测值求出其平均值UZ。然后，在电网对地电压UZ、开关电源模块102的输出电压U1、整流桥101的输入端对中线N的直流分量UE、限流电阻R1的阻值R1均已知的情况下，根据上述欧姆定律计算公式即可求得交流电网对地绝缘阻抗RZ。
[0072] 本实施例提供的该交流绝缘检测电路，由整流桥101、限流电阻R1、可控开关K1以及开关电源模块102串联在电网与地之间，使限流电阻R1与交流电网对地绝缘阻抗形成分压电路，实现交流电网对地绝缘阻抗的计算；同时，以损耗小的整流桥101代替现有技术中采用电阻所实现的三相虚拟阻抗单元，避免了现有技术中系统自损耗大和需要散热的问题。
[0073] 值得说明的是，开关电源模块102可以为：BUCK拓扑、BOOST拓扑、BUCK-BOOST拓扑、CUK拓扑、正激拓扑、反激拓扑、半桥拓扑、全桥拓扑及推挽拓扑中的任意一种，此处不做具体限定，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
[0074] 本发明另一实施例还提供了一种交流绝缘检测系统，参见图1，包括：电压采样模块104、控制单元103以及交流绝缘检测电路；其中：
[0075] 电压采样模块104的输入端与电网相连；
[0076] 电压采样模块104的输出端与控制单元103的输入端相连；
[0077] 控制单元103的输出端与交流绝缘检测电路中可控开关K1的控制端相连；
[0078] 控制单元103用于：控制可控开关K1断开，根据电压采样模块104检测得到的电网相电压计算得到相电压峰值；控制可控开关K1闭合，根据电压采样模块104检测得到的电网相电压计算得到相电压对地平均值；根据欧姆定律计算得到交流电网对地绝缘阻抗；判断交流电网对地绝缘阻抗是否小于预设阻抗基准，若交流电网对地绝缘阻抗小于预设阻抗基准，则输出报警信号。
[0079] 并且，该交流绝缘检测电路，包括：整流桥101、限流电阻R1、可控开关K1以及开关电源模块102；其中：
[0080] 限流电阻R1和可控开关K1串联连接于整流桥101的输入端及开关电源模块102的高电位端之间；
[0081] 整流桥101的输出端与电网相连；
[0082] 开关电源模块102的低电位端接地。
[0083] 在具体的实际应用中，限流电阻R1和可控开关K1串联的连接顺序并不限定于图1所示的形式，图1仅为一种示例，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
[0084] 另外，当电网为单相电网时，整流桥101为一个二极管即可，如图2所示，该二极管的阳极为整流桥101的输入端、阴极为整流桥101的输出端。当电网为三相电网时，整流桥101可以是图1中所示的形式，包括：三个并联的二极管；且这三个二极管的阳极相连，连接点为整流桥101的输入端；这三个二极管的阴极为整流桥101的输出端，分别与电网的三相一一对应相连。或者，当电网为三相电网时，整流桥101可以是图3中所示的形式，包括：两个并联的二极管；且这两个二极管的阳极相连，连接点为整流桥101的输入端；这两个二极管的阴极为整流桥101的输出端，分别与电网的任意两相一一对应相连；
[0085] 可选的，开关电源模块102可以为：BUCK拓扑、BOOST拓扑、BUCK-BOOST拓扑、CUK拓扑、正激拓扑、反激拓扑、半桥拓扑、全桥拓扑及推挽拓扑中的任意一种，此处不做具体限定，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
[0086] 优选的，当电网为三相电网时，控制单元103根据电压采样模块104检测得到的电网相电压计算得到相电压峰值，所采用的公式为：
[0087] Ua＝Ub＝Uc＝Umsinωt；
[0088] 其中，Ua、Ub、Uc分别为三相的电网相电压，Um为相电压峰值，ω为角频率，t为时间。
[0089] 优选的，当电网为三相电网时，控制单元103根据欧姆定律计算得到交流电网对地绝缘阻抗，所采用的公式为：
[0090]
[0091] 其中，UZ为电网对地电压，等于电网相电压的平均值，U1为开关电源模块102的输出电压，UE为整流桥101的输入端对中线N的直流分量，且 RZ为交流电网对地绝缘阻抗，R1为限流电阻R1的阻值。
[0092] 根据上述实施例的分析，可以得知，计算过程中需要得到电网相电压Ua、Ub或者Uc的检测值，这就需要电压采样模块104来实现；且由于需要控制可控开关K1的导通与关断，来实现导通前后电网相电压Ua、Ub或者Uc的检测，所以需要控制单元103的相应控制；另外，上述实施例中的相应计算过程，也可以由控制单元103来实现。并且，当控制单元103计算得到的交流电网对地绝缘阻抗RZ小于内置的预设阻抗基准RT时，应当予以报警。
[0093] 该控制单元103可以是系统内的总
控制器，也可以是单独的控制器，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
[0094] 具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
[0095] 优选的，参见图1，该交流绝缘检测系统还包括：数据采集器105，数据采集器105的输入端与各个逆变器相连，数据采集器105的输出端与控制单元103的输入端相连；
[0096] 控制单元103的输出端还与交流绝缘检测电路中开关电源模块102的控制端相连；
[0097] 控制单元103还用于根据数据采集器105得到的信息，调节开关电源模块102的输出，以降低光伏电池板的PID效应。
[0098] 电压采样模块104和可控开关K1配合控制单元103实现交流电网对地绝缘阻抗的检测和计算；同时，数据采集器105将获得的各台光伏逆变器的信息，传给控制单元103，使控制单元103可以根据传过来的信息调节开关电源模块102的输出，从而降低光伏电池板的PID效应。
[0099] 本发明另一实施例还提供了一种交流绝缘检测方法，应用于上述实施例中交流绝缘检测系统的控制单元103，该交流绝缘检测系统的结构与原理均与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
[0100] 参见图7，该交流绝缘检测方法包括：
[0101] S101、控制可控开关断开；
[0102] S102、根据电压采样模块检测得到的电网相电压计算得到相电压峰值；
[0103] S103、控制可控开关闭合；
[0104] S104、根据电压采样模块检测得到的电网相电压计算得到相电压对地平均值；
[0105] S105、根据欧姆定律计算得到交流电网对地绝缘阻抗；
[0106] S106、判断交流电网对地绝缘阻抗是否小于预设阻抗基准；
[0107] 若交流电网对地绝缘阻抗小于预设阻抗基准，则执行步骤S107；
[0108] S107、输出报警信号。
[0109] 优选的，当电网为三相电网时，步骤S102，包括：
[0110] 根据电压采样模块104检测得到的任意一相的电网相电压Ua、Ub或者Uc，通过公式Ua＝Ub＝Uc＝Umsinωt，计算得到相电压峰值Um；
[0111] 其中，ω为角频率，t为时间。
[0112] 优选的，当电网为三相电网时，步骤S105包括：
[0113] 根据欧姆定律，通过公式 计算得到交流电网对地绝缘阻抗；
[0114] 其中，UZ为电网对地电压，U1为开关电源模块102的输出电压，UE为整流桥101的输入端对中线N的直流分量，且 RZ为交流电网对地绝缘阻抗，R1为限流电阻R1的阻值。
[0115] 具体的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
[0116] 本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0117] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或
修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
