光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路的製作方法
2024-04-12 08:30:05
技術領域
本發明涉及電力電子技術領域，更具體地說，涉及光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路。
背景技術：
在光伏發電系統中，由於光伏電池板為露天放置，受灰塵、雨雪、大霧等天氣因素的影響，會導致光伏電池板正負極對地絕緣阻抗發生變化，不僅影響到光伏發電系統的安全運行，還會威脅到人身安全。因此，在光伏發電系統啟動前，有必要對光伏電池板對地絕緣阻抗進行檢測，以便及時發現和消除安全隱患。
對光伏電池板對地絕緣阻抗進行檢測的基本思想是：改變光伏電池板正、負極對地等效電阻的分壓(即改變光伏電池板正、負極對地電壓大小)，根據改變前、後的分壓狀態建立方程組，求解得到R+//R-的值。其中，R+、R-分別表示光伏電池板正、負極對地絕緣阻抗，//表示並聯符號。
基於這一基本思想，現有技術提出了如圖1a所示的光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路，包括：為R+並聯電阻R1，為R-並聯電阻R2，並為電阻R2串聯開關S；通過切換開關S即可改變光伏電池板正、負極對地電壓大小。
下面，給出利用圖1a所示電路求解得到R+//R-的推導過程。
首先，定義開關S斷開情況下的光伏電池板正極對地電壓大小為V1、負極對地電壓大小為V2，則根據串聯分壓的原理，有
閉合開關S後，R-的等效並聯電阻由無窮大變為R2，即光伏電池板負極對地等效電阻由R-變為R-//R2，此時光伏電池板正、負極對地電壓大小發生改變。定義改變後的光伏電池板正極對地電壓大小為V3、負極對地電壓大小為V4，則根據串聯分壓的原理，有
將式(1)和式(2)聯立成方程組，可求解得到R+、R-的值為
式(3)中，
最後，基於式(3)的求解結果，可以直接計算得到R+//R-的值。
由上可知，圖1a所示電路實質是通過改變R-的等效並聯電阻，來改變光伏電池板正、負極對地電壓大小。但是，當R+>>R-(即V1>>V2)時，由於光伏電池板負極對地電壓很小，所以單純改變R-的等效並聯電阻並不會使光伏電池板正、負極對地電壓發生太大變化，那麼k2與k1的差距就非常小，由於數據處理過程中存在採樣量化誤差、截斷誤差和捨入誤差等，此時會導致k2-k1的計算精度較低，進而導致R+//R-的計算精度較低。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明提供光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路，以提高光伏電池板對地絕緣阻抗檢測精度。
一種光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路，所述檢測電路為Y形電阻網絡，其第一支路接光伏電池板的正極，其第二支路接光伏電池板的負極，其第三支路接地；
其中，所述第二支路的阻值可調。
其中，所述第二支路上的電路元件包括電阻和開關；所述電阻與所述開關相串聯。
其中，所述第二支路上的電路元件包括第一電阻、第二電阻和開關；所述第一電阻與所述開關並聯後再與所述第二電阻串聯。
其中，所述第二支路上的電路元件包括電阻和開關；所述電阻與所述開關相併聯。
其中，所述第二支路上的電路元件包括第一電阻、第二電阻和開關；所述第一電阻與所述開關串聯後再與所述第二電阻並聯。
一種光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路，所述檢測電路為Y形電阻網絡，其第一支路接光伏電池板的正極，其第二支路接光伏電池板的負極，其第三支路接地；
其中，所述第一支路的阻值可調。
其中，所述第一支路上的電路元件包括電阻和開關；所述電阻與所述開關相串聯。
其中，所述第一支路上的電路元件包括第一電阻、第二電阻和開關；所述第一電阻與所述開關並聯後再與所述第二電阻串聯。
其中，所述第一支路上的電路元件包括電阻和開關；所述電阻與所述開關相併聯。
其中，所述第一支路上的電路元件包括第一電阻、第二電阻和開關；所述第一電阻與所述開關串聯後再與所述第二電阻並聯。
從上述的技術方案可以看出，相較於現有技術僅能改變R-的等效並聯電阻，本發明能同時改變R+和R-的等效並聯電阻，且R+的等效並聯電阻的阻值變化與R-的等效並聯電阻的阻值變化相反。相比較而言，在R+>>R-時，本發明能夠使光伏電池板正、負極對地電壓大小發生更大程度的變化，那麼k2與k1(k1為改變前的光伏電池板正、負對地電壓之比，k2為改變後的光伏電池板正、負對地電壓之比)的差距就會變大，從而在一定程度上解決了因數據處理過程中存在採樣量化誤差、截斷誤差和捨入誤差等所導致的k2-k1的計算精度較低的問題，進而提高了R+//R-的計算精度。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1a為現有技術公開的一種光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路拓撲結構示意圖；
圖1b為本發明實施例公開的一種光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路結構示意圖；
圖2為圖1b所述電路的一種具體拓撲結構示意圖；
圖3為圖2所示電路在開關S閉合時的等效電路結構示意圖；
圖4為圖1b所述電路的又一種具體拓撲結構示意圖；
圖5為圖1b所述電路的又一種具體拓撲結構示意圖；
圖6為圖1b所述電路的又一種具體拓撲結構示意圖；
圖7為本發明實施例公開的又一種光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路的具體拓撲結構示意圖；
圖8為本發明實施例公開的又一種光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路的具體拓撲結構示意圖；
圖9為本發明實施例公開的又一種光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路的具體拓撲結構示意圖；
圖10為本發明實施例公開的又一種光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路的具體拓撲結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
參見圖1b，本發明實施例公開了一種光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路，以提高光伏電池板對地絕緣阻抗檢測精度，所述檢測電路為Y形電阻網絡，其第一支路接光伏電池板的正極PV+，其第二支路接光伏電池板的負極PV-，其第三支路接地GND；其中，所述第二支路的阻值可調；
所述檢測電路的結構特點決定了，在所述第二支路的阻值調節前、後，光伏電池板正極對地絕緣阻抗R+和光伏電池板負極對地絕緣阻抗R-的等效並聯電阻均會發生改變，且R+的等效並聯電阻的阻值變化與R-的等效並聯電阻的阻值變化相反；在R+>>R-時，相較於僅改變R-上並聯電阻的阻值，本實施例能夠使光伏電池板正、負極對地電壓大小發生更大程度的變化，從而在一定程度上解決了因數據處理過程中存在採樣量化誤差、截斷誤差和捨入誤差等所導致的k2-k1的計算精度較低的問題，進而提高了R+//R-的計算精度。
下面，給出圖1b所述Y形電阻網絡可採用的4種具體電路拓撲(參見圖2、圖4、圖5、圖6，但並不以此作為局限。
1、圖2示出了所述Y形電阻網絡的一種具體電路拓撲，其中：所述第一支路上的電路元件包括電阻R1；所述第二支路上的電路元件包括電阻R2和開關S，且電阻R2與開關S相串聯；所述第三支路上的電路元件包括電阻R3；通過切換開關S，即可調節所述第二支路的阻值。
此外需要說明的是，本電路拓撲中的電阻R1、電阻R2、電阻R3，可以是單個電阻，也可以是由多個電阻串並聯而成的等效電阻。下同。
下面，基於圖2所示拓撲，推導出R+與R-的計算結果。
首先，在開關S斷開的情況下，有
在開關S閉合後，圖2中的電阻R1～R3構成Y形聯結，將該Y形聯結變換為等效的Δ形聯結，可得到如圖3所示電路，此時構成Δ形聯結的電阻為等效電阻R4～R6，等效電阻R4連接在光伏電池板的正極與地之間，等效電阻R5連接在光伏電池板的負極與地之間，等效電阻R6連接在光伏電池板的正、負極之間。R4～R6的阻值大小可以根據Y-Δ等效變換公式求解得到。
由圖3可知，等效電阻R4即為開關S閉合後R+的等效並聯電阻，等效電阻R5即為開關S閉合後R-的等效並聯電阻，則在開關S閉合的情況下，有
式(5)中，
最後，將式(4)和式(5)聯立成方程組，即可求解得到R+與R-的值為
式(6)中，R＝R1+R3。
由上述推導過程中的式(4)和式(5)可知，開關S閉合前，R+的等效並聯電阻大小為R1+R3，R-上沒有並聯電阻(相當於R-的等效並聯電阻為無窮大)；開關S閉合後，R+的等效並聯電阻為R-的等效並聯電阻為可見，圖2所示電路在閉合開關S後同時改變了R+和R-的等效並聯電阻，具體為使R+的等效並聯電阻變大了，使R-的等效並聯電阻變小了，滿足設計要求。
2、圖4示出了所述Y形電阻網絡的又一種具體電路拓撲，其中：所述第一支路上的電路元件包括電阻R1；所述第二支路上的電路元件包括電阻R2、電阻R4和開關S，電阻R4與開關S並聯後再與電阻R2串聯；所述第三支路上的電路元件包括電阻R3；通過切換開關S，即可調節所述第二支路的阻值。
下面，基於圖4所示拓撲，推導出R+與R-的計算結果。
首先，在開關S斷開時，圖4中的電阻R1、R3和R2+R4構成Y形聯結，將該Y形聯結變換為等效的Δ形聯結後，可得到
式(7)中，等效電阻R5為開關S斷開時R+的等效並聯電阻，等效電阻R6為開關S斷開時R-的等效並聯電阻，R5和R6的阻值大小可根據Y-Δ等效變換公式求解得到：
在開關S閉合後，圖4中的電阻R1～R3構成Y形聯結，將該Y形聯結變換為等效的Δ形聯結後，可得到
式(8)中，等效電阻R8為開關S閉合時R+的等效並聯電阻，等效電阻R9為開關S閉合時R-的等效並聯電阻，R8和R9的阻值大小可根據Y-Δ等效變換公式求解得到：
最後，將式(7)和式(8)聯立成方程組，即可求解得到R+與R-的值為
式(9)中，
由上述推導過程中的式(7)和式(8)可知，R8>R5、R9<R6。可見，本實施例在閉合開關S後同時改變了R+和R-的等效並聯電阻，具體為使R+的等效並聯電阻變大了，使R-的等效並聯電阻變小了，滿足設計要求。
3、圖5示出了所述Y形電阻網絡的又一種具體電路拓撲，其中：所述第一支路上的電路元件包括電阻R1；所述第二支路上的電路元件包括電阻R2和開關S，且電阻R2與開關S相併聯；所述第三支路上的電路元件包括電阻R3；通過切換開關S，即可調節所述第二支路的阻值。
下面，基於圖5所示拓撲，給出計算R+與R-的推導過程。
首先，在開關S斷開時，圖5中的電阻R1、R2、R3構成Y形聯結，將該Y形聯結變換為等效的Δ形聯結後，可得到開關S斷開後R+的等效並聯電阻為開關S斷開後R-的等效並聯電阻為
在開關S閉合後，R2被短路，此時R+的等效並聯電阻由R4變為無窮大，R-的等效並聯電阻由R5變為R3。
最後，與前述示例同理，根據開關S閉合前後的電阻串聯分壓關係建立方程組，即可求解得到R+和R-的值，此處不再贅述。
在上述推導過程中，由R4R3可知，閉合開關S後同時改變了R+和R-的等效並聯電阻，具體為使R+的等效並聯電阻變大了，使R-的等效並聯電阻變小了，同樣滿足設計要求。
4、圖6示出了所述Y形電阻網絡的又一種具體電路拓撲，其中：所述第一支路上的電路元件包括電阻R1；所述第二支路上的電路元件包括電阻R2、電阻R0和開關S，且電阻R0與開關S串聯後再與電阻R2並聯；所述第三支路上的電路元件包括電阻R3；通過切換開關S，即可調節所述第二支路的阻值。
下面，基於圖6所示拓撲，給出計算R+與R-的推導過程。
首先，在開關S斷開時，圖6中的電阻R1、R2、R3構成Y形聯結，將該Y形聯結變換為等效的Δ形聯結後，可得到開關S斷開後R+的等效並聯電阻為開關S斷開後R-的等效並聯電阻為
在開關S閉合後，R2與R0並聯，此時可得到開關S閉合後R+的等效並聯電阻為開關S閉合後R-的等效並聯電阻為
最後，根據開關S閉合前後的電阻串聯分壓關係建立方程組，即可求解得到R+和R-的值，此處不再贅述。
在上述推導過程中，由R4R8可知，閉合開關S後同時改變了R+和R-的等效並聯電阻，具體為使R+的等效並聯電阻變大了，使R-的等效並聯電阻變小了，同樣滿足設計要求。
此外，將圖1b所示Y形電阻網絡中阻值可調的電阻支路由第二支路替換為第一支路，同樣可實現通過調節所述第一支路的阻值，來反向改變R+和R- 上並聯電阻的阻值，從而使光伏電池板正、負極對地電壓大小發生更大程度的變化，解決現有技術存在的問題。
下面，給出此方案下Y形電阻網絡可採用的兩種具體電路拓撲(參見圖7、圖8、圖9、圖10)，但並不以此作為局限。
1、圖7示出了所述Y形電阻網絡的一種具體電路拓撲，其第一支路上的電路元件包括電阻R1和開關S，且電阻R1與開關S相串聯；其第二支路上的電路元件包括電阻R2；其第三支路上的電路元件包括電阻R3；通過切換開關S，即可調節所述第一支路的阻值。
相較於圖2，圖7將開關S由「開關S與電阻R2串聯」修改為「開關S與電阻R1串聯」，這樣就可以將圖2中的「在閉合開關S後使R+的等效並聯電阻變大、使R-的等效並聯電阻變小」的結構特點修改為「在閉合開關S後使R-的等效並聯電阻變大、使R+的等效並聯電阻變小」，同樣滿足設計要求。
2、圖8示出了所述Y形電阻網絡的又一種具體電路拓撲，其第一支路上的電路元件包括電阻R1、電阻R4和開關S，電阻R4與開關S並聯後再與電阻R1串聯；所述第二支路上的電路元件包括電阻R2；所述第三支路上的電路元件包括電阻R3；通過切換開關S，即可調節所述第一支路的阻值。
相較於圖4，圖8將電阻R4與開關S構成的並聯結構由「該並聯結構與電阻R2串聯」修改為「該並聯結構與電阻R1串聯」，這樣就可以將圖4中的「在閉合開關S後使R+的等效並聯電阻變大、使R-的等效並聯電阻變小」的結構特點修改為「在閉合開關S後使R-的等效並聯電阻變大、使R+的等效並聯電阻變小」，同樣滿足設計要求。
3、圖9示出了所述Y形電阻網絡的一種具體電路拓撲，其第一支路上的電路元件包括電阻R1和開關S，且電阻R1與開關S相併聯；其第二支路上的電路元件包括電阻R2；其第三支路上的電路元件包括電阻R3；通過切換開關S，即可調節所述第一支路的阻值。
相較於圖5，圖9將開關S由「開關S與電阻R2並聯」修改為「開關S與電阻R1並聯」，這樣就可以將圖5中的「在閉合開關S後使R+的等效並聯電阻 變大、使R-的等效並聯電阻變小」的結構特點修改為「在閉合開關S後使R-的等效並聯電阻變大、使R+的等效並聯電阻變小」，同樣滿足設計要求。
4、圖10示出了所述Y形電阻網絡的一種具體電路拓撲，其第一支路上的電路元件包括電阻R1、電阻R0和開關S，且電阻R0與開關S串聯後再與電阻R1並聯；其第二支路上的電路元件包括電阻R2；其第三支路上的電路元件包括電阻R3；通過切換開關S，即可調節所述第一支路的阻值。
相較於圖6，圖10將電阻R0與開關S構成的串聯結構由「該串聯結構與電阻R2並聯」修改為「該串聯結構與電阻R1並聯」，這樣就可以將圖6中的「在閉合開關S後使R+的等效並聯電阻變大、使R-的等效並聯電阻變小」的結構特點修改為「在閉合開關S後使R-的等效並聯電阻變大、使R+的等效並聯電阻變小」，同樣滿足設計要求。
最後需要說明的是，本發明中所述的光伏電池板，可以是指為只有單路MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率點跟蹤)裝置的光伏逆變器提供輸入的光伏源，也可以是指為具有多路並聯MPPT裝置的光伏逆變器提供輸入的光伏源。基於光伏源與光伏逆變器之間的電路連接關係，本領域技術人員容易想到的是，本發明所述的光伏電池板對地絕緣阻抗檢測電路可以設置在光伏逆變器輸入端的光伏源上，也可以設置在光伏逆變器的直流母線上。另外，本發明中涉及的R+和R-的計算公式，僅是以本發明中所述的光伏電池板是為只有單路MPPT裝置的光伏逆變器提供輸入的光伏源為例進行說明，不作為局限。
綜上所述，相較於現有技術僅能改變R-的等效並聯電阻，本發明能同時改變R+和R-的等效並聯電阻，且R+的等效並聯電阻的阻值變化與R-的等效並聯電阻的阻值變化相反。相比較而言，在R+>>R-時，本發明能夠使光伏電池板正、負極對地電壓大小發生更大程度的變化，那麼k2與k1(k1為改變前的光伏電池板正、負對地電壓之比，k2為改變後的光伏電池板正、負對地電壓之比)的差距就會變大，從而在一定程度上解決了因數據處理過程中存在 採樣量化誤差、截斷誤差和捨入誤差等所導致的k2-k1的計算精度較低的問題，進而提高了R+//R-的計算精度。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明實施例的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明實施例將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。