專(zhuān)利名稱(chēng)：一種應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，直流電源系統(tǒng)是光伏電站、發(fā)電廠、變電站中重要的電源之一。當(dāng)直流電源系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，可能引發(fā)嚴(yán)重的電力系統(tǒng)事故，因此直流電源系統(tǒng)的絕緣水平關(guān)系著電網(wǎng)、光伏電站、發(fā)電廠和變電站的安全運(yùn)行。目前，直流電源系統(tǒng)接地故障檢測(cè)的主要方法有交流檢測(cè)法和直流檢測(cè)法。交流檢測(cè)法是通過(guò)在母線上施加一交流信號(hào)，利用交流電流傳感器檢測(cè)漏電流，從而計(jì)算出接地電阻，其優(yōu)點(diǎn)是母線或所有接地支路正接地或負(fù)接地均能檢出；其缺點(diǎn)是受系統(tǒng)對(duì)地分布電容的影響較大，需要復(fù)雜的交流信號(hào)源，在向直流電源系統(tǒng)注入交流信號(hào)的同時(shí)也引入了干擾。直流檢測(cè)法是將母線的正、負(fù)兩極通過(guò)一限流電阻接地，從而將直流電源系統(tǒng)的總電壓施加于正、負(fù)極對(duì)地絕緣電阻上， 產(chǎn)生一直流電流，通過(guò)檢測(cè)該電流值，可計(jì)算出系統(tǒng)正、負(fù)極對(duì)地電阻值，其優(yōu)點(diǎn)是不受系統(tǒng)對(duì)地分布電容的影響，不需要復(fù)雜的交流信號(hào)源，不產(chǎn)生干擾，成本低；其缺點(diǎn)是只能在單根母線接地或所有接地支路都正接地或者負(fù)接地時(shí)檢測(cè)出接地電阻，同時(shí)因母線輸入電壓范圍、接地電阻阻值范圍及精度等因素，可準(zhǔn)確計(jì)算的接地電阻范圍較小，電路參數(shù)設(shè)計(jì)困難。根據(jù)上述兩種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合光伏逆變系統(tǒng)接地故障的特點(diǎn)，使用直流檢測(cè)法是最佳選擇，所以直流檢測(cè)法應(yīng)用于光伏逆變器系統(tǒng)中存在的問(wèn)題是提高接地電阻準(zhǔn)確測(cè)量范圍
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，該方案采用直流檢測(cè)法，并實(shí)時(shí)檢測(cè)直流電源系統(tǒng)母線電壓，通過(guò)電路計(jì)算，可在較大范圍內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量接地電阻阻值。本方案是通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的它主要包括正極接地電阻Rx，連接在母線正極PV+與大地間；正極接地電阻檢測(cè)濾波電路，其正輸入端與母線正極PV+連接，負(fù)輸入端接地；負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路，其負(fù)輸入端與母線負(fù)極PV-連接，正輸入端接地；正極接地電阻檢測(cè)濾波電路的輸出端與正極電壓采樣電路的輸入端連接，負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路的輸出端與負(fù)極電壓采樣電路的輸入端連接；正極電壓采樣電路的輸出端與正極信號(hào)濾波電路的輸入端連接，負(fù)極電壓采樣電路的輸出端與負(fù)極信號(hào)濾波電路的輸入端連接；母線電壓采樣電路的正輸入端與母線正極PV+連接，負(fù)輸入端與母線負(fù)極PV-連接，輸出端與母線電壓信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接；母線電壓信號(hào)調(diào)理電路的輸出端與母線電壓信號(hào)濾波電路的輸入端連接，正極信號(hào)濾波電路、負(fù)極信號(hào)濾波電路和母線電壓信號(hào)濾波電路的輸出端分別與邏輯處理電路連接。本方案的特點(diǎn)是所述的正極接地電阻檢測(cè)濾波電路是由電阻和電容組成，其具體電路是,母線正極PV+接電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端接電阻R2的一端，同時(shí)接電阻R5的一端，電阻R2的另一端接大地，電容Cl并接在電阻R2兩端；所述的負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路是由電阻和電容組成，其具體電路是，母線負(fù)極PV-接電阻R4的一端，電阻R4的另一端接電阻R3的一端，同時(shí)接電阻R12的一端，電阻R3的另一端接大地，電容C2并接在電阻R3兩端；所述的正極電壓采樣電路是由電阻、電容和運(yùn)算放大器KlA組成，其具體電路是，KlA的4腳接+15V，電容C4 一端接KlA的4腳，另一端接電源地，KlA的11腳接-15V，電容C5 —端接KlA的11腳，另一端接電源地，電阻R6的一端接KlA的3腳，同時(shí)接電阻R5的另一端，電阻R6的另一端接電源地，電容C3并接在電阻R6兩端，電阻R7的一端接KlA的2腳，另一端接大地，電阻R8的一端接KlA的2腳，另一端接KlA的I腳，電容C6并接在電阻R8兩端；所述的負(fù)極電壓采樣電路是由電阻、電容和運(yùn)算放大器KlB組成，其具體電路是，電阻RlO的一端接KlB的5腳，另一端接大地，電阻Rll的一端KlB的5腳，另一端接電源地，電容C8并接在電阻Rll兩端，電阻R12的一端接KlB的6腳，另一端接電阻R4的一端，電阻R13的一端接KlB的6腳，另一端接KlB的7腳，電容C9并接在電阻R13兩端；所述的正極信號(hào)濾波電路是由電阻和電容組成，其具體電路是，電阻R9的一端接KlA的I腳，
另一端接電容C7的一端，同時(shí)接邏輯處理電路，電容C7的另一端接電源地；所述的負(fù)極信號(hào)濾波電路是由電阻和電容組成，其具體電路是，電阻R14的一端接KlB的7腳，另一端接電容ClO的一端，同時(shí)接邏輯處理電路，電容ClO的另一端接電源地；所述的母線電壓采樣電路是由電阻和運(yùn)算放大器KlC組成，其具體電路是，母線正極PV+接電阻R15的一端，電阻R15的另一端接KlC的10腳，母線負(fù)極PV-接電阻R16的一端，電阻R16的另一端接KlC的9腳，電阻R17的一端接KlC的10腳，另一端接電源地，電阻R18的一端接KlC的9腳，另一端接KlC的8腳；所述的母線電壓信號(hào)調(diào)理電路是由電阻、電容和運(yùn)算放大器KlD組成，其具體電路是，電阻R19的一端接KlC的8腳，另一端接KlD的12腳，電阻R20的一端接KlD的12腳，另一端接電源地，電容Cll并接在電阻R20兩端，電阻R21的一端接KlD的13腳，另一端接KlD的14腳；所述的母線電壓信號(hào)濾波電路是由電阻和電容組成，其具體電路是，電阻R22的一端接KlD的14腳，另一端接電阻R23的一端，同時(shí)接邏輯處理電路，電阻R23的另一端接電源地，電容C12并接在電阻R23兩端；所述的運(yùn)算放大器Kl采用的是型號(hào)為L(zhǎng)M248的運(yùn)算放大器。所述母線電壓采樣電路、正極電壓采樣電路和負(fù)極電壓采樣電路分別使用電壓傳感器采樣電路代替。本方案的有益效果可根據(jù)對(duì)上述方案的敘述得知，通過(guò)檢測(cè)母線電壓信號(hào)，參與接地電阻計(jì)算，使得硬件電路參數(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于調(diào)試，成本低，可提高接地電阻測(cè)量范圍，公式推導(dǎo)如下條件R1=R4，R2=R3，VC1=K1XV1，VC2=K2XV2，VPV+/_=K3XV3，其中K1、K2、K3 為由硬件電路參數(shù)決定的比例系數(shù)。V2表示經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后得到的負(fù)極電壓信號(hào)。Rx為正極接地電阻，當(dāng)Rx未接在正極與大地之間時(shí)，
VVn =-江~xi 2公式 I
L 」C1 2{R\ tR2) Λ工、當(dāng)Rx接在正極與大地之間時(shí)，Vci =---X R Y //(/n + R2) X R1 公式 2
L J ° RJ!{R\ + RT)^Kl + RA x^1 + /^2[0013]由公式I和公式2可見(jiàn)，Vci電壓與母線電壓有關(guān)，當(dāng)無(wú)接地電阻時(shí)，Vci電壓隨著母線電壓線性變化；當(dāng)有接地電阻時(shí)，且接地電阻阻值不變時(shí)，Vci電壓同樣隨著母線電壓線性變化，所以在只檢測(cè)Va電壓信號(hào)VI，不檢測(cè)母線電壓信號(hào)V3的情況下，無(wú)法確定接地電阻阻值。由公式2可推導(dǎo)出下式
Kri Klx ΠIH ,,, D.R 2
「00151 ——=-=-X Rv //{R[ + R2) X-公式 3
L 」Vpv. — K3 X V3 K//(RI + R2) + IU -I R4Rl + Rl由公式3可見(jiàn)，通過(guò)檢測(cè)母線電壓信號(hào)V3，將正極電壓信號(hào)Vl除以V3后，可得到的含有Rx (接地電阻阻值)的等式，可求出確定的接地電阻Rx阻值。

圖I為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2為本實(shí)用新型母線電壓采樣電路一種變相形式的電路示意圖。圖3為本實(shí)用新型正極電壓采樣電路、負(fù)極電壓采樣電路一種變相形式的電路示意圖。
具體實(shí)施方式
為了能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)具體實(shí)施方式
，并結(jié)合其附圖，對(duì)本方案進(jìn)行闡述。通過(guò)附圖I可以看出，本方案一種應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，主要包括正極接地電阻檢測(cè)濾波電路2，其正輸入端與母線正極PV+連接，負(fù)輸入端與大地連接，母線負(fù)極PV-與負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路3的負(fù)輸入端連接，負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路3的正輸入端與大地連接，正極接地電阻檢測(cè)濾波電路2的輸出端與正極電壓采樣電路4的輸入端連接，負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路3的輸出端與負(fù)極電壓采樣電路5的輸入端連接，正極電壓采樣電路4的輸出端與正極信號(hào)濾波電路6的輸入端連接，負(fù)極電壓采樣電路5的輸出端與負(fù)極信號(hào)濾波電路7的輸入端連接，母線電壓采樣電路8的正輸入端與母線正極PV+連接，其負(fù)輸入端與母線負(fù)極PV-連接，其輸出端與母線電壓信號(hào)調(diào)理電路9的輸入端連接，母線電壓信號(hào)調(diào)理電路9的輸出端與母線電壓信號(hào)濾波電路10的輸入端連接，正極信號(hào)濾波電路6、負(fù)極信號(hào)濾波電路7和母線電壓信號(hào)濾波電路10的輸出端分別與邏輯處理電路11連接。本方案具體電路連接為所述的正極接地電阻檢測(cè)濾波電路2是由電阻和電容組成，其具體電路是，母線正極PV+接電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端接電阻R2的一端，同時(shí)接電阻R5的一端，電阻R2的另一端接大地，電容Cl并接在電阻R2兩端；所述的負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路3是由電阻和電容組成，其具體電路是，母線負(fù)極PV-接電阻R4的一端，電阻R4的另一端接電阻R3的一端，同時(shí)接電阻R12的一端，電阻R3的另一端接大地，電容C2并接在電阻R3兩端；所述的正極電壓采樣電路4是由電阻、電容和運(yùn)算放大器KlA組成，其具體電路是，KlA的4腳接+15V，電容C4 一端接KlA的4腳，另一端接電源地，KlA的11腳接-15V，電容C5 —端接KlA的11腳，另一端接電源地，電阻R6的一端接KlA的3腳，同時(shí)接電阻R5的另一端，電阻R6的另一端接電源地，電容C3并接在電阻R6兩端，電阻R7的一端接KlA的2腳，另一端接大地，電阻R8的一端接KlA的2腳，另一端接KlA的I腳，電容C6并接在電阻R8兩端；所述的負(fù)極電壓采樣電路5是由電阻、電容和運(yùn)算放大器KlB組成，其具體電路是，電阻RlO的一端接KlB的5腳，另一端接大地，電阻Rll的一端KlB的5腳，另一端接電源地，電容C8并接在電阻Rll兩端，電阻R12的一端接KlB的6腳，另一端接電阻R4的一端，電阻R13的一端接KlB的6腳，另一端接KlB的7腳，電容C9并接在電阻R13兩端；所述的正極信號(hào)濾波電路(6)是由電阻和電容組成，其具體電路是，電阻R9的一端接KlA的I腳，另一端接電容C7的一端，同時(shí)接邏輯處理電路11，電容C7的另一端接電源地；所述的負(fù)極信號(hào)濾波電路7是由電阻和電容組成，其具體電路是，電阻R14的一端接KlB的7腳，另一端接電容ClO的一端，同時(shí)接邏輯處理電路11，電容ClO的另一端接電源地；所述的母線電壓采樣電路8是由電阻和運(yùn)算放大器KlC組成，其具體電路是，母線正極PV+接電阻R15的一端，電阻R15的另一端接KlC的10腳，母線負(fù)極PV-接電阻R16的一端，電阻R16的另一端接KlC的9腳，電阻R17的一端接KlC的10腳，另一端接電源地，電阻R18的一端接KlC的9腳，另一端接KlC的8腳；所述的母線電壓信號(hào)調(diào)理電路9是由電阻、電容和運(yùn)算放大器KlD組成，其具體電路是，電阻R19的一端接KlC的8腳，另一端接KlD的12腳，電阻R20的一端接KlD的12腳，另一端接電源地，電容Cll并接在電阻R20兩端，電阻R21的一端接KlD的13腳，另一端接KlD的14腳；所述的母線電壓信號(hào)濾波電路 10是由電阻和電容組成，其具體電路是，電阻R22的一端接KlD的14腳，另一端接電阻R23的一端，同時(shí)接邏輯處理電路11，電阻R23的另一端接電源地，電容C12并接在電阻R23兩端；所述的運(yùn)算放大器Kl采用的是型號(hào)為L(zhǎng)M248的運(yùn)算放大器。正極接地電阻RxI表示母線正極待測(cè)直流接地電阻；正極接地電阻檢測(cè)濾波電路2的作用是將母線正極對(duì)大地的高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)行濾波處理后用于母線正極電壓檢測(cè)；負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路3作用是將母線負(fù)極對(duì)大地的高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)行濾波處理后用于母線負(fù)極電壓檢測(cè)；正極電壓采樣電路4的作用是采集母線正極低電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)；負(fù)極電壓采樣電路5的作用是采集母線負(fù)極低電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)；正極信號(hào)濾波電路6的作用是對(duì)母線正極電壓弱電信號(hào)濾波；負(fù)極信號(hào)濾波電路7的作用是對(duì)母線負(fù)極電壓弱電信號(hào)濾波；母線電壓采樣電路8的作用是對(duì)母線電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；母線電壓信號(hào)調(diào)理電路9的作用是對(duì)母線電壓采集信號(hào)進(jìn)行濾波及信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換；母線電壓信號(hào)濾波電路10的作用是對(duì)母線電壓信號(hào)濾波；邏輯處理電路11的作用是將母線正極電壓信號(hào)、母線負(fù)極電壓信號(hào)與母線電壓信號(hào)進(jìn)行比較后，通過(guò)計(jì)算接地電阻阻值，判定母線正極或母線負(fù)極是否接大地，之后輸出接地故障信號(hào)及接地電阻阻值參數(shù)。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，其特征是，它主要包括 正極接地電阻RX，連接在母線正極PV+與大地間； 正極接地電阻檢測(cè)濾波電路(2)，其正輸入端與母線正極PV+連接，負(fù)輸入端接地； 負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路(3)，其負(fù)輸入端與母線負(fù)極PV-連接，正輸入端接地； 正極接地電阻檢測(cè)濾波電路(2)的輸出端與正極電壓采樣電路(4)的輸入端連接，負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路(3)的輸出端與負(fù)極電壓采樣電路(5)的輸入端連接； 正極電壓采樣電路(4)的輸出端與正極信號(hào)濾波電路(6)的輸入端連接，負(fù)極電壓采樣電路(5)的輸出端與負(fù)極信號(hào)濾波電路(7)的輸入端連接； 母線電壓采樣電路(8)的正輸入端與母線正極PV+連接，負(fù)輸入端與母線負(fù)極PV-連接，輸出端與母線電壓信號(hào)調(diào)理電路(9)的輸入端連接； 母線電壓信號(hào)調(diào)理電路(9)的輸出端與母線電壓信號(hào)濾波電路(10)的輸入端連接，正極信號(hào)濾波電路(6)、負(fù)極信號(hào)濾波電路(7)和母線電壓信號(hào)濾波電路(10)的輸出端分別與邏輯處理電路(11)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，其特征是，所述母線電壓采樣電路(8)包括一個(gè)運(yùn)算放大器K1C，它的正極端分別與電阻R15、電阻R17一端連接，電阻R17的另一端接電源地，電阻R15的另一端與母線正極PV+連接；它的負(fù)極端分別與電阻R16、電阻R18—端連接，電阻R16的另一端與母線負(fù)極PV-連接，電阻R18的另一端接KlC的輸出端。
3.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，其特征是，所述正極電壓采樣電路(4)包括一個(gè)運(yùn)算放大器K1A，它的正極端分別與電阻R5、電阻R6、電容C3 —端連接，其中電阻R5的另一端與正極接地電阻檢測(cè)濾波電路(2)輸出端連接，電阻R6、電容C3的另一端并聯(lián)接電源地；它的負(fù)極端分別與電阻R7、電阻R8、電容C6 —端連接，電阻R7的另一端接大地，電阻R8、電容C6的另一端并聯(lián)接KlA的輸出端。
4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，其特征是，所述運(yùn)算放大器KlA的正電源端與+15V電源連接，同時(shí)該端還經(jīng)電容C4接電源地；負(fù)電源端與-15V電源連接，同時(shí)該端還經(jīng)電容C5接電源地。
5.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，其特征是，所述負(fù)極電壓采樣電路(5)包括一個(gè)運(yùn)算放大器K1B，它的正極端分別與電阻R10、電阻R11、電容C8 —端連接，其中電阻RlO的另一端接大地，電阻R11、電容C8的另一端并聯(lián)接電源地，它的負(fù)極端分別與電阻R12、電阻R13、電容C9 一端連接，電阻Rl2的另一端與負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路(3)輸出端連接，電阻R13、電容C9的另一端并聯(lián)接KlB的輸出端。
6.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，其特征是，所述母線電壓采樣電路(8 )、正極電壓采樣電路(4 )和負(fù)極電壓采樣電路(5 )分別使用電壓傳感器采樣電路代替。
7.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，其特征是，所述正極接地電阻檢測(cè)濾波電路(2)包括一個(gè)電阻R1，電阻Rl的一端與母線正極PV+連接，另一端與并聯(lián)的電阻R2、電容Cl 一端連接，電阻R2、電容Cl的另一端接大地； 所述負(fù)極接地電阻檢測(cè)濾波電路(3)包括一個(gè)電阻R4，電阻R4的一端與母線負(fù)極PV-連接，另一端與并聯(lián)的電阻R3、電容C2 —端連接，電阻R3、電容C2另一端接大地。
8.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，其特征是，所述正極信號(hào)濾波電路(6)包括電阻R9，它的一端與正極電壓采樣電路(4)輸出端連接，另一端與電容C7和邏輯處理電路輸入端連接，電容C7另一端接電源地； 所述負(fù)極信號(hào)濾波電路(7)包括電阻R14，它的一端與負(fù)極電壓采樣電路(5)輸出端連接，另一端與電容ClO和邏輯處 理電路輸入端連接，電容ClO另一端接電源地。
9.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，其特征是，所述邏輯處理電路輸出接地故障信號(hào)和接地電阻阻值信號(hào)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于光伏逆變系統(tǒng)的直流接地電阻檢測(cè)電路，該方案采用直流檢測(cè)法，并實(shí)時(shí)檢測(cè)直流電源系統(tǒng)母線電壓，通過(guò)電路計(jì)算，可在較大范圍內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量接地電阻阻值。母線正極PV+與大地間設(shè)有正極接地電阻Rx；母線正極PV+和母線負(fù)極PV-分別經(jīng)過(guò)相應(yīng)的濾波電路后，通過(guò)檢測(cè)母線正極PV+和母線負(fù)極PV-的電壓，分別經(jīng)相應(yīng)的濾波電路后送入邏輯處理電路。
文檔編號(hào)G01R27/20GK202710661SQ20122034451
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者張光先, 張洪亮, 劉晨, 劉國(guó)平, 趙愛(ài)光, 劉路 申請(qǐng)人:山東奧太電氣有限公司