[发明专利]一种检测直流系统的绝缘阻抗的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于大功率变流器技术领域，特别是涉及了一种检测直流系统的绝缘阻抗的装置及方法。适用于检测变流器的直流侧的绝缘阻抗是否符合标准。比如应用在光伏发电等领域。

技术背景

大功率电力电子变流技术是集半导体材料技术、电力电子技术、现代控制理论技术、电网技术及电力系统技术于一体的综合性技术，是当今发电领域尤其是新能源发电领域的研究热点之一。所以对变流器以及涉及到的其它设备进行保护，尤其是对操作人员的人身安全进行保护就显得尤为重要。其中的直流系统发生一点接地故障或者对地绝缘阻抗减小时，一般不会立即产生危害性后果。但若发生两点同时接地，则可能造成信号装置、控制回路和继电保护装置的误动作，致使断路器跳闸，或者直接造成直流操作电源短路，从而引发严重的电力系统事故。所以不容许直流侧在一点接地的情况下长期运行。系统本身必须具备连续的在线监测绝缘阻抗的能力。

在逆变领域尤其是光伏发电领域，根据《并网光伏发电专用逆变器技术条件》可知，与不接地的光伏方阵连接的逆变器应在系统启动前测量组件方阵输入端与地之间的绝缘阻抗。如果绝缘阻抗不符合要求，对于带隔离的逆变器应指示其故障；对于非隔离的逆变器应指示其故障并且限制其并网。

所以有必要研究一种能检测直流系统的绝缘阻抗的装置来满足要求，更重要的是保证操作人员的人身安全。

现阶段，直流系统绝缘阻抗大多依靠专门的绝缘阻抗仪来检测。绝缘阻抗仪成本较高，结构较复杂，作为一台仪器也不易安装在逆变器系统中，导致不能随时监测数据。所以有必要设计一种成本较低，结构简单，易于集成到控制系统中而且能随时监测数据的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测直流系统的绝缘阻抗的装置及方法。通过检测直流系统的直流电压以及绝缘电流计算出绝缘阻抗，或者直接判断绝缘电流是否超过阈值，达到监测绝缘阻抗的目的。同时具有结构简单、成本低廉、控制容易的优点。

本发明的装置包括：主控芯片 1、继电器隔离电路2、继电器切换电路3、直流电压检测电路4、阻抗电流产生电路5、阻抗电流检测电路6、电源管理电路7.其中主控芯片与继电器隔离电路相连，进而与继电器切换电路相连。主控芯片发送高低电平信号到继电器隔离电路，然后控制继电器切换电路动作。继电器切换电路与直流电压检测电路相连，还与阻抗电流产生电路相连。通过控制继电器的常开常闭触点的通断，控制当前进行直流电压检测还是阻抗电流产生。直流电压检测电路与主控芯片相连，将其检测到的直流电压反馈到主控芯片。阻抗电流产生电路与阻抗电流检测电路相连，阻抗电流检测电路与主控芯片相连。产生的阻抗电流输出至阻抗电流检测电路，最后反馈到主控芯片。电源管理电路同时供电给主控芯片、继电器隔离电路、继电器切换电路、直流电压检测电路、阻抗电流产生电路、阻抗电流检测电路。

所述的继电器隔离电路2包括光耦隔离电路23与驱动放大电路22。

所述的光耦隔离电路23由一个光耦芯片、一个下拉电阻、一个限流电阻组成。其中光耦芯片的发光二极管部分与下拉电阻并联，然后与限流电阻串联。光耦芯片的三极管部分与驱动放大电路相连。

所述的驱动放大电路22由一个三极管、一个基极电阻、一个下拉电阻、一个滤波电容、一对反向二极管、一个低压继电器组成。其中三极管的基极串联一个基极电阻，三极管的发射极通过一个下拉电阻、一个滤波电容最后与基极相连。三极管的集电极通过低压继电器的线圈部分、反向二极管最后与电源12V相连；低压继电器的触点部分与继电器切换电路相连。

所述的继电器切换电路3包括正负极分压电阻17、高压继电器18.

所述的正负极分压电阻由6个正极分压电阻、6个负极分压电阻组成。其中电阻与高压继电器相连。

所述的高压继电器由触点部分和线圈部分组成。所述的触点部分由一个常开触点、一个常闭触点组成。其中常开触点与阻抗电流产生电路相连，常闭触点与直流电压检测电路相连。所述的线圈部分的一端与继电器隔离电路相连，另一端与电源管理电路的24V相连。所述的线圈部分的两端还并联了一个反向二极管，用来泄放线圈的电流。

所述的直流电压检测电路由分压电阻网络19、差分电路20、高压隔离电路21组成。

其中分压电阻网络由11个电阻、3个电容组成。其中11个电阻与继电器切换电路中的正负极分压电阻共同分担光伏阵列的直流高压。其中三个电容起滤波作用。

其中差分电路用于去除共模电压，高压隔离电路用于隔离检测电路与主控芯片。