專利名稱：一種應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路。
背景技術：
在現有技術中，直流電源系統是光伏電站、發電廠、變電站中重要的電源之一。當直流電源系統發生接地故障時，可能引發嚴重的電力系統事故，因此直流電源系統的絕緣水平關系著電網、光伏電站、發電廠和變電站的安全運行。目前，直流電源系統接地故障檢測的主要方法有交流檢測法和直流檢測法。交流檢測法是通過在母線上施加一交流信號，利用交流電流傳感器檢測漏電流，從而計算出接地電阻，其優點是母線或所有接地支路正接地或負接地均能檢出；其缺點是受系統對地分布電容的影響較大，需要復雜的交流信號源，在向直流電源系統注入交流信號的同時也引入了干擾。直流檢測法是將母線的正、負兩極通過一限流電阻接地，從而將直流電源系統的總電壓施加于正、負極對地絕緣電阻上， 產生一直流電流，通過檢測該電流值，可計算出系統正、負極對地電阻值，其優點是不受系統對地分布電容的影響，不需要復雜的交流信號源，不產生干擾，成本低；其缺點是只能在單根母線接地或所有接地支路都正接地或者負接地時檢測出接地電阻，同時因母線輸入電壓范圍、接地電阻阻值范圍及精度等因素，可準確計算的接地電阻范圍較小，電路參數設計困難。根據上述兩種檢測方法的優缺點，結合光伏逆變系統接地故障的特點，使用直流檢測法是最佳選擇，所以直流檢測法應用于光伏逆變器系統中存在的問題是提高接地電阻準確測量范圍
實用新型內容
本實用新型是針對現有技術的不足，而提出一種應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，該方案采用直流檢測法，并實時檢測直流電源系統母線電壓，通過電路計算，可在較大范圍內準確測量接地電阻阻值。本方案是通過如下技術措施來實現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；正極接地電阻檢測濾波電路，其正輸入端與母線正極PV+連接，負輸入端接地；負極接地電阻檢測濾波電路，其負輸入端與母線負極PV-連接，正輸入端接地；正極接地電阻檢測濾波電路的輸出端與正極電壓采樣電路的輸入端連接，負極接地電阻檢測濾波電路的輸出端與負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濾波電路的輸入端連接，負極電壓采樣電路的輸出端與負極信號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，負輸入端與母線負極PV-連接，輸出端與母線電壓信號調理電路的輸入端連接；母線電壓信號調理電路的輸出端與母線電壓信號濾波電路的輸入端連接，正極信號濾波電路、負極信號濾波電路和母線電壓信號濾波電路的輸出端分別與邏輯處理電路連接。本方案的特點是所述的正極接地電阻檢測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；所述的負極接地電阻檢測濾波電路是由電阻和電容組成，其具體電路是，母線負極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；所述的負極電壓采樣電路是由電阻、電容和運算放大器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，同時接邏輯處理電路，電容C7的另一端接電源地；所述的負極信號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調理電路是由電阻、電容和運算放大器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；所述的運算放大器Kl采用的是型號為LM248的運算放大器。所述母線電壓采樣電路、正極電壓采樣電路和負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對上述方案的敘述得知，通過檢測母線電壓信號，參與接地電阻計算，使得硬件電路參數設計簡單，易于調試，成本低，可提高接地電阻測量范圍，公式推導如下條件R1=R4，R2=R3，VC1=K1XV1，VC2=K2XV2，VPV+/_=K3XV3，其中K1、K2、K3 為由硬件電路參數決定的比例系數。V2表示經過信號處理后得到的負極電壓信號。Rx為正極接地電阻，當Rx未接在正極與大地之間時，
VVn =-江~xi 2公式 I
L 」C1 2{R\ tR2) Λ工、當Rx接在正極與大地之間時，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，Vci電壓與母線電壓有關，當無接地電阻時，Vci電壓隨著母線電壓線性變化；當有接地電阻時，且接地電阻阻值不變時，Vci電壓同樣隨著母線電壓線性變化，所以在只檢測Va電壓信號VI，不檢測母線電壓信號V3的情況下，無法確定接地電阻阻值。由公式2可推導出下式
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，通過檢測母線電壓信號V3，將正極電壓信號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為本實用新型具體實施方式
的電路結構圖。圖2為本實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為本實用新型正極電壓采樣電路、負極電壓采樣電路一種變相形式的電路示意圖。
具體實施方式
為了能清楚說明本方案的技術特點，下面通過具體實施方式
，并結合其附圖，對本方案進行闡述。通過附圖I可以看出，本方案一種應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，主要包括正極接地電阻檢測濾波電路2，其正輸入端與母線正極PV+連接，負輸入端與大地連接，母線負極PV-與負極接地電阻檢測濾波電路3的負輸入端連接，負極接地電阻檢測濾波電路3的正輸入端與大地連接，正極接地電阻檢測濾波電路2的輸出端與正極電壓采樣電路4的輸入端連接，負極接地電阻檢測濾波電路3的輸出端與負極電壓采樣電路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濾波電路6的輸入端連接，負極電壓采樣電路5的輸出端與負極信號濾波電路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，其負輸入端與母線負極PV-連接，其輸出端與母線電壓信號調理電路9的輸入端連接，母線電壓信號調理電路9的輸出端與母線電壓信號濾波電路10的輸入端連接，正極信號濾波電路6、負極信號濾波電路7和母線電壓信號濾波電路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；所述的負極接地電阻檢測濾波電路3是由電阻和電容組成，其具體電路是，母線負極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；所述的負極電壓采樣電路5是由電阻、電容和運算放大器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，同時接邏輯處理電路11，電容C7的另一端接電源地；所述的負極信號濾波電路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調理電路9是由電阻、電容和運算放大器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；所述的運算放大器Kl采用的是型號為LM248的運算放大器。正極接地電阻RxI表示母線正極待測直流接地電阻；正極接地電阻檢測濾波電路2的作用是將母線正極對大地的高電壓信號轉換為低電壓信號，該信號進行濾波處理后用于母線正極電壓檢測；負極接地電阻檢測濾波電路3作用是將母線負極對大地的高電壓信號轉換為低電壓信號，該信號進行濾波處理后用于母線負極電壓檢測；正極電壓采樣電路4的作用是采集母線正極低電壓信號，轉換為弱電信號；負極電壓采樣電路5的作用是采集母線負極低電壓信號，轉換為弱電信號；正極信號濾波電路6的作用是對母線正極電壓弱電信號濾波；負極信號濾波電路7的作用是對母線負極電壓弱電信號濾波；母線電壓采樣電路8的作用是對母線電壓進行實時采集；母線電壓信號調理電路9的作用是對母線電壓采集信號進行濾波及信號電壓轉換；母線電壓信號濾波電路10的作用是對母線電壓信號濾波；邏輯處理電路11的作用是將母線正極電壓信號、母線負極電壓信號與母線電壓信號進行比較后，通過計算接地電阻阻值，判定母線正極或母線負極是否接大地，之后輸出接地故障信號及接地電阻阻值參數。
權利要求1.一種應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，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； 正極接地電阻檢測濾波電路(2)，其正輸入端與母線正極PV+連接，負輸入端接地； 負極接地電阻檢測濾波電路(3)，其負輸入端與母線負極PV-連接，正輸入端接地； 正極接地電阻檢測濾波電路(2)的輸出端與正極電壓采樣電路(4)的輸入端連接，負極接地電阻檢測濾波電路(3)的輸出端與負極電壓采樣電路(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濾波電路(6)的輸入端連接，負極電壓采樣電路(5)的輸出端與負極信號濾波電路(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，負輸入端與母線負極PV-連接，輸出端與母線電壓信號調理電路(9)的輸入端連接； 母線電壓信號調理電路(9)的輸出端與母線電壓信號濾波電路(10)的輸入端連接，正極信號濾波電路(6)、負極信號濾波電路(7)和母線電壓信號濾波電路(10)的輸出端分別與邏輯處理電路(11)連接。
2.如權利要求I所述的應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，其特征是，所述母線電壓采樣電路(8)包括一個運算放大器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的另一端與母線負極PV-連接，電阻R18的另一端接KlC的輸出端。
3.如權利要求I所述的應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，其特征是，所述正極電壓采樣電路(4)包括一個運算放大器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濾波電路(2)輸出端連接，電阻R6、電容C3的另一端并聯接電源地；它的負極端分別與電阻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的另一端并聯接KlA的輸出端。
4.如權利要求3所述的應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，其特征是，所述運算放大器KlA的正電源端與+15V電源連接，同時該端還經電容C4接電源地；負電源端與-15V電源連接，同時該端還經電容C5接電源地。
5.如權利要求I所述的應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，其特征是，所述負極電壓采樣電路(5)包括一個運算放大器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的另一端并聯接電源地，它的負極端分別與電阻R12、電阻R13、電容C9 一端連接，電阻Rl2的另一端與負極接地電阻檢測濾波電路(3)輸出端連接，電阻R13、電容C9的另一端并聯接KlB的輸出端。
6.如權利要求I所述的應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，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.如權利要求I所述的應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，其特征是，所述正極接地電阻檢測濾波電路(2)包括一個電阻R1，電阻Rl的一端與母線正極PV+連接，另一端與并聯的電阻R2、電容Cl 一端連接，電阻R2、電容Cl的另一端接大地； 所述負極接地電阻檢測濾波電路(3)包括一個電阻R4，電阻R4的一端與母線負極PV-連接，另一端與并聯的電阻R3、電容C2 —端連接，電阻R3、電容C2另一端接大地。
8.如權利要求I所述的應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，其特征是，所述正極信號濾波電路(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； 所述負極信號濾波電路(7)包括電阻R14，它的一端與負極電壓采樣電路(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.如權利要求I所述的應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，其特征是，所述邏輯處理電路輸出接地故障信號和接地電阻阻值信號。
專利摘要本實用新型涉及一種應用于光伏逆變系統的直流接地電阻檢測電路，該方案采用直流檢測法，并實時檢測直流電源系統母線電壓，通過電路計算，可在較大范圍內準確測量接地電阻阻值。母線正極PV+與大地間設有正極接地電阻Rx；母線正極PV+和母線負極PV-分別經過相應的濾波電路后，通過檢測母線正極PV+和母線負極PV-的電壓，分別經相應的濾波電路后送入邏輯處理電路。
文檔編號G01R27/20GK202710661SQ20122034451
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月16日 優先權日2012年7月16日
發明者張光先, 張洪亮, 劉晨, 劉國平, 趙愛光, 劉路 申請人:山東奧太電氣有限公司