一种逆变器多支路绝缘检测工具及其检测方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体为一种逆变器多支路绝缘检测工具及其检测方法。

背景技术

光伏发电系统是一种利用太阳能电池将太阳能转换为电能的系统，通常由太阳能电池板、逆变器、控制器、电池等组成。光伏发电系统的绝缘性能是影响其安全运行的重要因素，如果绝缘性能不良，可能导致电气火灾、人身伤害或设备损坏等严重后果。因此，对光伏发电系统的绝缘性能进行实时监测和检测是非常必要的。

目前，光伏发电系统的绝缘检测主要有两种方法：一种是采用直流电压法，即在光伏发电系统的正负母线上加上一个直流电压源，通过测量电压源两端的电流来计算出系统的绝缘电阻。这种方法的优点是简单易行，但缺点是需要额外的电压源，增加了系统的成本和复杂度，而且对于多路输入的逆变器，需要在每路输入上都加上电压源，不利于系统的集成和扩展。另一种是采用交流电压法，即在光伏发电系统的正负母线上加上一个交流电压源，通过测量电压源两端的电流来计算出系统的绝缘阻抗。这种方法的优点是不需要额外的电压源，可以利用逆变器本身的交流电压源，但缺点是需要在逆变器停止运行时进行检测，不能实现实时监测，而且对于多路输入的逆变器，需要在每路输入上都加上隔直电容，增加了系统的体积和损耗。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，从而提供了一种逆变器多支路绝缘检测工具及其检测方法；

为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：

本发明的一个目的在于提供一种逆变器多支路绝缘检测工具，包括：

电流互感器，安装在各支路回路上，用于检测各支路的电流；

低频信号源，用于产生超低频信号，并通过隔直电容对地耦合到逆变器的正负母线上；

无源交流小电流传感器，用于感应流过各支路中接地电阻和接地电容的超低频信号电流；

磁调制有源直流小电流传感器，用于感应各支路的直流漏电流；

数据处理单元，用于对感应电流信号进行放大、相位比较、滤波和A/D转换，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器的接地故障；

控制单元，用于控制低频信号源的输出频率和幅度，以及磁调制有源直流小电流传感器的磁场强度，以适应不同的逆变器类型和工作状态。

可选的，所述低频信号源的频率为0.1Hz-10Hz。

可选的，所述隔直电容的电容值为0.1μF-10μF。

可选的，所述无源交流小电流传感器的灵敏度为0.1mA-10mA。

可选的，所述磁调制有源直流小电流传感器的灵敏度为0.1mA-10mA。

可选的，所述数据处理单元包括：

放大器，用于对感应电流信号进行放大；

相位比较器，用于对放大后的感应电流信号进行相位比较；

滤波器，用于对相位比较后的感应电流信号进行滤波；

A/D转换器，用于对滤波后的感应电流信号进行A/D转换；

计算模块，用于对A/D转换后的感应电流信号进行数据处理，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器的接地故障。

可选的，所述控制单元根据各支路的电流、电压和功率等参数，自动调节低频信号源的输出频率和幅度，以及磁调制有源直流小电流传感器的磁场强度，以达到最佳的绝缘检测效果。

本发明的另一个目的在于提供一种逆变器多支路绝缘检测工具的绝缘检测方法，包括以下步骤：

S1：在逆变器正常运行时，通过电流互感器检测各支路的电流，并通过磁调制有源直流小电流传感器检测各支路的直流漏电流；

S2：在逆变器停止运行时，通过低频信号源产生超低频信号，并通过隔直电容对地耦合到逆变器的正负母线上，通过无源交流小电流传感器检测各支路中接地电阻和接地电容的超低频信号电流；

S3：将检测到的感应电流信号通过数据处理单元进行放大、相位比较、滤波和A/D转换，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器的接地故障。

可选的，所述判断出逆变器的接地故障的步骤包括：

如果某一支路的正负极对地的绝缘电阻值均低于预设的阈值，则判断该支路存在双极接地故障；

如果某一支路的正极对地的绝缘电阻值低于预设的阈值，而负极对地的绝缘电阻值高于预设的阈值，则判断该支路存在正极接地故障；

如果某一支路的负极对地的绝缘电阻值低于预设的阈值，而正极对地的绝缘电阻值高于预设的阈值，则判断该支路存在负极接地故障；

如果所有支路的正负极对地的绝缘电阻值均高于预设的阈值，则判断逆变器无接地故障。

本发明有益效果

本申请采用了低频信号源和隔直电容的方式，可以在逆变器停止运行时，对各支路的交流接地回路进行激励和检测，避免了高频信号源和变压器的使用，降低了成本和复杂度；

本申请采用了无源交流小电流传感器和磁调制有源直流小电流传感器，可以分别感应各支路中的超低频信号电流和直流漏电流，提高了检测的灵敏度和准确度；

本申请采用了数据处理单元和控制单元，可以对感应电流信号进行放大、相位比较、滤波和A/D转换，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器的接地故障，实现了智能化和自动化的绝缘检测。

附图说明

图1为本发明工作原理示意图。

附图标记说明：1-电流互感器，2-低频信号源，3-无源交流小电流传感器，4-磁调制有源直流小电流传感器，5-数据处理单元，6-控制单元，7-逆变器。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明的一个目的在于提供一种逆变器多支路绝缘检测工具，包括：

电流互感器1，安装在各支路回路上，用于检测各支路的电流；

低频信号源2，用于产生超低频信号，并通过隔直电容对地耦合到逆变器7的正负母线上；

无源交流小电流传感器3，用于感应流过各支路中接地电阻和接地电容的超低频信号电流；

磁调制有源直流小电流传感器4，用于感应各支路的直流漏电流；

数据处理单元5，用于对感应电流信号进行放大、相位比较、滤波和A/D转换，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器7的接地故障；

控制单元6，用于控制低频信号源2的输出频率和幅度，以及磁调制有源直流小电流传感器4的磁场强度，以适应不同的逆变器7类型和工作状态。

电流互感器1：分别连接在各支路的正负极线缆上，用于检测各支路的电流，并将电流信号传输给数据处理单元5。

低频信号源2：连接在逆变器7的正负母线上，用于在逆变器7停止运行时，产生超低频信号，并通过隔直电容对地耦合到各支路上，激励各支路的交流接地回路。低频信号源2的输出频率和幅度由控制单元6自动调节。

隔直电容：分别连接在逆变器7的正负母线和地线上，用于在逆变器7停止运行时，将低频信号源2的输出信号对地耦合到各支路上，形成交流接地回路。

无源交流小电流传感器3：分别连接在各支路的正负极线缆上，用于在逆变器7停止运行时，检测各支路中接地电阻和接地电容的超低频信号电流，并将电流信号传输给数据处理单元5。

磁调制有源直流小电流传感器4：分别连接在各支路的正负极线缆上，用于在逆变器7正常运行时，检测各支路的直流漏电流，并将电流信号传输给数据处理单元5。磁调制有源直流小电流传感器4的磁场强度由控制单元6自动调节。

数据处理单元5：连接在逆变器7的控制板上，用于对感应电流信号进行放大、相位比较、滤波和A/D转换，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器7的接地故障。

控制单元6：连接在逆变器7的控制板上，用于根据各支路的电流、电压和功率等参数，自动调节低频信号源2的输出频率和幅度，以及磁调制有源直流小电流传感器4的磁场强度，以适应不同的逆变器7类型和工作状态，保证检测的准确性和稳定性

所述低频信号源2的频率为0.1Hz-10Hz；

所述隔直电容的电容值为0.1μF-10μF；

所述无源交流小电流传感器3的灵敏度为0.1mA-10mA；

所述磁调制有源直流小电流传感器4的灵敏度为0.1mA-10mA；

所述数据处理单元5包括：

放大器，用于对感应电流信号进行放大；

相位比较器，用于对放大后的感应电流信号进行相位比较；

滤波器，用于对相位比较后的感应电流信号进行滤波；

A/D转换器，用于对滤波后的感应电流信号进行A/D转换；

计算模块，用于对A/D转换后的感应电流信号进行数据处理，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器7的接地故障；

所述控制单元6根据各支路的电流、电压和功率等参数，自动调节低频信号源2的输出频率和幅度，以及磁调制有源直流小电流传感器4的磁场强度，以达到最佳的绝缘检测效果；

在逆变器7正常运行时，通过电流互感器1检测各支路的电流，并通过磁调制有源直流小电流传感器4检测各支路的直流漏电流；这一步骤主要是为了监测各支路的直流工作状态，以及是否存在直流接地故障。

在逆变器7停止运行时，通过低频信号源2产生超低频信号，并通过隔直电容对地耦合到逆变器7的正负母线上，通过无源交流小电流传感器3检测各支路中接地电阻和接地电容的超低频信号电流。这一步骤主要是为了激励各支路的交流接地回路，以及检测各支路的交流接地故障。

将检测到的感应电流信号通过数据处理单元5进行放大、相位比较、滤波和A/D转换，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器7的接地故障。这一步骤主要是为了利用欧姆定律计算各支路的绝缘电阻，以及根据预设的阈值判断是否存在双极、正极或负极接地故障。

工作原理：

本申请采用了低频信号源2和隔直电容的方式，可以在逆变器7停止运行时，对各支路的交流接地回路进行激励和检测，避免了高频信号源和变压器的使用，降低了成本和复杂度，低频信号源2的频率为0.1Hz-10Hz，隔直电容的电容值为0.1μF-10μF，这些参数可以根据不同的逆变器7类型和工作状态进行调节，以达到最佳的激励效果。

本申请采用了无源交流小电流传感器3和磁调制有源直流小电流传感器4，可以分别感应各支路中的超低频信号电流和直流漏电流，提高了检测的灵敏度和准确度。无源交流小电流传感器3的灵敏度为0.1mA-10mA，磁调制有源直流小电流传感器4的灵敏度为0.1mA-10mA，这些参数可以根据不同的逆变器7类型和工作状态进行调节，以达到最佳的检测效果。

本申请采用了数据处理单元5和控制单元6，可以对感应电流信号进行放大、相位比较、滤波和A/D转换，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器7的接地故障，实现了智能化和自动化的绝缘检测。数据处理单元5包括放大器、相位比较器、滤波器、A/D转换器和计算模块，控制单元6根据各支路的电流、电压和功率等参数，自动调节低频信号源2的输出频率和幅度，以及磁调制有源直流小电流传感器4的磁场强度，以适应不同的逆变器7类型和工作状态；

本申请采用了低频信号源2和隔直电容的方式，可以在逆变器7停止运行时，对各支路的交流接地回路进行激励和检测，避免了高频信号源和变压器的使用，降低了成本和复杂度。

可以理解的是，本申请可以利用逆变器7的空闲时间，对各支路的交流接地故障进行检测，而不影响逆变器7的正常运行，同时，它可以减少外部设备的使用，简化了检测电路的设计，提高了检测的可靠性和安全性。

例如，如果使用高频信号源和变压器的方式，就需要在逆变器7的正负母线上并联一个高频变压器，然后通过高频信号源给变压器的一次侧施加高频电压，从而在变压器的二次侧产生高频电流，再通过电流互感器1检测各支路的高频电流。这种方式的缺点是，它会增加逆变器7的体积和重量，增加逆变器7的损耗和噪声，降低逆变器7的效率和寿命，同时还会对电网产生电磁干扰，影响电网的稳定性和质量。

本申请采用了无源交流小电流传感器3和磁调制有源直流小电流传感器4，可以分别感应各支路中的超低频信号电流和直流漏电流，提高了检测的灵敏度和准确度。

可以理解的是，本申请可以根据各支路的不同特性，选择合适的传感器，实现对交流和直流两种类型的接地故障的有效检测。同时，它可以避免传感器的互相干扰，提高检测的信噪比和分辨率。

例如，如果使用无源交流小电流传感器3，就可以利用其高灵敏度和低阻抗的特点，感应各支路中接地电阻和接地电容的超低频信号电流，从而判断各支路的交流接地故障。如果使用磁调制有源直流小电流传感器4，就可以利用其高稳定性和高抗干扰性的特点，感应各支路的直流漏电流，从而判断各支路的直流接地故障。

本申请采用了数据处理单元5和控制单元6，可以对感应电流信号进行放大、相位比较、滤波和A/D转换，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器7的接地故障，实现了智能化和自动化的绝缘检测。

可以理解的是，本申请可以利用数据处理单元5的数字信号处理能力，对感应电流信号进行有效的处理，提取出有用的信息，从而计算出各支路的绝缘电阻值，并根据预设的阈值，判断出逆变器7的接地故障类型和位置。同时，它可以利用控制单元6的控制能力，对低频信号源2的输出频率和幅度，以及磁调制有源直流小电流传感器4的磁场强度，进行自动调节，从而适应不同的逆变器7类型和工作状态，保证检测的准确性和稳定性。

例如，如果使用数据处理单元5，就可以利用放大器对感应电流信号进行放大，利用相位比较器对放大后的感应电流信号进行相位比较，利用滤波器对相位比较后的感应电流信号进行滤波，利用A/D转换器对滤波后的感应电流信号进行A/D转换，利用计算模块对A/D转换后的感应电流信号进行数据处理，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器7的接地故障。如果使用控制单元6，就可以根据各支路的电流、电压和功率等参数，自动调节低频信号源2的输出频率和幅度，以及磁调制有源直流小电流传感器4的磁场强度，从而达到最佳的绝缘检测效果。

本发明的另一个目的在于提供一种逆变器7多支路绝缘检测工具的绝缘检测方法，包括以下步骤：

S1：在逆变器7正常运行时，通过电流互感器1检测各支路的电流，并通过磁调制有源直流小电流传感器4检测各支路的直流漏电流；

S2：在逆变器7停止运行时，通过低频信号源2产生超低频信号，并通过隔直电容对地耦合到逆变器7的正负母线上，通过无源交流小电流传感器3检测各支路中接地电阻和接地电容的超低频信号电流；

S3：将检测到的感应电流信号通过数据处理单元5进行放大、相位比较、滤波和A/D转换，并结合母线绝缘监测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，计算出各支路的正负极对地的绝缘电阻值，并判断出逆变器7的接地故障。

所述判断出逆变器7的接地故障的步骤包括：

如果某一支路的正负极对地的绝缘电阻值均低于预设的阈值，则判断该支路存在双极接地故障；

如果某一支路的正极对地的绝缘电阻值低于预设的阈值，而负极对地的绝缘电阻值高于预设的阈值，则判断该支路存在正极接地故障；

如果某一支路的负极对地的绝缘电阻值低于预设的阈值，而正极对地的绝缘电阻值高于预设的阈值，则判断该支路存在负极接地故障；

如果所有支路的正负极对地的绝缘电阻值均高于预设的阈值，则判断逆变器7无接地故障

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。