一种功率变换器及其绝缘阻抗检测方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种功率变换器及其绝缘阻抗检测方法。

背景技术

光伏逆变器、储能变流器等功率变换器，对其输入端所接的光伏组件、蓄电池等电源，通常有对地绝缘阻抗检测的要求。传统的检测方式，是设置一个如图1中所示的Y型电阻电桥，并在该Y型电阻电桥中点NET与直流母线正极BUS+之间并联一个开关S；通过控制该开关S通断，进行不同情况下的电压检测，进而计算得到相应功率变换器直流侧的对地绝缘阻抗检测值。

实际应用中，该开关S需要满足基本绝缘的安规要求，并需要考虑一定的电压应力及电流应力，这导致继电器的选型要求及电路成本高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种功率变换器及其绝缘阻抗检测方法，以解决传统电阻电桥检测时继电器选型要求高以及电路成本高的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请第一方面提供了一种功率变换器的绝缘阻抗检测方法，功率变换器交流侧的接地继电器通过扰动电阻接地；所述绝缘阻抗检测方法包括：

控制所述接地继电器以及所述功率变换器的逆变电路动作，实现所述扰动电阻对于所述功率变换器中直流母线的连接投切；

对于所述扰动电阻的不同投切情况，分别获取所述功率变换器中直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值；

根据各所述检测值，计算得到所述功率变换器直流侧的对地绝缘阻抗值。

可选的，控制所述接地继电器以及所述功率变换器的逆变电路动作，包括：

控制所述接地继电器吸合；以及，

控制所述逆变电路中与所述接地继电器对应的桥臂内，连接于所述桥臂交流连接点与所述直流母线正极之间的开关管，及，连接于所述桥臂交流连接点与所述直流母线负极之间的开关管，分别单独导通。

可选的，控制所述接地继电器以及所述功率变换器的逆变电路动作，包括：

控制所述接地继电器吸合；以及，

控制所述逆变电路中与所述接地继电器对应的桥臂内，连接于所述桥臂交流连接点与所述直流母线正极或负极之间的开关管导通。

可选的，对于所述扰动电阻的不同投切情况，分别获取所述功率变换器中直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值，包括：

在所述扰动电阻被投入至连接所述直流母线正极的情况下，分别获取所述直流母线电压和所述直流母线任一极对地电压的检测值；以及，

在所述扰动电阻被投入至连接所述直流母线负极的情况下，分别获取所述直流母线电压和所述直流母线任一极对地电压的检测值。

可选的，对于所述扰动电阻的不同投切情况，分别获取所述功率变换器中直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值，包括：

在所述扰动电阻被切出的情况下，分别获取所述直流母线电压和所述直流母线任一极对地电压的检测值；以及，

在所述扰动电阻被投入至连接所述直流母线正极或负极的情况下，分别获取所述直流母线电压和所述直流母线任一极对地电压的检测值。

可选的，所述直流母线任一极对地电压，为：所述直流母线正极的对地电压。

本申请第二方面提供一种功率变换器，包括：控制器、逆变电路、Y型电阻电桥、接地继电器、扰动电阻及电压检测模块；其中，

所述逆变电路的直流侧用于连接直流电源，其正负极之间连接有母线电容；

所述逆变电路的交流侧通过滤波单元连接并网点；

所述接地继电器的一端连接于所述滤波单元靠近并网点一侧的零线，另一端通过所述扰动电阻接地；

所述电压检测模块用于采集所述逆变电路的直流侧电压，作为直流母线电压输出至所述控制器；以及，采集直流母线任一极对地电压并输出至所述控制器；

所述逆变电路及所述接地继电器，受控于所述控制器，所述控制器用于执行如上述第一方面任一种所述的功率变换器的绝缘阻抗检测方法。

可选的，所述逆变电路的直流侧正负极通过Y型电阻电桥接地。

可选的，还包括：依次设置于所述滤波单元与并网点之间的：交流侧继电器、交流EMI滤波单元及交流防雷单元；

所述交流侧继电器受控于所述控制器，并在所述控制器执行所述绝缘阻抗检测方法时处于断开状态。

可选的，所述滤波单元还依次通过交流侧继电器及离网EMI滤波单元，连接离网口。

可选的，所述交流侧继电器，包括：依次连接的逆变继电器和并网继电器；

所述逆变继电器和所述并网继电器之间的连接点，通过所述离网EMI滤波单元连接离网口；

所述并网继电器用于连接并网点。

可选的，所述接地继电器，包括：两个串联连接的继电器；串联连接点通过所述扰动电阻接地，串联后的一端连接于所述滤波单元靠近并网点一侧的零线，串联后的另一端连接所述离网EMI滤波单元的保护地线。

可选的，所述逆变电路为：H桥拓扑、三电平拓扑、Heric拓扑或者H6拓扑。

可选的，还包括：至少一个DC/DC变换电路，所述DC/DC变换电路的一侧连接直流电源，另一侧通过直流母线连接所述逆变电路的直流侧。

可选的，所述直流电源为光伏组串或者储能电池。

本申请提供的功率变换器的绝缘阻抗检测方法，其借助于功率变换器交流侧接地继电器与地之间的扰动电阻，首先控制该接地继电器以及功率变换器的逆变电路动作，实现该扰动电阻对于功率变换器中直流母线的连接投切，改变直流母线至少一极的对地阻抗；并在扰动电阻处于不同投切情况下时，也即直流母线至少一极对地阻抗有所不同时，分别获取功率变换器中直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值；然后根据各检测值，计算得到功率变换器直流侧的对地绝缘阻抗值；无需现有技术中额外的继电器，进而避免了其继电器选型要求高以及电路成本高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的Y型电阻电桥的结构示意图；

图2a为本申请实施例提供的单级式功率变换器的结构示意图；

图2b为本申请实施例提供的单级式功率变换器的另一结构示意图；

图2c为本申请实施例提供的单级式功率变换器的另一结构示意图；

图3为本申请实施例提供的功率变换器的绝缘阻抗检测方法的流程图；

图4a为本申请实施例提供的单级式功率变换器的等效结构示意图；

图4b为本申请实施例提供的单级式功率变换器的另一等效结构示意图；

图5为本申请实施例提供的单级式功率变换器的Δ等效电路图；

图6为本申请实施例提供的Y型电阻电桥的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请提供一种功率变换器的绝缘阻抗检测方法，以解决传统电阻电桥检测时继电器选型要求高以及电路成本高的问题。

参见图2a，该功率变换器包括：控制器(图中未展示)、逆变电路101、接地继电器202、扰动电阻R

需要说明的是，图2a仅以一种单级式逆变器拓扑为例进行展示，且其逆变电路101可以是图2b和图2c中所示的Heric拓扑(包括开关管Q

参见图3，该功率变换器的绝缘阻抗检测方法，包括：

S101、控制接地继电器以及功率变换器的逆变电路动作，实现扰动电阻对于功率变换器中直流母线的连接投切。

对于接地继电器的控制，具体是指控制其吸合或者不吸合；对于该逆变电路的控制，具体是指控制其内部各开关管的通断，比如控制至少一个开关管导通。

参见图2b和图2c，当控制接地继电器202吸合、开关管Q

由于该扰动电阻R

S102、对于扰动电阻的不同投切情况，分别获取功率变换器中直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值。

该不同投切情况，可以是指扰动电阻R

该直流母线电压具体是指直流母线正极BUS+和直流母线负极BUS-之间的电压；该直流母线任一极对地电压，具体可以是直流母线正极BUS+的对地电压，也可以是直流母线负极BUS-的对地电压。

S103、根据各检测值，计算得到功率变换器直流侧的对地绝缘阻抗值。

步骤S101中，以功率变换器交流侧的接地继电器代替了图1所示现有技术中额外的继电器S，以图2a至图2c中的扰动电阻R

本实施例提供的该绝缘阻抗检测方法，通过上述原理，即可计算得到功率变换器直流侧的对地绝缘阻抗值；不再需要现有技术中额外的继电器，进而避免了其继电器选型要求高以及电路成本高的问题。

在上一实施例的基础之上，本实施例给出了该绝缘阻抗检测方法的一种可选实现形式，其步骤S101中，控制接地继电器以及功率变换器的逆变电路动作，具体可以包括：控制接地继电器(如图2a中所示的202)吸合；以及，控制逆变电路中与接地继电器对应的桥臂内，连接于桥臂交流连接点(如图2a中所示的NET)与直流母线正极之间的开关管(如图2b和图2c中所示的Q

而其步骤S102、对于扰动电阻的不同投切情况，分别获取功率变换器中直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值，具体包括：在扰动电阻被投入至连接直流母线正极的情况下，分别获取直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值；以及，在扰动电阻被投入至连接直流母线负极的情况下，分别获取直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值。

结合图2c对该绝缘阻抗检测方法的具体过程进行一个示例性的介绍如下：

首先接地继电器202不吸合，检测直流母线任一极比如正极BUS+的对地电压V

然后控制接地继电器202吸合，同时控制开关管Q

再控制地继电器202维持吸合，同时控制开关管Q

以直流电源为光伏组串PV为例，记该功率变换器直流侧正极PV+的对地绝缘阻抗为R+、直流侧负极PV-的对地绝缘阻抗为R-，扰动电阻R

图5所示为相应的Δ等效电路，其中，R

在接地继电器202闭合前、接地继电器202闭合后且开关管Q2导通以及接地继电器202闭合后且开关管Q6导通的三种情况下，根据KCL定律可得式(1)、式(2)以及式(3)的等式：

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式(3)-(2)，化简可得单开关Y型电桥检测电路计算的对地绝缘阻抗检测的理论值R

其中，

从式(2)和式(3)可以看出，通过阻抗上下通道切换，可以使上下阻抗比例的变化加大，从而增大两次电压差值，以提高检测精度。

因此，本实施例不仅无需现有技术中额外的绝缘阻抗继电器，而且，通过逆变电路内的开关管通断，还可以切换电阻接入路径，从而提高检测精度。

当然，实际应用中，该绝缘阻抗检测方法也可以利用扰动电阻被切出和被投入至连接直流母线任一极的两种情况，来进行电压检测和对地绝缘阻抗检测值的计算。

此时，该步骤S101中，控制接地继电器以及功率变换器的逆变电路动作，具体包括：控制接地继电器吸合；以及，控制逆变电路中与接地继电器对应的桥臂内，连接于桥臂交流连接点与直流母线正极或负极之间的开关管导通。

而步骤S102、对于扰动电阻的不同投切情况，分别获取功率变换器中直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值，具体包括：在扰动电阻被切出的情况下，分别获取直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值；以及，在扰动电阻被投入至连接直流母线正极或负极的情况下，分别获取直流母线电压和直流母线任一极对地电压的检测值。

此时，计算该对地绝缘阻抗检测的理论值R

本申请另一实施例提供了一种功率变换器，如图2a中所示，包括：控制器(图中未展示)、逆变电路101、接地继电器202、扰动电阻R

逆变电路101的直流侧用于连接光伏组串或储能电池等直流电源，且正负极之间连接有母线电容，且其正负极可以通过Y型电阻电桥201接地EARTH。

该逆变电路101的交流侧通过滤波单元301连接并网点。

需要说明的是，图2a仅以一种单级式逆变器拓扑为例进行展示，且其逆变电路101可以是图2b和图2c中所示的Heric拓扑(包括开关管Q1至Q6)，实际应用中，该逆变电路101也可以采用其他拓扑，例如H桥拓扑、三电平拓扑、H6拓扑等，但均具有最基本的开关管Q1、Q2、Q5及Q6。

该接地继电器202的一端连接于滤波单元301靠近并网点一侧的零线，另一端通过扰动电阻R

Y型电阻电桥201包括电阻R

实际应用中，如图2b所示，该功率变换器还可以进一步包括：依次设置于滤波单元301与并网点之间的：交流侧继电器302、交流EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)滤波单元304及交流防雷单元305。此时，该功率变换器可以作为光伏逆变器。

或者，该滤波单元301还可以依次通过交流侧继电器及离网EMI滤波单元(如图2c中所示的EPSEMI滤波单元)306，连接离网口(如图2c中所示的EPS)。此时，如图2c中所示，该接地继电器202，具体可以包括：两个串联连接的继电器；两者的串联连接点通过扰动电阻R

实际应用中，该功率变换器并不仅限于图2a至图2c所示的单级式拓扑，其也可以是两级式拓扑，即在逆变电路101的前级还设置有至少一个DC/DC变换电路，DC/DC变换电路的一侧连接相应的直流电源，另一侧连接逆变电路101的直流侧，且DC/DC变换电路也受控于控制器。

该电压检测模块用于采集逆变电路101的直流侧电压，作为直流母线电压输出至控制器；以及，采集直流母线任一极(图2a至图2c中以正极为例进行展示)对地电压并输出至控制器；该逆变电路101及各继电器，受控于控制器。

逆变电路及各继电器，受控于控制器；该控制器，具体可以是其内部DSP(DigitalSignalProcessing，数字信号处理器)，用于执行如上述任一实施例所述的功率变换器的绝缘阻抗检测方法；该绝缘阻抗检测方法的具体过程和原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

需要说明的是，图2b中的交流侧继电器302，以及，图2c中的逆变继电器302和并网继电器303，均受控于控制器，并在控制器执行该绝缘阻抗检测方法时均处于断开状态；也即，该控制器只需控制逆变电路101和接地继电器202动作，即可实现该绝缘阻抗检测方法。

实际应用中，该功率变换器可以是光伏逆变器，也可以是储能变流器，还可以是光储变流器，视其具体应用环境而定即可；利用其本身具备的接地继电器实现电阻电桥对地阻抗的切换，从而可以省去额外的继电器，以降低电路成本。而且，通过逆变电路中开关管的切换，还可以实现阻抗的不同接入方式，从而可以提高检测的精度。另外，由于该扰动电阻连接接地继电器，在不需要进行绝缘阻抗检测时，该扰动电阻被接地继电器隔开，无漏电流，无安规问题，所以可以选取小阻值电阻，进一步提高检测精度。

本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。