一种绝缘阻抗检测方法、变换器及储能变换系统

技术领域

本发明涉及绝缘检测技术领域，具体涉及一种绝缘阻抗检测方法、变换器及储能变换系统。

背景技术

在储能变换系统中，其变换器的主要功能是对储能系统中的电池进行充放电管理，而该变换器在工作前首先要保证其电池侧对地阻抗满足要求。目前，变换器主要采用单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路对储能系统的绝缘阻抗进行检测。

现有的单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路，如图1所示，主要包括：开关S以及由R1、R2和R3构成的Y型桥臂；其中，Y型桥臂的一端与储能系统中相应路电池的正极BAT+相连，另一端与该路电池的负极BAT-相连，第三端接地PE(Protecting Earthing，地线)，该开关S设置于Y型桥臂中点与该路电池的负极BAT-之间。其中，Rm、Rn为变换器其他部分电路的对地等效阻抗。

在进行单机绝缘阻抗检测时，通过对开关S进行控制，分别计算出BAT+对PE的阻抗值R+、BAT-对PE的阻抗值R-，进而判断是否符合绝缘阻抗的要求。但是该方案仅针对单路电池的检测有效，当储能系统中存在多路电池并联至该变换器时，因为各路电池的电压不一定相同，若同时切入，会则产生压差导致打火；而如果每路电池上分别增加相应的绝缘阻抗检测电路，又会增大检测电路成本。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明提出了一种绝缘阻抗检测方法、变换器及储能变换系统，以在不增加绝缘检测成本的基础上实现对于多路并联电池的绝缘阻抗检测。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面公开了一种绝缘阻抗检测方法，应用于变换器，所述变换器的被测系统侧包括多对连接端口，各所述连接端口分别经所述变换器内的相应传输支路，汇总至设置有绝缘阻抗检测电路的直流母线；所述绝缘阻抗检测方法包括：

控制各对所述传输支路逐一导通；

分别在各对所述传输支路处于导通状态时，复用所述绝缘阻抗检测电路，实现对于相应对连接端口所接直流电源的绝缘阻抗检测。

优选的，各所述传输支路分别为正极传输支路或者负极传输支路；若连接相应直流电源负极的各所述连接端口共用同一个所述负极传输支路，则控制各对所述传输支路逐一导通，包括：

控制所述负极传输支路导通，以及，控制其他各所述正极传输支路逐一导通。

优选的，若所述绝缘阻抗检测电路为单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路，则复用所述绝缘阻抗检测电路，实现对于相应对连接端口所接直流电源的绝缘阻抗检测，包括：

控制所述单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路中的开关动作；

获取所述开关动作前后的电压检测结果；

根据所述电压检测结果计算得到相应直流电源的绝缘阻抗。

本申请第二方面公开了一种变换器，包括：主电路、绝缘阻抗检测电路、检测模块和控制模块；其中：

所述主电路的两侧分别作为所述变换器的被测系统侧和对外侧；

所述被测系统侧包括多对连接端口，各所述连接端口分别经所述主电路内的相应传输支路，汇总至所述主电路的直流母线；

所述绝缘阻抗检测电路设置于所述直流母线上；

所述检测模块用于检测所述绝缘阻抗检测电路和所述主电路中相应位置的电流/电压，并将检测结果输出至所述控制模块；

所述绝缘阻抗检测电路和所述主电路均受控于所述控制模块；

所述控制模块执行的程序中包括如上述第一方面任一段落所述的绝缘阻抗检测方法。

优选的，各所述传输支路分别为正极传输支路或者负极传输支路；

连接相应直流电源正极的各所述连接端口分别配备有各自的所述正极传输支路；

连接相应直流电源负极的各所述连接端口共用同一个所述负极传输支路。

优选的，各所述传输支路分别为正极传输支路或者负极传输支路；

各所述连接端口分别配备有各自的传输支路。

优选的，所述传输支路中包括：熔丝、第一接触器及缓起支路；其中：

所述熔丝的一端连接相应的所述连接端口，所述熔丝的另一端通过所述第一接触器连接所述直流母线的相应极；

所述缓起支路与所述第一接触器并联连接；

所述缓起支路和所述第一接触器均受控于所述控制模块。

优选的，还包括：一个第二接触器，用于从任一所述正极传输支路中所述熔丝与所述第一接触器之间的连接点取电，为所述控制模块供电。

优选的，所述绝缘阻抗检测电路为单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路。

优选的，所述主电路中包括：功率变换电路、母线电容模块、滤波模块、所述直流母线以及各所述传输支路；

各所述传输支路的一侧连接相应的所述连接端口，各所述传输支路的另一侧均连接至所述直流母线；

所述直流母线通过所述滤波模块连接所述母线电容模块；

所述母线电容模块通过所述功率变换电路连接所述变换器的对外侧；

所述功率变换电路和各所述传输支路均受控于所述控制模块。

优选的，所述功率变换电路为：逆变电路，或者，DCDC变换电路。

优选的，所述功率变换电路包括：DCDC变换电路和逆变电路；

所述DCDC变换电路的一侧连接所述滤波模块；

所述DCDC变换电路的另一侧通过所述母线电容模块连接所述逆变电路的直流侧；

所述逆变电路的交流侧作为所述对外侧。

优选的，所述滤波模块为LC滤波器。

优选的，所述直流电源为电池或者光伏组串。

本申请第三方面公开了一种储能变换系统，其特征在于，包括：多个电池，以及，如上述第二方面任一段落所述的变换器；

各所述电池作为相应的直流电源，分别连接所述变换器的相应对连接端口。

基于上述本申请提供的绝缘阻抗检测方法，其所应用的变换器在被测系统侧包括多对连接端口，各连接端口分别经变换器内的相应传输支路，汇总至设置有绝缘阻抗检测电路的直流母线；该绝缘阻抗检测方法，控制各对传输支路逐一导通；并且分别在各对传输支路处于导通状态时，复用绝缘阻抗检测电路，实现对于相应对连接端口所接直流电源的绝缘阻抗检测；进而当储能系统中存在多路电池通过该变换器进行并联连接时，也可以通过上述各对传输支路的逐一导通和对于绝缘阻抗检测电路的复用，逐一实现对于各路电池的绝缘阻抗检测，而且无需为每路电池分别增加相应的绝缘阻抗检测电路，避免了相应成本的增加。

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所需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为现有的单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的变换器部分结构的示意图；

图3为本申请实施例提供的绝缘阻抗检测方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的绝缘阻抗检测方法的部分流程图；

图5为本申请实施例提供的变换器部分结构的另一种示意图；

图6为本申请实施例提供的变换器的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的变换器的主电路的拓扑图；

图8为本申请实施例提供的变换器的一种应用场景示意图。

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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明提出了一种绝缘阻抗检测方法，以在不增加绝缘检测成本的基础上实现对于多路并联电池的绝缘阻抗检测。

该绝缘阻抗检测方法，应用于变换器，参见图2，该变换器的被测系统侧包括多对连接端口，如图2中所示，其中一对连接端口分别为1+和1-，另一对连接端口分别为N+和N-；各连接端口分别经变换器内的相应传输支路(如图2中所示的传输支路1至传输支路4)，汇总至设置有绝缘阻抗检测电路的直流母线。

参见图3，该绝缘阻抗检测方法，包括：

S101、控制各对传输支路逐一导通。

S102、分别在各对传输支路处于导通状态时，复用绝缘阻抗检测电路，实现对于相应对连接端口所接直流电源的绝缘阻抗检测。

实际应用中，可以先控制任意一对传输支路导通，然后在其导通状态下，通过该绝缘阻抗检测电路，实现对于相应直流电源的绝缘阻抗检测；再控制另外一对传输支路导通，并在其导通状态下，再次通过该绝缘阻抗检测电路，实现对于相应直流电源的绝缘阻抗检测；直至全部对传输支路均导通过，并通过复用该绝缘阻抗检测电路，完成了对于全部直流电源的绝缘阻抗检测为止。

以图2所示结构为例进行说明，可以先控制端口1+和1-所接的传输支路1和2导通，然后再控制下一对传输支路导通，直至传输支路3和4导通；并分别在各对传输支路处于导通状态下，通过复用该绝缘阻抗检测电路，实现对于各直流电源的绝缘阻抗检测。实际应用中，也可以按照其他顺序来控制各对传输支路逐一导通，此处仅为一种示例，并不仅限于此。

由上述内容可知，本实施例提供的该绝缘阻抗检测方法，能够逐一实现对于并联连接的各个直流电源的绝缘阻抗检测。当直流电源为电池时，也即储能系统中存在多路电池通过该变换器进行并联连接时，如果每路电池上增加一个绝缘阻抗检测电路，会增大检测电路成本；而本实施例提供的该绝缘阻抗检测方法，通过上述各对传输支路的逐一导通和对于绝缘阻抗检测电路的复用，分别实现对于各路电池的绝缘阻抗检测，而且无需为每路电池分别增加相应的绝缘阻抗检测电路，避免了相应成本的增加。

实际应用中，各传输支路分别为正极传输支路(如图2所示的传输支路1和传输支路3)或者负极传输支路(如图2所示的传输支路2和传输支路4)。对于传输支路的设置方式可以有两种选择，一种如图2所示，各连接端口分别配备有各自的传输支路；另一种如图5所示，连接相应直流电源正极的各连接端口(如图5中的BAT1+和BAT2+)分别配备有各自的正极传输支路，而连接相应直流电源负极的各连接端口(如图5中的BAT1-和BAT2-)共用同一个负极传输支路，可以节约传输成本。

在上一实施例的基础之上，对于图5所示的结构，也即连接相应直流电源负极的各连接端口共用同一个负极传输支路时，上一实施例中的步骤S101，具体包括：控制负极传输支路导通，以及，控制其他各正极传输支路逐一导通。

图5以被测系统侧包括两对连接端口(BAT1+和BAT1-，以及，BAT2+和BAT2-)且直流电源是电池为例进行展示。当第一路电池BAT1需要检测时，控制正极传输支路1和负极传输支路均导通，然后通过绝缘阻抗检测电路实现对于电池BAT1的绝缘阻抗检测；检测完成后，断开正极传输支路1、导通正极传输支路2，再通过绝缘阻抗检测电路检测第二路电池BAT2的绝缘阻抗。实际应用中，也可以按照其他顺序来控制各对传输支路逐一导通，此处仅为一种示例，并不仅限于此；并且，该变换器的被测系统侧也可以包括更多对连接端口，原理类似，此处不再赘述。

值得说明的是，上述实施例中所提到的绝缘阻抗检测电路，可以是现有技术中任意形式的电路，比如图1中所示的单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路；实际应用中，也可以在直流母线正极和PE之间，以及，直流母线负极和PE之间，分别设置有串联连接的电阻和开关。并不仅限于此，现有技术中任意形式的绝缘阻抗检测电路均可，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

优选的，若绝缘阻抗检测电路为单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路，则在上述实施例的基础之上，步骤S102中的复用绝缘阻抗检测电路，实现对于相应对连接端口所接直流电源的绝缘阻抗检测，如图4所示，具体包括：

S201、控制单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路中的开关动作。

S202、获取开关动作前后的电压检测结果。

S203、根据电压检测结果计算得到相应直流电源的绝缘阻抗。

参见图1所示的单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路，在每次进行绝缘阻抗检测时，通过控制其开关S的导通关断动作，获取开关S动作前后的电压检测结果，分别计算出相应直流电源正极BAT+对PE的阻抗值R+，以及，相应直流电源负极BAT-对PE的阻抗值R-，进而判断该直流电源是否符合绝缘阻抗的要求。

若该绝缘阻抗检测电路采用现有技术中的其他形式，则步骤S102的具体过程参见相应的现有技术即可，此处不再一一赘述。

本申请另一实施例还提供了一种变换器，如图6所示，包括：主电路100、绝缘阻抗检测电路200、检测模块(图中未展示)和控制模块(图中未展示)；其中：

主电路100的一侧，作为变换器的被测系统侧、与各个直流电源相连；主电路100的另一侧，作为变换器的对外侧、连接外部设备，比如并网变压器。

该被测系统侧设置有多对连接端口(比如图6中所示的两对连接端口：1+和1-，以及，N+和N-)，各连接端口分别经主电路100内的相应传输支路，汇总至主电路100的直流母线101。具体如图6所示：连接端口1+通过传输支路1连接至直流母线101，连接端口1-通过传输支路2连接至直流母线101，连接端口N+通过传输支路3连接至直流母线101，连接端口N-通过传输支路4连接至直流母线101。

绝缘阻抗检测电路200设置于直流母线101上；该绝缘阻抗检测电路200可以是现有技术中任意形式的电路，优选为图1中所示的单开关Y型不平衡电桥绝缘阻抗检测电路；实际应用中，也可以在直流101母线正极和PE之间，以及，直流母线101负极和PE之间，分别设置有串联连接的电阻和开关。并不仅限于此，现有技术中任意形式的绝缘阻抗检测电路均可，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

该检测模块用于检测绝缘阻抗检测电路200和主电路100中相应位置的电流/电压，比如检测绝缘阻抗检测电路200中开关S动作前后的电压，并生成相应的电压检测结果；然后，该检测模块再将各检测结果输出至控制模块，以辅助控制模块实现各种控制功能。

绝缘阻抗检测电路200和主电路100均受控于控制模块；具体的，绝缘阻抗检测电路200中开关S的导通关断由控制模块来控制，该主电路100中各传输支路的导通关断由控制模块来控制，该主电路100的输出电压/电流也由该控制模块来控制。

该控制模块执行多种程序以完成上述控制功能，并且，其执行的程序中包括如上述任一实施例所述的绝缘阻抗检测方法，其执行的其他程序可以参见现有技术，此处不再赘述。

该绝缘阻抗检测方法的具体过程及原理参见上述实施例即可，此处也不再赘述。

在上一实施例的基础之上，优选的，各传输支路分为两种，一种是正极传输支路(如图6中所示的传输支路1和传输支路3)，另一种是负极传输支路(如图6中所示的传输支路2和传输支路4)。

对于传输支路的设置方式可以有两种选择，一种如图2所示，各连接端口分别配备有各自的传输支路；另一种如图5和图7所示，连接相应直流电源正极的各连接端口(如图5和图7中的BAT1+和BAT2+)分别配备有各自的正极传输支路，而连接相应直流电源负极的各连接端口(如图5和图7中的BAT1-和BAT2-)共用同一个负极传输支路，可以节约传输成本。

优选的，如图7所示，该传输支路中包括：熔丝(如图7中所示的FU1、FU2和FU3)、第一接触器(如图7中所示的K2、K3和K4)及缓起支路(如图7中所示的分别与K2、K3和K4并联连接的支路)。

各传输支路中，熔丝的一端连接相应的连接端口，熔丝的另一端通过第一接触器连接直流母线101的相应极。图7以被测系统侧包括两对连接端口(BAT1+和BAT1-，以及，BAT2+和BAT2-)且直流电源是电池为例进行展示；具体的，第一个正极传输支路中，连接端口BAT1+连接熔丝FU1的一端，熔丝FU1的另一端通过第一接触器K2连接直流母线的正极；第二个正极传输支路中，连接端口BAT2+连接熔丝FU2的一端，熔丝FU2的另一端通过第一接触器K3连接直流母线的正极；该负极传输支路中，连接端口BAT1-和BAT2-均连接熔丝FU3的一端，熔丝FU3的另一端通过第一接触器K4连接直流母线的负极。另外，图7中所述的shut1和shut2为检测模块中用于检测相应正极传输支路中电流的检测设备，其设置方式可以参见现有技术，此处不再赘述。

各传输支路中，缓起支路与第一接触器并联连接；如图7所示，第一接触器K2、K3和K4分别并联有相应的缓起支路，用于在该变换器投入正常运行状态时实现缓起功能。

实际应用中，各缓起支路的导通关断和第一接触器的吸合断开，均受控于控制模块。

对于图7所示的结构，当第一路电池BAT1需要检测时，吸合接触器K2及K4，然后通过绝缘阻抗检测电路实现对于电池BAT1的绝缘阻抗检测；检测完成后，断开接触器K2，吸合接触器K3，再通过绝缘阻抗检测电路检测第二路电池BAT2的绝缘阻抗。

优选的，该变换器还包括：一个第二接触器，用于从任一正极传输支路中熔丝与第一接触器之间的连接点取电，为控制模块供电。

图7中以该第二接触器K1从第一个正极传输支路中熔丝FU1与第一接触器K2之间的连接点取电为例进行展示，实际应用中，该第二接触器可以取电自任一正极传输支路，此处不做限定，均在本申请的保护范围内。

并且，实际应用中，该第二接触器可以受控于该变换器内部采用外供电的MCU，以实现该变换器在启机阶段为控制模块的供电。

在上述实施例的基础之上，优选的，如图6所示，该主电路100中包括：功率变换电路104、母线电容模块103、滤波模块102、直流母线101以及各传输支路(如图6中所示的传输支路1至传输支路4)。

具体的，各传输支路的一侧连接相应的连接端口，各传输支路的另一侧均连接至直流母线101；直流母线101通过滤波模块102连接母线电容模块103；母线电容模块103通过功率变换电路104连接变换器的对外侧；功率变换电路104和各传输支路均受控于控制模块。

实际应用中，该滤波模块102优选为LC滤波器，比如图7中所示的共模电感和电容C；但并不仅限于此，也可以采用其他滤波结构，均在本申请的保护范围内。另外，该母线电容模块103可以包括图7中所示的两个串联电容C1和C2，以实现对于直流母线101的电压支撑，同时为后续的功率变换模块104提供直流侧中点。

对于不同的变换器，其功率变换电路104的拓扑不同，比如，该功率变换电路104为逆变电路时，该变换器为一个光伏逆变器或者储能变流器(其主电路如图7所示)，该光伏逆变器或者储能变流器的对外侧用于连接电网；或者，该功率变换电路104也可以为DCDC变换电路，比如，该变换器为一个储能直流变换设备，如图8所示，其被测系统侧连接储能系统，其对外侧分别与光伏逆变器中前级的DC-DC和后级的DC-AC相连。

另外，该变换器为一个光伏逆变器或者储能变流器时，其功率变换电路104中还可以包括有DCDC变换电路，也即其功率变换电路104中可以同时包括：DCDC变换电路和逆变电路；其中，DCDC变换电路的一侧连接滤波模块102；DCDC变换电路的另一侧通过母线电容模块103连接逆变电路的直流侧；逆变电路的交流侧作为对外侧。

实际应用中，该变换器的被测系统侧所连接的各个直流电源，可以是电池或者光伏组串；当其为电池时，要求其功率变换电路104具备双向功率变换功能。

本申请另一实施例还提供了一种储能变换系统，包括：多个电池，以及，如上述任一实施例所述的变换器；

各电池作为相应的直流电源，分别连接变换器的相应对连接端口。

其变换器内部的结构及工作原理，参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，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。