分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置，其包括母線電流檢測模塊、母線電壓檢測模塊、對地電流采集模塊、對地漏電流采集模塊、開關信號輸入輸出模塊、中央控制處理模塊、通訊模塊、繼電器控制模塊、負極接地單元、負極電源單元和運行指示模塊；中央控制處理模塊接收相應模塊采集的電壓、電流信息，計算并判斷光伏系統方陣的對地絕緣電阻值和對地漏電流是否超限，當判定超限時向開關量信號輸入輸出模塊和繼電器控制模塊輸出相應保護動作指令。本發明能實現對光伏系統方陣全天候絕緣安全保護，有效保障光伏系統運行安全。
【專利說明】
分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置
技術領域
[0001]本發明涉及分布式光伏技術領域，具體涉及分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置。【背景技術】
[0002]近年來，分布式光伏系統發電的應用越來越廣泛，其具有緩解常規能源的短缺和減少環境的污染的作用。隨著分布式光伏應用越來越多，電站規模越來越大，組件串聯的數目不斷增大。同時分布式光伏系統大部分安裝于屋頂，處于無人值守、定期維護檢修的狀態，且目前光伏系統直流側絕緣安全只在逆變器啟動時進行監測，光伏系統在發電過程中無實時絕緣安全監測功能。系統一出現絕緣安全問題，不能及時被發現，嚴重影響了光伏電站的安全，可能造成嚴重的人員財產傷害，對電站投資收益造成不可挽回的損失，如何有效實時監測分布式光伏安全絕緣問題很有必要。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是:針對上述技術問題，發明了一種分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置，其在使用時，在光伏系統處于發電運行時能實時在線監測光伏組件方陣的對地絕緣安全情況，也可在光伏逆變器不工作時實現光伏組件方陣的絕緣安全監測;通過監控光伏系統方陣的絕緣阻抗情況，實現對光伏系統方陣的絕緣安全保護，從而有效提高光伏系統的可靠性，保障光伏系統運行安全。
[0004]本發明的技術方案是:本發明的分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置，其結構特點是:包括母線電流檢測模塊、母線電壓檢測模塊、對地電流采集模塊、對地漏電流采集模塊、開關信號輸入輸出模塊、中央控制處理模塊、通訊模塊、繼電器控制模塊、負極接地單元、負極電源單元和運行指示模塊;其中:母線電流采樣模塊，用于采集直流側正極母線電流信號，并將采樣的電流信號發送給中央控制處理模塊;母線電流采樣模塊的輸入端通過電流互感器與直流側正極母線電連接;母線電流采樣模塊的輸出端與中央控制處理模塊電連接；母線電壓采樣模塊，用于采集光伏系統電壓信號，并將采樣的電壓信號發送給中央控制處理模塊;母線電壓采樣模塊的3個輸入端分別與被測光伏系統方陣的直流側正極母線、 直流側負極母線以及被測光伏系統方陣的正極對地電阻和負極對地電阻共同接地的公共接點電連接;母線電壓采樣模塊的輸出端與中央控制處理模塊電連接；負極接地單元，用于提供不同電壓電源和在線虛擬可變電阻；負極接地單元的輸入端與直流側負極母線電連接；負極電源單元，用于實現負極接地及負極電源模塊的投切以及直流滅弧；負極電源單元的輸入端與負極接地單元的輸出端電連接;負極電源單元的輸出端與中央控制處理模塊電連接;負極電源單元的接地端接地；對地電流采集模塊，用于檢測負極電源單元的接地電流，對地電流采集模塊的輸入端通過電流互感器與負極電源單元的接地端電連接;對地電流采集模塊的輸出端與中央控制處理模塊電連接；對地漏電流采集模塊，用于采集光伏系統方陣直流側母線的對地漏電流;對地漏電流采集模塊通過電流互感器與光伏系統方陣直流側正極母線和直流側負極母線電連接;對地漏電流采集模塊的輸出端與中央控制處理模塊電連接；開關量信號輸入輸出模塊，用于實現與光伏系統相關外部設備的互聯;開關量信號輸入輸出模塊與中央控制處理模塊電連接；通訊模塊，用于實現與后臺的遠程信息交互;通訊模塊與中央控制處理模塊雙向信號電連接；繼電器控制模塊，用于根據中央控制處理模塊的指令相應控制光伏系統方陣直流母線的投切和光伏發電功率變換器的斷開隔離；運行指示模塊，用于顯示裝置的運行狀態;運行指示模塊的輸入端與中央控制處理模塊電連接；中央控制處理模塊，用于接收采集的電壓、電流信息，計算并判斷光伏系統方陣的對地絕緣電阻值和對地漏電流是否超限，當判定超限時向開關量信號輸入輸出模塊和繼電器控制模塊輸出相應保護動作指令。
[0005]本發明具有積極的效果:本發明的分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置， 其在使用時，通過對光伏系統方陣相關的電壓、電流信號的采集獲取光伏系統方陣的相應信息，自動判斷光伏系統方陣的絕緣狀態，當判定超限時自動作出并執行相關的保護動作； 從而實現對光伏系統方陣的全天候的絕緣安全保護，有效保障光伏系統運行安全；同時，后臺工作人員也能方便地實現遠程對光伏方陣系統絕緣安全狀態的監控。【附圖說明】
[0006]圖1為本發明的電路結構示意框圖，圖中還示意性顯示了其在使用時與光伏系統方陣的電連接關系。
[0007]上述附圖中的附圖標記如下:母線電流檢測模塊1，母線電壓檢測模塊2,對地電流采集模塊3,對地漏電流采集模塊 4，開關信號輸入輸出模塊5，中央控制處理模塊6，通訊模塊7，繼電器控制模塊8，負極接地單元9，負極電源單元10，運行指示模塊11。【具體實施方式】
[0008]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0009](實施例1)見圖1，本實施例的分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置，其用于分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測，分布式光伏系統具有光伏系統方陣、光伏發電功率變換器、連接在光伏系統方陣與光伏發電功率變換器(光伏逆變器)的直流母線正極(PV+)之間的直流側正極母線和連接在光伏系統方陣與光伏發電功率變換器的直流母線負極(PV-)之間的直流側負極母線;光伏系統方陣具有正極對地電阻RpV+，工作時其上的壓降為Upv+;正極對地電阻Rpv+的一端與直流側正極母線電連接;光伏系統方陣具有負極對地電阻Rpv-，工作時其上的壓降為UpV-;負極對地電阻Rpv-的一端與直流側負極母線電連接;正極對地電阻Rpv+ 的另一端與負極對地電阻Rpv-的另一端具有公共接點且該公共接點接地。
[0010]本實施例的分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置，其主要由母線電流檢測模塊1、母線電壓檢測模塊2、對地電流采集模塊3、對地漏電流采集模塊4、開關信號輸入輸出模塊5、中央控制處理模塊6、通訊模塊7、繼電器控制模塊8、負極接地單元9、負極電源單元10和運行指示模塊11組成。
[0011]母線電流采樣模塊1，用于采集直流側正極母線電流信號il，并將采樣的電流信號發送給中央控制處理模塊6;母線電流采樣模塊1的輸入端通過電流互感器與直流側正極母線電連接;母線電流采樣模塊1的輸出端與中央控制處理模塊6電連接。
[0012]母線電壓采樣模塊2,用于采集光伏系統電壓信號，并將采樣的電壓信號發送給中央控制處理模塊6;母線電壓采樣模塊2的3個輸入端分別與直流側正極母線、直流側負極母線以及光伏系統方陣的正極對地電阻Rpv+和負極對地電阻Rpv-的公共接點電連接;母線電壓采樣模塊2的輸出端與中央控制處理模塊6電連接。
[0013]負極接地單元9,用于提供不同電壓電源和在線虛擬可變電阻Rvr，參與對地絕緣阻值計算;負極接地單元9的輸入端與直流側負極母線電連接。
[0014]負極電源單元10,用于實現負極接地及負極電源模塊的投切以及直流滅弧功能； 負極電源單元10的輸入端與負極接地單元9的輸出端電連接;負極電源單元10的輸出端與中央控制處理模塊6電連接;負極電源單元10的接地端接地。
[0015]對地電流采集模塊3，用于檢測負極電源單元10的接地電流i4，對地電流采集模塊 3的輸入端通過電流互感器與負極電源單元10的接地端電連接;對地電流采集模塊3的輸出端與中央控制處理模塊6電連接。
[0016]對地漏電流采集模塊4,用于采集光伏系統方陣的直流母線的對地漏電流(il-12);對地漏電流采集模塊4通過電流互感器與直流側正極母線和直流側負極母線電連接； 對地漏電流采集模塊4的輸出端與中央控制處理模塊6電連接。
[0017]開關量信號輸入輸出模塊5,用于實現與光伏系統相應的外部設備如聲光報警設備、光伏發電功率變換器的互聯;開關量信號輸入輸出模塊5與中央控制處理模塊6電連接。 [〇〇18]通訊模塊7,用于實現與后臺的遠程信息交互;通訊模塊7與中央控制處理模塊6雙向信號電連接。
[0019]繼電器控制模塊8,用于根據中央控制處理模塊6的指令相應控制光伏系統方陣直流母線的投切和光伏發電功率變換器的斷開隔離，及時切斷異常設備實現系統的安全絕緣保護。
[0020]運行指示模塊11，用于顯示裝置的運行狀態;運行指示模塊11的輸入端與中央控制處理模塊6電連接。[0021 ]中央控制處理模塊6，用于接收采集的電壓、電流信息，計算并判定光伏系統方陣的對地絕緣電阻值和對地漏電流是否超限，當判定光伏系統絕緣異常時通過開關量信號輸入輸出模塊5給出報警信號；當判定采集的對地漏電流(il_i2)小于最大漏電流設定值時， 判定光伏發電功率變換器內部出現絕緣問題，通過繼電器控制模塊8強制斷開光伏發電功率變換器使其處于隔離狀態，保證系統絕緣安全。[〇〇22]本實施例的分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置，其工作原理簡述如下:光伏系統方陣的正極對地電阻Rpv+的檢測:負極電源單元10改變內部對地Rvr，使其為0歐姆，貝ij負極對地電壓為0，即Upv-=0;負極接地單元9開始工作，通過直流滅弧電路使負極與大地連接，對地電流采樣模塊3檢測電流 i4，母線電壓采集模塊2采集正極對地電壓Upv+，此時，由于負極對地短接，Rpv-等效并聯0 歐姆電阻，對地漏電流采集模塊4采集對地漏電流為(il_i2)，所以正極等效對地電阻Req+ 為:Req+= Upv+/[i4+(il-12)]；設光伏發電功率變換器對地電阻為Rs+，則有:Rs+=Upv+/(il-12)；因Rpv+與Rs+并聯，可得: l/(Rs+)+l/(Rpv+)=l/ (Req+)；則有:Rpv+ =[(Rs+)X(Req+)]/[(Rs+)-(Req+)]；光伏系統方陣的負極對地電阻Rpv-的檢測:負極電源單元10改變內部對地Rvr，使其遠遠大于光伏對地電阻Rpv-，此時i4=0,母線電壓采集模塊2檢測光伏系統方陣正極對地電壓Upv+與負極對地電壓Upv-，則直流母線電壓為:Upv= (Upv+) +(Upv-)，此時負極對地電壓為:Upv- = UpvX(Rpv-)/[(Rpv+)+(Rpv-)]；通過上式可得Rpv-:Rpv-=(Rpv+)X Upv-/[(Upv)+(Upv-)]〇
[0023]上述計算均由中央控制處理模塊6利用內置的現有技術的程序自動進行。
[0024]中央控制處理模塊6對光伏系統絕緣安全進行判定并相應做出動作:中央控制處理模塊6內置有光伏系統方陣對地絕緣電阻Rpv+和Rpv-的最低判斷閥值， 當Rpv+、Rpv-的檢測計算值小于最低判斷閥值時，中央控制處理模塊6通過開關量信號輸入輸出模塊5給出報警信號，驅動聲光報警以保證電站運營的人員的安全；中央控制處理模塊6內置有設定的最大漏電流判定閥值，當中央控制處理模塊6判斷當前對地漏電流采集 (i 1 -1 2)小于設定的最大漏電流判定閥值時，則中央控制處理模塊6判定光伏發電功率變換器內部出現絕緣問題，通過開關量信號輸入輸出模塊5給出光伏發電功率變換器關機命令， 通過繼電器控制模塊8強制斷開光伏發電功率變換器使其處于隔離狀態，保證系統絕緣安全。
[0025]以上實施例是對本發明的【具體實施方式】的說明，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人員在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應的等同的技術方案，因此所有等同的技術方案均應該歸入本發明的專利保護范圍。
【主權項】
1.一種分布式光伏系統在線對地絕緣安全監測裝置，其特征在于:包括母線電流檢測 模塊、母線電壓檢測模塊、對地電流采集模塊、對地漏電流采集模塊、開關信號輸入輸出模 塊、中央控制處理模塊、通訊模塊、繼電器控制模塊、負極接地單元、負極電源單元和運行指 示模塊;其中:母線電流采樣模塊，用于采集直流側正極母線電流信號，并將采樣的電流信號發送給 中央控制處理模塊;母線電流采樣模塊的輸入端通過電流互感器與直流側正極母線電連 接;母線電流采樣模塊的輸出端與中央控制處理模塊電連接；母線電壓采樣模塊，用于采集光伏系統電壓信號，并將采樣的電壓信號發送給中央控 制處理模塊;母線電壓采樣模塊的3個輸入端分別與被測光伏系統方陣的直流側正極母線、 直流側負極母線以及被測光伏系統方陣的正極對地電阻和負極對地電阻共同接地的公共 接點電連接;母線電壓采樣模塊的輸出端與中央控制處理模塊電連接；負極接地單元，用于提供不同電壓電源和在線虛擬可變電阻；負極接地單元的輸入端 與直流側負極母線電連接；負極電源單元，用于實現負極接地及負極電源模塊的投切以及直流滅弧；負極電源單 元的輸入端與負極接地單元的輸出端電連接;負極電源單元的輸出端與中央控制處理模塊 電連接;負極電源單元的接地端接地；對地電流采集模塊，用于檢測負極電源單元的接地電流，對地電流采集模塊的輸入端 通過電流互感器與負極電源單元的接地端電連接;對地電流采集模塊的輸出端與中央控制 處理模塊電連接；對地漏電流采集模塊，用于采集光伏系統方陣直流側母線的對地漏電流;對地漏電流 采集模塊通過電流互感器與光伏系統方陣直流側正極母線和直流側負極母線電連接;對地 漏電流采集模塊的輸出端與中央控制處理模塊電連接；開關量信號輸入輸出模塊，用于實現與光伏系統相關外部設備的互聯;開關量信號輸 入輸出模塊與中央控制處理模塊電連接；通訊模塊，用于實現與后臺的遠程信息交互;通訊模塊與中央控制處理模塊雙向信號 電連接；繼電器控制模塊，用于根據中央控制處理模塊的指令相應控制光伏系統方陣直流母線 的投切和光伏發電功率變換器的斷開隔離；運行指示模塊，用于顯示裝置的運行狀態;運行指示模塊的輸入端與中央控制處理模 塊電連接；中央控制處理模塊，用于接收采集的電壓、電流信息，計算并判斷光伏系統方陣的對地 絕緣電阻值和對地漏電流是否超限，當判定超限時向開關量信號輸入輸出模塊和繼電器控 制模塊輸出相應保護動作指令。
【文檔編號】G01R19/165GK106018967SQ201610310491
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】鞠非, 焦道海, 華明明, 毛科偉
【申請人】國網江蘇省電力公司常州供電公司, 國網江蘇省電力公司, 國家電網公司