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I. 说明书摘要

本实用新型涉及光伏并网逆变器技术，尤其涉及一种光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测系统，其包括有上桥臂、下桥臂、电阻开关电路、工频干扰抑制电路、电压跟随电路、隔离放大电路、微处理器、用于检测光伏电池输出电压的PV电压检测电路。本实用新型实现了光伏电池的正极对地绝缘电阻和光伏电池的负极对地绝缘电阻的在线实时检测，保证了光伏并网逆变器安全可靠地工作。

II. 权利要求书

1、一种光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测系统，其特征在于：包括有上桥臂、下桥臂、电阻开关电路、工频干扰抑制电路、电压跟随电路、隔离放大电路、微处理器、用于检测光伏电池输出电压的PV电压检测电路；

所述上桥臂的一端与光伏电池的正极连接，所述上桥臂的另一端接大地，所述电阻开关电路的第一端与光伏电池的正极连接，所述电阻开关电路的第二端接大地，所述电阻开关电路的控制端与所述微处理器的第一I/O端口连接；

所述下桥臂的第一端接大地，所述下桥臂的第二端与光伏电池的负极连接，所述下桥臂的分压输出端与所述工频干扰抑制电路的输入端连接，所述工频干扰抑制电路的输出端与所述电压跟随电路的输入端连接，所述电压跟随电路的输出端与所述隔离放大电路的输入端连接，所述隔离放大电路的输出端与所述微处理器的第一A/D输入端口连接；

所述PV电压检测电路的第一检测端与光伏电池的正极连接，所述PV电压检测电路的第二检测端与光伏电池的负极连接，所述PV电压检测电路的输出端与所述微处理器的第二A/D输入端口连接；其中，所述微处理器设置有检测结果输出端口。

2、根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测系统，其特征在于：所述微处理器的检测结果输出端口还包括有PWM信号端口，所述PWM信号端口与光伏并网逆变器的Boost电路及逆变电路连接。

3、根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测系统，其特征在于：所述微处理器的检测结果输出端口包括有第二I/O端口，所述第二I/O端口连接有报警电路。

4、根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测系统，其特征在于：所述电阻开关电路由电阻和开关串联构成，其中，所述开关为继电器、开关管或光耦。

5、根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测系统，其特征在于：所述微处理器采用FIR数字滤波算法，所述微处理器通过FIR数字滤波算法对A/D采样信号作进一步的数字滤波处理。

6、一种光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：

A：采样光伏电池的输出电压VPV；

B：使电阻开关电路中的开关S1处于断开状态，将电阻R5从上桥臂中脱离，下桥臂的电阻R3、R4分压输出的电压信号Vo1经过工频干扰抑制电路、滤波电路、电压跟随电路和隔离放大电路的处理后，得到输出信号Vad1，Vad1与Vo1的关系为：

(1)

设定R+为光伏电池的正极对地的绝缘电阻，R-为光伏电池的负极对地的绝缘电阻，根据上桥臂的电阻R1、R2和下桥臂的电阻R3、R4分压的关系，得到下面的式子：

(2)

C：使电阻开关电路中的开关S1处于闭合状态，将电阻R5接入上桥臂电路中，下桥臂的电阻R3、R4分压输出的电压信号Vo2经过工频干扰抑制电路、滤波电路、电压跟随电路和隔离放大电路的处理后，得到输出信号Vad2，Vad2与Vo2的关系为：

(3)

根据上桥臂的电阻R1、R2和下桥臂的电阻R3、R4分压的关系，得到下面的式子：

(4)

D: 由步骤B和C得到两组光伏电池的正极对地和光伏电池的负极对地的电压比方程，其中未知参数是R+和R-，进行运算求得R+和R-的电阻值，过程推导如下：

分别把式(1)代入式(2)、式(3)代入式(4)可得：

(5)

(6)

由于VPV、Vad1、Vad2 都是采样得到的数值，令

(7)

(8)

则可得到：

(9)

(10)

从而求得R+和R-的电阻值；

7、根据权利要求6所述的光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测方法，其特征在于：在步骤D后，还包括步骤E：判断R+和R-的电阻值是否满足安规要求。

8、根据权利要求6所述的光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测方法，其特征在于：在步骤E后，还包括步骤F：根据判定结果，执行光伏并网逆变器下一步的动作，若R+和R-的电阻值满足安规要求，则允许光伏并网逆变器启动工作，若不满足安规要求，则禁止光伏并网逆变器启动工作，并发出报警信号。

III. 具体实施例

图1是本实用新型一种光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测系统的结构方框图。

图2是本实用新型一种光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测系统的上桥臂、下桥臂、电阻开关电路、工频干扰抑制电路、滤波电路、电压跟随电路和隔离放大电路的电路实现原理图。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

图1

UPS的内部结构如图二，主要由五部分组成：电源输入电路，进行AC/DC变换的整流器，进行DC/AC变换的逆变器，输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流能量的功能外，对整流器来说就像接了一只大容量电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。

下面结合UPS的内部结构，分析市电供电和断电两种状态下UPS的工作过程：

1、市电正常时，交流电通过主电输入端口，交流电输入经整流滤波变换成直流后，再通过SPWM逆变器逆变，然后交流电供给输出，最后通过逆变静态开关切换到用户负载，形成整个供电的通路。在UPS系统中，之所以在市电供电的情况下还需经过整流、逆变等电路，而不是直接由市电给后端的用户负载供电，其目的是提高供电、用电的质量。同时，通过整流后的直流也给予电池组充电，详细过程见图三，工作路线见图中的标示。

2、当市电异常(断电)时，主电输入端口已经没有电能输入，而是由电池输入，通过SPWM逆变器逆变出交流电供给输出，通过逆变静态开关切换到输出给用户负载，完成整个供电的通路。详细过程见图四，工作路线见图中的标示。

对于整个系统而言，各功能电路的工作电源的重要性是不言而喻的，因为一旦工作电源出现故障，整个装置就陷入瘫痪状态，正常工作就无从谈起，因此工作电源必须可靠、精确。

整流/充电在UPS中主要由两个作用：一是将交流电整流成直流电，经滤波供逆变器使用，二是给蓄电池提供充电电压，对蓄电池进行充电。控制电路是整个整流/充电电路的核心，因为无论是整流直流输出作为逆变器的输入控制，还是给蓄电池充放电的控制，必须保证控制可靠、稳定、有序，因此一般会采用微机控制为核心的控制系统，实现测量与采集、脉冲输出与同步，信号输出等功能，见下图五。

根据各个功能电路的特点，微机处理器、信号输出和脉冲输出的隔离光耦一般采用5V/1A供电，转换A/D采样电路一般为±15V/0.3A，而保护电路中的继电器和后端驱动电路可以采用24V/1A，前端直接通过接入市电供电，金升阳提供的LH60-20B24\URB2405YMD-6WR3\URA2415YMD-10WR3的开关电源能够完美的解决此处的供电方案，具体的初步方案可以设计如下图六：

逆变是将直流电变为交流电，实现逆变的电路称为逆变电路，逆变器的主要功能就是将整流/充电器的输出直流电压变换成稳压稳频的交流电。逆变器主回路采用的是三相桥式逆变电路，控制方式采用SPWM调制方式，逆变功率器件选用IGBT。

IGBT属于大功率开关管，需要单独的驱动电路才能满足其快速开通和关断，且IGBT需要的驱动电压一般为﹢15V和-9V，同时要考虑到每个驱动要隔离供电，不能共用一个电源，因此前端的直流供电可以采用24V的输入，金升阳可提供URB2415LD-20WR3开关电源和QP12W05S-37 IGBT驱动器，转换成电源供电方案的电路设计如下图七：

以上图六和图七推荐的电源方案为广州金升阳的隔离型开关电源及驱动器的型号，具备高隔离耐压、小体积、耐高温和宽电压输入等特点，很好的满足了UPS系统各部分供电的要求。电源模块的隔离功能能够减少负载与负载间的相互干扰，同时在高压逆变电路中起到了安全保护的作用，另一方面开关电源具有高效率、稳压、高精度的特性，能更好的保证整个系统的稳定、可靠运行。

UPS在现代社会的发展中是不可缺少的，为生产、生活做了不少的贡献，新一代更便捷、更智能的UPS系统是研发工程师开发的方向。同时，系统内部的电源解决方案将直接影响到系统的稳定性和可靠性，因此在系统的设计过程中除了实现和完善其功能外，还要保证工作电源其方案的稳定性和可靠性。