一种基于正弦波交流注入的绝缘电阻监测方法与流程

1.本技术属于在线绝缘电阻监测领域，具体的，涉及一种基于正弦波交流注入的绝缘电阻监测方法。


背景技术：

2.如今的直流绝缘监测方法(如：cn106053946a、cn103983857a、cn106405354a)主要包括非平衡电桥法和小信号方波交流注入法，而这两种方法都具备如下不足：1、当直流系统存在接地电容的情况下，两种方法都需要先给电容充电，充满电之后再进行采样和计算，由于电桥电阻非常大，充电时间会很长，大大延长绝缘监测周期，实时性不佳。2、由于a/d采样分辨率的限制，对于非平衡电桥法，直流电压越小监测精度越差，对于方波交流注入法，直流电压越大监测精度越差。3、当一个监测周期内，接地电容以及直流电压发生变化的情况下，监测精度变差。
3.为此，需要一种新型绝缘监测方法来减小直流电压和接地电容对绝缘监测的影响，就可以提高监测精度和监测速度。


技术实现要素：

4.本发明目的是针对现有技术的不足，提出了一种基于正弦波交流注入的绝缘电阻监测方法。
5.为实现上述目的，提出了如下技术方案。
6.一种基于正弦波交流注入的绝缘电阻监测方法，采用的电路如下：直流系统正负极分别接一个电桥电阻r
a
且与电桥电阻r
a
的端部侧端连接，电桥中点o连接电桥电阻r
a
的中间侧端连接，；
7.电桥中点o连接电阻r
e
的第一端连接，电阻r
e
的第二端连接注入电压的负极，注入电压的正极与大地相连；
8.隔直电容c
x
的一端与电阻re的第一端相连；
9.隔直电容c
x
的另一端与采样电阻r
ex
的一端相连，采样电阻r
ex
的另一端与电阻的r
e
的第二端相连。
10.进一步，r
e
两端电压设为v
es
，接地电流设为i
e
，直流电压设为v
dc
，注入电压的电压值设为v
g
，r
ex
两端电压设为v
ex
；
11.实时采样v
ex
，当v
ex
达到最大的时刻，v
ex
的电压采样值为v
ex_max
，当v
ex
达到最大的时刻对应的v
g
的电压采样值为v
g_x
；当v
ex
过零点的时刻，对应的v
g
的的电压采样值为v
g_y
；
12.将采样得到的电压值v
ex_max
、v
g_x
、v
g_y
代入到下式，能够得到参数x
zx
和y
zx
[0013][0014]
将x
zx
和y
zx
，代入下式，即可得到绝缘电阻值r
fm
：
[0015][0016]
上式中相关参数a，b，e，f，r
o
定义如下：
[0017][0018]
r
o
是两个电桥电阻r
a
的并联值，即
[0019]
r
o
＝r
a
/2
[0020]
ω是正弦波交流注入电压的角速度，与注入电压频率f的对应关系如下
[0021]
ω＝2πf
[0022]
r
e
为电阻r
e
的电阻值，
[0023]
r
ex
为采样电阻r
ex
的电阻值。
[0024]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0025]
(1)本发明的方法适用于光伏发电、电动汽车、直流充电桩、锂电池储能等行业，也可用于无直流电压的离线绝缘电阻监测，来监测被测设备两点之间的绝缘性能。
[0026]
(2)本发明是在直流正负极和大地之间注入一个正弦波交流电压信号来代替传统的注入方波交流电压信号，正弦交流信号可以屏蔽掉接地电容的影响，直接监测接地绝缘电阻，同时，采用rc隔直电路来采样对地电流，这样又屏蔽掉了直流电压的影响。减小了直流电压和接地电容对绝缘监测的影响，就可以大大提高监测精度和监测速度。
[0027]
(3)本技术的第一个核心发明点在于：本技术监测所用的电路设计。
[0028]
(4)本技术的第二个核心发明点在于：本技术提出的监测计算方法：
[0029][0030]
上式的求解(推导过程)是本技术的第二个核心发明点。
附图说明
[0031]
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
[0032]
图1是本方法的电路原理图。
[0033]
图2是图1对应的等效图。
[0034]
图3是v
g
、v
ex
的波形示例。
具体实施方式
[0035]
本发明是在直流正负极和大地之间注入一个正弦波交流电压信号，并采用rc隔直电路来采样对地电流，对采样值进行计算即可得到绝缘电阻值r
fm
。
[0036]
实施例一：
[0037]
本发明的技术方案如图1所示。直流系统正负极分别接一个电桥电阻r
a
，电桥中点
o连接电阻r
e
的一端，r
e
的另一端连接注入电压的负极，注入电压的正极与大地相连，其中r
e
并联一个rc电路，隔直电容c
x
与r
e
的一端相连，c
x
的另一端与采样电阻r
ex
相连，采样电阻r
ex
的另一端与电阻的r
e
另一端相连。这里直流电压设为v
dc
，注入电压的电压值设为v
g
，r
e
两端电压设为v
es
，接地电流设为i
e
，r
ex
两端电压设为v
ex
。其中v
dc
，v
g
，v
ex
都是可采样到的电压值。图1中虚线代表未知量，c
fp
和c
fn
分别代表正极对地电容和负极对地电容，r
fp
和r
fn
分别代表正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻，这里c
fp
，c
fn
，r
fp
，r
fn
均是未知量。
[0038]
为了方便研究，图1的电路图可以等效为图2，其中v
o
＝0.5v
dc
(r
fp
‑
r
fn
)/(r
fn
r
fp
)。对地电容c
fm
为c
fp
和c
fn
的并联值，r
fm
就是本方法最终求取的对地绝缘电阻值，其为r
fp
和r
fn
的并联值。
[0039]
这里设v
g
、v
ex
为v
g
、v
ex
的矢量表达形式，则等效阻抗z
x
可设为
[0040][0041]
其中ω为的v
g
频率角速度，即v
g
频率为ω/2π。x
zx
和y
zx
分别为z
x
的实部和虚部。这里设定v
ex
的峰值为v
ex_max
，v
ex
最大时对应的v
g
的值为v
g_x
，v
ex
过零点时对应的v
g
的值为v
g_y
。这里v
ex_max
、v
g_x
、v
g_y
均为电压采样信号，其在v
g
、v
ex
波形中的对应情况如图3所示。则x
zx
和y
zx
可通过下式求出
[0042][0043]
将式2代入式1即可得到r
fm
的求取表达式。参数a，b，e，f定义如下
[0044][0045]
则r
fm
可通过下式求得
[0046][0047]
每个监测周期都会监测一次绝缘电阻值r
fm
，本发明的优点和积极效果是：本发明所述方法可以忽略接地电容和直流电压的影响，可以大大提高监测精度和监测频率。
[0048]
具体而言，本技术的具体步骤如下：
[0049]
本示例为直流电压v
dc
最大可达1000v的直流系统，采用如下电路：直流正负极分别接一个电桥电阻r
a
，为了尽可能不影响系统的绝缘性能，r
a
往往取得较大，这里采用5m电阻。电桥中点o连接电阻r
e
的一端，r
e
的另一端连接注入电压v
g
的负极，注入电压v
g
的正极与大地相连，这里的注入电压v
g
可采用幅值为30v的正弦波。其中r
e
并联一个rc电路，rc电路中的c
x
与r
e
串联，r
ex
两端电压设为v
ex
。
[0050]
实时采样v
ex
的电压值，当v
ex
达到最大的时刻，v
ex
的电压采样值为v
ex_max
，其对应的v
g
的电压采样值为v
g_x
；当v
ex
过零点的时刻，对应的v
g
的的电压采样值为v
g_y
。
[0051]
将采样得到的电压值v
ex_max
、v
g_x
、v
g_y
代入到下式，即可得到绝缘电阻值r
fm
，此时一个监测周期结束。
[0052]