SMA课堂∣逆变器对光伏系统绝缘检测功能，电路的原理

01　ISO功能的由来
　就像人们生活在条条框框的法制社会一样，任何一款合格的电子产品也都是要满足相应的法规要求的，不然这款产品在使用时会对使用者的人身安全产生不可预知的危害。例如光伏逆变器绝缘阻抗检测（ISO）就有如下安全规定：
　根据NB32004-2013标准第7.10.1方阵绝缘阻抗检测。　7.10.1.1与不接地光伏方阵连接的逆变器　与不接地光伏方阵连接的逆变器在系统启动前测量光伏方阵输入端与地之间的绝缘电阻，如果阻抗小于Umaxpv/30mA（Umaxpv是光伏方阵最大输出电压）则：　a)对带电气隔离的逆变器，应指示故障，但故障期间仍可进行其他操作，在绝缘电阻满足上述要求时允许其停止报警。　b)对于非隔离逆变器或者虽有隔离但其漏电流不符合要求的逆变器，应指示故障，并限制其接入电网，此时允许其继续监控方阵的绝缘电阻，并且在绝缘电阻满足上述要求时，允许停止报警也允许接入电网。
　一个光伏系统的总漏电流（Total current）可以看成由两部分组成：与AC端连接产生的共模漏电流（Leakage current）和与PV端连接的残余电流（Residual current）。　总漏电流 = 共模漏电流 + 残余漏电流

　绝缘阻抗检测（ISO）的是电阻，但实际是为了用来计算电流，因为当残余漏电流（Residual current）大于30mA时会让与系统接触的人员存在触电风险，所以光伏逆变器在并网时都会进行ISO的检测，确保机器安全运行。　　02ISO检测电路原理　光伏逆变器检测绝缘阻抗的原理是：逆变器通过检测PV+对地和PV-对地电压，分别计算出PV+和PV–对地的电阻，若任意一侧阻值低于阈值，逆变器就会停止工作，并报警显示“PV绝缘阻抗过低”。　现在市场上销售的光伏逆变器一般采用如下检测方法侦测ISO绝缘阻抗，以一种双路MPPT光伏逆变器为例，电路图示意图和检测逻辑如下：
　A：关闭BOOST的驱动，采样测得VPV1和VPV2电压。　B：使S1闭合，使R0和R-并联，此时测得检测电压为u1。　C：S1断开后，使BOOST1工作短路，使BOOST2不工作处于开路，此时测得检测电压为u2。　D：S1断开后，使BOOST1不工作处于开路状态，使BOOST2工作处于短路，此时测得检测电压为u3。　E：通过获得的u1/u2/u3可以计算出，PV1对地绝缘电阻R1+，PV1对地绝缘电阻R2+，以及PV-对地绝缘电阻R-。　F：判断绝缘电阻R1+、R2+、R-是否满足安规要求；若满足要求则允许并网，若不满足要求则禁止并网并发出警报。

　上述检测电路根据基尔霍夫定律可列出计算方程式如下：　方程式1　VPV1/R1+VPV2/R2(1/R1+1/R2+1/R3+1/R0)*u1　方程式2　VPV2/R2=(1/R1+1/R2+1/R3)*u2　方程式3　VPV1/R1 =(1/R1+1/R2+1/R3)*u3　令a=(u2+u3)/u1,解得　1/R1=u3/[VPV1*R0*(a-1)]　1/R2= u2/[VPV2*R0*(a-1)]　1/R3=(1-u3/VPV1-u2/VPV2)/[R0*(a-1)]　即　R1+=[VPV1*R0*(a-1)]/u3　R2+=[VPV2*R0*(a-1)]/u2　R-=[R0*(a-1)]/ (1-u3/VPV1-u2/VPV2)
　上述检测电路根据基尔霍夫定律可列出计算方程式如下：　方程式1　VPV1/R1+VPV2/R2(1/R1+1/R2+1/R3+1/R0)*u1　方程式2　VPV2/R2=(1/R1+1/R2+1/R3)*u2　方程式3　VPV1/R1 =(1/R1+1/R2+1/R3)*u3　令a=(u2+u3)/u1,解得　1/R1=u3/[VPV1*R0*(a-1)]　1/R2= u2/[VPV2*R0*(a-1)]　1/R3=(1-u3/VPV1-u2/VPV2)/[R0*(a-1)]　即　R1+=[VPV1*R0*(a-1)]/u3　R2+=[VPV2*R0*(a-1)]/u2　R-=[R0*(a-1)]/ (1-u3/VPV1-u2/VPV2)　根据上述方程可以分别计算出PV1对地绝缘电阻R1+，PV2对地绝缘电阻R2+，以及PV-对地绝缘电阻R-。但是在拥有多路MPPT的逆变器中，如果再用上述电路计算每路PV模组对地绝缘阻抗，不仅使计算过程繁琐复杂，而且会引入误差和盲点，为应对这种情况，SMA开发出专利电路来更有效地计算等效对地绝缘阻抗。　　03运维时遇到ISO问题（绝缘阻抗过低）如何处理？　▌如果在阴雨天出现这种故障报警的情况比较多，而在晴天的时逆变器是能正常工作的，这种属于正常情况机器是没有问题的，因为雨天湿度大会影响绝缘阻抗。　▌检查现场组件的直流线缆和接地情况　1)排除天气的原因后，首先可能出现绝缘阻抗异常的原因是直流线缆破损导致，包括组件之间的线缆，组件至逆变器之间的线缆，特别是一些“拐弯抹角”的地方线缆和没有穿管露天铺设的线缆，在施工中线材被拖动时存在被蹭破的风险，所以需要仔细检查线缆是否有破损情况。　举例：曾经遇到过一个现场，同一个安装位置更换的逆变器连续的出现炸机，最后检查铺线架发现有自攻螺丝从侧面固定铺线架，将螺丝打进去时将PV线材打破了，雨天时绝缘阻抗受到影响，导致机器在并网运行时出现炸机。
　2)其次光伏系统没有良好接地，包括组件接地孔未接，组件压块与支架没有良好接触，以及部分支流线缆套管进水，均会导致绝缘阻抗偏低。　▌PV组串逐串排查　如果光伏逆变器直流侧为多路接入，可以采用逐一排查的方法对组件进行排查，逆变器直流侧只保留一串组件，开机后查看逆变器是否继续报错，如不继续报错，则说明连接的组件绝缘性能良好，如继续报错，则说明很有可能是该串组件绝缘不符合要求。　举例：一台20KW逆变器接入4路，假设每一路PV组串对地都有一个绝缘电阻，4路就相当于4个电阻并联，如果拔出某一路，故障报警消失，说明拔出的是绝缘阻抗最小的那一串，则检查该串PV组件。　▌使用测量设备逐串测量　1)组件在接入光伏逆变器之前，必须先测量组串对地的绝缘电阻，测得值满足绝缘阻抗要求，这样后期运维会轻松很多，否则等系统运行后再因为绝缘问题再去翻新排查难度会很大。
　摇表 兆欧表　1)当现场检查时，用摇表逐串测量组件侧PV+/PV-对地绝缘电阻，阻抗需要大于逆变器绝缘阻抗的阀值要求，电气规范绝缘电阻的检测标准是每千伏电压绝缘电阻不低于1兆欧姆。1兆欧=1000000欧姆，1000伏/1000000欧姆=1mA。　2)也就是说每1伏电压1000欧姆电阻以上为绝缘合格标准。这个标准的真正含义是保证泄漏电流不大于1mA。这个泄漏电流也就是有可能流经人体的电流。因为1mA以内的电流是人体能够承受的。　举例：220v火线和大地之间电压为220v，那么根据以上原则绝缘达到0.22兆欧为合格。但是为了防止测量误差，规定220V的绝缘必须达到0.5兆欧以上，这是强制规定。