專利名稱：光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，特別涉及一種光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如圖1為示，為孤島效應(yīng)原理圖，孤島效應(yīng)是指，當(dāng)電網(wǎng)因故障等而斷開時(shí)，并網(wǎng) 發(fā)電系統(tǒng)未能及時(shí)偵測出斷電，從而形成由分布并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的本地負(fù)載組成的一 個(gè)自給供電的孤島。孤島現(xiàn)象的產(chǎn)生具有嚴(yán)重的危害性，比如危及電網(wǎng)輸電線路上維修人員的安全； 影響配電系統(tǒng)上保護(hù)開關(guān)的動(dòng)作程序，沖擊電網(wǎng)保護(hù)裝置等。因此，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中亟需有效的反孤島效應(yīng)檢測裝置，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本實(shí)用新型提供一種光伏逆變器防孤島保護(hù)系 統(tǒng)，能夠快速檢測出并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中出現(xiàn)的孤島效應(yīng)，并且能夠及時(shí)響應(yīng)，有效的實(shí)現(xiàn)防孤 島保護(hù)功能。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型提供一種光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)，包括微處理器DSP和控制器 CPLD，所述DSP和所述CPLD連接；所述CPLD分別與用于偵測電網(wǎng)電壓信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC、用于偵測電網(wǎng)頻率信號(hào)的捕獲模塊、用于控制光伏逆變器直流側(cè)接觸器的開關(guān)狀態(tài)和 光伏逆變器交流器接觸器的開關(guān)狀態(tài)的繼電器、用于控制光伏逆變器直流側(cè)絕緣柵雙極晶 體管IGBT導(dǎo)通狀態(tài)的脈寬調(diào)制PWM控制器相連；所述DSP還與所述ADC的信號(hào)輸出端連 接，所述ADC的信號(hào)輸入端與用于采集電網(wǎng)電壓信號(hào)的壓力傳感器連接。本實(shí)用新型的有益效果如下本實(shí)用新型提供一種光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)，通過DSP對(duì)電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)頻 率進(jìn)行分析，能夠及時(shí)判斷是否發(fā)生孤島效應(yīng)，而且當(dāng)判斷出發(fā)生孤島現(xiàn)象后，通過控制繼 電器和PWM控制器的開關(guān)狀態(tài)，從而及時(shí)停止并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出并切斷與電網(wǎng)的連 接，有效的實(shí)現(xiàn)了防孤島保護(hù)功能。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中孤島效應(yīng)的原理圖；圖2為本實(shí)用新型提供的三相光伏逆變器的電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型提供的光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型提供的改進(jìn)的正反饋頻移技術(shù)的流程示意圖；圖5為本實(shí)用新型提供的中斷控制輸出流程示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)具體的實(shí)施方式進(jìn)行說明。為了清楚的說明本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)的原理，首 先介紹光伏發(fā)電系統(tǒng)中所用的三相光伏逆變器的原理。如圖2所示，為三相光伏逆變器的 電路原理圖。具體的，對(duì)于圖2所示的三相光伏逆變器，其直流側(cè)接PV電池板模塊，交流側(cè)向電 網(wǎng)輸出三路交流電流Ea、Eb、Ec ；其中，三相光伏逆變器直流側(cè)接觸器用Kl表示，光伏逆變 器交流側(cè)接觸器用K2表示；對(duì)于從PV輸出的直流電經(jīng)過電容C、Ql (即絕緣柵雙極晶體 管IGBT)、Q2和電感La的配合作用產(chǎn)生交流電，經(jīng)變壓器變壓后，得到電壓符合用戶需求的 交流電fe。對(duì)于Eb、Ec兩路交流電的產(chǎn)生過程同fe路，在此不再贅述。本實(shí)施例提供的光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)，包括微處理器DSP和控制器CPLD， 所述DSP和所述CPLD連接；所述CPLD分別與用于偵測電網(wǎng)電壓信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、用 于偵測電網(wǎng)頻率信號(hào)的捕獲模塊、用于控制光伏逆變器直流側(cè)接觸器Kl的開關(guān)狀態(tài)和光 伏逆變器交流器接觸器K2的開關(guān)狀態(tài)的繼電器、用于控制光伏逆變器直流側(cè)絕緣柵雙極 晶體管IGBT導(dǎo)通狀態(tài)的脈寬調(diào)制PWM控制器相連；所述DSP還與所述ADC的信號(hào)輸出端連 接，所述ADC的信號(hào)輸入端與用于采集電網(wǎng)電壓信號(hào)的壓力傳感器連接。因此，為防止孤島效應(yīng)的發(fā)生，壓力傳感器實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)電壓信號(hào)，并將該電壓信 號(hào)傳輸給ADC，經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳輸給DSP;同時(shí)，捕獲模塊實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)頻率信 號(hào)，并將該信號(hào)經(jīng)CPLD處理后上傳給DSP。因此，DSP實(shí)時(shí)接收電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)頻率信號(hào)， 并根據(jù)接收到的電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)頻率信號(hào)判斷是否發(fā)生孤島效應(yīng)；若判斷出已發(fā)生孤島效 應(yīng)，則通過CPLD向繼電器發(fā)出打開Kl和K2的信號(hào)，以及向PWM控制器發(fā)出斷開Q1-Q6的 信號(hào)。從而及時(shí)停止并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出并切斷與電網(wǎng)的連接，有效的實(shí)現(xiàn)了防孤島 保護(hù)功能。在具體實(shí)現(xiàn)上，共采用以下4種技術(shù)(1)電網(wǎng)頻率偵測50Hz系統(tǒng)，49. 5Hz彡Freq彡50. 5Hz (Freq為偵測到的當(dāng)前電網(wǎng)頻率)，當(dāng)超出該范 圍持續(xù)IOOms (5個(gè)市電周期)即頻率丟失，則中斷輸出。頻率丟失恢復(fù)采用0. IHz滯環(huán)，即 丟失點(diǎn)49. 5Hz/50. 5Hz，恢復(fù)點(diǎn)49. 6Hz/50. 4Hz，這樣可保證在臨界點(diǎn)機(jī)器穩(wěn)定性。其中，電網(wǎng)頻率偵測通過TI DSP2812的捕獲模塊的捕獲功能實(shí)現(xiàn)，可保證頻率偵 測精度O-OlHz0(2)電網(wǎng)電壓偵測323V彡Vvolt彡418V (Vvolt指偵測到的當(dāng)前電網(wǎng)電壓)，任一電網(wǎng)電壓有效值超出該 范圍持續(xù)200ms (10個(gè)市電周期)即電壓丟失，則中斷輸出。電壓恢復(fù)同樣采用滯環(huán)方法， Vback = Vloss+20V(Vback為恢復(fù)后的電網(wǎng)電壓，Vloss為丟失的電網(wǎng)電壓)。其中，ADC采用16位的8364ADC，從而保證電網(wǎng)電壓的高采樣精度。因此，本實(shí)施中，對(duì)電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)頻率的采樣精度均較高，特別適合于大功率機(jī) 器的高精度計(jì)算控制。電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)電壓丟失恢復(fù)均采用滯環(huán)保護(hù)技術(shù)，可保證機(jī)器臨界點(diǎn)穩(wěn)定性。電 網(wǎng)頻率采用0. IOHz滯環(huán)，頻率丟失49. 50Hz/50. 50Hz，恢復(fù)49. 60Ηζ/50· 40Hz ；電網(wǎng)電壓采用20V滯環(huán)差，即322V/419V丟失，恢復(fù)342V/439V。(3)改進(jìn)的正反饋頻移技術(shù)為了消除孤島被動(dòng)偵測法的盲區(qū)，普遍采用主動(dòng)頻率相移法。本實(shí)用新型采用改 進(jìn)的正反饋頻移技術(shù)。為保證及時(shí)實(shí)現(xiàn)防孤島偵測，采用可變的移相頻率擾動(dòng)處理，在擾動(dòng)前增加比例 環(huán)K，輸入為頻率誤差值= F--Frai,其中，F(xiàn)fradbadt為直接采集到的當(dāng)前頻率； Freq為預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)頻率，F(xiàn)req = 50Hz)，輸出為移頻的擾動(dòng)給定值Fdisteb。如圖4所示，為本 實(shí)用新型實(shí)施例提供的改進(jìn)的正反饋頻移技術(shù)的流程示意圖。具體的，對(duì)輸入的Fctot，首先調(diào)節(jié)比例環(huán)K值的大小，使其放大K倍，然后判斷放大 K倍后的頻率值是否在預(yù)設(shè)頻率范圍(即上下限幅)內(nèi)，如果在該范圍內(nèi)，則直接輸出即輸 出Fdisturb ；如果超出該上下限幅的范圍，則輸出對(duì)應(yīng)的限幅值，從而避免了 Fdisturt值過大而 導(dǎo)致的電網(wǎng)電流諧波變差。因此，在擾動(dòng)前增加比例環(huán)K，同時(shí)增加幅值上下限幅保護(hù)，通過這兩種技術(shù)的配 合使用，當(dāng)出現(xiàn)孤島現(xiàn)象后，頻率在改進(jìn)的正反饋頻移法下，可快速導(dǎo)致頻率丟失保護(hù)，同 時(shí)，又不會(huì)影響到電網(wǎng)電流諧波質(zhì)量。(4)中斷控制輸出如圖5所示，為本實(shí)施例提供的中斷控制輸出流程示意圖，包括以下步驟步驟501，DSP預(yù)設(shè)每IOOus定時(shí)中斷一次，判斷是否達(dá)到Ims的逆變器輸出信號(hào) 采集周期，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟502 ；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟504。步驟502，采集逆變器當(dāng)前輸出信號(hào)，并根據(jù)預(yù)設(shè)各輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)值判斷該當(dāng)前 輸出信號(hào)是否丟失。如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟503 ；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟 504。其中，逆變器當(dāng)前輸出信號(hào)包括但不限于逆變器當(dāng)前輸出電壓信號(hào)、頻率信號(hào)。步驟503，通過CPLD向繼電器發(fā)出打開Kl和K2的信號(hào)，以及向PWM控制器發(fā)出斷 開Q1-Q6的信號(hào)。從而及時(shí)停止并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出并切斷與電網(wǎng)的連接，有效的實(shí) 現(xiàn)了防孤島保護(hù)功能。步驟504，執(zhí)行其他控制任務(wù)。包括但不限于控制PI，控制AD等。步驟505，結(jié)束流程。通過上述中斷控制輸出流程，當(dāng)偵測到孤島現(xiàn)象時(shí)，為保證更快切斷逆變器輸出， 將K1/K2中繼控制、PWM停止控制放至IOOus定時(shí)中斷任務(wù)，每Ims判斷逆變器控制輸出1 次。因此，從偵測到逆變器輸出丟失至停止電網(wǎng)供電最大延遲1ms。因此，通過本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)，通過DSP對(duì)電 網(wǎng)電壓和電網(wǎng)頻率進(jìn)行分析，能夠及時(shí)判斷是否發(fā)生孤島效應(yīng)，而且當(dāng)判斷出發(fā)生孤島現(xiàn) 象后，通過控制繼電器和PWM控制器的開關(guān)狀態(tài)，從而及時(shí)停止并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出 并切斷與電網(wǎng)的連接，有效的實(shí)現(xiàn)了防孤島保護(hù)功能。
權(quán)利要求1. 一種光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括微處理器DSP和控制器CPLD， 所述DSP和所述CPLD連接；所述CPLD分別與用于偵測電網(wǎng)電壓信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、 用于偵測電網(wǎng)頻率信號(hào)的捕獲模塊、用于控制光伏逆變器直流側(cè)接觸器的開關(guān)狀態(tài)和光伏 逆變器交流器接觸器的開關(guān)狀態(tài)的繼電器、用于控制光伏逆變器直流側(cè)絕緣柵雙極晶體管 IGBT導(dǎo)通狀態(tài)的脈寬調(diào)制PWM控制器相連；所述DSP還與所述ADC的信號(hào)輸出端連接，所 述ADC的信號(hào)輸入端與用于采集電網(wǎng)電壓信號(hào)的壓力傳感器連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括微處理器DSP和控制器CPLD，所述DSP和所述CPLD連接；所述CPLD分別與用于偵測電網(wǎng)電壓信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、用于偵測電網(wǎng)頻率信號(hào)的捕獲模塊、用于控制光伏逆變器直流側(cè)接觸器的開關(guān)狀態(tài)和光伏逆變器交流器接觸器的開關(guān)狀態(tài)的繼電器、用于控制光伏逆變器直流側(cè)絕緣柵雙極晶體管IGBT導(dǎo)通狀態(tài)的脈寬調(diào)制PWM控制器相連；所述DSP還與所述ADC的信號(hào)輸出端連接，所述ADC的信號(hào)輸入端與用于采集電網(wǎng)電壓信號(hào)的壓力傳感器連接。因此，通過本實(shí)用新型提供的光伏逆變器防孤島保護(hù)系統(tǒng)，能夠快速檢測出并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中出現(xiàn)的孤島效應(yīng)，并且能夠及時(shí)響應(yīng)，有效的實(shí)現(xiàn)防孤島保護(hù)功能。
文檔編號(hào)H02H7/26GK201893550SQ20102065813
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者姜碧光, 寧華宏, 李赟 申請(qǐng)人:浙江埃菲生能源科技有限公司