防孤島和智能電網(wǎng)保護(hù)

Microchip的技術(shù)過零檢測(cè)的圖像

圖4：一個(gè)簡單的過零檢測(cè)器僅需要一個(gè)運(yùn)算放大器，晶體管，和一些無源元件，以提供一個(gè)零交叉檢測(cè)信號(hào)來直接控制邏輯或來驅(qū)動(dòng)，其執(zhí)行控制例程的MCU的GPIO引腳。 (Microchip的技術(shù)提供)

通過尋找在過零，頻率，或電網(wǎng)波形的電壓偏差，一個(gè)逆變器防孤島可以檢測(cè)功率的損耗在網(wǎng)格和當(dāng)孤島發(fā)生從電網(wǎng)斷開本身。在這種情況下，中繼需要快速打開時(shí)被檢測(cè)到孤島(或當(dāng)逆變否則進(jìn)入故障狀態(tài))。

國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的中繼電路，打破與電網(wǎng)的連接必須有一個(gè)接觸間隙為至少1.5毫米，在每個(gè)極，需要使用一個(gè)裝置，如在TE連接PCFN太陽能繼電器，它提供了一個(gè)接觸間隙大于1.8毫米更大。在典型的防孤島逆變器設(shè)計(jì)，一個(gè)MCU產(chǎn)生中繼使能/禁止信號(hào)，該信號(hào)又緩沖由繼電器驅(qū)動(dòng)器(圖5)。

彈性防孤島

設(shè)計(jì)師通常選擇使用集成的處理器基于固件的逆變器設(shè)計(jì)，如飛思卡爾半導(dǎo)體MC56F8257，Microchip的技術(shù)dsPIC33FJ16GS504和德州儀器TMS320F2802 Piccolo MCU的TI的C2000的C28x Piccolo系列。除了優(yōu)勢(shì)，為增強(qiáng)代碼的設(shè)計(jì)已經(jīng)在該領(lǐng)域，基于軟件的防孤島使部署更為精密的檢測(cè)方案。

飛思卡爾半導(dǎo)體MC56F8257逆變器設(shè)計(jì)圖片

圖5：在逆變器設(shè)計(jì)，先進(jìn)的處理器，如飛思卡爾MC56F8257允許執(zhí)行復(fù)雜的基于軟件的防孤島方案和直接控制島嶼化被檢測(cè)到時(shí)中斷連接到電網(wǎng)所需的關(guān)鍵繼電器的。 (飛思卡爾半導(dǎo)體提供)

對(duì)于微逆變集成電池管理，設(shè)計(jì)變得相應(yīng)地更加復(fù)雜(圖6)。然而，應(yīng)用防孤島管理的相同的原則。在這種類型的逆變器設(shè)計(jì)的，一個(gè)DSP諸如Analog Devices公司的Blackfin ADSP-BF50x系列提供了支持要求的更復(fù)雜的混合，而在執(zhí)行防孤島控制例程所需的性能和功能。在這里，ADI公司AD7280，AD8280和ADuC703x鋰離子電池管理IC卸載電池充電和從DSP，它是使用ADuM140 IC的數(shù)字隔離字符串平衡。

ADI公司的ADSP-BF50 DSP的圖像

圖6：在更復(fù)雜的能量收集系統(tǒng)的鋰離子電池作為備用電源，一個(gè)DSP如ADI公司的ADSP-BF50可以管理能量收集和電池管理在執(zhí)行防孤島機(jī)制字符串。 (ADI公司提供)

使用微控制器和DSP的是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防孤島效應(yīng)的方法是至關(guān)重要的。而被動(dòng)方法簡單地監(jiān)視電網(wǎng)的電壓和頻率，活性方法注入小的干擾到電網(wǎng)以確定該網(wǎng)格仍然連接，并提供穩(wěn)定的電力。例如，圣地亞頻移方法特意引入在相位角的小偏差的輸出波形和查找在電網(wǎng)頻率的任何變化在下一個(gè)周期。具有活性，供電電網(wǎng)，電網(wǎng)頻率將不會(huì)受到影響?；钚缘姆椒梢酝ǔＬ峁┰贜DZ大得多還原比可能的被動(dòng)的方法，但仍保持在行業(yè)中的研究的活躍領(lǐng)域。

結(jié)論

防孤島是并網(wǎng)逆變器的安全，可靠的性能至關(guān)重要，仍然有先進(jìn)的電網(wǎng)在國家法定要求。在很多情況下，然而，確定何時(shí)發(fā)生孤島可以是具有挑戰(zhàn)性的，產(chǎn)生危險(xiǎn)，當(dāng)一個(gè)連接的變頻器饋入無動(dòng)力網(wǎng)格或?qū)е率杖霌p失時(shí)的逆變器從有源電網(wǎng)不必要斷開。對(duì)于工程師，實(shí)施防孤島方案都建立在用于電網(wǎng)同步的常用方法，并利用現(xiàn)有的MCU和DSP利用強(qiáng)大的基于軟件的方法。