專利名稱：一種并網(wǎng)逆變器及其孤島檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，尤其涉及的是一種并網(wǎng)逆變器及其孤島檢測電路。
背景技術(shù)：
孤島效應(yīng)是指并網(wǎng)逆變器在向電網(wǎng)供電時(shí)，因電氣故障、誤操作或自燃因素等原因中斷供電，但是這時(shí)并網(wǎng)逆變器仍然會(huì)繼續(xù)向電網(wǎng)輸送一定比例的電能，從而出現(xiàn)孤島現(xiàn)象。孤島效應(yīng)會(huì)對設(shè)備和人員的安全帶來嚴(yán)重的隱患。當(dāng)電網(wǎng)中斷供電后，當(dāng)檢修人員對電網(wǎng)的電力線路和電力設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)，若并網(wǎng)逆變器繼續(xù)供電會(huì)造成人員傷亡的事故; 若并網(wǎng)逆變器繼續(xù)供電，一旦電網(wǎng)恢復(fù)供電，電網(wǎng)和并網(wǎng)逆變器的輸出電壓和相位可能存在較大的差異，會(huì)在一瞬間產(chǎn)生很大的沖擊電流，而損壞設(shè)備。所以在電網(wǎng)停電后，必須立刻終止光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的供電。并網(wǎng)逆變器一般會(huì)采用被動(dòng)和主動(dòng)的兩種方式進(jìn)行防護(hù)以針對該效應(yīng)。被動(dòng)式防護(hù)一般是指當(dāng)電網(wǎng)中斷供電時(shí)，會(huì)在電網(wǎng)電壓的幅值、頻率和相位參數(shù)上產(chǎn)生跳變信號(hào)， 通過檢測跳變信號(hào)來判斷電網(wǎng)是否失電。主動(dòng)式防護(hù)一般是指對電網(wǎng)參數(shù)發(fā)出小干擾信號(hào)，通過檢測反饋信號(hào)來判斷電網(wǎng)是否失電，當(dāng)并網(wǎng)逆變器檢測到電網(wǎng)中斷供電后，會(huì)立即停止工作，目前并網(wǎng)逆變反孤島技術(shù)，各家公司都正在攻克。國際通行的光伏并網(wǎng)逆變器標(biāo)準(zhǔn)都對并網(wǎng)逆變器孤島檢測功能做了要求，其中 IEEE Std2000 - 929規(guī)定當(dāng)公共點(diǎn)的頻率在59. 3 一 60. 5Hz之外時(shí)，并網(wǎng)逆變器應(yīng)在6個(gè)周期內(nèi)停止供電。普通并網(wǎng)逆變器由于容量小，造價(jià)高等特點(diǎn)，一般不會(huì)與電網(wǎng)通信控制系統(tǒng)通信，其孤島檢測和保護(hù)技術(shù)主要立足于逆變器的自我檢查(Local detection)而非遠(yuǎn)程通信技術(shù)(Remote detection),目前孤島檢測研究致力于將孤島檢測功能集成于逆變器控制系統(tǒng)中。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種并網(wǎng)逆變器及其孤島檢測電路，旨在解決準(zhǔn)確的檢測并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)供電時(shí)，斷電后出現(xiàn)的孤島效應(yīng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種并網(wǎng)逆變器的孤島檢測電路，其包括采樣電路、比較器組成的信號(hào)處理電路和微處理器，所述采樣電路、信號(hào)處理電路和微處理器依次連接，所述信號(hào)處理電路包括第一電阻、第二電阻、第二運(yùn)放、第三運(yùn)放、第一RC電路、第二RC電路、第三RC電路和第四RC電路， 第一電阻和第二電阻對采樣電路輸出端的電壓分壓，采樣電路輸出端的電壓分別經(jīng)過第一 RC電路和第二 RC電路對應(yīng)接入到第二運(yùn)放的正輸入端和第三運(yùn)放的負(fù)輸入端；經(jīng)分壓后的電壓分別經(jīng)過第三RC電路和第四RC電路對應(yīng)接入到第二運(yùn)放的負(fù)輸入端和第三運(yùn)放的正輸入端，第二運(yùn)放和第三運(yùn)放的輸出端都連接到微處理器上。所述的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測電路，其中，所述采樣電路包括第一采集端和第二采集端，且分別連接在第一運(yùn)放的第二引腳和第三引腳上，第一采集端與第二引腳之間串聯(lián)有多個(gè)電阻；第二采集端與第三引腳之間也串聯(lián)有多個(gè)電阻；第三引腳還通過電阻連接 2. 5V電壓；第一運(yùn)放的第一引腳為信號(hào)輸出，所述第一引腳還通過電阻反饋回第二引腳上。所述的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測電路，其中，采樣電路把輸入信號(hào)衰減為峰峰值小于2. 5V的交流電壓，并通過外接的2. 5V電源將該交流信號(hào)抬高2. 5V。所述的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測電路，其中，第一電阻和第二電阻對輸出信號(hào)進(jìn)行分壓，分壓后電壓比分壓前的電壓低0. IV。一種并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述并網(wǎng)逆變器中設(shè)置有上述的孤島檢測電路。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過采樣電路和比較器對電網(wǎng)電壓進(jìn)行采集然后用兩個(gè)比較器對采集到的電壓進(jìn)行分析處理。經(jīng)過信號(hào)處理后，通過監(jiān)測兩輸出端0UT1、0UT2 的電平變化可以有效的監(jiān)測到電網(wǎng)的波動(dòng)情況。若電網(wǎng)正常運(yùn)作時(shí)，輸出端OUTl輸出為高，輸出端0UT2輸出為低；當(dāng)電網(wǎng)掉電導(dǎo)致電網(wǎng)電壓突變高時(shí)，輸出端OUTl輸出低，輸出端0UT2保持低電平不變；若電網(wǎng)電壓突降，輸出端0UT2輸出高，輸出端OUTl保持不便輸出高。系統(tǒng)的MCU對0UT1、0UT2的監(jiān)測過程還加入一定的算法防止電網(wǎng)上的一些干擾造成誤檢測。該信號(hào)檢測電路能有效的監(jiān)測電網(wǎng)電壓，從而防止孤島現(xiàn)象的發(fā)生。


圖1是本發(fā)明提供的電網(wǎng)電壓采樣電路的電路原理圖。圖2是采樣電路的輸入電壓波形。圖3是采樣電路輸出電壓波形。圖4是本發(fā)明提供的比較器信號(hào)處理電路的電路原理圖。圖5是電網(wǎng)電壓突變高時(shí)比較器的電壓數(shù)據(jù)波形圖。圖6是電網(wǎng)電壓突降瞬間比較器中各點(diǎn)信號(hào)的波形圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。孤島效應(yīng)大部分為誤操作或自燃因素等原因?qū)е轮骶W(wǎng)掉電而形成的。針對成因我們提出一種通過時(shí)實(shí)監(jiān)測電網(wǎng)電壓波動(dòng)的方法來預(yù)防孤島效應(yīng)的產(chǎn)生。主網(wǎng)掉電必然會(huì)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，并聯(lián)在電網(wǎng)上的逆變器輸出電壓也會(huì)隨之受到影響，瞬間或變高或變低。設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)測器來捕抓這個(gè)跳變過程來測電網(wǎng)。監(jiān)測器原理分析檢測電路包括采樣電路、比較器組成的信號(hào)處理電路和微處理器。采樣電路如圖1所示。從電網(wǎng)上采集的輸入電壓為220V/50HZ的交流電，輸入電壓波形如圖2所示。采樣電路把輸入信號(hào)衰減為峰峰值小于2. 5V的交流電壓，且將該交流信號(hào)抬高2. 5V。輸出信號(hào)A點(diǎn)的波形如圖3所示。輸出的信號(hào)經(jīng)過比較器組成的信號(hào)處理電路分析處理后送入微處理器，所述微處理器檢測輸入信號(hào)的變化，并根據(jù)不同的變化控制系統(tǒng)做出相應(yīng)的響應(yīng)。繼續(xù)參見圖1，所述采樣電路包括兩個(gè)采集端，第一采集端220AC-L和第二采集端220AC-N,且分別連接在第一運(yùn)放UA的第二引腳2和第三引腳3上，第一采集端220AC-L與第二引腳2之間串聯(lián)有多個(gè)電阻R ；第二采集端220AC-N與第三引腳3之間也串聯(lián)有多個(gè)電阻R。第三引腳還通過電阻連接2. 5V電壓；第一運(yùn)放UA的第一引腳1為信號(hào)輸出A點(diǎn)， 所述第一引腳1還通過電阻反饋回第二引腳上。采集到點(diǎn)網(wǎng)上的電壓信號(hào)后，本發(fā)明采用兩個(gè)比較器對采集到的A點(diǎn)電壓進(jìn)行分析處理。如圖4為比較器信號(hào)處理電路，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第二運(yùn)放A、第三運(yùn)放B、第一 RC電路、第二 RC電路、第三RC電路和第四RC電路。第一 RC電路由R3和Cl以及R5和C2組成；第三RC電路由R4和C3以及R6和C4組成；第四RC電路由R7和C5以及R9和C6組成；第二 RC電路由R8和C7以及RlO和C8組成。第一 RC電路與第四RC電路相同，第二 RC電路和第三RC電路相同，第二 RC電路與第一 RC電路不同。本實(shí)施例中電容都是一樣的，第一 RC電路中的電阻比第二 RC電路中的電阻大。第一電阻Rl和第二電阻R2對A點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行分壓，分壓后A點(diǎn)電壓比分壓點(diǎn)B點(diǎn)的電壓高0. IV。采樣電路輸出端的電壓(即A點(diǎn))分別經(jīng)過第一 RC電路和第二 RC電路對應(yīng)接入到第二運(yùn)放A的正輸入端C和第三運(yùn)放B的負(fù)輸入端F ；經(jīng)分壓后的電壓(即圖中B 點(diǎn))分別經(jīng)過第三RC電路和第四RC電路對應(yīng)接入到第二運(yùn)放A的負(fù)輸入端D和第三運(yùn)放 B的正輸入端E，第二運(yùn)放的輸出端和第三運(yùn)放的輸出端連接到微處理器。電路監(jiān)測電網(wǎng)電壓就在于兩個(gè)RC電路參數(shù)不一樣導(dǎo)致運(yùn)放輸入端對電壓波動(dòng)的響應(yīng)時(shí)間不一樣，響應(yīng)時(shí)間為T = R*C。圖中C、E點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間比D、F點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間慢。電網(wǎng)正常工作時(shí)電網(wǎng)電壓處于穩(wěn)定運(yùn)作狀態(tài)，A點(diǎn)電壓高于B點(diǎn)電壓0. IV，同理C點(diǎn)電壓高于 D點(diǎn)電壓0. IV，F(xiàn)點(diǎn)電壓高于E點(diǎn)電壓0. IV。第二運(yùn)放A輸出高電平，第三運(yùn)放B輸出低電平。當(dāng)電網(wǎng)掉電時(shí)，若電網(wǎng)上的電壓瞬間變高，A點(diǎn)和B點(diǎn)的電壓突然變高，對于第二運(yùn)放A 由于C點(diǎn)對A點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間比D點(diǎn)對B點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間慢，所以瞬間D點(diǎn)的電壓升高， 而C點(diǎn)的電壓不變，就造成了 D點(diǎn)電壓比C點(diǎn)電壓高，導(dǎo)致第二運(yùn)放A翻轉(zhuǎn)由高變低。同理， 第三運(yùn)放B中E點(diǎn)對B點(diǎn)的響應(yīng)比F點(diǎn)對A點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間慢，瞬間F點(diǎn)的電壓升高，E點(diǎn)電壓不變，F(xiàn)點(diǎn)電壓還是比E點(diǎn)電壓高，第三運(yùn)放B還是保持輸出低電平。同理，當(dāng)電網(wǎng)掉電時(shí)，若電網(wǎng)上的電壓瞬間變低，A點(diǎn)和B點(diǎn)的電壓突降，對于第三運(yùn)放B 由于E點(diǎn)對B點(diǎn)的響應(yīng)比F點(diǎn)對A點(diǎn)的響應(yīng)慢，瞬間F點(diǎn)的電壓降低，而E點(diǎn)的電壓保持不變，就造成F點(diǎn)電壓低于E點(diǎn)電壓，運(yùn)放輸出翻轉(zhuǎn)由低變高。同理分析第二運(yùn)放A 的輸出電壓保持不變輸出高。所以經(jīng)過信號(hào)處理后，通過監(jiān)測第二運(yùn)放A的輸出端0UT1、第三運(yùn)放B的輸出端 0UT2的電平變化可以有效的監(jiān)測到電網(wǎng)的波動(dòng)情況。若電網(wǎng)正常運(yùn)作時(shí)，第二運(yùn)放A的輸出端OUTl輸出為高，第三運(yùn)放B的輸出端0UT2輸出為低。當(dāng)電網(wǎng)掉電導(dǎo)致電網(wǎng)電壓突變高時(shí)，第二運(yùn)放A翻轉(zhuǎn)輸出端OUTl輸出低，第三運(yùn)放B的輸出端0UT2保持低電平不變。若電網(wǎng)電壓突降，第三運(yùn)放B的輸出端0UT2翻轉(zhuǎn)，輸出高；第二運(yùn)放A的輸出端 OUTl保持不變，輸出高。系統(tǒng)的微處理器MCU對第二運(yùn)放A的輸出端0UT1、第三運(yùn)放B的輸出端0UT2的監(jiān)測過程還應(yīng)加入一定的算法防止電網(wǎng)上的一些干擾造成誤檢測。圖5、6為模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)波形圖。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析如圖5為電網(wǎng)電壓突變高的電壓數(shù)據(jù)波形圖。圖5中正弦波形為A點(diǎn)的電壓，以及對應(yīng)的C、D、0UT1點(diǎn)電壓波形圖。電壓掉電導(dǎo)致電網(wǎng)電壓突變高，突變引起D點(diǎn)電壓響應(yīng)較快，在Tl到T2時(shí)間內(nèi)電壓高于C 點(diǎn)，導(dǎo)致運(yùn)放翻轉(zhuǎn)，第二運(yùn)放A的輸出端OUTl在這期間產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，此過程第三運(yùn)放B 的輸出端0UT2保持輸出底電平。系統(tǒng)捕抓到此跳變就通知系統(tǒng)做響應(yīng)的處理。圖6為電網(wǎng)掉電導(dǎo)致電網(wǎng)電壓突降瞬間的電壓數(shù)據(jù)波形圖。圖中正弦波形為A點(diǎn)的電壓，以及與A點(diǎn)對應(yīng)時(shí)刻的E、F、0UT2各點(diǎn)信號(hào)的波形圖。掉電瞬間，第三運(yùn)放B的第一正輸入端E和第一負(fù)輸入端F對電壓突變的反應(yīng)時(shí)間差異導(dǎo)致Tl到T2間F點(diǎn)電壓高于 E點(diǎn)電壓，導(dǎo)致第三運(yùn)放B翻轉(zhuǎn)，第三運(yùn)放B的輸出端0UT2在這段時(shí)間輸出一個(gè)高脈沖，此過程第二運(yùn)放A的輸出端OUTl保持高電平。系統(tǒng)檢測到此跳變判斷電網(wǎng)掉電，通知系統(tǒng)做響應(yīng)的處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該信號(hào)檢測電路能有效的監(jiān)測電網(wǎng)電壓，從而防止孤島現(xiàn)象的發(fā)生。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種并網(wǎng)逆變器的孤島檢測電路，其特征在于，包括采樣電路、比較器組成的信號(hào)處理電路和微處理器，所述采樣電路、信號(hào)處理電路和微處理器依次連接，所述信號(hào)處理電路包括第一電阻、第二電阻、第二運(yùn)放、第三運(yùn)放、第一 RC電路、第二 RC電路、第三RC電路和第四RC電路，第一電阻和第二電阻對采樣電路輸出端的電壓分壓，采樣電路輸出端的電壓分別經(jīng)過第一 RC電路和第二 RC電路對應(yīng)接入到第二運(yùn)放的正輸入端和第三運(yùn)放的負(fù)輸入端；經(jīng)分壓后的電壓分別經(jīng)過第三RC電路和第四RC電路對應(yīng)接入到第二運(yùn)放的負(fù)輸入端和第三運(yùn)放的正輸入端，第二運(yùn)放和第三運(yùn)放的輸出端都連接到微處理器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測電路，其特征在于，所述采樣電路包括第一采集端和第二采集端，且分別連接在第一運(yùn)放的第二引腳和第三引腳上，第一采集端與第二引腳之間串聯(lián)有多個(gè)電阻；第二采集端與第三引腳之間也串聯(lián)有多個(gè)電阻；第三引腳還通過電阻連接2. 5V電壓；第一運(yùn)放的第一引腳為信號(hào)輸出，所述第一引腳還通過電阻反饋回第二引腳上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測電路，其特征在于，采樣電路把輸入信號(hào)衰減為峰峰值小于2. 5V的交流電壓，并通過外接的2. 5V電源將該交流信號(hào)抬高2. 5V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測電路，其特征在于，第一電阻和第二電阻對輸出信號(hào)進(jìn)行分壓，分壓后電壓比分壓前的電壓低0. IV。
5.一種并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述并網(wǎng)逆變器中設(shè)置有權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的孤島檢測電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種并網(wǎng)逆變器及其孤島檢測電路，采樣電路和比較器對電網(wǎng)電壓進(jìn)行采集然后用兩個(gè)比較器對采集到的電壓進(jìn)行分析處理。經(jīng)過信號(hào)處理后，通過監(jiān)測兩輸出端OUT1、OUT2的電平變化可以有效的監(jiān)測到電網(wǎng)的波動(dòng)情況。若電網(wǎng)正常運(yùn)作時(shí)，輸出端OUT1輸出為高，輸出端OUT2輸出為低；當(dāng)電網(wǎng)掉電導(dǎo)致電網(wǎng)電壓突變高時(shí)，輸出端OUT1輸出低，輸出端OUT2保持低電平不變；若電網(wǎng)電壓突降，輸出端OUT2輸出高，輸出端OUT1保持不便輸出高。系統(tǒng)的MCU對OUT1、OUT2的監(jiān)測過程還加入一定的算法防止電網(wǎng)上的一些干擾造成誤檢測。采用本發(fā)明的檢測電路能有效的監(jiān)測電網(wǎng)電壓，從而防止孤島現(xiàn)象的發(fā)生。
文檔編號(hào)G01R19/165GK102393482SQ20111030651
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者劉建飛, 張立品, 李戰(zhàn)功, 汪兆華, 竇曉月, 謝春華, 鞠萬金 申請人:深圳市京泉華電子有限公司