专利名称：一种并网逆变器及其孤岛检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力领域，尤其涉及的是一种并网逆变器及其孤岛检测电路。
背景技术：
孤岛效应是指并网逆变器在向电网供电时，因电气故障、误操作或自燃因素等原因中断供电，但是这时并网逆变器仍然会继续向电网输送一定比例的电能，从而出现孤岛现象。孤岛效应会对设备和人员的安全带来严重的隐患。当电网中断供电后，当检修人员对电网的电力线路和电力设备进行检修时，若并网逆变器继续供电会造成人员伤亡的事故; 若并网逆变器继续供电，一旦电网恢复供电，电网和并网逆变器的输出电压和相位可能存在较大的差异，会在一瞬间产生很大的冲击电流，而损坏设备。所以在电网停电后，必须立刻终止光伏并网发电系统对电网的供电。并网逆变器一般会采用被动和主动的两种方式进行防护以针对该效应。被动式防护一般是指当电网中断供电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上产生跳变信号， 通过检测跳变信号来判断电网是否失电。主动式防护一般是指对电网参数发出小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电，当并网逆变器检测到电网中断供电后，会立即停止工作，目前并网逆变反孤岛技术，各家公司都正在攻克。国际通行的光伏并网逆变器标准都对并网逆变器孤岛检测功能做了要求，其中 IEEE Std2000 - 929规定当公共点的频率在59. 3 一 60. 5Hz之外时，并网逆变器应在6个周期内停止供电。普通并网逆变器由于容量小，造价高等特点，一般不会与电网通信控制系统通信，其孤岛检测和保护技术主要立足于逆变器的自我检查(Local detection)而非远程通信技术(Remote detection),目前孤岛检测研究致力于将孤岛检测功能集成于逆变器控制系统中。因此，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种并网逆变器及其孤岛检测电路，旨在解决准确的检测并网逆变器向电网供电时，断电后出现的孤岛效应。本实用新型的技术方案如下一种并网逆变器的孤岛检测电路，其包括采样电路、比较器组成的信号处理电路和微处理器，所述采样电路、信号处理电路和微处理器依次连接，所述信号处理电路包括第一电阻、第二电阻、第二运放、第三运放、第一 RC电路、第二 RC电路、第三RC电路和第四RC 电路，第一电阻和第二电阻对采样电路输出端的电压分压，采样电路输出端的电压分别经过第一 RC电路和第二 RC电路对应接入到第二运放的正输入端和第三运放的负输入端；经分压后的电压分别经过第三RC电路和第四RC电路对应接入到第二运放的负输入端和第三运放的正输入端，第二运放和第三运放的输出端都连接到微处理器上。所述的并网逆变器的孤岛检测电路，其中，所述采样电路包括第一采集端和第二采集端，且分别连接在第一运放的第二引脚和第三引脚上，第一采集端与第二引脚之间串联有多个电阻；第二采集端与第三引脚之间也串联有多个电阻；第三引脚还通过电阻连接 2. 5V电压；第一运放的第一引脚为信号输出，所述第一引脚还通过电阻反馈回第二引脚上。所述的并网逆变器的孤岛检测电路，其中，采样电路把输入信号衰减为峰峰值小于2. 5V的交流电压，并通过外接的2. 5V电源将该交流信号抬高2. 5V。所述的并网逆变器的孤岛检测电路，其中，第一电阻和第二电阻对输出信号进行分压，分压后电压比分压前的电压低0. IV。一种并网逆变器，其特征在于，所述并网逆变器中设置有上述的孤岛检测电路。本实用新型的有益效果本实用新型通过采样电路和比较器对电网电压进行采集然后用两个比较器对采集到的电压进行分析处理。经过信号处理后，通过监测两输出端 0UT1、0UT2的电平变化可以有效的监测到电网的波动情况。若电网正常运作时，输出端 OUTl输出为高，输出端0UT2输出为低；当电网掉电导致电网电压突变高时，输出端OUTl输出低，输出端0UT2保持低电平不变；若电网电压突降，输出端0UT2输出高，输出端OUTl保持不便输出高。系统的MCU对0UT1、0UT2的监测过程还加入一定的算法防止电网上的一些干扰造成误检测。该信号检测电路能有效的监测电网电压，从而防止孤岛现象的发生。
图1是本实用新型提供的电网电压采样电路的电路原理图。图2是采样电路的输入电压波形。图3是采样电路输出电压波形。图4是本实用新型提供的比较器信号处理电路的电路原理图。图5是电网电压突变高时比较器的电压数据波形图。图6是电网电压突降瞬间比较器中各点信号的波形图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。孤岛效应大部分为误操作或自燃因素等原因导致主网掉电而形成的。针对成因我们提出一种通过时实监测电网电压波动的方法来预防孤岛效应的产生。主网掉电必然会引起电网电压的波动，并联在电网上的逆变器输出电压也会随之受到影响，瞬间或变高或变低。设计一个监测器来捕抓这个跳变过程来测电网。监测器原理分析检测电路包括采样电路、比较器组成的信号处理电路和微处理器。采样电路如图1所示。从电网上采集的输入电压为220V/50HZ的交流电，输入电压波形如图2所示。采样电路把输入信号衰减为峰峰值小于2. 5V的交流电压，且将该交流信号抬高2. 5V。输出信号A点的波形如图3所示。输出的信号经过比较器组成的信号处理电路分析处理后送入微处理器，所述微处理器检测输入信号的变化，并根据不同的变化控制系统做出相应的响应。继续参见图1，所述采样电路包括两个采集端，第一采集端220AC-L和第二采集端 220AC-N,且分别连接在第一运放UA的第二引脚2和第三引脚3上，第一采集端220AC-L与第二引脚2之间串联有多个电阻R ；第二采集端220AC-N与第三引脚3之间也串联有多个电阻R。第三引脚还通过电阻连接2. 5V电压；第一运放UA的第一引脚1为信号输出A点， 所述第一引脚1还通过电阻反馈回第二引脚上。采集到点网上的电压信号后，本实用新型采用两个比较器对采集到的A点电压进行分析处理。如图4为比较器信号处理电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第二运放A、第三运放B、第一 RC电路、第二 RC电路、第三RC电路和第四RC电路。第一 RC电路由R3和 Cl以及R5和C2组成；第三RC电路由R4和C3以及R6和C4组成；第四RC电路由R7和C5 以及R9和C6组成；第二 RC电路由R8和C7以及RlO和C8组成。第一 RC电路与第四RC 电路相同，第二 RC电路和第三RC电路相同，第二 RC电路与第一 RC电路不同。本实施例中电容都是一样的，第一 RC电路中的电阻比第二 RC电路中的电阻大。第一电阻Rl和第二电阻R2对A点信号进行分压，分压后A点电压比分压点B点的电压高0. IV。采样电路输出端的电压(即A点)分别经过第一 RC电路和第二 RC电路对应接入到第二运放A的正输入端C和第三运放B的负输入端F ；经分压后的电压(即图中B 点)分别经过第三RC电路和第四RC电路对应接入到第二运放A的负输入端D和第三运放 B的正输入端E，第二运放的输出端和第三运放的输出端连接到微处理器。电路监测电网电压就在于两个RC电路参数不一样导致运放输入端对电压波动的响应时间不一样，响应时间为T = R*C。图中C、E点的响应时间比D、F点的响应时间慢。电网正常工作时电网电压处于稳定运作状态，A点电压高于B点电压0. IV，同理C点电压高于 D点电压0. IV，F点电压高于E点电压0. IV。第二运放A输出高电平，第三运放B输出低电平。当电网掉电时，若电网上的电压瞬间变高，A点和B点的电压突然变高，对于第二运放A 由于C点对A点的响应时间比D点对B点的响应时间慢，所以瞬间D点的电压升高， 而C点的电压不变，就造成了 D点电压比C点电压高，导致第二运放A翻转由高变低。同理， 第三运放B中E点对B点的响应比F点对A点的响应时间慢，瞬间F点的电压升高，E点电压不变，F点电压还是比E点电压高，第三运放B还是保持输出低电平。同理，当电网掉电时，若电网上的电压瞬间变低，A点和B点的电压突降，对于第三运放B 由于E点对B点的响应比F点对A点的响应慢，瞬间F点的电压降低，而E点的电压保持不变，就造成F点电压低于E点电压，运放输出翻转由低变高。同理分析第二运放A 的输出电压保持不变输出高。所以经过信号处理后，通过监测第二运放A的输出端0UT1、第三运放B的输出端 0UT2的电平变化可以有效的监测到电网的波动情况。若电网正常运作时，第二运放A的输出端OUTl输出为高，第三运放B的输出端0UT2输出为低。当电网掉电导致电网电压突变高时，第二运放A翻转输出端OUTl输出低，第三运放B的输出端0UT2保持低电平不变。若电网电压突降，第三运放B的输出端0UT2翻转，输出高；第二运放A的输出端 OUTl保持不变，输出高。系统的微处理器MCU对第二运放A的输出端0UT1、第三运放B的输出端0UT2的监测过程还应加入一定的算法防止电网上的一些干扰造成误检测。图5、6为模拟实验结果的数据波形图。实验数据分析如图5为电网电压突变高的电压数据波形图。图5中正弦波形为A点的电压，以及对应的C、D、0UT1点电压波形图。 电压掉电导致电网电压突变高，突变引起D点电压响应较快，在Tl到T2时间内电压高于C 点，导致运放翻转，第二运放A的输出端OUTl在这期间产生一个负脉冲，此过程第三运放B的输出端0UT2保持输出底电平。系统捕抓到此跳变就通知系统做响应的处理。图6为电网掉电导致电网电压突降瞬间的电压数据波形图。图中正弦波形为A点的电压，以及与A点对应时刻的E、F、0UT2各点信号的波形图。掉电瞬间，第三运放B的第一正输入端E和第一负输入端F对电压突变的反应时间差异导致Tl到T2间F点电压高于 E点电压，导致第三运放B翻转，第三运放B的输出端0UT2在这段时间输出一个高脉冲，此过程第二运放A的输出端OUTl保持高电平。系统检测到此跳变判断电网掉电，通知系统做响应的处理。实验结果表明该信号检测电路能有效的监测电网电压，从而防止孤岛现象的发生。应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种并网逆变器的孤岛检测电路，其特征在于，包括采样电路、比较器组成的信号处理电路和微处理器，所述采样电路、信号处理电路和微处理器依次连接，所述信号处理电路包括第一电阻、第二电阻、第二运放、第三运放、第一 RC电路、第二 RC电路、第三RC电路和第四RC电路，第一电阻和第二电阻对采样电路输出端的电压分压，采样电路输出端的电压分别经过第一 RC电路和第二 RC电路对应接入到第二运放的正输入端和第三运放的负输入端；经分压后的电压分别经过第三RC电路和第四RC电路对应接入到第二运放的负输入端和第三运放的正输入端，第二运放和第三运放的输出端都连接到微处理器上。
2.根据权利要求1所述的并网逆变器的孤岛检测电路，其特征在于，所述采样电路包括第一采集端和第二采集端，且分别连接在第一运放的第二引脚和第三引脚上，第一采集端与第二引脚之间串联有多个电阻；第二采集端与第三引脚之间也串联有多个电阻；第三引脚还通过电阻连接2. 5V电压；第一运放的第一引脚为信号输出，所述第一引脚还通过电阻反馈回第二引脚上。
3.—种并网逆变器，其特征在于，所述并网逆变器中设置有权利要求1至2中任意一项所述的孤岛检测电路。
专利摘要本实用新型公开了一种并网逆变器及其孤岛检测电路，采样电路和比较器对电网电压进行采集然后用两个比较器对采集到的电压进行分析处理。经过信号处理后，通过监测两输出端OUT1、OUT2的电平变化可以有效的监测到电网的波动情况。若电网正常运作时，输出端OUT1输出为高，输出端OUT2输出为低；当电网掉电导致电网电压突变高时，输出端OUT1输出低，输出端OUT2保持低电平不变；若电网电压突降，输出端OUT2输出高，输出端OUT1保持不便输出高。系统的MCU对OUT1、OUT2的监测过程还加入一定的算法防止电网上的一些干扰造成误检测。采用本实用新型的检测电路能有效的监测电网电压，从而防止孤岛现象的发生。
文档编号G01R19/165GK202267705SQ20112038458
公开日2012年6月6日 申请日期2011年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者刘建飞, 张立品, 李战功, 汪兆华, 窦晓月, 谢春华, 鞠万金 申请人:深圳市京泉华电子有限公司