防孤島保護(hù)是必要的，以確保并網(wǎng)能量收集系統(tǒng)，削減到當(dāng)電網(wǎng)本身失去電力的電網(wǎng)連接。然而，在電網(wǎng)損耗的標(biāo)識(shí)是具有挑戰(zhàn)性的，需要一種方法能夠找到的靈敏度之間的適當(dāng)平衡，以網(wǎng)格和響應(yīng)電網(wǎng)停電正常波動(dòng)。工程建筑并網(wǎng)逆變器可以通過利用來自制造商的按鍵設(shè)計(jì)方法和可用的組件，包括ADI公司，飛思卡爾半導(dǎo)體，微芯科技安森美半導(dǎo)體，TE連接和德州儀器，以及其他的組合優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)可靠的防孤島保護(hù)。

小規(guī)模的能量收集可以提供相當(dāng)大的功率水平，足以滿足個(gè)人建設(shè)的需要，仍然養(yǎng)活多余的電能回饋到電網(wǎng)的功勞。與這種類型的分布式發(fā)電的，但是，功率在電網(wǎng)缺失可產(chǎn)生危險(xiǎn)狀況時(shí)，太陽能電池陣列或風(fēng)力渦輪機(jī)，例如，繼續(xù)供電。在這種情況下，能量收集系統(tǒng)變得供電的島進(jìn)入無動(dòng)力電網(wǎng)。防孤島保護(hù)提供了旨在防止發(fā)生這些電源島通過打破能量收集系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的連接，當(dāng)電網(wǎng)變暗機(jī)制。

防孤島保護(hù)非常重要，具體的功能和規(guī)格防孤島都需要在美國(guó)和其他國(guó)家與發(fā)達(dá)的電網(wǎng)系統(tǒng)。不僅孤島地方效用維修人員有危險(xiǎn)，有源島可以復(fù)雜恢復(fù)電網(wǎng)的過程。

功率損耗檢測(cè)

確定當(dāng)電網(wǎng)已經(jīng)失去功率可以在許多情況下，一個(gè)顯著挑戰(zhàn)。在一個(gè)典型的并網(wǎng)能量采集系統(tǒng)的臨時(shí)檢查，功率從電網(wǎng)損失似乎是很快明顯(圖1)。在某些情況下，然而，本地負(fù)載可呈現(xiàn)其導(dǎo)致僅在有功和無功功率非常小的變化當(dāng)電網(wǎng)斷電特性。其結(jié)果是，反相器將不能夠檢測(cè)到差異，因此將繼續(xù)供應(yīng)電力到無動(dòng)力的網(wǎng)格，從而導(dǎo)致島狀態(tài)。另一方面，反相器反復(fù)斷開本身當(dāng)電網(wǎng)繼續(xù)提供電力將減少收入其擁有者的返回的功率，并減少它的機(jī)會(huì)量。

Microchip的技術(shù)并網(wǎng)能量采集系統(tǒng)的圖像

圖1：如果電網(wǎng)出現(xiàn)故障，本地負(fù)載可能掩蓋了一個(gè)微逆變器檢測(cè)到的有功，無功，造成孤島，或電力的持續(xù)流入電網(wǎng)從能量采集源的任何變化。 (Microchip的技術(shù)提供)

該組條件下的逆變器無法檢測(cè)到的功率損耗在網(wǎng)格被稱為非檢測(cè)區(qū)間(NDZ)。的有效防孤島方法的目的是減少或消除理想NDZs，使用某種形式的從電網(wǎng)反饋。常規(guī)方法用于減少NDZ通常依賴于所謂的無源方法，其中所述逆變器的措施電網(wǎng)電壓或頻率。當(dāng)測(cè)得的特性低于閾值時(shí)，逆變器確定一個(gè)島狀態(tài)存在，并且無論是從電網(wǎng)，同時(shí)繼續(xù)供電本地負(fù)載完全斷開或自行關(guān)閉。

最常見的被動(dòng)防孤島方法采取在逆變器的主要機(jī)制的優(yōu)勢(shì)。在典型的逆變器設(shè)計(jì)，數(shù)字功率控制器管理的輸出電壓，通常使用一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器(PWM)以產(chǎn)生所需的交流波形(圖2)。通過監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓波形并測(cè)量其過零點(diǎn)，逆變器可以啟動(dòng)的PWM輸出周期，以產(chǎn)生一個(gè)交流波形保持與電網(wǎng)同步的發(fā)作。

對(duì)Silicon Laboratories的防孤島方法圖像

圖2：反孤島方法集中在交流波形的產(chǎn)生和同步與電網(wǎng)的范圍內(nèi)分析電網(wǎng)反饋。 (Silicon Laboratories公司提供)

為了確保同步，設(shè)計(jì)者可以結(jié)合一個(gè)過零檢測(cè)器具有一個(gè)相位鎖定環(huán)(PLL)系控制器，以產(chǎn)生一個(gè)保留在相位與電網(wǎng)的波形(圖3)的AC輸出波形。這里，波形控制器產(chǎn)生一個(gè)網(wǎng)格同步波形，使用PLL，以確保輸出正弦波和電網(wǎng)的波形的零交叉點(diǎn)之間的緊密匹配。

德州儀器被動(dòng)防孤島檢測(cè)的圖像

圖3：被動(dòng)防孤島檢測(cè)可以使用通過以硬件或軟件實(shí)現(xiàn)的基于PLL的控制器執(zhí)行電網(wǎng)頻率監(jiān)測(cè)如本示例所示。 (德州儀器提供)

為過零檢測(cè)功能，工程師將使用圍繞運(yùn)算放大器建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬電路。實(shí)際上，一個(gè)有效的過零檢測(cè)電路僅需要一個(gè)通用運(yùn)算放大器，例如Microchip Technology的MCP6022，作為半導(dǎo)體BC817-16LT1G晶體管這樣，和一些額外的無源元件(圖4)。[!--empirenews.page--]

Microchip的技術(shù)過零檢測(cè)的圖像

圖4：一個(gè)簡(jiǎn)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(guó)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(jiǎn)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(guó)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。