防孤岛和智能电网保护

防孤岛保护是必要的，以确保并网能量收集系统，削减到当电网本身失去电力的电网连接。然而，在电网损耗的标识是具有挑战性的，需要一种方法能够找到的灵敏度之间的适当平衡，以网格和响应电网停电正常波动。工程建筑并网逆变器可以通过利用来自制造商的按键设计方法和可用的组件，包括ADI公司，飞思卡尔半导体，微芯科技安森美半导体，TE连接和德州仪器，以及其他的组合优势，实现可靠的防孤岛保护。

小规模的能量收集可以提供相当大的功率水平，足以满足个人建设的需要，仍然养活多余的电能回馈到电网的功劳。与这种类型的分布式发电的，但是，功率在电网缺失可产生危险状况时，太阳能电池阵列或风力涡轮机，例如，继续供电。在这种情况下，能量收集系统变得供电的岛进入无动力电网。防孤岛保护提供了旨在防止发生这些电源岛通过打破能量收集系统和电网之间的连接，当电网变暗机制。

防孤岛保护非常重要，具体的功能和规格防孤岛都需要在美国和其他国家与发达的电网系统。不仅孤岛地方效用维修人员有危险，有源岛可以复杂恢复电网的过程。

功率损耗检测

确定当电网已经失去功率可以在许多情况下，一个显著挑战。在一个典型的并网能量采集系统的临时检查，功率从电网损失似乎是很快明显(图1)。在某些情况下，然而，本地负载可呈现其导致仅在有功和无功功率非常小的变化当电网断电特性。其结果是，反相器将不能够检测到差异，因此将继续供应电力到无动力的网格，从而导致岛状态。另一方面，反相器反复断开本身当电网继续提供电力将减少收入其拥有者的返回的功率，并减少它的机会量。

Microchip的技术并网能量采集系统的图像

图1：如果电网出现故障，本地负载可能掩盖了一个微逆变器检测到的有功，无功，造成孤岛，或电力的持续流入电网从能量采集源的任何变化。 (Microchip的技术提供)

该组条件下的逆变器无法检测到的功率损耗在网格被称为非检测区间(NDZ)。的有效防孤岛方法的目的是减少或消除理想NDZs，使用某种形式的从电网反馈。常规方法用于减少NDZ通常依赖于所谓的无源方法，其中所述逆变器的措施电网电压或频率。当测得的特性低于阈值时，逆变器确定一个岛状态存在，并且无论是从电网，同时继续供电本地负载完全断开或自行关闭。

最常见的被动防孤岛方法采取在逆变器的主要机制的优势。在典型的逆变器设计，数字功率控制器管理的输出电压，通常使用一个脉冲宽度调制器(PWM)以产生所需的交流波形(图2)。通过监测电网电压波形并测量其过零点，逆变器可以启动的PWM输出周期，以产生一个交流波形保持与电网同步的发作。

对Silicon Laboratories的防孤岛方法图像

图2：反孤岛方法集中在交流波形的产生和同步与电网的范围内分析电网反馈。 (Silicon Laboratories公司提供)

为了确保同步，设计者可以结合一个过零检测器具有一个相位锁定环(PLL)系控制器，以产生一个保留在相位与电网的波形(图3)的AC输出波形。这里，波形控制器产生一个网格同步波形，使用PLL，以确保输出正弦波和电网的波形的零交叉点之间的紧密匹配。

德州仪器被动防孤岛检测的图像

图3：被动防孤岛检测可以使用通过以硬件或软件实现的基于PLL的控制器执行电网频率监测如本示例所示。 (德州仪器提供)

为过零检测功能，工程师将使用围绕运算放大器建立了一个简单的模拟电路。实际上，一个有效的过零检测电路仅需要一个通用运算放大器，例如Microchip Technology的MCP6022，作为半导体BC817-16LT1G晶体管这样，和一些额外的无源元件(图4)。[!--empirenews.page--]

Microchip的技术过零检测的图像

图4：一个简单的过零检测器仅需要一个运算放大器，晶体管，和一些无源元件，以提供一个零交叉检测信号来直接控制逻辑或来驱动，其执行控制例程的MCU的GPIO引脚。 (Microchip的技术提供)

通过寻找在过零，频率，或电网波形的电压偏差，一个逆变器防孤岛可以检测功率的损耗在网格和当孤岛发生从电网断开本身。在这种情况下，中继需要快速打开时被检测到孤岛(或当逆变否则进入故障状态)。

国际标准规定的中继电路，打破与电网的连接必须有一个接触间隙为至少1.5毫米，在每个极，需要使用一个装置，如在TE连接PCFN太阳能继电器，它提供了一个接触间隙大于1.8毫米更大。在典型的防孤岛逆变器设计，一个MCU产生中继使能/禁止信号，该信号又缓冲由继电器驱动器(图5)。

弹性防孤岛

设计师通常选择使用集成的处理器基于固件的逆变器设计，如飞思卡尔半导体MC56F8257，Microchip的技术dsPIC33FJ16GS504和德州仪器TMS320F2802 Piccolo MCU的TI的C2000的C28x Piccolo系列。除了优势，为增强代码的设计已经在该领域，基于软件的防孤岛使部署更为精密的检测方案。

飞思卡尔半导体MC56F8257逆变器设计图片

图5：在逆变器设计，先进的处理器，如飞思卡尔MC56F8257允许执行复杂的基于软件的防孤岛方案和直接控制岛屿化被检测到时中断连接到电网所需的关键继电器的。 (飞思卡尔半导体提供)

对于微逆变集成电池管理，设计变得相应地更加复杂(图6)。然而，应用防孤岛管理的相同的原则。在这种类型的逆变器设计的，一个DSP诸如Analog Devices公司的Blackfin ADSP-BF50x系列提供了支持要求的更复杂的混合，而在执行防孤岛控制例程所需的性能和功能。在这里，ADI公司AD7280，AD8280和ADuC703x锂离子电池管理IC卸载电池充电和从DSP，它是使用ADuM140 IC的数字隔离字符串平衡。

ADI公司的ADSP-BF50 DSP的图像

图6：在更复杂的能量收集系统的锂离子电池作为备用电源，一个DSP如ADI公司的ADSP-BF50可以管理能量收集和电池管理在执行防孤岛机制字符串。 (ADI公司提供)

使用微控制器和DSP的是实现主动防孤岛效应的方法是至关重要的。而被动方法简单地监视电网的电压和频率，活性方法注入小的干扰到电网以确定该网格仍然连接，并提供稳定的电力。例如，圣地亚频移方法特意引入在相位角的小偏差的输出波形和查找在电网频率的任何变化在下一个周期。具有活性，供电电网，电网频率将不会受到影响。活性的方法可以通常提供在NDZ大得多还原比可能的被动的方法，但仍保持在行业中的研究的活跃领域。

结论

防孤岛是并网逆变器的安全，可靠的性能至关重要，仍然有先进的电网在国家法定要求。在很多情况下，然而，确定何时发生孤岛可以是具有挑战性的，产生危险，当一个连接的变频器馈入无动力网格或导致收入损失时的逆变器从有源电网不必要断开。对于工程师，实施防孤岛方案都建立在用于电网同步的常用方法，并利用现有的MCU和DSP利用强大的基于软件的方法。