CN102882187B - 基于cpld的光伏逆变器保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于CPLD的光伏逆变器保护装置及保护方法，CPLD逻辑控制单元具有CPLD芯片，CPLD芯片具有16根一类故障检测引脚、26根二类故障检测引脚、6根PWM信号输出引脚、出现一类故障时发出信号引脚、出现二类故障时发出信号引脚；一、二类故障检测引脚分别连接二类故障采集单元；DSP芯片根据电压电流传感器采样到电压电流采样信号并产生PWM波输入至CPLD芯片；判定为出现一类故障时，发出警告并关断PWM波信号；判定为出现二类故障时，发出警告且不关断PWM波信号，本发明能同时采集多路故障信号，可以对一、二类故障进行分类，并分别快速地做出相应的保护报警措施，提高光伏逆变器的可靠性和稳定性。

Description

基于CPLD的光伏逆变器保护装置及方法

技术领域

本发明公开了基于CPLD的光伏逆变器保护装置，属于光伏发电技术领域。

背景技术

CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件），是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在线系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。

在光伏并网系统中，完善的保护功能对系统的良好运行具有至关重要的作用，其中对逆变器的保护最为关键。光伏逆变器的主电路由太阳能电池阵列供电，输入滤波电路对太阳能电池阵列提供的电能滤波后，传输至功率电源模块，进而经过输出滤波电路得到光伏逆变器的输出。

 DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理器）是常用的监控光伏逆变器工作运行的器件，其根据光伏逆变器的检测电压、检测电流产生PWM波，PWM波进而控制功率单元中功率开关管的导通与关断，继而达到控制光伏逆变器工作的目的。光伏逆变器的保护主要包括：对DSP产生的PWM波控制信号的有效监控和处理、功率单元故障信号的监控、逆变器硬件过流信号的监控、功率单元温度信号的监控以及其他开关量信号的监控。

 光伏逆变器的故障根据其是否是系统致命故障分为两类：一类故障，即致命的故障，如功率单元故障信号、逆变器硬件过流信号、功率单元过温信号等；二类故障，即非致命的故障，如直流断路器状态、直流熔断器状态、绝缘电阻检测状态等。

DSP进行保护，在保护过程中未对故障的类型进行分类，且由于DSP还须完成系统其他控制功能，所以DSP自身通用I/O可扩展能力有限，无法满足多故障类型的检测功能。另外DSP采样频率与报警速度相比较于一类故障的发生时间不及时，[微软用户1] 从而使得光伏逆变器系统的可靠性和稳定性变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了基于CPLD的光伏逆变器保护装置及保护方法，可对多故障类型进行检测，并快速及时地对故障进行报警。

 为实现上述发明目的, 本发明基于CPLD的光伏逆变器保护装置采用如下技术方案：包括CPLD逻辑控制单元、DSP芯片，CPLD逻辑控制单元具有CPLD芯片，CPLD芯片具有复位信号引脚Reset、16根一类故障检测引脚CrltErrIn、26根二类故障检测引脚NonCrltIn、6根PWM信号输出引脚PWMIn、出现一类故障时发出信号引脚PDPINTA、出现二类故障时发出信号引脚XINT1；引脚PDPINTA和引脚XINT1分别连接DSP芯片输入端；一类故障检测引脚CrltErrIn连接一类故障采集单元，二类故障检测引脚NonCrltIn连接二类故障采集单元；一、二类故障采集单元分别采集一、二类故障信号的开关量；DSP芯片根据电压电流传感器采样到电压电流采样信号并产生PWM波，该PWM波经引脚PWMIn输入至CPLD芯片。

本发明基于CPLD的光伏逆变器保护装置的保护方法采用如下技术方案：检测一类故障检测引脚CrltErrIn的状态，若与预设状态不一致，则计数器加1，如果计数器的值小于5则继续检测，如果计数器的值大于5则判定为出现一类故障，发出警告并关断PWM波信号；检测二类故障检测引脚NonCrltIn的状态，若与预设的状态不一致，则计数器加1，如果计数器的值小于5则继续检测，如果计数器的值大于5则判定为出现二类故障，发出警告且不关断PWM波信号。

本发明采用上述技术方案后，具有以下有益效果：本发明能同时采集多路故障信号，可以对一、二类故障进行分类，并分别快速地做出相应的保护报警措施，且能在一类故障时与DSP芯片产生通信，控制光伏逆变器系统停止工作，提高光伏逆变器的可靠性和稳定性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

附图说明

图1是本发明基于CPLD的光伏逆变器保护装置的结构连接示意图； 

图2是图1中CPLD芯片各引脚图；

图3是一类故障检测流程图；

图4是二类故障检测流程图。

具体实施方式

本发明包括CPLD逻辑控制单元、DSP芯片以及信号采集单元。信号采集单元包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、一类故障采集单元、二类故障采集单元。

温度传感器用于将光伏逆变器主电路中的功率单元温度故障信号转换为电信号。主电路通过电流互感器测量光伏逆变器中功率单元输出电流信号，功率单元温度故障信号和输出电流信号均输入至CPLD逻辑控制单元。

DSP芯片通过电压传感器采样直流侧、电网侧和逆变侧电压信号，通过电流传感器采样直流侧、电网侧和逆变侧电流信号，将电压电流采样信号输入DSP芯片，DSP芯片根据电压电流采样信号产生PWM波，DSP芯片根据内部算法控制PWM输出信号，将PWM波控制信号输入CPLD逻辑控制单元。DSP芯片连接数据通讯及显示单元，

一、二类故障采集单元分别采集到一、二类故障信号的开关量，一、二类故障信号的开关量通过通用I/O口输入CPLD逻辑控制单元，CPLD逻辑控制单元做出判断，发出警告信号并与DSP芯片进行通信，控制DSP芯片停止发出PWM波控制信号。

 CPLD逻辑控制单元具有CPLD芯片，CPLD芯片如图2所示，Reset脚为复位信号，控制CPLD的复位重启。Clkin是CPLD的时钟，Cs1是CPLD的选择引脚，Rd引脚为低电平的时候DSP可以读取CPLD内容，DspAddr为6根地址引脚，PWMIn为6根PWM信号输入引脚，CrltErrIn为16根一类故障检测引脚，NonCrltIn为26根二类故障检测引脚。DspData为16根数据引脚。PWMOut为6根PWM信号输出引脚。PDPINTA引脚，在出现一类故障时发出信号，XINT1引脚在出现二类故障时发出信号。CPLD芯片的引脚PDPINTA、引脚XINT1分别连接DSP芯片的输入端。一类故障检测引脚CrltErrIn连接一类故障采集单元、二类故障检测引脚NonCrltIn连接二类故障采集单元。DSP芯片根据电压电流采样信号产生PWM波经CPLD芯片的引脚PWMIn输入至CPLD芯片。

CPLD逻辑控制单元根据功率单元温度故障信号、功率单元输出电流信号、一、二类故障信号的开关量，调制DSP芯片产生PWM波，得到调节功率单元中功率开关管工作的PWM信号。

一类故障检测流程如图3所示，一类故障例如功率单元过流故障、功率单元过温故障、采样电路过流等，对逆变器产生破坏性的不可恢复的影响，这类故障产生时需要及时关断PWM波，并报故障。只有解除这些故障时，才能发出PWM波给主电路。首先初始化CPLD逻辑控制单元，其次检测一类故障检测引脚的状态，与预设的状态是否一致，如果一致，即没有发生故障，CPLD逻辑控制单元继续检测一类故障检测引脚状态，如果与预设状态不一致，则计数器加1，判断计数器的值是否大于5，如果小于5则继续检测，大于5的时候则判定为系统出现一类故障，这样可避免出现干扰时误报，CPLD逻辑控制单元及时关断PWM波信号，并清0故障位从而发出警告，最后清除计数器，和置位故障位，重复循环检测。

二类故障检测流程如图4所示，二类故障例如绝缘电阻检测状态、门开关检测状态、直流熔断器状态等，对逆变器不会产生破坏性影响的故障，这类故障产生时不需要关断PWM波，只报故障，系统正常运行。首先初始化CPLD逻辑控制单元，其次检测二类故障检测引脚的状态，与预设的状态是否一致，如果一致，即没有发生故障，CPLD逻辑控制单元继续检测一类故障引脚状态，如果与预设状态不一致，则计数器加1，判断计数器的值是否大于5，如果小于5则继续检测，大于5的时候则判定为系统出现二类故障，并清0故障位从而发出警告，只发出警告不封锁PWM信号，最后清除计数器，和置位故障位，重复循环检测。

Claims (2)

1.一种基于CPLD的光伏逆变器保护装置，包括CPLD逻辑控制单元、DSP芯片，其特征是：CPLD逻辑控制单元具有CPLD芯片，CPLD芯片具有复位信号引脚Reset、16根一类故障检测引脚CrltErrIn、26根二类故障检测引脚NonCrltIn、6根PWM信号输出引脚PWMIn、出现一类故障时发出信号引脚PDPINTA、出现二类故障时发出信号引脚XINT1；引脚PDPINTA和引脚XINT1分别连接DSP芯片输入端；一类故障检测引脚CrltErrIn连接一类故障采集单元，二类故障检测引脚NonCrltIn连接二类故障采集单元；一、二类故障采集单元分别采集一、二类故障信号的开关量；DSP芯片根据电压电流传感器采样到电压电流采样信号并产生PWM波，该PWM波经引脚PWMIn输入至CPLD芯片；一类故障是对逆变器产生破坏性的不可恢复的影响，这类故障产生时需要及时关断PWM波，并报故障；二类故障是对逆变器不会产生破坏性影响的故障，这类故障产生时不需要关断PWM波，只报故障。

2.一种如权利要求1所述基于CPLD的光伏逆变器保护装置的保护方法，其特征是：检测一类故障检测引脚CrltErrIn的状态，若与预设状态不一致，则计数器加1，如果计数器的值小于5则继续检测，如果计数器的值大于5则判定为出现一类故障，发出警告并关断PWM波信号；检测二类故障检测引脚NonCrltIn的状态，若与预设的状态不一致，则计数器加1，如果计数器的值小于5则继续检测，如果计数器的值大于5则判定为出现二类故障，发出警告且不关断PWM波信号。