基于滑模频率偏移检测法的单相逆变器孤岛保护研究

引言

光伏逆变器将太阳能电池板的直流电转换为交流电并入电网。当电网因故障、检修停电时，若并网逆变器未及时检测并停止供电，就会形成由光伏系统独立供电的「孤岛」，危及检修人员安全与电网恢复。孤岛保护是光伏逆变器至关重要的功能。

实验平台

本案例利用 PEK-510 单相光伏逆变器模组（前级 Boost 升压，后级单相全桥逆变，全数字控制），在 PTS-5000 平台上完成。平台由 PSW 160 可编程直流电源、PEL-3031 直流电子负载、功率计、ASP-300 模拟交流电源和 GPL-500 交流电子负载组成。学生可借助 PSIM 仿真并通过 SimCoder 将控制部分生成 C 代码，下载到 PEK 的 DSP 进行实物验证。

仿真参数与设置

• DC bus 电压 Vd = 80V；AC 源电压 V = 40Vrms；开关频率 Fs = 20kHz。
• 交流侧滤波器 L = 661µH，C = 10µF；交流侧电流检测系数 Ks = 0.3。
• 负载电压频率保护阈值设为 47.5Hz，模拟电网断开时间 500ms。
• 孤岛保护起始相位 θSMS 按滑模频率偏移法（SMS）设定。

仿真与实验表明，加入 SMS 控制方式后，逆变器在电网断电时能快速检测频率偏移并触发孤岛保护跳脱，实现软硬件结合的逆变器孤岛保护，验证了 SMS 方法的有效性。