CN101833029A - 一种风电变流器母线电压检测方法及电路 - Google Patents

一种风电变流器母线电压检测方法及电路 Download PDF

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Abstract

一种风电变流器母线电压检测方法及电路，从风电变流器主电路母线电压的正极与负极引出变流器母线电压检测电路，把风电变流器主电路母线正负极直接作为检测电路输入的正极与负极，并将引出变流器母线电压检测电路的正极与负极分别经过高阻隔离分压电路后，通过一个差分放大电路，一个同相比例电路的二级运算电路，采取差分输入和比例调节方式将检测电路所检测的电压信号输出到电压控制器，实现对风电变流器母线电压检测。电压检测电路中电阻参数满足以下关系：R1+R2+R5＝R3+R4+R6；R1＝R3；R2＝R4；R5＝R6；R7＝R8。

Description

一种风电变流器母线电压检测方法及电路
技术领域
本发明涉及一种风电变流器母线电压检测电路，尤其是能宽范围、高精度、高线性度的检测电路。
背景技术
为了保证风力发电的电压稳定，在发电过程中需要不断对风电变流器的电压进行检测；目前，在风电变流器中，母线电压检测大多采用霍尔元件，这种方式通常把母线电压的正负极作为直流电压传感器的输入，传感器的输出经过采样电路和处理电路后，送入AD和控制器。这种方法还需要有传感器的供电电路和处理电路，并且随着母线电压等级的提高，对应的传感器体积也越大，所需供电电源功率也越大，在增加成本的同时，也占用了风机上的宝贵空间，并且由于传感器的线性度问题，以及母线与控制电路不共地等问题，还可能带来检测精度和抗干扰能力下降等其他不良的影响。很有必要对此加以改进。
发明内容
本发明的目的为了克服现有的风电变流器母线电压检测方式的不足，提供一种不仅能精确检测母线电压，而且还避免了母线与控制电路不共地带来的影响的风电变流器母线电压检测方法及检测电路，该风电变流器母线电压检测方法及检测电路不仅能精确检测母线电压，而且还避免了母线与控制电路不共地带来的影响。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风电变流器母线电压检测方式，从风电变流器主电路母线电压的正极与负极引出变流器母线电压检测电路，把风电变流器主电路母线正负极直接作为检测电路输入的正极与负极，并将引出变流器母线电压检测电路的正极与负极分别经过高阻隔离分压电路后，通过一个差分放大电路，一个同相比例电路的二级运算电路，采取差分输入和比例调节方式将检测电路所检测的电压信号输出到电压控制器，实现对风电变流器母线电压检测。
根据风电变流器母线电压检测方式所提出的风电变流器母线电压检测是：在风电变流器主电路母线电压的正极与负极引出变流器母线电压检测电路，把风电变流器主电路母线正负极直接作为检测电路输入，在经过高阻隔离分压电路后，通过一个差分放大电路，一个同相比例电路的二级运算电路，采取差分输入和比例调节将检测电路所检测的电压信号输出到电压控制器。
所述的分压电路是由四个兆欧电阻采用两两串联，分别接入母线正极和母线负极构成，起到高阻隔离作用，并且与后级运算电路构成分压电路，确保电路安全。
所述的差分放大电路第一放大器构成的加减运算电路，加减运算电路与前端输入电阻构成第一级运算电路，起到差分输入和比例调节作用。
所述的同相比例电路由第二放大器构成，第二放大器把第一级的输出进行再次调节，使其在后续电路的可输入范围内。
本发明的母线电压检测电路，包括R1、R2、R3、R4四个兆欧电阻构成的分压电路，一个差分放大电路，一个同相比例电路。其中，四个兆欧电阻采用两两串联，分别接入母线正极和母线负极，起到高阻隔离作用，并且与后级运算电路构成分压电路，确保电路安全。两个运算电路分别为由第一放大器U1B和第二放大器U2B组成的加减运算和同相比例电路，加减运算电路与前端输入电阻构成第一级运算电路，起到差分输入和比例调节作用，第二级为同相比例运算电路，把第一级的输出进行再次调节，使其在后续电路的可输入范围内。
本母线电压检测电路中电阻参数满足以下关系：
R1+R2+R5＝R3+R4+R6；
R1＝R3；
R2＝R4；
R5＝R6；
R7＝R8。
所述的母线电压的负极DC_LINK-依次与第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R5相串联，然后接入第一放大器U1B的负输入端，母线电压的正极DC_LINK+依次与第四分压电阻R3、第五分压电阻R4、第六分压电阻R6相串联，然后接入第一放大器U1B的正输入端；第七分压电阻R8的一端接入第一放大器U1B的正输入端，另一端接地；第八分压电阻R7的一端接入第一放大器U1B的负输入端，另一端接入第一放大器U1B的输出端；第一放大器U1B的输出端与第九分压电阻R10串联，然后接入第二放大器U2B的正输入端；第十分压电阻R9的一端接入第二放大器U2B的负输入端，另一端接地；第十一分压电阻R11的一端接入第二放大器U2B的负输入端，另一端接入第二放大器U2B的输出端Uout。Uout是进入控制器(DSP数字信号处理器或MCU单片机等)的A/D转换输入。
本发明母线电压检测电路的有益效果是：差分输入，有效解决了母线与控制电路不共地带来的影响，电路输出只与母线正负极压差有关，与共不共地无关，并且是把风电变流器主电路母线正负极直接作为检测电路输入，没有经过任何中间环节，即该电路输入端为直流高压；同时该电路输入具有很大的输入阻抗，具有很强的抗干扰能力；该电路能保证送到控制器的信号可真实还原母线电压；该电路具有非常宽广的电压测量范围，采用的高精密电阻和运放可保证高精度和高线性度。
附图说明：
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的描述。
从附图可以看出，本发明为一种风电变流器母线电压检测方式，从风电变流器主电路母线电压的正极与负极引出变流器母线电压检测电路，把风电变流器主电路母线正负极直接作为检测电路输入的正极与负极，并将引出变流器母线电压检测电路的正极与负极分别经过高阻隔离分压电路后，通过一个差分放大电路，一个同相比例电路的二级运算电路，采取差分输入和比例调节方式将检测电路所检测的电压信号输出到电压控制器，实现对风电变流器母线电压检测。
根据风电变流器母线电压检测方式所提出的风电变流器母线电压检测是：在风电变流器主电路母线电压的正极与负极引出变流器母线电压检测电路，把风电变流器主电路母线正负极直接作为检测电路输入，在经过高阻隔离分压电路后，通过一个差分放大电路，一个同相比例电路的二级运算电路，采取差分输入和比例调节将检测电路所检测的电压信号输出到电压控制器。
所述的分压电路是由四个兆欧电阻采用两两串联，分别接入母线正极和母线负极构成，起到高阻隔离作用，并且与后级运算电路构成分压电路，确保电路安全。
所述的差分放大电路第一放大器构成的加减运算电路，加减运算电路与前端输入电阻构成第一级运算电路，起到差分输入和比例调节作用。
所述的同相比例电路由第二放大器构成，第二放大器把第一级的输出进行再次调节，使其在后续电路的可输入范围内。
本发明的母线电压检测电路，包括R1、R2、R3、R4四个兆欧电阻构成的分压电路，一个差分放大电路，一个同相比例电路。其中，四个兆欧电阻采用两两串联，分别接入母线正极和母线负极，起到高阻隔离作用，并且与后级运算电路构成分压电路，确保电路安全。两个运算电路分别为由第一放大器U1B和第二放大器U2B组成的加减运算和同相比例电路，加减运算电路与前端输入电阻构成第一级运算电路，起到差分输入和比例调节作用，第二级为同相比例运算电路，把第一级的输出进行再次调节，使其在后续电路的可输入范围内。
本母线电压检测电路中电阻参数满足以下关系：
R1+R2+R5＝R3+R4+R6；
R1＝R3；
R2＝R4；
R5＝R6；
R7＝R8。
所述的母线电压的负极DC_LINK-依次与第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R5相串联，然后接入第一放大器U1B的负输入端，母线电压的正极DC_LINK+依次与第四分压电阻R3、第五分压电阻R4、第六分压电阻R6相串联，然后接入第一放大器U1B的正输入端；第七分压电阻R8的一端接入第一放大器U1B的正输入端，另一端接地；第八分压电阻R7的一端接入第一放大器U1B的负输入端，另一端接入第一放大器U1B的输出端；第一放大器U1B的输出端与第九分压电阻R10串联，然后接入第二放大器U2B的正输入端；第十分压电阻R9的一端接入第二放大器U2B的负输入端，另一端接地；第十一分压电阻R11的一端接入第二放大器U2B的负输入端，另一端接入第二放大器U2B的输出端Uout。Uout是进入控制器(DSP数字信号处理器或MCU单片机等)的A/D转换输入。
如图1为本发明的一个具体实施例，从附图可以看出，本发明的一种风电变流器母线电压检测电路，包括母线电压正极引出端DC_LINK+和母线电压负极引出端DC_LINK-，以及电路输出检测端Uo，还包括连接在引出端DC_LINK+、DC_LINK-和输出检测电压端Uout之间的第一～第十一分压电阻(R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R11)以及第一、第二比较放大器(U1B，U2B)；把母线电压的正极DC_LINK+与负极DC_LINK-引出，母线电压的负极依次与第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R5相串联，然后接入第一放大器U1B的负输入端，母线电压的正极依次与第四分压电阻R3、第五分压电阻R4、第六分压电阻R6相串联，然后接入第一放大器U1B的正输入端；第七分压电阻R8的一端接入第一放大器U1B的正输入端，另端接地；第八分压电阻R7的一端接入第一放大器U1B的负输入端，另一端接入第一放大器U1B的输出端；第一放大器U1B的输出端与第九分压电阻R10串联，然后接入第二放大器U2B的正输入端；第十分压电阻R9的一端接入第二放大器U2B的负输入端，另一端接地；第十一分压电阻R11的一端接入第二放大器U2B的负输入端，另一端接入第二放大器U2B的输出端Uout。
上述中，器件功能如下：
R1、R2、R3、R4四个兆欧电阻构成的分压电路，起到高阻隔离作用；第一级运算电路，起到差分输入和比例调节作用；第二级为同相比例运算电路，把第一级的输出进行再次调节，使其在后续电路的可输入范围内。
电路中电阻器件参数满足以下关系：
R1+R2+R5＝R3+R4+R6；
R1＝R3；
R2＝R4；
R5＝R6；
R7＝R8。
Uout的电压仅与DC_LINK-和DC_LINK+的电压差有关，而与直流母线是否与控制电路共不共地无关。同时该电路输入具有很大的输入阻抗，具有很强的抗干扰能力；该电路能保证送到控制器的信号可真实还原母线电压。
综合上述分析，本发明母线电压检测电路具有以下显著优点：
1.本发明打破传统采用霍尔元件进行电压检测的方法，节约了传感器以及相关的供电和处理电路。
2.采用高精度电阻，整个电路具有安全、稳定、可靠、精度高且线性度好等优点，有助风电变流器批量生产，不用每台进行电压校正。
3.整个电路所用器件少，占用空间小，与传统检测方法相比，有效减少了占用的空间，这对空间弥足珍贵的风电变流器和风机而言，尤其难得。
4.整个电路有效解决了母线不共地带来的影响，无论是否共地，输出只与输入的母线正端与母线负端电压差有关。
5.整个电路实用性强，与采用霍尔元件检测的方案比，简单可靠，效果更好，并且大大节约了成本。

Claims (10)

1.一种风电变流器母线电压检测方法，其特征在于：从风电变流器主电路母线电压的正极与负极引出变流器母线电压检测电路，把风电变流器主电路母线正负极直接作为检测电路输入的正极与负极，并将引出变流器母线电压检测电路的正极与负极分别经过高阻隔离分压电路后，通过一个差分放大电路，一个同相比例电路的二级运算电路，采取差分输入和比例调节方式将检测电路所检测的电压信号输出到电压控制器，实现对风电变流器母线电压检测。
2.如权利要求1所述的风电变流器母线电压检测方法，其特征在于：所述的分压电路是由四个兆欧电阻采用两两串联，分别接入母线正极和母线负极构成，起到高阻隔离作用，并且与后级运算电路构成分压电路，确保电路安全。
3.如权利要求1所述的风电变流器母线电压检测方法，其特征在于：所述的差分放大电路第一放大器构成的加减运算电路，加减运算电路与前端输入电阻构成第一级运算电路，起到差分输入和比例调节作用。
4.如权利要求1所述的风电变流器母线电压检测方法，其特征在于：所述的同相比例电路由第二放大器构成，第二放大器把第一级的输出进行再次调节，使其在后续电路的可输入范围内。
5.一种风电变流器母线电压检测电路，其特征在于：在风电变流器主电路母线电压的正极与负极引出变流器母线电压检测电路，把风电变流器主电路母线正负极直接作为检测电路输入，在经过高阻隔离分压电路后，通过一个差分放大电路，一个同相比例电路的二级运算电路，采取差分输入和比例调节将检测电路所检测的电压信号输出到电压控制器。
6.如权利要求5所述的风电变流器母线电压检测电路，其特征在于：所述的分压电路是由四个兆欧电阻采用两两串联，分别接入母线正极和母线负极，并且与后级运算电路构成分压电路。
7.如权利要求5所述的风电变流器母线电压检测电路，其特征在于：所述的差分放大电路第一放大器构成的加减运算电路，加减运算电路与前端输入电阻构成第一级运算电路。
8.如权利要求5所述的风电变流器母线电压检测电路，其特征在于：所述的同相比例电路由第二放大器构成。
9.一种风电变流器母线电压检测电路，其特征在于：包括四个兆欧电阻构成的分压电路，一个差分放大电路，一个同相比例电路；其中，四个兆欧电阻采用两两串联，分别接入母线正极和母线负极，起到高阻隔离作用，并且与后级运算电路构成分压电路；两个运算电路分别为由第一放大器(U1B)和第二放大器(U2B)组成的加减运算和同相比例电路，加减运算电路与前端输入电阻构成第一级运算电路，起到差分输入和比例调节作用，第二级为同相比例运算电路，把第一级的输出进行再次调节，使其在后续电路的可输入范围内；电压检测电路中电阻参数满足以下关系：
R1+R2+R5＝R3+R4+R6；
R1＝R3；
R2＝R4；
R5＝R6；
R7＝R8；
所述的母线电压的负极(DC_LINK-)依次与第一分压电阻(R1)、第二分压电阻(R2)、第三分压电阻(R5)相串联，然后接入第一放大器(U1B)的负输入端，母线电压的正极(DC_LINK+)依次与第四分压电阻(R3)、第五分压电阻(R4)、第六分压电阻(R6)相串联，然后接入第一放大器(U1B)的正输入端；第七分压电阻(R8)的一端接入第一放大器(U1B)的正输入端，另一端接地；第八分压电阻(R7)的一端接入第一放大器(U1B)的负输入端，另一端接入第一放大器(U1B)的输出端；第一放大器(U1B)的输出端与第九分压电阻(R10)串联，然后接入第二放大器(U2B)的正输入端；第十分压电阻(R9)的一端接入第二放大器(U2B)的负输入端，另一端接地；第十一分压电阻(R11)的一端接入第二放大器(U2B)的负输入端，另一端接入第二放大器(U2B)的输出端(Uout)；输出端(Uout)是进入DSP数字信号处理器或MCU单片机的A/D转换输入。
10.一种风电变流器母线电压检测电路，其特征在于：包括母线电压正极引出端(DC_LINK+)和母线电压负极引出端(DC_LINK-)，以及电路输出检测端(Uout)，还包括连接在引出端(DC_LINK+、DC_LINK-)和输出检测电压端(Uo)之间的第一～第十一分压电阻(R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R11)以及第一、第二比较放大器(U1B，U2B)；把母线电压的正极(DC_LINK+)与负极(DC_LINK-)引出，母线电压的负极依次与第一分压电阻(R1)、第二分压电阻(R2)、第三分压电阻(R5)相串联，然后接入第一放大器(U1B)的负输入端，母线电压的正极依次与第四分压电阻(R3)、第五分压电阻(R4)、第六分压电阻(R6)相串联，然后接入第一放大器(U1B)的正输入端；第七分压电阻(R8)的一端接入第一放大器(U1B)的正输入端，另一端接地；第八分压电阻(R7)的一端接入第一放大器(U1B)的负输入端，另一端接入第一放大器(U1B)的输出端；第一放大器(U1B)的输出端与第九分压电阻(R10)串联，然后接入第二放大器(U2B)的正输入端；第十分压电阻(R9)的一端接入第二放大器(U2B)的负输入端，另一端接地；第十一分压电阻(R11)的一端接入第二放大器(U2B)的负输入端，另一端接入第二放大器(U2B)的输出端(Uout)；上述中；电路中电阻器件参数满足以下关系：
R1+R2+R5＝R3+R4+R6；
R1＝R3；
R2＝R4；
R5＝R6；
R7＝R8。
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