CN104764920A - Mmc柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟量采集系统，具体涉及一种MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统及实现方法。该系统与模块化多电平换流器MMC连接，用于采集模块化多电平换流器MMC的电压信号和电流信号，该系统包括电压采集电路和电流采集电路，电压采集电路和电流采集电路采用同一电压互感器PT和电流互感器CT的输出信号；电压采集电路和电流采集电路均通过AD转换器与PCP连接；电压采集电路通过电压互感器PT接入交流电网；电流采集电路通过电流互感器CT接入交流电网，还提供了采集系统的实现方法，本发明的系统使用同一路模拟量输入，输出幅值和精度不同的两路信号，分别用于控制和保护。从而，减少了实验平台的传感器数量，简化了设计。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟量采集系统，具体涉及一种MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统及实现方法。
背景技术
模块化多电平（Modular Multilevel Converter,MMC）拓扑由于采用了子模块级联的多电平结构，避免了功率器件直接串联所带来的动静态均压问题，因此在柔性直流输电领域受到关注。由于各个子模块需要单独控制触发并采取保护措施，因此对控制保护系统要求较高。MMC拓扑柔性直流输电动模实验平台使用小功率模块代替实际工程中的子模块，模拟实际换流站的运行，可用于验证控制保护策略。
MMC拓扑柔性直流输电动模实验平台的模拟量经过采集电路传输到控制保护设备（PCP，Pole Control and Protection），用于控制保护算法。这些模拟量一部分用于柔性直流输电系统的控制策略，一部分用于柔性直流输电系统的保护算法。对于一次线路上同一测量量（电压或者电流），控制用和保护用的信号测量范围和精度要求是不同的。控制用信号的策略范围较小，精度要求高，保护用信号的测量范围大，精度要求比控制用信号低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统及实现方法，本发明的采集系统使用同一路模拟量输入，输出幅值和精度不同的两路信号，分别用于控制和保护，从而，减少了实验平台的传感器数量，简化了设计。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统，所述系统与模块化多电平换流器MMC连接，用于采集模块化多电平换流器MMC的电压信号和电流信号，其改进之处在于，所述系统包括电压采集电路和电流采集电路，所述电压采集电路和电流采集电路采用同一电压互感器PT和电流互感器CT的输出信号；所述电压采集电路和电流采集电路均通过AD转换器与PCP连接；所述电压采集电路通过电压互感器PT接入交流电网；所述电流采集电路通过电流互感器CT接入交流电网。
进一步地，所述电压采集电路包括依次连接的电压互感器PT、电压霍尔电路和复用信号调理电路；电压模拟量采集信号依次经过电压互感器PT、电压霍尔电路，复用信号调理电路和AD转换器后接入PCP。
进一步地，所述电流采集电路包括依次连接的电流互感器CT、电流霍尔电路和复用信号调理电路；电流模拟量采集信号依次经过电流互感器CT、电流霍尔电路、复用信号调理电路和AD转换器后接入PCP。
进一步地，所述复用信号调理电路由输入信号相同的两个反相比例放大器构成，所述复用信号调理电路同时满足控制用信号和保护用信号的测量要求。
进一步地，其中一个反相比例放大器由运算放大器U1、电阻R1和电阻R2构成，所述电阻R1一端接地，另一端连接运算放大器U1的反相输入端；所述电阻R2一端与电阻R1连接，另一端连接运算放大器U1的输出端；所述运算放大器U1的放大倍数为-R2/R1；
另一个反相比例放大器由运算放大器U2、电阻R3和电阻R4构成，所述电阻R3一端接地，另一端连接运算放大器U2的反相输入端；所述电阻R4一端与电阻R3连接，另一端连接运算放大器U2的输出端；所述运算放大器U2的放大倍数为-R4/R3。
进一步地，所述运算放大器U1的放大倍数大于运算放大器U2的放大倍数；在运算放大器U1的输出端接有稳压管限幅电路，所述稳压管限幅电路用于防止运算放大器U1的输出过压，损坏后级的AD转换器。
进一步地，所述稳压管限幅电路由稳压二极管以及与其两端连接的晶体管组成。
本发明还提供一种MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统的实现方法，其改进之处在于，所述实现方法采用同一电压互感器PT和电流互感器CT的输出信号，所述实现方法包括同时进行的下述处理过程：
（1）采集模块化多电平换流器MMC的电压信号；
（2）采集模块化多电平换流器MMC的电流信号。
进一步地，所述（1）包括：电压模拟量采集信号经过电压互感器PT转换为幅值在±100V以内的电压信号，再经过电压霍尔电路降低电压幅度到±10V以内，然后经复用信号调理电路输入到AD转换器中，转换为数字量后输入PCP。
进一步地，所述（2）包括：电压模拟量采集信号经过电流互感器CT转换为幅值在±5A以内的电流信号，再经过电流霍尔电路将电流信号转换为±10V以内的电压信号，然后经复用信号调理电路输入到AD转换器中，转换为数字量后输入PCP。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、对于既用于控制策略，又用于保护算法的模拟信号，采用同一PT或CT的输出，减少了实验平台的传感器数量，并且满足精度和测量范围的要求。
2、复用信号调理电路由两个放大倍数不同的放大器构成，可以满足控制用信号和保护用信号的不同测量范围要求。
3、复用信号调理电路由两个输入信号相同的反相比例放大器构成，输入阻抗大，避免了对前级霍尔输出信号的影响，也避免了两个放大器之间的相互影响。
4、复用模拟量采集电路设计简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明提供的MMC柔性直流输电实验平台模拟量传输路径示意图；
图2是本发明提供的复用信号调理电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供一种MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统，其传输路径示意图如图1所示，所述系统与模块化多电平换流器MMC连接，用于采集模块化多电平换流器MMC的电压信号和电流信号，所述系统包括电压采集电路和电流采集电路，所述电压采集电路和电流采集电路采用同一电压互感器PT和电流互感器CT的输出信号；所述电压采集电路和电流采集电路均通过AD转换器与换流站的控制保护系统PCP连接；所述电压采集电路通过电压互感器PT接入交流电网；所述电流采集电路通过电流互感器CT接入交流电网。
电压采集电路包括依次连接的电压互感器PT、电压霍尔电路和复用信号调理电路；电压模拟量采集信号依次经过电压互感器PT、电压霍尔电路，复用信号调理电路和AD转换器后接入换流站的控制保护系统PCP。
电流采集电路包括依次连接的电流互感器CT、电流霍尔电路和复用信号调理电路；电流模拟量采集信号依次经过电流互感器CT、电流霍尔电路、复用信号调理电路和AD转换器后接入换流站的控制保护系统PCP。
对于既要用于控制又要用于保护的信号，采用同一PT/CT的输出信号，在信号调理电路1和信号调理电路2中均采用复用信号调理电路。复用信号调理电路示意图如图2所示。复用信号调理电路由输入信号相同的两个反相比例放大器构成，所述复用信号调理电路同时满足控制用信号和保护用信号的测量要求。
其中一个反相比例放大器由运算放大器U1、电阻R1和电阻R2构成，所述电阻R1一端接地，另一端连接运算放大器U1的反相输入端；所述电阻R2一端与电阻R1连接，另一端连接运算放大器U1的输出端；所述运算放大器U1的放大倍数为-R2/R1；另一个反相比例放大器由运算放大器U2、电阻R3和电阻R4构成，所述电阻R3一端接地，另一端连接运算放大器U2的反相输入端；所述电阻R4一端与电阻R3连接，另一端连接运算放大器U2的输出端；所述运算放大器U2的放大倍数为-R4/R3。两反相比例放大器的输入信号相同，均来自同一电压或电流霍尔的输出。运算放大器U1的放大倍数大于运算放大器U2的放大倍数；运放U1构成的反相比例放大器的输出用于控制策略，放大倍数由控制用信号的测量范围决定。运放U2构成的反相比例放大器的输出用于保护算法，放大倍数由保护用信号的测量范围决定。
由于复用信号调理电路采用反相比例放大电路，两个使用同一输入的放大电路的输入阻抗均为运放的输入阻抗，阻抗值一般较大，避免了对前级霍尔输出信号的影响，也避免了两个复用放大器之间的相互影响。
由于保护用信号的测量范围大于控制用信号，U1的放大倍数大于U2的放大倍数，为防止U1的输出过压，损坏后级的AD转换器，在U1的输出接有稳压管限幅电路，防止过压。稳压管限幅电路由稳压二极管以及与其两端连接的晶体管组成。
控制用信号和保护用信号所使用的AD转换器相同，控制信号幅度大于保护信号的幅度，保护用信号的量化误差大于控制用信号，因此保护用信号的精度小于控制用信号。
本发明还提供一种MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统的实现方法，包括：MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集传输路径如图1所示，图中以一路交流电压和一路交流电流采集为例。一次电路的交流电压信号经过PT转换为幅值在±100V以内的电压信号，再经过电压霍尔电路进一步降低电压幅度到±10V以内，然后经复用信号调理电路1输入AD，转换为数字量输入PCP。一次电路的交流电流信号经过CT转换为幅值在±5A以内的电流信号，再经过电流霍尔电路将电流信号转换为±10V以内的电压信号，然后经复用信号调理电路2输入AD，转换为数字量输入PCP。
本发明提供的一种MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统及实现方法。其系统中的复用信号调理电路该电路使用同一路模拟量输入，输出幅值和精度不同的两路信号，分别用于控制和保护，从而，减少了实验平台的传感器数量，简化了设计。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统，所述系统与模块化多电平换流器MMC连接，用于采集模块化多电平换流器MMC的电压信号和电流信号，其特征在于，所述系统包括电压采集电路和电流采集电路，所述电压采集电路和电流采集电路采用同一电压互感器PT和电流互感器CT的输出信号；所述电压采集电路和电流采集电路均通过AD转换器与PCP连接；所述电压采集电路通过电压互感器PT接入交流电网；所述电流采集电路通过电流互感器CT接入交流电网。
2.如权利要求1所述的采集系统，其特征在于，所述电压采集电路包括依次连接的电压互感器PT、电压霍尔电路和复用信号调理电路；电压模拟量采集信号依次经过电压互感器PT、电压霍尔电路，复用信号调理电路和AD转换器后接入PCP。
3.如权利要求1所述的采集系统，其特征在于，所述电流采集电路包括依次连接的电流互感器CT、电流霍尔电路和复用信号调理电路；电流模拟量采集信号依次经过电流互感器CT、电流霍尔电路、复用信号调理电路和AD转换器后接入PCP。
4.如权利要求2和3中任一项所述的采集系统，其特征在于，所述复用信号调理电路由输入信号相同的两个反相比例放大器构成，所述复用信号调理电路同时满足控制用信号和保护用信号的测量要求。
5.如权利要求4中所述的采集系统，其特征在于，其中一个反相比例放大器由运算放大器U1、电阻R1和电阻R2构成，所述电阻R1一端接地，另一端连接运算放大器U1的反相输入端；所述电阻R2一端与电阻R1连接，另一端连接运算放大器U1的输出端；所述运算放大器U1的放大倍数为-R2/R1；
另一个反相比例放大器由运算放大器U2、电阻R3和电阻R4构成，所述电阻R3一端接地，另一端连接运算放大器U2的反相输入端；所述电阻R4一端与电阻R3连接，另一端连接运算放大器U2的输出端；所述运算放大器U2的放大倍数为-R4/R3。
6.如权利要求5中所述的采集系统，其特征在于，所述运算放大器U1的放大倍数大于运算放大器U2的放大倍数；在运算放大器U1的输出端接有稳压管限幅电路，所述稳压管限幅电路用于防止运算放大器U1的输出过压，损坏后级的AD转换器。
7.如权利要求6中所述的采集系统，其特征在于，所述稳压管限幅电路由稳压二极管以及与其两端连接的晶体管组成。
8.一种MMC柔性直流输电动模实验平台模拟量采集系统的实现方法，其特征在于，所述实现方法采用同一电压互感器PT和电流互感器CT的输出信号，所述实现方法包括同时进行的下述处理过程：
（1）采集模块化多电平换流器MMC的电压信号；
（2）采集模块化多电平换流器MMC的电流信号。
9.如权利要求8所述的实现方法，其特征在于，所述（1）包括：电压模拟量采集信号经过电压互感器PT转换为幅值在±100V以内的电压信号，再经过电压霍尔电路降低电压幅度到±10V以内，然后经复用信号调理电路输入到AD转换器中，转换为数字量后输入PCP。
10.如权利要求8所述的实现方法，其特征在于，所述（2）包括：电压模拟量采集信号经过电流互感器CT转换为幅值在±5A以内的电流信号，再经过电流霍尔电路将电流信号转换为±10V以内的电压信号，然后经复用信号调理电路输入到AD转换器中，转换为数字量后输入PCP。
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