CN105891591B - 一种大功率储能逆变器电流检测控制系统 - Google Patents

Abstract

一种大功率储能逆变器电流检测控制系统，系统提供了大电流、小电流无缝切换的两种控制工作方式，一种是模拟硬件切换控制方法，其基本原理是根据预先设定的阈值范围，通过检测大电流传感器的测量值与阈值经比较器后进行比较，比较的输出用于控制小电流传感器的接入或断开，实现大小电流的宽范围精密测量。另一种方法是通过高速数字信号处理器采集大电流传感器的电流值与设定的阈值进行比较，从而控制小电流传感器的接入或断开，实现电流的全范围精密测量与控制。

Description

一种大功率储能逆变器电流检测控制系统

技术领域

本发明涉及储能逆变器领域,尤其涉及到一种大功率储能逆变器电流检测及其控制方法。

背景技术

在储能逆变器领域，储能电池充电或放电时，都需要对储能电池的电流进行精确控制，特别是充电控制时，电池电流检测更为重要。一般电池电流检测有两种方法，一种检测方法是采用单一精密功率小电阻来检测电流，另外一种是采用单一霍尔电流传感器来检测电流。由于大功率储能逆变器的充放电电流范围很宽，测量功率电阻或电流传感器选择时都是以最大电流来选择其标称值，那么对于小电流的检测由于其输出值很小，由于大电流决定了信号调理电路的放大系数，虽经信号调理输出值仍很小，而一般处理器的AD采集精度有限，而增加较高精度的AD采集硬件势必增加较高的硬件成本，同时由于大功率电路中干扰信号不可避免，当输出值很小时，干扰对测量信号的影响也成倍增加，势必增加电路信号处理的技术难度。因此当前的大功率储能逆变器在使用时一般规定了最小充放电电流，当低于最小工作电流时大功率储能逆变器一般不能正常工作，这对于需要小电流精确控制的电池充放电性能场合还需更换小功率的储能逆变器，使用上是非常不方便的。

因此，本领域技术人员需要一种大功率储能逆变装置的全范围电流检测及控制方法，以满足储能电池对小电流精确放电的控制要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，一种大功率储能逆变器电流检测及控制系统，实现了对电流宽范围的数据采集。

本发明技术方案一：一种大功率储能逆变器电流检测控制系统，包括电流传感器M1、电流传感器M2、精密功率电阻R、信号调理电路Ⅰ、信号调理电路Ⅱ、AD数据采集模块、数字信号处理器、阈值比较控制电路、线圈驱动电路；

储能逆变器输出的电流I通过常闭开关KM1连接电流传感器M2；精密功率电阻R串联电流传感器M1后并联在常闭开关KM1的两端，信号调理电路Ⅰ用于采集电阻R两端的电压差；信号调理电路Ⅱ采集电流传感器M2的测量值；

储能逆变器输出的电流I经常闭开关KM1后到达电流传感器M2，信号调理电路Ⅱ对电流传感器M2的测量值进行调理后得到电流I₂并输入至AD数据采集模块和阈值比较控制电路；阈值比较控制电路对电流I₂与预设的阈值电流Ithreshold2进行比较，当I₂＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电，否则，由线圈驱动电路控制KM1线圈得电，KM1接触器断开，信号调理电路Ⅰ采集精密功率电阻R两端的压差，并进行调理后，将得到的电流I₁输入AD数据采集模块；AD数据采集模块将输入的电流信号转换成数字信号后输出至数字信号处理器，数字信号处理器根据上述不同判断情况结合接收的数字信号完成储能逆变器电流检测。

本发明技术方案二：一种大功率储能逆变器电流检测控制系统，包括电流传感器M1、电流传感器M2、精密功率电阻R、信号调理电路Ⅰ、信号调理电路Ⅱ、AD数据采集模块、数字信号处理器、驱动接口电路、线圈驱动电路；

储能逆变器输出的电流I通过常闭开关KM1连接电流传感器M2后输出；精密功率电阻R串联电流传感器M1后并联在常闭开关KM1的两端，信号调理电路Ⅰ用于采集电阻R两端的电压差；信号调理电路Ⅱ采集电流传感器M2的测量值；

储能逆变器输出的电流I经常闭开关KM1后到达电流传感器M2，信号调理电路Ⅱ对电流传感器M2的测量值进行调理后得到电流I₂并输入至AD数据采集模块；AD数据采集模块对输入的电流进行模数转换后输出至数字信号处理器，数字信号处理器将数字化的电流I₂与预设的阈值电流Ithreshold2进行比较，当I₂＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电，KM1常闭触点闭合，电流只通过电流传感器M2，此时数字化的电流I₂即为实际电流的检测值；否则，数字信号处理器输出电流信号值驱动接口电路，由驱动接口电路对接收的电流信号进行一级放大后输出至线圈驱动电路，由线圈驱动电路驱动KM1线圈得电，KM1接触器断开，信号调理电路Ⅰ采集精密功率电阻R两端的压差，并进行调理后，将得到的电流I₁输入AD数据采集模块；AD数据采集模块将输入的电流信号转换成数字信号后输出至数字信号处理器，数字信号处理器根据数字化后电流I₂的大小进一步判断I₁的准确性，数字化后的I₁即为最终的电流检测值。

本发明技术方案三：一种大功率储能逆变器电流检测控制系统，包括电流传感器M1、电流传感器M2、精密功率电阻R、信号调理电路Ⅰ、信号调理电路Ⅱ、AD数据采集模块、数字信号处理器、驱动接口电路、阈值比较控制电路、线圈驱动电路；系统设置硬件切换控制和软件切换控制两种工作方式，两种工作方式并行工作或者根据需要择一工作；

储能逆变器输出的电流I通过常闭开关KM1连接电流传感器M2；精密功率电阻R串联电流传感器M1后并联在常闭开关KM1的两端，信号调理电路Ⅰ用于采集电阻R两端的电压差；信号调理电路Ⅱ采集电流传感器M2的测量值；

储能逆变器输出的电流I经常闭开关KM1后到达电流传感器M2，信号调理电路Ⅱ对电流传感器M2的测量值进行调理后得到电流I₂，在硬件切换控制工作方式下，I₂输入至AD数据采集模块和阈值比较控制电路；软件切换控制工作模式下，I₂输入至AD数据采集模块；

AD数据采集模块将输入的电流信号转换成数字信号后输出至数字信号处理器；

硬件切换控制工作方式下，阈值比较控制电路对电流I₂与预设的阈值电流Ithreshold2进行比较，当I₂＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电，否则，由线圈驱动电路控制KM1线圈得电，KM1接触器断开；

软件切换控制工作模式下，数字信号处理器将数字化的电流I₂与预设的阈值电流Ithreshold2进行比较，当I₂＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电；否则，数字信号处理器输出电流信号值驱动接口电路，由驱动接口电路对接收的电流信号进行一级放大后输出至线圈驱动电路，由线圈驱动电路驱动KM1线圈得电，KM1接触器断开；

KM1接触器断开时，信号调理电路Ⅰ采集精密功率电阻R两端的压差，并进行调理，将得到的电流I₁输入AD数据采集模块；AD数据采集模块将输入的电流信号转换成数字信号后输出至数字信号处理器；

数字信号处理器根据上述不同判断情况结合接收的数字信号完成储能逆变器电流检测。

上述三个方案中，Imin≤Ithreshold2≤Ithreshold1，其中Ithreshold1为阈值电流，取值应大于大电流传感器的最小精度范围Imin。

所述的Ithreshold1一般需大于Imin的10倍左右，但最大一般不超过M1传感器最大量程的85％。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明系统提供了大电流、小电流无缝切换的两种控制工作方式，一种是模拟硬件切换控制方法，其基本原理是根据预先设定的阈值范围，通过检测大电流传感器的测量值与阈值经比较器后进行比较，比较的输出用于控制小电流传感器的接入或断开，实现大小电流的宽范围精密测量。另一种方法是通过高速数字信号处理器采集大电流传感器的电流值与设定的阈值进行比较，从而控制小电流传感器的接入或断开，实现电流的全范围精密测量与控制。

(2)本发明采取的技术方案为充分发挥传感器的精度范围优势，通过大小电流传感器的组合控制,充分发挥数字信号处理器采集控制优势和大小电流传感器的各自测量范围优势，确保测量精度。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为本发明KM1线圈控制逻辑框图；

图3为本发明KM1线圈控制电路原理图。

具体实施方式

本发明根据大功率储能逆变器的功率范围，确定逆变器的最大输出电流，选取大电流传感器M2，根据大电流的传感器精度范围计算出大电流传感器的电流测量误差Ierr，根据Ierr的范围选取小精密功率电阻R或小电流传感器M1来精密测量小电流，从而实现电流的全范围高精度测量。

精密功率电阻选取方法，一般可选取大电流传感器的电流测量误差Ierr至少10倍值作为Ithreshold1的值，选取Ithreshold2小于等于Ithreshold1，根据Ithreshold2和精密功率电阻上消耗的最大功率确定功率电阻的最小功率，同时根据测量的最小电流与精密电阻的乘积计算出精密电阻上的最小电压，进而考虑电路损失确立精密电阻的选取值。

传感器M1的选取，一般可选取大电流传感器的电流测量误差Ierr至少10倍值作为Ithreshold1的值，选取Ithreshold2小于等于Ithreshold1，然后将Ithreshold2的值作为M1最大测量电流值的不超过85％量程即可满足要求。

如图1所示，本发明系统包括电流传感器M1、电流传感器M2、精密功率电阻R、信号调理电路Ⅰ、信号调理电路Ⅱ、AD数据采集模块、数字信号处理器、驱动接口电路、阈值比较控制电路、线圈驱动电路；系统设置硬件切换控制和软件切换控制两种工作方式，两种工作方式并行工作或者根据需要择一工作。当然也可以根据需要系统只配备其中一种工作方式。

储能逆变器输出的电流I通过常闭开关KM1连接电流传感器M2；精密功率电阻R串联电流传感器M1后并联在常闭开关KM1的两端，信号调理电路Ⅰ用于采集电阻R两端的电压差；信号调理电路Ⅱ采集电流传感器M2的测量值；

储能逆变器输出的电流I经常闭开关KM1后到达电流传感器M2，信号调理电路Ⅱ对电流传感器M2的测量值进行调理后得到电流I₂，在硬件切换控制工作方式下，I₂输入至AD数据采集模块和阈值比较控制电路；软件切换控制工作模式下，I₂输入至AD数据采集模块；

AD数据采集模块将输入的电流信号转换成数字信号后输出至数字信号处理器；

硬件切换控制工作方式下，阈值比较控制电路对电流I₂与预设的阈值电流Ithreshold2进行比较，当I₂＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电，否则，由线圈驱动电路控制KM1线圈得电，KM1接触器断开；

软件切换控制工作模式下，数字信号处理器将数字化的电流I₂与预设的阈值电流Ithreshold2进行比较，当I₂＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电；否则，数字信号处理器输出电流信号值驱动接口电路，由驱动接口电路对接收的电流信号进行一级放大后输出至线圈驱动电路，由线圈驱动电路驱动KM1线圈得电，KM1接触器断开；

KM1接触器断开时，信号调理电路Ⅰ采集精密功率电阻R两端的压差，并进行调理，将得到的电流I₁输入AD数据采集模块；AD数据采集模块将输入的电流信号转换成数字信号后输出至数字信号处理器；

数字信号处理器根据上述不同判断情况结合接收的数字信号完成储能逆变器电流检测。即，当I₂＞Ithreshold2(大电流)时，数字化的电流I₂即为最终的检测值，反之小电流时，数字化的电流I₁即为最终的检测值，在小电流情况下，可以根据M2检测的电流I₂再判断I₁的准确性，因为小电流情况下，M2测量的I₂是精度较差的一个值，利用该值可以从一定程度上判断I₁的准确性，当I₁出现不准确时，而I₂正确，那么只要I₁的测量精度明显偏离I₂测量精度范围，可判定I₁测量有问题，可避免I₁测量错误，如M2的电流测量范围为300A，测量精度0.5％，那么测量精度值为1.5A，M1的电流测量范围为30A，测量精度也为0.5％,当到测量范围，Ithreshold2＝20A时，KM1接触器吸合线圈得电，I2的测量值基本就在18.5A～21.5A之间波动，如果I1的电流测量值明显偏离I2的测量值范围，如小于15A或大于25A，则基本可以判定I1的值是不可信的，据此判定M1传感器测量有问题。

小电流传感器M1的接入控制是通过控制接触器KM1的线圈来实现的，具体控制实现方法如图2、图3所示。图2中是一种数字处理器的控制方法，当储能逆变器设定输出电流Iset大于阈值电流Ithreshold1时，无需控制KM1线圈，直接由大电流传感器测量即可，因此Ithreshold1的选取值应大于大电流传感器的最小精度范围Imin。当储能逆变器的设定电流小于阈值电流Ithreshold1时，根据大电流传感器M2的实际测量值I2与设定阈值电流Ithreshold2比较来控制KM1线圈通断，当I2＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电，电流还是由大电流传感器M2来测量，否则KM1线圈得电，电流由小电流传感器M1来测量，因此要保证测量精度Imin≤Ithreshold2≤Ithreshold1。

Ithreshold1一般需大于Imin的10倍左右，但最大一般不超过M1传感器最大量程的85％，实际可根据精度需要选取，例如M1、M2的传感器精度都为0.5％，那么对于测量最大300A的电流传感器M2，M2传感器的最小测量精度值Imin为1.5A，那么Ithreshold1初步取为15A，那么选取M1传感器最大测量电流为20A，则M1电流传感器的测量精度为0.1A，那么Ithreshold1取为15A，Ithreshold2取为10A，可保证连续的电流测量精度；当选取M1传感器最大测量电流为30A时，一般可选取Ithreshold1取为25A，Ithreshold2取为20A，可保证更大范围内的连续测量精度。

图3中是一种硬件方式模拟电路控制KM1线圈的控制电路图(此图对应的是阈值比较控制电路加上线圈驱动电路)，Vref电压对应为数字信号处理器电流阈值Ithreshold2，Vm电压对应大电流传感器M2的实际输出电流经滤波后的电流值，当Vm<Vref,比较器U1输出为高，功率驱动光藕U2导通，驱动继电器KA1线圈，KA1常开点闭合KM1线圈得电，小电流传感器接入系统开始小电流高精度测量，当Vm>Vref，比较器输出为低，光耦无法导通，KM1线圈无法得电，小电流传感器脱离测量系统由大电流传感器负责电流高精度测量，从而确保全范围自动高精度电流测量。也可通过数字信号处理器控制DO输出信号来控制KM1线圈得电或断开，原理同前，不再赘述。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种大功率储能逆变器电流检测控制系统，其特征在于：包括电流传感器M1、电流传感器M2、精密功率电阻R、信号调理电路Ⅰ、信号调理电路Ⅱ、AD数据采集模块、数字信号处理器、阈值比较控制电路、线圈驱动电路；

储能逆变器输出的电流I通过常闭开关KM1连接电流传感器M2；精密功率电阻R串联电流传感器M1后并联在常闭开关KM1的两端，信号调理电路Ⅰ用于采集电阻R两端的电压差；信号调理电路Ⅱ采集电流传感器M2的测量值；

储能逆变器输出的电流I经常闭开关KM1后到达电流传感器M2，信号调理电路Ⅱ对电流传感器M2的测量值进行调理后得到电流I₂并输入至AD数据采集模块和阈值比较控制电路；阈值比较控制电路对电流I₂与预设的阈值电流Ithreshold2进行比较，当I₂＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电，否则，由线圈驱动电路控制KM1线圈得电，KM1接触器断开，信号调理电路Ⅰ采集精密功率电阻R两端的压差，并进行调理后，将得到的电流I₁输入AD数据采集模块；AD数据采集模块将输入的电流信号转换成数字信号后输出至数字信号处理器，数字信号处理器根据上述不同判断情况结合接收的数字信号完成储能逆变器电流检测。

2.一种大功率储能逆变器电流检测控制系统，其特征在于：包括电流传感器M1、电流传感器M2、精密功率电阻R、信号调理电路Ⅰ、信号调理电路Ⅱ、AD数据采集模块、数字信号处理器、驱动接口电路、线圈驱动电路；

储能逆变器输出的电流I通过常闭开关KM1连接电流传感器M2后输出；精密功率电阻R串联电流传感器M1后并联在常闭开关KM1的两端，信号调理电路Ⅰ用于采集电阻R两端的电压差；信号调理电路Ⅱ采集电流传感器M2的测量值；

储能逆变器输出的电流I经常闭开关KM1后到达电流传感器M2，信号调理电路Ⅱ对电流传感器M2的测量值进行调理后得到电流I₂并输入至AD数据采集模块；AD数据采集模块对输入的电流进行模数转换后输出至数字信号处理器，数字信号处理器将数字化的电流I₂与预设的阈值电流Ithreshold2进行比较，当I₂＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电，KM1常闭触点闭合，电流只通过电流传感器M2，此时数字化的电流I₂即为实际电流的检测值；否则，数字信号处理器输出电流信号值驱动接口电路，由驱动接口电路对接收的电流信号进行一级放大后输出至线圈驱动电路，由线圈驱动电路驱动KM1线圈得电，KM1接触器断开，信号调理电路Ⅰ采集精密功率电阻R两端的压差，并进行调理后，将得到的电流I₁输入AD数据采集模块；AD数据采集模块将输入的电流信号转换成数字信号后输出至数字信号处理器，数字信号处理器根据数字化后电流I₂的大小进一步判断I₁的准确性，数字化后的I₁即为最终的电流检测值。

3.一种大功率储能逆变器电流检测控制系统，其特征在于：包括电流传感器M1、电流传感器M2、精密功率电阻R、信号调理电路Ⅰ、信号调理电路Ⅱ、AD数据采集模块、数字信号处理器、驱动接口电路、阈值比较控制电路、线圈驱动电路；系统设置硬件切换控制和软件切换控制两种工作方式，两种工作方式并行工作或者根据需要择一工作；

储能逆变器输出的电流I通过常闭开关KM1连接电流传感器M2；精密功率电阻R串联电流传感器M1后并联在常闭开关KM1的两端，信号调理电路Ⅰ用于采集电阻R两端的电压差；信号调理电路Ⅱ采集电流传感器M2的测量值；

储能逆变器输出的电流I经常闭开关KM1后到达电流传感器M2，信号调理电路Ⅱ对电流传感器M2的测量值进行调理后得到电流I₂，在硬件切换控制工作方式下，I₂输入至AD数据采集模块和阈值比较控制电路；软件切换控制工作模式下，I₂输入至AD数据采集模块；

AD数据采集模块将输入的电流信号转换成数字信号后输出至数字信号处理器；

硬件切换控制工作方式下，阈值比较控制电路对电流I₂与预设的阈值电流Ithreshold2进行比较，当I₂＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电，否则，由线圈驱动电路控制KM1线圈得电，KM1接触器断开；

软件切换控制工作模式下，数字信号处理器将数字化的电流I₂与预设的阈值电流Ithreshold2进行比较，当I₂＞Ithreshold2时，KM1线圈不得电；否则，数字信号处理器输出电流信号值驱动接口电路，由驱动接口电路对接收的电流信号进行一级放大后输出至线圈驱动电路，由线圈驱动电路驱动KM1线圈得电，KM1接触器断开；

KM1接触器断开时，信号调理电路Ⅰ采集精密功率电阻R两端的压差，并进行调理，将得到的电流I₁输入AD数据采集模块；AD数据采集模块将输入的电流信号转换成数字信号后输出至数字信号处理器；

数字信号处理器根据上述不同判断情况结合接收的数字信号完成储能逆变器电流检测。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种大功率储能逆变器电流检测控制系统，其特征在于：Imin≤Ithreshold2≤Ithreshold1，其中Ithreshold1为阈值电流，取值应大于大电流传感器的最小精度范围Imin。

5.根据权利要求4所述的一种大功率储能逆变器电流检测控制系统，其特征在于：所述的Ithreshold1需大于Imin的10倍左右，但最大不超过M1传感器最大量程的85％。