CN111624396B - 一种用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，包括无功发生器SVG和SVG控制器，SVG上设置有电流隔离采集电路，电流隔离采集电路由电流传感器模块、模数转换电路、编码电路和电源模块组成，电流传感器模块检测SVG一次电路上的电流，电源模块的输入端接检测位置就近的一个功率单元的直流母线上；编码电路的输出经光纤与SVG控制器相通信。本发明的SVG电流隔离采集装置，传感器与高压一次电路的绝缘要求远小于电网电压等级，只需按照单个功率单元的电压设计绝缘，解决了电流传感器模孔径要求过大问题；实现了SVG控制器与一次电路完全隔离，通过光纤传输信号可以提高抗干扰能力，提高整机的可靠性。

Description

一种用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置
技术领域
本发明涉及一种SVG的电流隔离采集装置，更具体的说，尤其涉及一种用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置。
背景技术
SVG（静止无功发生器）为现阶段电力系统中最先进的静止无功补偿技术。高压SVG需要采集整机输出的电流，用于实现电流闭环控制，一般通过霍尔电流传感器或者电流互感器检测SVG输出电流。霍尔电流传感器或者电流互感器的输出连接到SVG主控系统，这就要求霍尔电流传感器或者电流互感器在检测35kV一次电路的电流时，进行绝缘安装。
霍尔电流传感器或者电流互感器检测一次电缆上的电流时，需要把一次电缆穿过霍尔电流传感器或者电流互感器的开孔。
对于35kV机型，一次电缆为35kV铠装电缆，线径粗，一般的霍尔电流传感器或者电流互感器根本无法使用，需要进行定制，严重影响霍尔电流传感器或者电流互感器的选型，这样不仅增加了定制成本，还影响备用器件选型。10kV大功率机型SVG同样存在类似问题，一种方法是把一根电缆换成多根电缆，安装多个霍尔电流传感器或者电流互感器来解决，这样不仅增加材料成本、影响安装效率，而且影响外观。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置。
本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，包括无功发生器SVG和SVG控制器，无功发生器SVG由A、B、C三相无功补偿电路组成，无功发生器SVG的三个输出端接于高压三相交流电路上，每相无功补偿电路均由n个串联的功率单元组成，每相无功补偿电路上均设置有电流隔离采集电路；电流隔离采集电路由电流传感器模块、模数转换电路、编码电路和电源模块组成，电流传感器的输出端接于模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端接于编码电路的输入端，模数转换电路用于将模拟信号转换为数字信号，编码电路用于将数字信号转换为串行编码信号；电源模块的输出对电流传感器模块、模数转换电路、编码电路和光纤通信发射电路供电；SVG控制器实现无功补偿控制，其特征在于：所述电流传感器模块检测无功发生器SVG一次电路上的电流，电源模块的输入端接于电流传感器模块所检测位置就近的一个功率单元的直流母线上；所述编码电路的输出端连接有光纤通信发射电路，SVG控制器连接有光纤通信接收电路，光纤通信发射电路的输出经光纤接于光纤通信接收电路的输入端上，光纤通信发射电路用于将串行编码信号转化为光信号，光纤通信接收电路用于将接收的光信号转换为串行编码信号。
本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，所述无功发生器SVG的A、B、C三相无功补偿电路为星形或三角形连接方式；所述A相无功补偿电路由编号A1至An的功率单元串联形成，B相无功补偿电路由编号B1至Bn的功率单元串联形成，C相无功补偿电路由编号C1至Cn的功率单元串联形成。
本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，所述电流传感器模块为霍尔电流传感器或电流互感器，电流传感器模块所检测的对应相的无功补偿电路穿过电流传感器模块的测量孔。
本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，所述模数转换电路采用模数转换芯片，所述编码电路采用CPLD或FPGA可编程逻辑控制器；所述光纤通信发射电路由光纤发射座和驱动电路组成，光纤发射座和驱动电路将编码电路输出的串行编码信号转换成光信号。
本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，所述电源模块为DC/DC变换电路，DC/DC变换电路把一个功率单元的直流母线电压变换成合适电压等级的电压电源。
本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，所述电源模块、模数转换电路、编码电路、光纤通信发射电路设计为一块电路板。
本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，所述光纤为石英光纤或者塑料光纤，光纤将光纤通信发射电路输出的光信号传给光纤通信接收电路，实现光信号传输和强弱电隔离；所述光纤通信接收电路为光纤接收座，该光纤接收座把光信号转换成串行编码信号后传给SVG控制器。
本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，所述模数转换电路由型号为AD7980ARMZ的模数转换芯片构成，模数转换电路的前端设置有由运算放大器N1A和运算放大器N1B组成的运算放大电路，电流传感器模块的输出信号经电阻R3接于N1A的同相输入端，N1A的反相输入端与其输出端相连接，N1A的输出端依次经电阻R4和电阻R6接于N1B的同相输入端，N1B的反相输入端与其输出端相连接，N1B的输出端经电阻R7接于芯片AD7980ARMZ的IN+端口上；芯片AD7980ARMZ的SCK、SDO、CNV端口输出数字信号。
本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，所述的编码电路由可编程逻辑控制器EPM1270T144I5N组成，芯片AD7980ARMZ的SCK、SDO、CNV端口分别接于芯片EPM1270T144I5N编号为72、71、70的IO端口上，EPM1270T144I5N上编号为68的IO端口形成编码电路的输出端X_SVG2_3.3_O；所述光纤通信发射电路由三极管T14和非门U27B组成的驱动电路以及HFBR-1414TZ形成的光纤发射座组成，编码电路输出的串行编码信号X_SVG2_3.3_O接于非门U27B的输入端，非门U27B的输出端经电阻R197接于三极管T14的基极上，T14的发射极接地，T14的集电极经电阻R198接于HFBR-1414TZ的CA端口上。
本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，所述电源模块由DC/DC变换芯片P2000V-24以及稳压芯片DC24V-05V、DC24V-15V、LM1085IS-3.3组成，芯片P2000V-24的+Vin、-Vin端口分别接于一个功率单元的正、负直流母线上，芯片P2000V-24的电压输出端与芯片DC24V-05V和DC24V-15V的电压输入端均相连接，芯片DC24V-05V和DC24V-15V的电压输出端分别形成+5V、+15V电压输出，芯片LM1085IS-3.3的电压输入端接于+5V电源上，芯片LM1085IS-3.3的电压输出端形成3.3V电压输出。
本发明的有益效果是：本发明的SVG电流隔离采集装置，无功发生器SVG的每相无功补偿电路上均设置有由电流传感器模块、模数转换电路、编码电路、光纤通信发射电路和电源模块构成的电流隔离采集电路，所采集相的无功补偿电路线缆穿过电流传感器模块上的测量孔，以实现对无功发生器SVG一次电路上电流的检测，同时，电源模块从电流传感器模块所检测位置就近的一个功率单元的直流母线上取电，使得电流传感器模块的绝缘等级按照单个功率单元直流母线上两端的电压大小设计即可，使得传感器与高压一次电路的绝缘要求远小于电网电压（如35kV）电压等级，只需按照单个功率单元的电压设计绝缘，解决了电流传感器模块与一次电路的绝缘安装引起的孔径问题，所需电流传感器的孔径小，通用的电流传感器即可满足需求，无需进行特殊定制；传感器采集的电流信号经模数转换、串行编码后，再转化为光信号传输至SVG控制器，实现了SVG控制器与一次电路完全隔离，通过光纤传输信号可以提高抗干扰能力，提高整机的可靠性。
附图说明
图1为本发明中无功发生器SVG采用星形连接的方式对电网进行无功补偿；
图2为本发明中无功发生器SVG采用三角形连接的方式对电网进行无功补偿；
图3为本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置的原理图；
图4为本发明中电流隔离采集装置的电路原理图；
图5为本发明中模数转换电路的电路图；
图6为本发明中编码电路的电路图；
图7为本发明中光纤通信发射电路的电路图；
图8为本发明中电源模块的电路图。
图中：1无功发生器SVG，2功率单元，3电流传感器模块，4电源模块，5模数转换电路，6编码电路，7光纤通信发射电路，8光纤通信接收电路，9 SVG控制器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明中无功发生器SVG采用星形连接的方式对电网进行无功补偿，所示的无功发生器SVG（1）由A、B、C三相无功补偿电路构成，每相无功补偿电路均由n个功率单元2串联组成，所示的A相无功补偿电路由编号A1至An的n个功率单元2串联组成，B相无功补偿电路由编号B1至Bn的n个功率单元2串联组成，C相无功补偿电路由编号C1至Cn的n个功率单元2串联组成。无功发生器SVG（1）的三个输出端分别经电感L1、L2、L3接于高压电网（如35kV电网）上，以实现对高压电网的无功补偿。如图2所示，给出了本发明中无功发生器SVG采用三角形连接的方式对电网进行无功补偿，所示的无功发生器SVG采用三角形的方式连接。
如图3所示，给出了本发明的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置的原理图，图4给出了本发明中电流隔离采集装置的电路原理图，所示的每相无功补偿电路上均设置有电流隔离采集电路，电流隔离采集电路由电流传感器模块3、模数转换电路5、编码电路6、光纤通信发射电路7、光纤通信接收电路8以及电源模块4组成，电流传感器模块3用于采集A相无功补偿电路一次电路上的电流，电流传感器模块3的输出连接到模数转换电路5的输入端，模数转换电路5的输出连接到编码电路6的输入端，编码电路6的输出连接到光纤通信发射电路7的输入端，光纤通信发射电路7的输出经光纤连接到光纤通信接收电路8的输入端上，光纤通信接收电路8的输出接于SVG控制器9的输入端上。其它B、C两相与此相同。
电流传感器模块3用于采集电流信号并将其转化为模拟信号输出，模数转换电路5将接收的模拟电流信号转换为数字信号，编码电路6对输入的数字信号进行编码，将其转化为串行编码信号；光纤通信发生电路7将输入的串行编码信号转换为光信号，并通过光纤输入至光纤通信接收电路8，光纤通信接收电路8将接收的光信号转化为串行编码信号，并输出至SVG控制器9中，以供SVG控制器9对串行编码信号进行解码，解码出所需要的电流信号，实现了SVG控制器与一次电路完全隔离，通过光纤传输信号可以提高抗干扰能力，提高整机的可靠性，实现了本发明的目的。
所示电源模块4的输出与电流传感器模块3、模数转换电路5、编码电路6和光纤通信发射电路7均相连接，用于给其提供稳定的直流电压；所示A相无功补偿电路上的线缆穿过电流传感器模块3上的测量孔，电源模块4的输入端从电流传感器模块3就近的一个功率单元2的直流母线上取电，这样，使得电流传感器模块的绝缘等级按照单个功率单元直流母线上两端的电压大小设计即可，使得传感器与高压一次电路的绝缘要求远小于电网电压（如35kV）电压等级，只需按照单个功率单元的电压设计绝缘，解决了电流传感器模块与一次电路的绝缘安装引起的孔径问题，采用通用的电流传感器即可，无需定制。
其中，电流传感器模块3采用霍尔电流传感器或电流互感器，电流传感器模块所检测的对应相的无功补偿电路穿过电流传感器模块的测量孔，模数转换电路5采用模数转换芯片，编码电路6采用CPLD或FPGA可编程逻辑控制器；光纤通信发射电路7由光纤发射座和驱动电路组成，光纤发射座和驱动电路将编码电路输出的串行编码信号转换成光信号。电源模块4为DC/DC变换电路，DC/DC变换电路把一个功率单元的直流母线电压变换成合适电压等级的电压电源。
电源模块4、模数转换电路5、编码电路6、光纤通信发射电路7设计为一块电路板。光纤采用石英光纤或者塑料光纤，光纤将光纤通信发射电路输出的光信号传给光纤通信接收电路8，实现光信号传输和强弱电隔离；光纤通信接收电路为光纤接收座，该光纤接收座把光信号转换成串行编码信号后传给SVG控制器9。
如图5所示，给出了本发明中模数转换电路的电路图，模数转换电路5由型号为AD7980ARMZ的模数转换芯片构成，模数转换电路的前端设置有由运算放大器N1A和运算放大器N1B组成的运算放大电路，电流传感器模块3的输出信号经电阻R3接于N1A的同相输入端，N1A的反相输入端与其输出端相连接，运算放大器N1A形成电压跟随器。N1A的输出端依次经电阻R4和电阻R6接于N1B的同相输入端，N1B的反相输入端与其输出端相连接，运算放大器N1B形成放大电路。N1B的输出端经电阻R7接于芯片AD7980ARMZ的IN+端口上，芯片AD7980ARMZ将输入的模拟信号转换为数字信号，芯片AD7980ARMZ的SCK、SDO、CNV端口输出数字信号。
如图6所示，给出了本发明中编码电路的电路图，编码电路6由型号为EPM1270T144I5N的可编程逻辑控制器件构成，芯片AD7980ARMZ的SCK、SDO、CNV端口分别接于芯片EPM1270T144I5N编号为72、71、70的IO端口上， EPM1270T144I5N上编号为68的IO端口形成编码电路的输出端X_SVG2_3.3_O；芯片AD7980ARMZ对输入的数字信号进行串行编码，形成的串行编码信号将芯片1270T144I5N的编号为68的IO端口输出。
如图7所示，给出了本发明中光纤通信发射电路的电路图，光纤通信发射电路7由三极管T14和非门U27B组成的驱动电路以及HFBR-1414TZ形成的光纤发射座组成，编码电路6输出的串行编码信号X_SVG2_3.3_O接于非门U27B的输入端，非门U27B的输出端经电阻R197接于三极管T14的基极上，T14的发射极接地，T14的集电极经电阻R198接于HFBR-1414TZ的CA端口上，编码电路6输出的信号首先经非门U27B的反向后，再通过三极管T14的放大后接于光纤发射座上，光纤发射座将输入的串行数字信号转化为光信号输出。
如图8所示，给出了本发明中电源模块的电路图，所示的电源模块4由DC/DC变换芯片P2000V-24以及稳压芯片DC24V-05V、DC24V-15V、LM1085IS-3.3组成，芯片P2000V-24的+Vin、-Vin端口分别接于一个功率单元的正、负直流母线上，芯片P2000V-24的电压输出端与芯片DC24V-05V和DC24V-15V的电压输入端均相连接，芯片DC24V-05V和DC24V-15V的电压输出端分别形成+5V、+15V电压输出，芯片LM1085IS-3.3的电压输入端接于+5V电源上，芯片LM1085IS-3.3的电压输出端形成3.3V电压输出。
以35kV星接SVG为例，无功发生器SVG整机每相42个功率单元，按照之前的技术，需要定做大孔径的电流传感器，套装在35kV一次铠装电缆上，铠装电缆两端的终端头会影响后期电流传感器维护，传感器的输出信号线也容易受电磁干扰。而采用本发明之后，电流传感器模块可以套装在一次铜排上，只需按照单个功率单元的电压设计绝缘，单个功率单元的电压仅有1kV（35kV/42≈1kV）；模数转换电路、编码电路、光纤通信发射电路、电源模块设计成一块转换、编码、光纤通信线路板，即电流采集通信板，把SVG输出的电流转换成光信号，通过光纤传给SVG控制器。

Claims (3)

1.一种用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，包括无功发生器SVG（1）和SVG控制器（9），无功发生器SVG由A、B、C三相无功补偿电路组成，无功发生器SVG的三个输出端接于高压三相交流电路上，每相无功补偿电路均由n个串联的功率单元（2）组成，每相无功补偿电路上均设置有电流隔离采集电路；电流隔离采集电路由电流传感器模块（3）、模数转换电路（5）、编码电路（6）和电源模块（4）组成，电流传感器的输出端接于模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端接于编码电路的输入端，模数转换电路用于将模拟信号转换为数字信号，编码电路用于将数字信号转换为串行编码信号；电源模块的输出对电流传感器模块、模数转换电路、编码电路和光纤通信发射电路供电；SVG控制器实现无功补偿控制，其特征在于：所述电流传感器模块检测无功发生器SVG一次电路上的电流，电源模块的输入端接于电流传感器模块所检测位置就近的一个功率单元的直流母线上；所述编码电路（6）的输出端连接有光纤通信发射电路（7），SVG控制器连接有光纤通信接收电路（8），光纤通信发射电路的输出经光纤接于光纤通信接收电路的输入端上，光纤通信发射电路用于将串行编码信号转化为光信号，光纤通信接收电路用于将接收的光信号转换为串行编码信号；
所述无功发生器SVG（1）的A、B、C三相无功补偿电路为星形或三角形连接方式；所述A相无功补偿电路由编号A1至An的功率单元（2）串联形成，B相无功补偿电路由编号B1至Bn的功率单元串联形成，C相无功补偿电路由编号C1至Cn的功率单元串联形成；
所述电流传感器模块（3）为霍尔电流传感器或电流互感器，电流传感器模块所检测的对应相的无功补偿电路穿过电流传感器模块的测量孔；
所述模数转换电路（5）采用模数转换芯片，所述编码电路（6）采用CPLD或FPGA可编程逻辑控制器；所述光纤通信发射电路（7）由光纤发射座和驱动电路组成，光纤发射座和驱动电路将编码电路输出的串行编码信号转换成光信号；
所述模数转换电路（5）由型号为AD7980ARMZ的模数转换芯片构成，模数转换电路的前端设置有由运算放大器N1A和运算放大器N1B组成的运算放大电路，电流传感器模块（3）的输出信号经电阻R3接于N1A的同相输入端，N1A的反相输入端与其输出端相连接，N1A的输出端依次经电阻R4和电阻R6接于N1B的同相输入端，N1B的反相输入端与其输出端相连接，N1B的输出端经电阻R7接于芯片AD7980ARMZ的IN+端口上；芯片AD7980ARMZ的SCK、SDO、CNV端口输出数字信号；
所述的编码电路（6）由可编程逻辑控制器EPM1270T144I5N组成，芯片AD7980ARMZ的SCK、SDO、CNV端口分别接于芯片EPM1270T144I5N编号为72、71、70的IO端口上，EPM1270T144I5N上编号为68的IO端口形成编码电路的输出端X_SVG2_3.3_O；所述光纤通信发射电路（7）由三极管T14和非门U27B组成的驱动电路以及HFBR-1414TZ形成的光纤发射座组成，编码电路输出的串行编码信号X_SVG2_3.3_O接于非门U27B的输入端，非门U27B的输出端经电阻R197接于三极管T14的基极上，T14的发射极接地，T14的集电极经电阻R198接于HFBR-1414TZ的CA端口上；
所述电源模块（4）由DC/DC变换芯片P2000V-24以及稳压芯片DC24V-05V、DC24V-15V、LM1085IS-3.3组成，芯片P2000V-24的+Vin、-Vin端口分别接于一个功率单元的正、负直流母线上，芯片P2000V-24的电压输出端与芯片DC24V-05V和DC24V-15V的电压输入端均相连接，芯片DC24V-05V和DC24V-15V的电压输出端分别形成+5V、+15V电压输出，芯片LM1085IS-3.3的电压输入端接于+5V电源上，芯片LM1085IS-3.3的电压输出端形成3.3V电压输出。
2.根据权利要求1所述的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，其特征在于：所述电源模块（4）、模数转换电路（5）、编码电路（6）、光纤通信发射电路（7）设计为一块电路板。
3.根据权利要求1或2所述的用于35kV直挂式SVG的电流隔离采集装置，其特征在于：所述光纤为石英光纤或者塑料光纤，光纤将光纤通信发射电路输出的光信号传给光纤通信接收电路（8），实现光信号传输和强弱电隔离；所述光纤通信接收电路为光纤接收座，该光纤接收座把光信号转换成串行编码信号后传给SVG控制器。
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