CN112421773A - 一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，包括电流互感器模块、电压互感器模块、RC二介滤波电路模块，电流互感器模块一端部、电压互感器模块一端部分别连接光伏并网系统以用于光伏并电网系统输入被测信号信号，电流互感器模块另一端部、电压互感器模块另一端部分别连接模拟开关模块，模拟开关模块连接RC二介滤波电路模块以用于在光伏并电网系统中加入二阶滤波网络作为抗混叠滤波器使用。通过设置LCD显示操作界面、以及GSM远程传输模块的方式，使得本发明具备终端菜单设置灵活，用户可以快速选择消谐模式、无功补偿模式或谐波无功同时补偿模式以及可设置目标功率因数及输出电流，实时进行故障记录和事件记录的优点。

Description

一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体为一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置。
背景技术
随着工业技术的发展，世界各国越发重视能源的可持续发展，人们对用电质量提出的要求越来越高，因此改善电能质量，供应优质电能成为提高人民生活水平的重要条件。
人们日常应用的电视机，变频空调等高科技设备带给我们方便的同时也产生了大量的高次谐波，这些谐波含量在超过了一定值时会严重影响电子设备的正常工作。多数非线性的电力电子设备运行时消耗大量的无功并产生大量的谐波电流。大量的无功电流导致供电电压的波动和闪变、电压的波形畸变等问题，严重影响用户的电能质量，甚至对电网运行带来巨大危险。经过长时间对电能质量的检测以及对扰动因素的分析，国内外学者发现电能质量扰动的种类繁多，各自的扰动信号差异并不大，如何及时准确的检测并收集到电能质量信息成为了关键问题。
此外，随着可持续发展观念在世界各国不断深入人心，全球太阳能开发利用规模迅速扩大，技术不断进步，成本显著降低，呈现出良好的发展前景，许多国家将太阳能作为重要的新兴产业，太阳能得到更加广泛的应用。我国光伏电站主要分布在西部地区，由于西部地区特殊的地理环境，工程技术人员难以长期驻守电站，因此需要利用远程采集装置实时获取系统中的电能质量信息。而电能质量标准是保护电器设备的根本依据，电能质量不满足要求可能会导致电器设备寿命降低甚至损坏。我国已经制定并颁布了光伏并网中的电能质量的规范标准，因此急需制造出快速精确的电能质量远程采集装置成为关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，通过设置的光伏并网系统模块化、以及设置独立的功能模块的方式，从而使得本发明具备操作简便、操作简单、使用方便的优点，与此同时，通过设置LCD显示操作界面、以及键盘设定模块、以及GSM远程传输模块的方式，使得本发明具备终端菜单设置灵活，用户可以快速选择消谐模式、无功补偿模式或谐波无功同时补偿模式以及可设置目标功率因数及输出电流，实时进行故障记录和事件记录的优点，解决了现有技术中的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，包括：
数据采集模块，所述数据采集模块包括电流互感器模块、电压互感器模块、模拟开关模块、RC二介滤波电路模块，所述电流互感器模块一端部、电压互感器模块一端部分别连接光伏并网系统以用于光伏并电网系统输入被测信号，所述电流互感器模块另一端部、电压互感器模块另一端部分别连接模拟开关模块，所述模拟开关模块连接RC二介滤波电路模块以用于在光伏并电网系统中加入二阶滤波网络作为抗混叠滤波器使用；
A/D转换电路模块，所述A/D转换电路模块连接RC二介滤波电路模块以用于对光伏并电网系统中的电能质量信息数据转换；
主控芯片，所述主控芯片连接A/D转换电路模块以用于执行光伏并电网系统中的电能质量信息数据转换；
终端数据输出模块，所述终端数据输出模块连接主控芯片以用于输出光伏并电网系统的电能质量信息。
作为对本发明一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置的改进，所述数据采集模块还包括降压分流模块，所述电流互感器模块、电压互感器模块分别与光伏并网系统的连接处设有降压分流模块，用于对光伏并网系统中输入的被测信号进行降压或分流。
作为对本发明一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置的改进，所述RC二介滤波电路模块检测光伏并电网系统中被测信号的谐波方式具体为：
快速傅里叶变换谐波检测，用于保证终端数据输出模块对光伏并电网系统中被测信号同步采样以及被测信号数据的准确计算。
作为对本发明一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置的改进，所述A/D转换电路模块采用A/D1674转换器。
作为对本发明一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置的改进，所述终端数据输出模块包括显示电路模块、键盘设定模块以及GSM远程传输模块，其中：所述显示电路模块连接主控芯片以用于在终端测试点显示的当前工作电压、电流及其正常工作范围值，所述键盘设定模块包括功能按键模块、处理芯片以及串行接口模块，所述功能按键模块、串行接口模块分别连接处理芯片，所述处理芯片连接主控芯片以用于设置光伏并电网系统中的电压电流初始工作范围值，所述GSM远程传输模块包括短信通讯模块、语音通讯模块以及数据通讯模块，所述GSM远程传输模块连接主控芯片以用于稳定接收与发送数据主控芯片上的数据信息。
作为对本发明一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置的改进，所述显示电路模块包括显示芯片以及与显示芯片连接的液晶显示器，其中，所述显示芯片的信号为LCD12864，所述液晶显示器的型号为RT12864M。
作为对本发明一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置的改进，所述处理芯片的型号为HD7279A。
作为本发明的第二方面，所述的一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置在电力技术领域的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、通过设置的光伏并网系统模块化、以及设置独立的功能模块的方式，从而使得本发明具备操作简便、操作简单、使用方便的优点；
2、通过设置LCD显示操作界面、键盘设定模块、以及GSM远程传输模块的方式，使得本发明具备终端菜单设置灵活，用户可以快速选择消谐模式、无功补偿模式或谐波无功同时补偿模式以及可设置目标功率因数及输出电流，实时进行故障记录和事件记录的优点。
附图说明
图1是本发明的整体系统结构原理示意图。
图2本发明一种实施例中降压分流模块的电路原理图。
图3是本发明一种实施例中键盘设定模块的数据流程示意图。
图4是本发明一种实施例中GSM远程传输模块流程示意图。
图5是本发明一种实施例中A/D转换电路模块的芯片引脚图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图对本发明作近一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1-5所示，作为本发明的一实施例，一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，包括：
数据采集模块，数据采集模块包括电流互感器模块、电压互感器模块、模拟开关模块、RC二介滤波电路模块，电流互感器模块一端部、电压互感器模块一端部分别连接光伏并网系统以用于光伏并电网系统输入被测信号，电流互感器模块另一端部、电压互感器模块另一端部分别连接模拟开关模块，模拟开关模块连接RC二介滤波电路模块以用于在光伏并电网系统中加入二阶滤波网络作为抗混叠滤波器使用，数据采集模块还包括降压分流模块，电流互感器模块、电压互感器模块分别与光伏并网系统的连接处设有降压分流模块，用于对光伏并网系统中输入的被测信号进行降压或分流；
A/D转换电路模块，A/D转换电路模块连接RC二介滤波电路模块以用于对光伏并电网系统中的电能质量信息数据转换，其中，A/D转换电路模块采用A/D1674转换器，A/D1674转换器为12位，而转换后数据分两次读取，即先读数据的高八位，后读数据的低四位，在数据采集系统中，计算机读取A/D1674转换器数据的方式有三种，即查询、中断和DMA方式，中断方式利用A/D1674转换器转换完毕的标志位触发硬中断，然后中断管理器向主控芯片提出中断申请，在中断允许的情况下，执行中断服务程序读入转换的数据；
主控芯片，主控芯片是型号为STM32的单片机，主控芯片连接A/D转换电路模块以用于执行光伏并电网系统中的电能质量信息数据转换；
终端数据输出模块，终端数据输出模块连接主控芯片以用于输出光伏并电网系统的电能质量信息，终端数据输出模块包括显示电路模块、键盘设定模块以及GSM远程传输模块，其中：
显示电路模块连接主控芯片以用于在终端测试点显示的当前工作电压、电流及其正常工作范围值，显示电路模块包括显示芯片以及与显示芯片连接的液晶显示器，其中，显示芯片的信号为LCD12864，液晶显示器的型号为RT12864M，液晶显示器内置8192个中文汉字，即组成16X16点阵模块、128个字符，即，8X16点阵模块及64X256点阵显示RAM模块或GDRAM模块，用于显示光伏并电网系统的文字以及数据，显示芯片LCD12864用于显示测试点的当前工作电压、电流及其正常工作范围值，报警允许/禁止及电力参数正常与否，当极限值修改键按下时，液晶显示器将显示请输入密码的界面，用户输入正确的密码后，进入限值修改界面，就可以修改极限值了，确定过后又恢复显示；
键盘设定模块包括功能按键模块、处理芯片以及串行接口模块，功能按键模块、串行接口模块分别连接处理芯片，处理芯片连接主控芯片以用于设置光伏并电网系统中的电压电流初始工作范围值，其中：
处理芯片的型号为HD7279A，用于同时对8×8的键盘矩阵的按键情况进行监视，处理芯片内置译码器，译码器包括两种译码方式，即，直接接受16进制码，用于自动消除键抖动并识别按键代码，从而可以提高主控芯片工作的效率，在本发明的一实施例中，采用其中的16个按键，分别为“0至9十个数字键”、“确定”、“取消”、“电流极限修改”、“电压极限修改”、“密码修改”等功能按键，与主控芯片之间通过串行接口模块连接，使得处理芯片的接口电路和外围电路简单可靠，占用口线少，具有较高的性能价格比‘
GSM远程传输模块包括JB35G短信通讯模块、JB35G语音通讯模块以及JB35G数据通讯模块，GSM远程传输模块连接主控芯片以用于稳定接收与发送数据主控芯片上的数据信息，其中：
在本发明的一实施例中，在光伏并网系统中进行传输和显示信息时，用户把SIM卡插入JB35G中，把计算机的CON1串口用附带的电缆线连接到JB35G的RS232串口上，上电启动JB35G，JB35G设置软件,并入“短信数传设置”界面，将用户手机SIM卡号写入默认数据接收方手机号栏，并写入JB35G，并运行计算机中的串口调试助手，具体调试参数如下：
Figure BDA0002749164210000061
在本发明的一实施例中，RC二介滤波电路模块检测光伏并电网系统中被测信号的谐波方式具体为：
快速傅里叶变换谐波检测，用于保证终端数据输出模块对光伏并电网系统中被测信号同步采样以及被测信号数据的准确计算，其中，采用快速傅里叶变换谐波检测使得本发明可以达到较快的计算速度，满足同步采样且达到很高的准确度，此外，在实际应用中整个周期的同步采样较困难，会导致频谱混叠，频谱泄漏等问题，从而会影响测量准确性，计算结果不准确，相位误差也会较大，采用加窗插值FFT修正算法可以解决存在误差的问题。
作为本发明的第二方面，本发明应用于电力技术领域。
在本发明的一实施例中，本发明在作业时：首先对光伏电网系统进行电压和电流信号提取，接着分别对电压和电流信号进行数据信号处理，经过降压分流模块中的降压分流电路后将处理过的模拟信号进行A/D转换，其中，光伏并网系统的电压电流信号经过电压互感器、电流互感器及I/V转换模块，送来2个正弦电压信号OPI、OPV，经过模拟开关4051后，通过UA741构成的电压跟随器提高后级的输入阻抗，以补偿4051的导通阻抗产生的电压衰减，4051的输出由AD637的13脚送入，转换后的有效值电压通过AD637的第14脚输出到AD1674的第13脚，变成数字信号后将其送入STM32单片机进行处理。在终端数据输出模块中利用HD7279A键盘控制实现人机交互，利用智能控制管理键盘对键盘矩阵的按键情况进行控制和监视，单片机、LCD显示电路模块以及GSM远程传输模块保持通信，根据数据结果在显示电路模块上显示相应的安全或异常状态图，向连接在GSM远程传输模块上的手机通信设备发送实时电能信息，异常时向手机通信设备发送报警消息，通过设置的光伏并网系统模块化、以及设置独立的功能模块的方式，从而使得本发明具备操作简便、操作简单、使用方便的优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，所述数据采集模块包括电流互感器模块、电压互感器模块、模拟开关模块、RC二介滤波电路模块，所述电流互感器模块一端部、电压互感器模块一端部分别连接光伏并网系统以用于光伏并电网系统输入被测信号，所述电流互感器模块另一端部、电压互感器模块另一端部分别连接模拟开关模块，所述模拟开关模块连接RC二介滤波电路模块以用于在光伏并电网系统中加入二阶滤波网络作为抗混叠滤波器使用；
A/D转换电路模块，所述A/D转换电路模块连接RC二介滤波电路模块以用于对光伏并电网系统中的电能质量信息数据转换；
主控芯片，所述主控芯片连接A/D转换电路模块以用于执行光伏并电网系统中的电能质量信息数据转换；
终端数据输出模块，所述终端数据输出模块连接主控芯片以用于输出光伏并电网系统的电能质量信息。
2.根据权利要求1所述的一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，其特征在于，所述数据采集模块还包括降压分流模块，所述电流互感器模块、电压互感器模块分别与光伏并网系统的连接处设有降压分流模块，用于对光伏并网系统中输入的被测信号进行降压或分流。
3.根据权利要求1所述的一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，其特征在于，所述RC二介滤波电路模块检测光伏并电网系统中被测信号的谐波方式具体为：
快速傅里叶变换谐波检测，用于保证终端数据输出模块对光伏并电网系统中被测信号同步采样以及被测信号数据的准确计算。
4.根据权利要求1所述的一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，其特征在于，所述A/D转换电路模块采用A/D1674转换器。
5.根据权利要求1所述的一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，其特征在于，所述终端数据输出模块包括显示电路模块、键盘设定模块以及GSM远程传输模块，其中：所述显示电路模块连接主控芯片以用于在终端测试点显示的当前工作电压、电流及其正常工作范围值，所述键盘设定模块包括功能按键模块、处理芯片以及串行接口模块，所述功能按键模块、串行接口模块分别连接处理芯片，所述处理芯片连接主控芯片以用于设置光伏并电网系统中的电压电流初始工作范围值，所述GSM远程传输模块包括短信通讯模块、语音通讯模块以及数据通讯模块，所述GSM远程传输模块连接主控芯片以用于稳定接收与发送数据主控芯片上的数据信息。
6.根据权利要求5所述的一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，其特征在于，所述显示电路模块包括显示芯片以及与显示芯片连接的液晶显示器，其中，所述显示芯片的信号为LCD12864，所述液晶显示器的型号为RT12864M。
7.根据权利要求5所述的一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置，其特征在于，所述处理芯片的型号为HD7279A。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种光伏并网系统的电能质量信息远程采集装置在电力技术领域的应用。
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