CN202059186U - 一种用于并网发电系统的信号调理电路 - Google Patents

一种用于并网发电系统的信号调理电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种用于并网发电系统的信号调理电路，该电路连接于传感器与之间，传感器经AD采样调理电路与DSP连接，过压保护电路和过零检测电路分别和所述的AD采样调理电路并联；所述的AD采样调理电路是包括依次连接的放大电路、反相电路、偏置电路和限幅电路，抗混叠滤波电路与所述的反相电路并联。其性能优越于传统的信号调理电路，适用于要求较高的各种工业现场的信号调理，特别是为并网光伏发电系统提供一套安全稳定的信号调理系统，也适用于并网风力发电系统以及其他工业现场数据采集和信号测量分析等仪器。

Description

一种用于并网发电系统的信号调理电路
技术领域
本实用新型涉及信号处理技术领域，尤其是涉及一种用于并网光伏和并网风力发电系统的信号调理电路。 
背景技术
随着环境污染和能源危机的加剧，新能源发电技术成为研究的热点，数字控制技术是其核心技术之一，数字信号的采样信号调理电路作为数字控制的前端，其研究已经较为先进，但是传统的信号调理电路并不能满足并网光伏发电系统的要求，有些电路虽然包含过压过流保护和用于锁相的过零检测电路，但是过压过流保护的灵敏度不高，过零检测电路甚至在零点处产生高频震荡，严重影响采样的质量。 
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于并网发电系统的信号调理电路，将信号调理电路分为AD采样调理电路、过压过流保护电路、过零检测电路。 
本实用新型的技术解决方案如下： 
一种用于并网发电系统的信号调理电路，该电路连接于传感器与之间，其特点是所述的传感器经AD采样调理电路与所述的DSP连接，过压保护电路和过零检测电路分别和所述的AD采样调理电路并联；所述的AD采样调理电路是包括依次连接的放大电路、反相电路、偏置电路和限幅电路，抗混叠滤波电路与所述的反相电路并联。
所述的过零检测电路采用双电源供电，同相输入端通过电阻R3接地，并与输出端间跨接一个电阻R2，同时输出端通过一个上拉电阻R1与3.3V电源连接。 
所述的过压保护电路采用双电源供电，LM311输出端接一个LED指示灯，指示系统当前工作状态，R1、R4对12V电压进行分压，同相输入端和输出端跨接一个电阻R3，同时输出端通过一个上拉电阻R2与3.3V连接。 
与现有技术相比，本实用新型的技术效果是： 
1.  采用过压过流保护电路监控并网电压电流大小和直流侧电压电流的大小，防止过压过流对功率器件以及电网造成的破坏。
2.  通过过零检测电路实时监控电网电压的相位过零情况，用于高精度同步锁相。 
3.  克服了比较器在比较电平附近高频振荡的现象，提高系统的稳定性，且其性能优越于传统的信号调理电路，适用于要求较高的各种工业现场的信号调理。 
附图说明
图1是本实用新型用于并网发电系统的信号调理电路的结构示意图。 
图2是本实用新型用于并网发电系统的信号调理电路中AD采样调理电路图。 
图3是本实用新型用于并网发电系统的信号调理电路中过压过流保护电路图。 
图4是本实用新型用于并网发电系统的信号调理电路中过零检测电路图。 
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。 
请参阅图1，图1是本实用新型用于并网发电系统的信号调理电路的结构示意图。如图所示，一种用于并网发电系统的信号调理电路，该电路连接于传感器1与DSP5之间，其特征在于，所述的传感器1经AD采样调理电路2与所述的DSP5连接，过压保护电路4和过零检测电路3分别和所述的AD采样调理电路2并联；所述的AD采样调理电路是包括依次连接的放大电路21、反相电路22、偏置电路23和限幅电路24，抗混叠滤波电路25与所述的反相电路22并联。被测量的电压和电流信号经过霍尔传感器转化为-5V~+5V的一组电压信号。该组电压信号分三路，一路为AD采样调理电路，一路为过压过流保护电路，另一路为过零检测，分别与本实施例采用的德州仪器公司TMS320X2812系统数字信号处理器DSP2812连接。其中抗混叠滤波可以减少因采样带来的频率混叠现象，偏置电路用于抬升采样信号，使其幅值大于零，限幅电路用于对调理电路输出0.15~3.15V电压信号进行限幅处理，比较器的抗高频振荡接法可以减少误动作。 
图2是本实用新型用于并网发电系统的信号调理电路中AD采样调理电路图。如图所示，AD采样调理电路使信号经过放大电路、反相电路、抗混叠滤波电路、偏置电路、限幅电路传给DSP的模拟量到数字量转换模块ADC口。抗混叠滤波是在运放的输入输出端跨接R2、C1构成RC一阶低通滤波器。偏置电路是由+3.3V电源和同相输入信号构成模拟加法器，限幅电路由二极管钳位3.3V电压，该电AD采样调理电路图将霍尔传感器输出的-5V~+5V电压信号转换为0.15V~3.15V电压信号。互感器信号首先经过一个反相比例器，将-5V~+5V信号转化为+3V~-3V，R1、R4大小决定比例关系。在经过一个反相器，输出信号为-3V~+3V，要求R4=R5，并且R2、C1构成一阶低通抗混叠滤波器，当R2=2.7K，C1=0.1uF时，抗混叠滤波截至频率为589HZ。接着，信号进入模拟加法电路，R8=R3，相当于在同相输入端叠加一个3.3V／2=1.65V的电压，同相输入端的输入信号电压也减半，总的输出电压为（-3.3V／2+1.65V）~（+3.3V／2+1.65V），也即0.15V~3.15V。限幅电路是通过二极管的钳位和旁路作用实现的，当运放输出电压大于3.3V一些后，二极管D1将被导通，输出电压被钳位在3.3V，当运放输出电压小于-0.7V后，二极管D2将被导通，输出电压被钳位在0V，这样就保护了数字信号处理器DSP的内部模拟量到数字量转换模块ADC采样口。 
图3是本实用新型用于并网发电系统的信号调理电路中过压过流保护电路图。如图所示，过压保护电路4采用双电源供电，LM311输出端接一个LED指示灯，指示系统当前工作状态，R1、R4对12V电压进行分压，同相输入端和输出端跨接一个电阻R3，同时输出端通过一个上拉电阻R2与3.3V连接。R1和R4串联对+12V电源进行分压，这里同相输入端的参考电压取8V，实际霍尔传感器的输入电压最大为5V（对应电网电压峰值311V），所以设定的一次侧过压峰值为311V×8V／5V=497V，加R2和R3是为了引入滞后技术克服比较器振荡，这样比较器的比较电平不再是单一的电平，而是在原比较电平附近的两个电平，上比较电平为V+H=VOH×R2／（R1+R2），下比较电平为V+L=VOL×R2／（R1+R2），VOL 和VOH分别为运放输出低电平和高电平虽对应的电压值，这里由于上拉电阻的作用VOL=0V，VOH=3.3V。当其过压时，输出低电平，指示灯LED_RED发光告警，同时DSP的功率驱动保护中断PDPINT引脚得到低电平，脉宽调制技术PWM信号被封锁。 
图4是本实用新型用于并网发电系统的信号调理电路中过零检测电路图。如图所示，过零检测电路3采用双电源供电，同相输入端通过电阻R3接地，并与输出端间跨接一个电阻R2，同时输出端通过一个上拉电阻R1与3.3V电源连接。同相输入端通过R3接地，其与输出端跨接一电阻R2，，输出端接一个上拉电阻R1，比较器的参考电压为0V，即过零比较，加R1和R2是为了引入滞后技术克服比较器振荡，分析同过压过流保护电路。当霍尔传感器输出的信号大于零时，比较器输出低电平，当霍尔传感器输出的信号小于零时，比较器输出高电平，DSP的捕获单元CAP引脚来捕捉上升沿信号来实现过零检测。 
以上只是一路信号通道及其原理，在工程实际应用中可根据需要来增加通道数。 
实验表明，本实用新型克服比较器在比较电平附近高频振荡的现象，提高系统的稳定性，性能优越于传统的信号调理电路，适用于要求较高的各种工业现场的信号调理，特别是为并网光伏发电系统提供一套安全稳定的信号调理系统，也适用于并网风力发电系统以及其他工业现场数据采集和信号测量分析等仪器。 

Claims (3)

1.一种用于并网发电系统的信号调理电路，该电路连接于传感器（1）与DSP（5）之间，其特征在于，所述的传感器（1）经AD采样调理电路（2）与所述的DSP（5）连接，过压保护电路（4）和过零检测电路（3）分别和所述的AD采样调理电路（2）并联；所述的AD采样调理电路是包括依次连接的放大电路（21）、反相电路（22）、偏置电路（23）和限幅电路（24），抗混叠滤波电路（22）与所述的反相电路（22）并联。
2.根据权利要求1所述的用于并网发电系统的信号调理电路，其特征在于，所述的过零检测电路（3）采用双电源供电，同相输入端通过电阻R3接地，并与输出端间跨接一个电阻R2，同时输出端通过一个上拉电阻R1与3.3V电源连接。
3.根据权利要求1所述的用于并网发电系统的信号调理电路，其特征在于：所述的过压保护电路（4）采用双电源供电，LM311输出端接一个LED指示灯，指示系统当前工作状态，R1、R4对12V电压进行分压，同相输入端和输出端跨接一个电阻R3，同时输出端通过一个上拉电阻R2与3.3V连接。
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