CN203301361U - 光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器 - Google Patents

光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器 Download PDF

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罗晓曙
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Abstract

本实用新型公开一种光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器，主要由变送输入模块、变送输出模块、隔离变压器模块、同步信号提取模块、电流采样模块、微控制器模块和2个A/D调理模块组成。变送输入模块一路经隔离变压器模块和第一A/D调理模块与微控制器模块的输入端相连，一路经同步信号提取模块与微控制器模块的输入端相连，一路经电流采样模块和第一A/D调理模块与微控制器模块的输入端相连，微控制器模块的输出端与变送输出模块相连。本实用新型以微控制器作为变送器核心，采用数字滤波方法和数字信号处理技术，得到电流、电压的数字量和模拟量输出并产生50Hz同步方波信号，其具有精度高和功能丰富的特点。

Description

光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器
技术领域
本实用新型涉及一种光伏并网逆变器，具体涉及一种光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器。
背景技术
隔离变送器是将直流电压、电流信号按线性比例转换成互相电隔离的不同直流电压或电流信号的仪器。隔离变送模块主要应用于高共模电压环境下的信号变送，对被测对象和数据采集系统予以隔离，从而提高共模抑制比，同时保护电子仪器设备和人身安全。在测量设备、医疗电子设备、电力设备等方面被广泛应用。目前，常用的电流、电压变送器都是采用模拟方法来完成，此类产品，精度不高，抗干扰能力差，且功能比较单一。单纯的输出电流、电压值已经不能满足日益发展的技术需求。特别是在光伏逆变器系统中，实时反馈给逆变器系统的采样电流、电压值信号精度的高低，将影响光伏逆变器系统工作的稳定性。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器，其具有精度高和功能丰富的特点。
为解决上述问题，本实用新型所设计的光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器，主要由变送输入模块、变送输出模块、隔离变压器模块、同步信号提取模块、电流采样模块、微控制器模块、以及2个A/D调理模块组成。其中外部输入的逆变器输出电压反馈信号经变送输入模块接入隔离变压器模块的输入端，外部输入的电网电压信号经变送输入模块接入同步信号提取模块的输入端，外部输入的逆变器输出电流反馈信号经变送输入模块接入电流采样模块的输入端。隔离变压器模块的输出端经第一A/D调理模块与微控制器模块的第一输入端相连，同步信号提取模块的输出端直接与微控制器模块的第二输入端相连，电流采样模块的输出端经第二A/D调理模块与微控制器模块的第三输入端相连。微控制器模块的第一输出端经变送输出模块输出电压信号，微控制器模块的第二输出端经变送输出模块输出电压同步信号，微控制器模块的第三输出端经变送输出模块输出电流信号。
上述方案中，所述变送输出模块内包括2个串口通信接口和2个D/A转换器；其中第一串口通信接口和第一D/A转换器的输入端同时与微控制器模块的第一输出端连接，第一串口通信接口的输出端输出电压数字信号，第一D/A转换器的输出端输出电压模拟信号；第二串口通信接口和第二D/A转换器的输入端同时与微控制器模块的第三输出端连接，第二串口通信接口的输出端输出电流数字信号，第二D/A转换器的输出端输出电流模拟信号。
上述方案中，所述微控制器模块由ARM处理器，以及连接在该ARM处理器上的晶振电路和复位电路组成。
与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：
1、以微控制器作为变送器核心，采用数字滤波方法和数字信号处理技术，得到电流、电压的数字量和模拟量输出并产生50HZ同步方波信号。
2、充分利用了该单片机的高速，高精度，指令丰富等优越性能，使变送器实现了智能化，具有准确度高、性能稳定可靠、体积小、成本低等优点，适用于电力逆变器系统领域。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构框图。
图2是本实用新型50HZ同步方波信号提取框图。
图3是本实用新型前向线性预测滤波器结构。
图4是本实用新型自适应前向预测滤波算法框图。
具体实施方式
一种光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器，如图1所示，主要由变送输入模块、变送输出模块、隔离变压器模块、同步信号提取模块、电流采样模块、微控制器模块、以及2个A/D调理模块组成。其中外部输入的逆变器输出电压反馈信号经变送输入模块接入隔离变压器模块的输入端，外部输入的电网电压信号经变送输入模块接入同步信号提取模块的输入端，外部输入的逆变器输出电流反馈信号经变送输入模块接入电流采样模块的输入端。隔离变压器模块的输出端经第一A/D调理模块与微控制器模块的第一输入端相连，同步信号提取模块的输出端直接与微控制器模块的第二输入端相连，电流采样模块的输出端经第二A/D调理模块与微控制器模块的第三输入端相连。微控制器模块的第一输出端经变送输出模块输出电压信号，微控制器模块的第二输出端经变送输出模块输出电压同步信号，微控制器模块的第三输出端经变送输出模块输出电流信号。
所述变送输入模块：包括逆变器输出电压反馈输入、电网电压输入和逆变器电流反馈输入。其中包括第一路逆变器输出电压反馈输入通过高精度隔离变送器模块，再经过第一A/D调理模块输送至微控制器模块；第二路电网电压输入经过同步信号提取模块输送至微控制器模块；第三路逆变器电流反馈输入经过电流采样模块输，再经第二A/D调理模块输送至微控制器模块。
隔离变压器模块：利用变压器将逆变器输出电压从0～240V工频（50HZ）线性转换为0～5V。本实用新型隔离变压器模块采用MCS系列的MURR隔离变压器，其初、次级之间是隔离的，抗干扰能力好，精度高。
A/D调理模块：模数转换需要一定时间，在转换过程中，如果送给ADC的模拟量发生变化，则不能保证精确度。因此将0～5V的交流电压信号在进入微控制器（MCU）的A/D转换之前要进行预处理。A/D调理电路即采样保持电路，作用是采集模拟输入电压在某一时刻的瞬间值，并在数模转换器进行转换期间保持输出电压不变，以供模数转换。本实施例A/D调理模块采用芯片AD583K。
电流采样模块：包括一个霍尔电流传感器和一个运算放大器电路。霍尔电流传感器感应出逆变器输出电流，转换成电压信号，经放大器放大滤波后输出至A/D调理模块。通过微控制器内的ADC模块将电压信号转换成数字信号，并在微控制器内进行数字信号处理。所述电流采样模块中的霍尔电流传感器，本实用新型采用HCS-LTS系列霍尔电流传感器，本实施例具体型号是HCS-LTS-50A，可测量电流范围是0A-120A。将反映输出电流大小的电压信号经放大器放大后得到0V-2.5V范围内的电压信号，送至A/D调理模块。
同步信号提取模块：将220V工频（50HZ）正弦波信号通过同步信号提取电路转换为50HZ同步方波信号。如图2所示，是50HZ同步方波信号提取模块示意图。其中电网输入的正弦波经过分压电路分压，进入同步信号提取电路，所述同步信号提取电路，采用芯片MCP6022，得到初步的50HZ方波信号，再经过微控制器模块进行软件滤波（过零检测算法），得到标准的50HZ同步方波信号。
微控制器模块：微控制器模块由一片高速ARM处理器、以及与ARM处理器相连的晶振电路和复位电路组成。所述微控制器模中的ARM处理器，是意法半导体的STM32F10X系列芯片，本实施例采用STM32F103VET6。微控制器模块内部实现数字滤波算法，即：
如图3所示，是微控制器模块内一步前向预测器结构，它有M个抽头权值为w1，w2，w3，…，wM，抽头输入为u(n-1)，u(n-2)，u(n-3)，…，u(n-M)的线性横向滤波器组成。
如图4所示，是本实用新型的自适应前向预测滤波算法框,其中u(n)表征经过A/D转换后电压的实际样值，
Figure BDA00003222742000031
表征电压的预测值。前向预测的误差等于实际样值u(n)和预测值差值，用
Figure BDA00003222742000033
表示，可写为：
Figure BDA00003222742000034
其中下标M表示预测的阶数；自适应权值控制算法通过修正量
Figure BDA00003222742000035
改变权值wi(n)调整预测值
Figure BDA00003222742000036
的输出，从而达到自适应滤波的效果。为了便于在计算机上实现，减小计算量，而且能够在没有统计数据先验知识的情况下实现滤波，采用具有自适应能力的LMS算法进行权值控制,得到最优权值wopt。
变送输出模块：变送电流、电压的结果分别经过一个串口通信接口（I2C）和一个高精度的D/A转换送出电流、电压的数字量和模拟量输出以及50HZ同步信号输出。即所述变送输出模块内包括2个串口通信接口和2个D/A转换器；其中第一串口通信接口和第一D/A转换器的输入端同时与微控制器模块的第一输出端连接，第一串口通信接口的输出端输出电压数字信号，第一D/A转换器的输出端输出电压模拟信号；第二串口通信接口和第二D/A转换器的输入端同时与微控制器模块的第三输出端连接，第二串口通信接口的输出端输出电流数字信号，第二D/A转换器的输出端输出电流模拟信号。

Claims (3)

1.光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器，其特征在于：主要由变送输入模块、变送输出模块、隔离变压器模块、同步信号提取模块、电流采样模块、微控制器模块、以及2个A/D调理模块组成；其中外部输入的逆变器输出电压反馈信号经变送输入模块接入隔离变压器模块的输入端，外部输入的电网电压信号经变送输入模块接入同步信号提取模块的输入端，外部输入的逆变器输出电流反馈信号经变送输入模块接入电流采样模块的输入端；隔离变压器模块的输出端经第一A/D调理模块与微控制器模块的第一输入端相连，同步信号提取模块的输出端直接与微控制器模块的第二输入端相连，电流采样模块的输出端经第二A/D调理模块与微控制器模块的第三输入端相连；微控制器模块的第一输出端经变送输出模块输出电压信号，微控制器模块的第二输出端经变送输出模块输出电压同步信号，微控制器模块的第三输出端经变送输出模块输出电流信号。
2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器，其特征在于：所述变送输出模块内包括2个串口通信接口和2个D/A转换器；其中第一串口通信接口和第一D/A转换器的输入端同时与微控制器模块的第一输出端连接，第一串口通信接口的输出端输出电压数字信号，第一D/A转换器的输出端输出电压模拟信号；第二串口通信接口和第二D/A转换器的输入端同时与微控制器模块的第三输出端连接，第二串口通信接口的输出端输出电流数字信号，第二D/A转换器的输出端输出电流模拟信号。
3.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的智能电流及电压隔离变送器，其特征在于：所述微控制器模块由ARM处理器，以及连接在该ARM处理器上的晶振电路和复位电路组成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106405213A (zh) * 2016-12-20 2017-02-15 广州擎天实业有限公司 基于同步信号的电压电流快速变送器及其控制方法
CN106526306A (zh) * 2016-12-20 2017-03-22 广州擎天实业有限公司 快速响应的三相整流桥输出电压变送器及其控制方法
CN108879899A (zh) * 2018-06-12 2018-11-23 深圳市华禹无线供电技术有限公司 检测通讯装置以及电动汽车无线充电系统

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