CN218217107U - 一种新能源场站调频高精度信号发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新能源场站调频高精度信号发生装置，属于自动控制技术领域。该装置包括嵌入式计算机、整流电路、Buck‑Boost电路、三相逆变器电路、数模转换模块、模数转换模块、驱动电路、直流采样模块、调制电路和交流采样电路。本实用新型装置实现输出电压的幅值、频率、角度可调，具有三路电压输出，输出相电压范围为0V~100V，输出频率范围可达到45Hz~55Hz，频率精度达到0.001Hz；具有功耗小、体积小、重量轻等优点，能实现频率采样、调频功能测试、调频抗干扰测试等，易于推广应用。

Description

一种新能源场站调频高精度信号发生装置

技术领域

本实用新型属于自动控制技术领域，具体涉及一种新能源场站调频高精度信号发生装置。

背景技术

目前，大规模新能源装机迅速增加。新能源场站主动参与系统频率调整是新能源大规模并网后电力系统为保证其自身安全做出的必然选择。我国一系列标准已经规定并网新能源场站应具备参与电网频率扰动调整的能力。根据目前的现场应用情况表明，风电和光伏参与调频的特性优于常规的水电、火电机组，具有较好的应用前景。

新能源场站调频能力测试方法已有标准和文献明确，以及国标、行标、企标等明确新能源场站调频装置的频率精度为0.003Hz，频率变化率也有要求，但新能源场站调频能力设备还不成熟；部分测试单位采用继电保护测试作为测试设备，继电保护测试设备存在输出频率精度不能满足新能源场站调频要求，以及设备不能实现故障频率数据回放功能，不具备频率按一定频率输出的功能，操作界面不能满足要求等问题。

亟需研究一种能满足新能源场站调频功能测试要的高精度频率信号发生装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种新能源场站调频高精度信号发生装置，该装置实现输出电压的幅值、频率、角度可调，输出频率进度可达0.001Hz。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种新能源场站调频高精度信号发生装置，包括：嵌入式计算机、整流电路、Buck-Boost电路、三相逆变器电路、数模转换模块、模数转换模块、驱动电路、直流采样模块、调制电路和交流采样电路；

整流电路的输出与Buck-Boost电路的输入相连；

Buck-Boost电路的输出分别与三相逆变器电路的输入、直流采样模块的输入相连；

三相逆变器电路的输出与交流采样电路的输入相连；

直流采样模块的输出、交流采样电路的输出分别与模数转换模块的输入相连；

模数转换模块的输出与嵌入式计算机的输入相连；

嵌入式计算机的输出与数模转换模块的输入相连；

数模转换模块的输出分别与驱动电路、调制电路的输入相连；

驱动电路的输出与Buck-Boost电路的输入相连；

调制电路的输出与三相逆变器电路的输入相连；

进一步，优选的是，整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；二极管D1正极分别与交流输入、二极管D2负极相连，二极管D1负极与二极管D3负极正极相连，二极管D2正极与电容C1负极相连，二极管D4负极与交流输入、二极管D3正极相连。

进一步，优选的是，Buck-Boost电路包括电容C1、IGBT管V1、电感L、二极管D5和电容C2；二极管D1负极电容C1正极相连；二极管D2正极与电容C1负极相连；

电容C1正极与IGBT管V1集电极相连，电容C1负极分别与电感L的一端、电容C2负极相连，并接地，IGBT管V1栅极与驱动电路相连，IGBT管发射极分别与电感L另一端、二极管D5负极相连，二极管D5正极与电容C2正极相连。

进一步，优选的是，直流采样模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和运输放大器M；电阻R1一端连在输出正极，另一端分别与电阻R2的一端、模数转换模块连接；电阻R2另一端分别与电阻R3一端、运算放大器M正极相连，运算放大器M负极分别与电阻R3另一端、输出负极相连，输出负极接地；运算放大器M的输出端与模数转换模块相连；二极管D5正极与电阻R1一端相连，电容C2负极分别与电阻R2的另一端、电阻R3一端相连。

进一步，优选的是，三相逆变器电路包括电容C3、电容C4、IGBT管V2、IGBT管V3、IGBT管V4、IGBT管V5、IGBT管V6、IGBT管V7、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11；

直流正极分别与电容C3正极、IGBT管V2集电极、IGBT管V3集电极、IGBT管V4集电极、二极管D6负极、二极管D7负极、二极管D8负极相连；

直流负极分别与电容C4负极、IGBT管V5发射极、IGBT管V6发射极、IGBT管V7发射极、二极管D9正极、二极管D10正极、二极管D11正极相连；

电容C3负极与电容C4正极相连；

IGBT管V2发射极分别与二极管D6正极、IGBT管V5集电极和二极管D9负极相连；

IGBT管V3发射极分别与二极管D7正极、IGBT管V6集电极和二极管D10负极相连；

IGBT管V4发射极分别与二极管D8正极、IGBT管V7集电极和二极管D11负极相连；

IGBT管V2、IGBT管V3、IGBT管V4、IGBT管V5、IGBT管V6、IGBT管V7的栅极分别与调制电路相连；

IGBT管V2发射极与IGBT管V5集电极相连点为输出A相，IGBT管V3发射极与IGBT管V6集电极相连点为输出B相，IGBT管V4发射极与IGBT管V7集电极相连点为输出C相。

进一步，优选的是，驱动电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、三极管S1和三极管S2；电阻R4一端与模数转换模块连接，电阻R4另一端与三极管S1基极连接，三极管S1集电极与电阻R5、电阻R7和三极管S2基极连接，电阻R5另一端连接VCC，三极管S1发射极接地，电阻R7另一端接地，三极管S2集电极与电阻R6连接，电阻R6另一端连接VCC，三极管S2发射极接地。

进一步，优选的是，交流采样模块包括电压互感器PT、电流互感器CT、测量芯片、电阻R7和电阻R7；

电压互感器PT一次侧一端接A相、B相或C相，另一端接地，电压互感器PT二次侧并联电阻R7；电阻R7一端接测量芯片Vin口，另一端接地；电流互感器CT一次侧串联在电压互感器PT一次侧一端所连接的相上，电流互感器CT二次侧并联电阻R8；电阻R8一端接地，另一端接测量芯片的Iin口。

进一步，优选的是，A相、B相C相均采用同样的交流采样模块。

对于嵌入式计算机、数模转换模块、模数转换模块、调制电路，本发明对此结构不做具体限制，采用现有产品即可。测量芯片优选采用CS5460A芯片。

调制电路优选采用SPWM技术实现三相逆变器电路的逆变。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果为：

本实用新型装置实现输出电压的幅值、频率、角度可调，具有三路电压输出，输出相电压范围为0V~100V，输出频率范围可达到45Hz~55Hz，频率精度达到0.001Hz；具有功耗小、体积小、重量轻等优点，且符合开关电源高频化、模块化和数字化的特点，易于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型新能源场站调频高精度信号发生装置结构示意框图；

图2是本实用新型整流电路、Buck-Boost电路和直流采样模块电路图；

图3是本实用新型三相逆变器电路图；

图4是本实用新型驱动电路图；

图5是本实用新型交流采样模块电路图；

其中，1-嵌入式计算机，2-整流电路I，3-Buck-Boost电路，4-三相逆变器电路，5-数模转换模块，6-模数转换模块，7-驱动电路，8-直流采样模块，9-调制电路，10-交流采样模块，11-测量芯片，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8-电阻，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11-二极管，C1、C2、C3、C4-电容，V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7-IGBT管，M-运算放大器，S1、S2-三极管。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术、连接关系或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术、连接关系、条件或者按照产品说明书进行。所用材料、仪器或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解的是，本实用新型中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本实用新型的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。

本技术领域技术人员可以理解的是，本实用新型中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。

本实用新型中，嵌入式计算机、数模转换模块、模数转换模块、调制电路均采用现有的常规通用产品即可。

如图1~5所示，一种新能源场站调频高精度信号发生装置，包括：嵌入式计算机1、整流电路2、Buck-Boost电路3、三相逆变器电路4、数模转换模块5、模数转换模块6、驱动电路7、直流采样模块8、调制电路9和交流采样电路10；

整流电路2的输出与Buck-Boost电路3的输入相连；

Buck-Boost电路3的输出分别与三相逆变器电路4的输入、直流采样模块8的输入相连；

三相逆变器电路4的输出与交流采样电路10的输入相连；

直流采样模块8的输出、交流采样电路10的输出分别与模数转换模块6的输入相连；

模数转换模块6的输出与嵌入式计算机1的输入相连；

嵌入式计算机1的输出与数模转换模块5的输入相连；

数模转换模块5的输出分别与驱动电路7、调制电路9的输入相连；

驱动电路7的输出与Buck-Boost电路3的输入相连；

调制电路9的输出与三相逆变器电路4的输入相连；

优选方案，整流电路2包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；二极管D1正极分别与交流输入、二极管D2负极相连，二极管D1负极与二极管D3负极正极相连，二极管D2正极与电容C1负极相连，二极管D4负极与交流输入、二极管D3正极相连。

优选方案，Buck-Boost电路3包括电容C1、IGBT管V1、电感L、二极管D5和电容C2；二极管D1负极电容C1正极相连；二极管D2正极与电容C1负极相连；

电容C1正极与IGBT管V1集电极相连，电容C1负极分别与电感L的一端、电容C2负极相连，并接地，IGBT管V1栅极与驱动电路7相连，IGBT管发射极分别与电感L另一端、二极管D5负极相连，二极管D5正极与电容C2正极相连。

优选方案，直流采样模块8包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和运输放大器M；电阻R1一端连在输出正极，另一端分别与电阻R2的一端、模数转换模块6连接；电阻R2另一端分别与电阻R3一端、运算放大器M正极相连，运算放大器M负极分别与电阻R3另一端、输出负极相连，输出负极接地；运算放大器M的输出端与模数转换模块6相连；二极管D5正极与电阻R1一端相连，电容C2负极分别与电阻R2的另一端、电阻R3一端相连。

优选方案，三相逆变器电路4包括电容C3、电容C4、IGBT管V2、IGBT管V3、IGBT管V4、IGBT管V5、IGBT管V6、IGBT管V7、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11；

直流正极分别与电容C3正极、IGBT管V2集电极、IGBT管V3集电极、IGBT管V4集电极、二极管D6负极、二极管D7负极、二极管D8负极相连；

直流负极分别与电容C4负极、IGBT管V5发射极、IGBT管V6发射极、IGBT管V7发射极、二极管D9正极、二极管D10正极、二极管D11正极相连；

电容C3负极与电容C4正极相连；

IGBT管V2发射极分别与二极管D6正极、IGBT管V5集电极和二极管D9负极相连；

IGBT管V3发射极分别与二极管D7正极、IGBT管V6集电极和二极管D10负极相连；

IGBT管V4发射极分别与二极管D8正极、IGBT管V7集电极和二极管D11负极相连；

IGBT管V2、IGBT管V3、IGBT管V4、IGBT管V5、IGBT管V6、IGBT管V7的栅极分别与调制电路9相连；

IGBT管V2发射极与IGBT管V5集电极相连点为输出A相，IGBT管V3发射极与IGBT管V6集电极相连点为输出B相，IGBT管V4发射极与IGBT管V7集电极相连点为输出C相。

优选方案，驱动电路7包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、三极管S1和三极管S2；电阻R4一端与模数转换模块5连接，电阻R4另一端与三极管S1基极连接，三极管S1集电极与电阻R5、电阻R7和三极管S2基极连接，电阻R5另一端连接VCC，三极管S1发射极接地，电阻R7另一端接地，三极管S2集电极与电阻R6连接，电阻R6另一端连接VCC，三极管S2发射极接地。

优选方案，交流采样模块10包括电压互感器PT、电流互感器CT、测量芯片11、电阻R7和电阻R8；

电压互感器PT一次侧一端接A相、B相或C相，另一端接地，电压互感器PT二次侧并联电阻R7；电阻R7一端接测量芯片11Vin口，另一端接地；电流互感器CT一次侧串联在电压互感器PT一次侧一端所连接的相上，电流互感器CT二次侧并联电阻R8；电阻R8一端接地，另一端接测量芯片11的Iin口。

优选方案，A相、B相C相均采用同样的交流采样模块10。

该新能源场站调频高精度信号发生装置的步骤为：

第一步：该装置的电源及所测新能源场站调频装置接线完成，开始工作。

第二步：人工在嵌入式计算机1设定所需输出三相电压的幅值、频率、角度以及输出时间，以及Buck-Boost电路3需调节的直流电压和三相逆变器电路5需控制IGBT管的导通角度和开关频率。同时设定输出额定电压（57.735V）和额定频率（50Hz）；

第三步：嵌入式计算机1把第二步设定的信息的数字信号传输给数模转换模块5，数模转换模块5把数字信号转换为模拟量信号，然后将该模拟量信号分别输出给驱动电路7和调制电路9；

第四步：驱动电路7控制IGBT管V1的导通，实现对整流电路2输出的直流电压进行升降控制；同时直流采样模块8采样Buck-Boost电路3输出的电压电路反馈给模数转换模块6，模数转换模块6把模拟信号转换为数字信号后传输给嵌入式计算机1，嵌入式计算机1显示实际值，人工将目标值与实际值的比较，若存在偏差，则进行修正，重复第二、三步；

第五步：调制电路9驱动三相逆变器电路4逆变输出三相电压；交流采样模块10监测输出的三相电压电流，测量值反馈给数模转换模块6，模数转换模块6把模拟信号转换为数字信号后传输给嵌入式计算机1，嵌入式计算机1显示实际值，人工将目标值与实际值的比较，若存在偏差，则进行修正，重复第二、三步和该步，开始输出设定的交流电压；

第六步：输出时间达到设定值时，该装置输出额定电压（57.735V）和额定频率（50Hz）。

第七步：人工停止输出。

本实用新型的原理为：

本装置通过同时控制Buck-Boost电路3和三相逆变器电路4实现输出的电压幅值、频率、角度可调；Buck-Boost电路3可实现整流电路2输出直流电压的升降功能。

具体为：根据嵌入式计算机1内设定输出的三相电压幅值、频率，以及Buck-Boost电路3需调节的直流电压和三相逆变器电路5需控制IGBT管的导通角度和开关频率；然后通过数模转换模块5把数字信号转为模拟信号分别输出给驱动电路7和调制电路9，调频电路9驱动三相逆变器电路4逆变输出三相电压；直流采样模块8监测Buck-Boost电路3输出的电压电路，测量值反馈给数模转换模块6，数模转换后传输至嵌入式计算机1显示，人工将实际值与目标值进行对比，不断修正，使输出值接近目标值，交流采样模块10监测输出的三相电压电流，测量值反馈给数模转换模块6，数模转换后传输至嵌入式计算机1显示，人工将实际值与目标值进行对比，不断修正，使输出值接近目标值。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种新能源场站调频高精度信号发生装置，其特征在于，包括：嵌入式计算机（1）、整流电路（2）、Buck-Boost电路（3）、三相逆变器电路（4）、数模转换模块（5）、模数转换模块（6）、驱动电路（7）、直流采样模块（8）、调制电路（9）和交流采样电路（10）；

整流电路（2）的输出与Buck-Boost电路（3）的输入相连；

Buck-Boost电路（3）的输出分别与三相逆变器电路（4）的输入、直流采样模块（8）的输入相连；

三相逆变器电路（4）的输出与交流采样电路（10）的输入相连；

直流采样模块（8）的输出、交流采样电路（10）的输出分别与模数转换模块（6）的输入相连；

模数转换模块（6）的输出与嵌入式计算机（1）的输入相连；

嵌入式计算机（1）的输出与数模转换模块（5）的输入相连；

数模转换模块（5）的输出分别与驱动电路（7）、调制电路（9）的输入相连；

驱动电路（7）的输出与Buck-Boost电路（3）的输入相连；

调制电路（9）的输出与三相逆变器电路（4）的输入相连。

2.根据权利要求1所述的新能源场站调频高精度信号发生装置，其特征在于：整流电路（2）包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；二极管D1正极分别与交流输入、二极管D2负极相连，二极管D1负极与二极管D3负极正极相连，二极管D2正极与电容C1负极相连，二极管D4负极与交流输入、二极管D3正极相连。

3.根据权利要求2所述的新能源场站调频高精度信号发生装置，其特征在于：Buck-Boost电路（3）包括电容C1、IGBT管V1、电感L、二极管D5和电容C2；二极管D1负极电容C1正极相连；二极管D2正极与电容C1负极相连；

电容C1正极与IGBT管V1集电极相连，电容C1负极分别与电感L的一端、电容C2负极相连，并接地，IGBT管V1栅极与驱动电路（7）相连，IGBT管发射极分别与电感L另一端、二极管D5负极相连，二极管D5正极与电容C2正极相连。

4.根据权利要求3所述的新能源场站调频高精度信号发生装置，其特征在于：直流采样模块（8）包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和运输放大器M；电阻R1一端连在输出正极，另一端分别与电阻R2的一端、模数转换模块（6）连接；电阻R2另一端分别与电阻R3一端、运算放大器M正极相连，运算放大器M负极分别与电阻R3另一端、输出负极相连，输出负极接地；运算放大器M的输出端与模数转换模块（6）相连；二极管D5正极与电阻R1一端相连，电容C2负极分别与电阻R2的另一端、电阻R3一端相连。

5.根据权利要求2所述的新能源场站调频高精度信号发生装置，其特征在于：三相逆变器电路（4）包括电容C3、电容C4、IGBT管V2、IGBT管V3、IGBT管V4、IGBT管V5、IGBT管V6、IGBT管V7、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11；

直流正极分别与电容C3正极、IGBT管V2集电极、IGBT管V3集电极、IGBT管V4集电极、二极管D6负极、二极管D7负极、二极管D8负极相连；

直流负极分别与电容C4负极、IGBT管V5发射极、IGBT管V6发射极、IGBT管V7发射极、二极管D9正极、二极管D10正极、二极管D11正极相连；

电容C3负极与电容C4正极相连；

IGBT管V2发射极分别与二极管D6正极、IGBT管V5集电极和二极管D9负极相连；

IGBT管V3发射极分别与二极管D7正极、IGBT管V6集电极和二极管D10负极相连；

IGBT管V4发射极分别与二极管D8正极、IGBT管V7集电极和二极管D11负极相连；

IGBT管V2、IGBT管V3、IGBT管V4、IGBT管V5、IGBT管V6、IGBT管V7的栅极分别与调制电路（9）相连；

IGBT管V2发射极与IGBT管V5集电极相连点为输出A相，IGBT管V3发射极与IGBT管V6集电极相连点为输出B相，IGBT管V4发射极与IGBT管V7集电极相连点为输出C相。

6.根据权利要求1所述的新能源场站调频高精度信号发生装置，其特征在于：驱动电路（7）包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、三极管S1和三极管S2；电阻R4一端与模数转换模块（6）连接，电阻R4另一端与三极管S1基极连接，三极管S1集电极与电阻R5、电阻R7和三极管S2基极连接，电阻R5另一端连接VCC，三极管S1发射极接地，电阻R7另一端接地，三极管S2集电极与电阻R6连接，电阻R6另一端连接VCC，三极管S2发射极接地。

7.根据权利要求1所述的新能源场站调频高精度信号发生装置，其特征在于：交流采样模块（10）包括电压互感器PT、电流互感器CT、测量芯片（11）、电阻R7和电阻R8；

电压互感器PT一次侧一端接A相、B相或C相，另一端接地，电压互感器PT二次侧并联电阻R7；电阻R7一端接测量芯片（11）Vin口，另一端接地；电流互感器CT一次侧串联在电压互感器PT一次侧一端所连接的相上，电流互感器CT二次侧并联电阻R8；电阻R8一端接地，另一端接测量芯片（11）的Iin口。

8.根据权利要求1所述的新能源场站调频高精度信号发生装置，其特征在于：A相、B相C相均采用同样的交流采样模块（10）。

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