專利名稱：一種柔性直流輸電系統(tǒng)子模塊的直流電壓檢測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于柔性直流輸電系統(tǒng)直流電壓檢測技術領域，具體講涉及一種柔性直流輸電系統(tǒng)子模塊的直流電壓檢測方法。
背景技術：
柔性直流輸電技術能夠給風電場提供良好的動態(tài)無功支撐，避免風電場的無功補償設備投資；同時提供優(yōu)異的并網性能，防止風電場的電壓波動對交流系統(tǒng)的影響，并同時改善風電場對系統(tǒng)波動的抗干擾能力。由于能夠提供電壓支撐作用，它還能大幅度提升風電場在交流系統(tǒng)發(fā)生故障情況下的低電壓穿越能力；另外，由于柔性直流輸電不受距離限制，因此也是國外大型遠距離海上風電場并網的唯一選擇?；谝陨巷@著優(yōu)勢，柔性直流輸電目前已成為國際上公認的風電場并網的最佳技術方案。柔性直流輸電系統(tǒng)的子模塊電壓檢測是柔性直流輸電工程的關鍵技術之一。電壓檢測值是各種算法的基礎，其電壓檢測值直接關系到電容平衡控制，系統(tǒng)控制等算法的實施。直流電壓檢測，一般綜合考慮檢測電壓范圍，檢測精度，線性度等參數，根據各種器件的參數要求，選擇最佳型號，使電壓檢測方案達到在經濟上和檢測參數的最優(yōu)化。傳統(tǒng)的直流電壓檢測，一般范圍比較窄，精度比較低，大部分方案采用霍爾元件等器件，其成本高，并且霍爾元件的線性度不高。在模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)中，子模塊的電壓范圍寬(從0-5000伏均需要提供高精度檢測值)，同時對線性度和精度要求都比較高，因此傳統(tǒng)的測量方法無法達到模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)對于子模塊的電壓檢測參數要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種模塊化多電平式柔性直流輸電系統(tǒng)的子模塊直流電壓檢測方法，該方法采用采樣電阻，線性光耦，高精度運放，高精度模/數轉換芯片相配合的新型電路拓撲，通過軟件的處理，使檢測電壓具有更好的濾波效果和線性度，本發(fā)明的檢測方法在電壓范圍為0-5000V內具有高線性度和高精度的優(yōu)點，同時使得全系統(tǒng)的費用最省， 可用于指導相關技術人員高效地完成模塊化多電平式柔性直流輸電系統(tǒng)的子模塊電壓檢測設計。為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種柔性直流輸電系統(tǒng)子模塊的直流電壓檢測方法，其改進之處在于所述方法包括如下步驟1)電路器件選擇，包括采樣電阻、線性光耦、運算放大器和模/數轉換芯片的選擇；采樣電阻選擇采樣電阻阻值R大于10倍柔性直流輸電系統(tǒng)各子模塊均壓電阻的阻值，采樣電阻功率P=￥，其中υ為柔性直流輸電系統(tǒng)各子模塊電壓值，采樣電阻耐壓
K
值> U，采樣電阻精度優(yōu)于柔性直流輸電系統(tǒng)對子模塊電壓檢測的精度，采樣電阻等效電感值< IOnH ；線性光耦選擇線形光耦非線性度< 0. 01%，線性光耦原邊副邊的傳輸比誤差在士 5%之內，隔離電壓5kVrms/lmin，帶寬范圍> IMHz ；運算放大器選擇運算放大器功率< lmW，精度> 95%，運放速率> IMHz ；模/數轉換芯片選擇模/數轉換芯片轉換時間< 500ns，采樣頻率> 1MHz，通道數彡1，位數彡12位；2)電路的設計；所述方法基于采樣電阻，線性光耦，運算放大器，模/數轉換芯片相配合的電路拓撲；3)提取電壓檢測值對步驟2中1個線路的電壓值進行連續(xù)采樣，將采樣電壓值的平均值作為電壓檢
測值Usi ；4)濾波、校正；將步驟3得到的電壓檢測值Usi經過二次濾波和線性度參數校正；5)經濾波校正的電壓檢測值發(fā)送到上級控制器。本發(fā)明的又一優(yōu)選技術方案為所述步驟3中電壓檢測值Usi的檢測過程為采樣電壓值經過運算放大器調理后經線性光耦隔離，經后級調理電路及濾波后變?yōu)? 5V的電壓信號送入微處理器作為控制量使用；在微處理器中，對模/數轉換結果設置有8級FIFO緩存，可以同時存儲連續(xù)10次采樣結果，每次存入新數據時，會同時將FIFO中最舊的數據擠出隊列，將新的FIFO隊列中存儲的最大最小的數據剔除，并對剩余8次采樣結果做算術平均，得到電壓檢測值U檢”本發(fā)明的另一優(yōu)選技術方案為所述步驟4中線性度參數校正過程為設直線方程如式(1)，Y = A+BX (1)其中A、B是任意實數；X為試驗電壓；Y為經模數轉換后理論上應得到的數字量；Y*為經模/數轉換后得到的實際數字量；應用最小二乘法原理，將實測值Y*與利用(式1-1)計算值Y = A+BX的偏差(Υ*_Υ)
的平方和最小為“優(yōu)化判據”，令
<ρ=Σ(γ*-γ ⑵把式(1)代入式O)中得
φ = Yj(Y^-A-BX)2(3)其中=Xi為第i次檢測的試驗電壓；
Y*,為經模/數轉換后得到的第i次檢測實際數字量；當識=[(if 最小時，函數$對A、B求偏導數，令這兩個偏導數等于零；
權利要求
1.一種柔性直流輸電系統(tǒng)子模塊的直流電壓檢測方法，其特征在于所述方法包括如下步驟1)電路器件選擇，包括采樣電阻、線性光耦、運算放大器和模/數轉換芯片的選擇； 采樣電阻選擇采樣電阻阻值R大于10倍柔性直流輸電系統(tǒng)各子模塊均壓電阻的阻u*u值，采樣電阻功率P=Y，其中υ為柔性直流輸電系統(tǒng)各子模塊電壓值，采樣電阻耐壓值K> U，采樣電阻精度優(yōu)于柔性直流輸電系統(tǒng)對子模塊電壓檢測的精度，采樣電阻等效電感值 < IOnH ；線性光耦選擇線形光耦非線性度<0.01%，線性光耦原邊副邊的傳輸比誤差在士 5%之內，隔離電壓5kVrms/lmin，帶寬范圍> IMHz ；運算放大器選擇運算放大器功率< lmW，精度> 95%，運放速率> IMHz ； 模/數轉換芯片選擇模/數轉換芯片轉換時間< 500ns，采樣頻率> 1MHz，通道數彡1，位數彡12位；2)電路的設計；所述方法基于采樣電阻，線性光耦，運算放大器，模/數轉換芯片相配合的電路拓撲；3)提取電壓檢測值對步驟2中1個線路的電壓值進行連續(xù)采樣，將采樣電壓值的平均值作為電壓檢測值 l^i ；4)濾波、校正；將步驟3得到的電壓檢測值Usi經過二次濾波和線性度參數校正；5)經濾波校正的電壓檢測值發(fā)送到上級控制器。
2.如權利要求1所述的一種柔性直流輸電系統(tǒng)子模塊的直流電壓檢測方法，其特征在于所述步驟3中電壓檢測值Usi的檢測過程為采樣電壓值經過運算放大器調理后經線性光耦隔離，經后級調理電路及濾波后變?yōu)?0 5V的電壓信號送入微處理器作為控制量使用；在微處理器中，對模/數轉換結果設置有8級FIFO緩存，可以同時存儲連續(xù)10次采樣結果，每次存入新數據時，會同時將FIFO中最舊的數據擠出隊列，將新的FIFO隊列中存儲的最大最小的數據剔除，并對剩余8次采樣結果做算術平均，得到電壓檢測值USi。
3.如權利要求1所述的一種柔性直流輸電系統(tǒng)子模塊的直流電壓檢測方法，其特征在于所述步驟4中線性度參數校正過程為設直線方程如式(1)， Y = A+BX (1) 其中A、B是任意實數； X為試驗電壓；Y為經模數轉換后理論上應得到的數字量； Y*為經模/數轉換后得到的實際數字量；應用最小二乘法原理，將實測值Y*與利用(式1-1)計算值Y = A+BX的偏差(Y*-Y)的平方和最小為“優(yōu)化判據”，令<ρ=Σ(υ*~υ ⑵把式⑴代入式⑵中得
全文摘要
本發(fā)明提供了一種柔性直流輸電系統(tǒng)子模塊的直流電壓檢測方法，屬于柔性直流輸電系統(tǒng)直流電壓檢測技術領域。本發(fā)明所述方法的采樣電阻，線性光耦，高精度運放，高精度模/數轉換芯片相配合的電路拓撲實用性高，可應用于多種需要直流電壓檢測的場合；通過軟件濾波的處理，使檢測電壓具有更好的濾波效果和線性度；此方法介紹了電路各器件的參數要求和選型方法，可指導技術人員高效的完成模塊化多電平式柔性直流輸電系統(tǒng)子模塊的電壓檢測設計。所述方法包括采樣電阻設計、線性光耦設計、運算放大器設計、模/數轉換芯片設計和濾波算法。所述檢測方法在電壓范圍0-5000V具有高線性度、高精度，此方法使得全系統(tǒng)的費用最省。
文檔編號G01R19/25GK102305890SQ201110207468
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權日2011年7月22日
發(fā)明者楊岳峰, 謝敏華, 賀之淵 申請人:中國電力科學研究院