CN210347815U - 一种基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置，包括用于将从电网监测点获得的原始电压信号与原始电流信号分别转换为低电压信号与低电流信号的信号输入单元；信号调理电路通过信号输入单元获取低电压信号与低电流信号，并能将双极性的低电压信号与低电流信号分别转化为单向正弦信号输出给电能计量芯片；所述电能计量芯片能够将所述单向正弦信号转化为数字信号并计算出光伏电网的电气量参数，并将所述电气量参数输出给能够根据光伏电网的电气量参数计算出总谐波失真的微处理器。本实用新型解决了现有技术中电路模块较多、电路结构复杂的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏电能质量检测技术领域，尤其涉及一种用于监测光伏谐波的装置。
背景技术
随着全球能源形势的日益严峻以及新能源的不断发展，越来越多的光伏发电逐渐投入到电网中，同时随着光伏发电的装机容量的持续提升，对光伏发电并网后***供电的安全性、经济性、质量、可靠性性等均提出了更高的技术性能要求。光伏电源本身就是一个谐波源，非线性负荷的接入、负荷的改变，会导致其起停频率增加，从而引发一系列的电能质量问题，因此当光伏发电***发送电能至电网、供应电能至当地交流负载时，应控制电能质量。谐波是影响光伏***电能质量的关键因素，是影响光伏发电***乃至整个电力***安全稳定、节能经济运行的主要原因。
与其他电能质量相比，光伏***谐波的检测结果能够及时反映光伏逆变器的谐波失真和功率因素等电能质量参数，能够及时对光伏***进行控制、管理和预测，预防潜伏性、突发性恶劣事故的发生。目前，无论是科研机构、高校、制造厂商，还是电力***中的运行维护管理各部门，均尤为关心光伏***谐波监测技术的发展。
目前，虽然也存在一些用于监测光伏谐波的装置，但是需要多个电路模块，包括模数转换采样模块、多种电气量参数采样模块等，导致电路结构复杂，监测装置体积较大。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置，解决现有技术中电路模块较多、电路结构复杂的技术问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：一种基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置，包括用于将从电网监测点获得的原始电压信号与原始电流信号分别转换为低电压信号与低电流信号的信号输入单元；信号调理电路通过信号输入单元获取低电压信号与低电流信号，并能将双极性的低电压信号与低电流信号分别转化为单向正弦信号输出给电能计量芯片；所述电能计量芯片能够将所述单向正弦信号转化为数字信号并计算出光伏电网的电气量参数，并将所述电气量参数输出给能够根据光伏电网的电气量参数计算出总谐波失真的微处理器。
进一步的，所述信号输入单元包括4组电压互感器与4组电流互感器；所述4组电压互感器用于将电网监测点的三相电压与零序电压分别转换为4路低电压信号；所述4组电流互感器用于将电网监测点的三相电流与零序电流分别转换为4路低电流信号。
进一步的，所述信号调理电路包括运算放大器；所述运算放大器的反相输入端通过电阻R1接参考地，反相输入端通过电阻R2连接到输出端；所述运算放大器的同相输入端通过电阻R3接收双极性输入信号，并且电阻R3与同相输入端之间通过电阻R4接入基准电压。
进一步的，所述电能计量芯片的型号为CSE7780。
进一步的，所述微处理器为型号为LPC2136的ARM微处理器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、现有技术采用多种电气量参数采样模块分别采集光伏电网的各种电气量参数（模拟信号），再通过模数转化模块将模拟信号转化为数字信号输出给处理器进行处理，由于电气量参数较多，因此需要用到的电气量参数采样模块与模数转化模块较多。然而，本实用新型由于采用了电能计量芯片，电能计量芯片本身集成有模数转化模块，并且电能计量芯片的基本功能是根据电流与电压计算电气量参数，从而将通过各种电气量参数采样模块采集各种电气量参数的问题，转化为了采集电流与电压的问题，使得电路结构得以简化。
2、为了满足信号调理电路的输入要求，信号输入单元将从电网监测点获得的原始信号转换为低电压信号与低电流信号。由于低电压信号与低电流信号为双极性信号（具有正半周与负半周的正弦信号），因此，采用信号调理电路将双极性信号转化为适于电能计量芯片处理的单向正弦信号。
3、能够根据光伏电网的电气量参数计算出总谐波失真的微处理器在市面上可购买到成品，能够大大降低研发成本。
附图说明
图1是本具体实施方式中基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置的电路框图；
图2是信号调理电路的电路原理图；
图3是CSE7780的电能计量芯片的逻辑组成结构图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
参考图1所示，一种基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置，包括用于将从电网监测点获得的原始电压信号与原始电流信号分别转换为低电压信号与低电流信号的信号输入单元11；信号调理电路12通过信号输入单元获取低电压信号与低电流信号，并能将双极性的低电压信号与低电流信号分别转化为单向正弦信号输出给电能计量芯片13，所述电能计量芯片13的型号为CSE7780；所述电能计量芯片13能够将所述单向正弦信号转化为数字信号并计算出光伏电网的电气量参数（包括有功功率和功率因数），并将所述电气量参数输出给能够根据光伏电网的电气量参数计算出总谐波失真的微处理器14；所述微处理器14为型号为LPC2136的ARM微处理器。微处理器14中载有谐波检测程序（谐波检测程序为现有程序），可对实时获取的电压、电流在线分析，并及时计算光伏电网功率因素和总谐波失真，提供谐波信息。
本具体实施方式中，所述信号输入单元包括4组电压互感器与4组电流互感器；所述4组电压互感器用于将电网监测点的三相电压与零序电压分别转换为4路低电压信号；所述4组电流互感器用于将电网监测点的三相电流与零序电流分别转换为4路低电流信号。
参考图2所示，本具体实施方式中，所述信号调理电路包括运算放大器；所述运算放大器的反相输入端通过电阻R1接参考地，反相输入端通过电阻R2连接到输出端；所述运算放大器的同相输入端通过电阻R3接收双极性输入信号，并且电阻R3与同相输入端之间通过电阻R4接入基准电压。信号调理电路不仅可以将双极性信号转换为所需的信号，还能实现输入信号的隔离传输，有效减小干扰。
信号调理电路的原理如下：将双极性信号（例如，-5V~+5V）转化为单向正弦信号（例如，0~5V），正弦信号：RN=RP，RN=R1/R3，RP=R4/R2。RN为两输入端外界通路的等效电阻，RP为平衡电阻，其作用为：为芯片内部的晶体管提供一个合适的静态偏置；消除静态基极电流对输出电压的影响，大小应与两输入端外界通路的等效电阻值平衡。
本实用新型由于采用了电能计量芯片，电能计量芯片本身集成有模数转化模块，并且电能计量芯片的基本功能是根据电流与电源计算电气量参数，从而将通过各种电气量参数采样模块采集各种电气量参数的问题，转化为了采集电流与电压的问题，使得电路结构得以简化：本实用新型的信号调理电路与电能计量芯片组合形成的信号采集单元的功能相当于现有技术中由多种电气量参数采样模块与模数转换模块组成的信号采集单元的功能，但是结构上却得以大大简化。
参见图3，本实用新型的CSE7780的电能计量芯片逻辑组成结构，在芯片工作时，将采样到的电流、电压信号先经过增益放大器，将采样信号放大，然后再通过高精度的Sigma-Delta，模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，得到的数字信号通过低通滤波器、高通滤波器滤去高频噪声与直流增益，从而得到需要的电流、电压采样量化的数据。将这些数据相乘，经过低通滤波器输出平均有功功率；电流、电压量化后的数据通过平方电路、低通滤波器、开方电路得到电流、电压有效值。将有功功率按时间积分，计算出有功能量。通过能量频率转换器将得到的能量通过PF引脚输出，也可通过SPI总线获得经过数字信号处理得到的数字化数值。
Claims (5)
1.一种基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置，其特征在于：包括用于将从电网监测点获得的原始电压信号与原始电流信号分别转换为低电压信号与低电流信号的信号输入单元；信号调理电路通过信号输入单元获取低电压信号与低电流信号，并能将双极性的低电压信号与低电流信号分别转化为单向正弦信号输出给电能计量芯片；所述电能计量芯片能够将所述单向正弦信号转化为数字信号并计算出光伏电网的电气量参数，并将所述电气量参数输出给能够根据光伏电网的电气量参数计算出总谐波失真的微处理器。
2.根据权利要求1所述的基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置，其特征在于：所述信号输入单元包括4组电压互感器与4组电流互感器；所述4组电压互感器用于将电网监测点的三相电压与零序电压分别转换为4路低电压信号；所述4组电流互感器用于将电网监测点的三相电流与零序电流分别转换为4路低电流信号。
3.根据权利要求1所述的基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置，其特征在于：所述信号调理电路包括运算放大器；所述运算放大器的反相输入端通过电阻R1接参考地，反相输入端通过电阻R2连接到输出端；所述运算放大器的同相输入端通过电阻R3接收双极性输入信号，并且电阻R3与同相输入端之间通过电阻R4接入基准电压。
4.根据权利要求1所述的基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置，其特征在于：所述电能计量芯片的型号为CSE7780。
5.根据权利要求1所述的基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置，其特征在于：所述微处理器为型号为LPC2136的ARM微处理器。
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| CN201921066196.9U CN210347815U (zh) | 2019-07-09 | 2019-07-09 | 一种基于电能计量芯片的光伏谐波监测装置 |
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| CN (1) | CN210347815U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113466554A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-10-01 | 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于电能计量芯片的光伏谐波监测*** |
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2019
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