一種車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，包括基于光伏并網逆變器控制系統設置的電網電壓采集電路，利用離線測量標準正弦輸入信號方法建立、且相鄰2點之間連線的8個標準電網電壓有效值基準點，在線測量用電網電壓有效值測量模塊，以及用于判定測量結果并在線修正的結果判定及調理模塊；電網電壓采集電路、電網電壓有效值測量模塊和結果判定及調理模塊依次連接，8個標準電網電壓有效值基準點分別與結果判定及調理模塊連接。該車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，可以克服現有技術中硬件成本高、誤差大和電網電壓有效值檢測準確度低等缺陷，以實現硬件成本低、誤差小和電網電壓有效值檢測準確度高的優點。
【專利說明】
一種車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及智能交通【技術領域】，具體地，涉及一種車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統。
【背景技術】
[0002]近些年來，光伏并網技術獲得了快速發展，各國標準都嚴格規定了光伏并網逆變器需要進行準確的過壓和欠壓保護功能以及低電壓穿越功能，這就涉及到如何進行準確的電網電壓有效值測量。
[0003]一些光伏逆變器廠家使用專用的電網電壓真有效值芯片來獲得電網電壓有效值，該方法對畸變的電網電壓來說所獲得電網電壓有效值準確度低，易引起系統誤動作，而且硬件成本相對高。
[0004]為了不增加硬件成本，大多光伏逆變器廠家都采用電壓傳感器和普通的運算放大器、電阻和電容等組成信號調理電路，通過單片機或DSP的模數轉換(A/D)采樣電壓瞬時值，通過算法計算電壓有效值，從而進行電壓保護，該方法不經過特殊算法處理，會由于調理電路中的運算放大器存在零漂、溫漂以及電阻、電容的誤差導致采樣的電壓A/D偏離真值，同時也存在噪聲信號干擾，從而導致計算所的電網電壓有效值不準確，從而影響保護電壓動作點，達不到國家標準所規定的要求。
[0005]因此需要試圖從計算方法上解決電網電壓有效值檢測不準確問題。
[0006]綜上所述，在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在硬件成本高、誤差大和電網電壓有效值檢測準確度低等缺陷。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，以實現硬件成本低、誤差小和電網電壓有效值檢測準確度高的優點。
[0008]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:(待拷貝權利要)
[0009]本發明各實施例的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，由于包括安裝在預測監測區域的車輛信息采集裝置，該車輛洗洗寧采集裝置采用UPS電源為主、光伏電源和蓄電池供電為輔的供電方式；其中，與光伏電源匹配設置的電壓測量系統包括基于光伏并網逆變器控制系統設置的電網電壓采集電路，利用離線測量標準正弦輸入信號方法建立、且相鄰2點之間連線的8個標準電網電壓有效值基準點，在線測量用電網電壓有效值測量模塊，以及用于判定測量結果并在線修正的結果判定及調理模塊；電網電壓采集電路、電網電壓有效值測量模塊和結果判定及調理模塊依次連接，8個標準電網電壓有效值基準點分別與結果判定及調理模塊連接；可以采用離線測量標準正弦輸入信號獲得標準電網電壓有效值基準點方法，修正在線測量的電網電壓有效值；從而可以克服現有技術中硬件成本高、誤差大和電網電壓有效值檢測準確度低的缺陷，以實現硬件成本低、誤差小和電網電壓有效值檢測準確度高的優點。
[0010]本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。
[0011]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0013]圖1為本發明車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統中含有離線測量標準正弦信號輸入時標準電網電壓有效值基準點的插值曲線示意圖；
[0014]圖2為本發明車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統中采樣周期定時中斷程序流程圖；
[0015]圖3為本發明車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統的工作原理示意圖。
[0016]結合附圖，本發明實施例中附圖標記如下:
[0017]U-縱坐標，表示輸入電壓有效值；Vs_橫坐標，表示單片機或DSP采樣計算有效值；ULV2表示電網電壓偏低有效值2 ;ULV1表示電網電壓偏低有效值I ;ULV表示國標規定的電網電壓欠壓有效值；UN表示國標規定的電網額定電壓有效值；UHV1表示電網電壓偏高有效值I ;UHV2表示電網電壓偏高有效值2 ;U0V表示國標規定的電網電壓過壓有效值；VSLV3表示輸入電壓有效值U為O時的單片機或DSP采樣計算有效值；VSLV2表示輸入電壓有效值U為ULV2時的單片機或DSP采樣計算有效值；VSLV表示輸入電壓有效值U為ULV時的單片機或DSP采樣計算有效值；VSLVl表示輸入電壓有效值U為ULVl時的單片機或DSP采樣計算有效值；VSN表示輸入電壓有效值U為UN時的單片機或DSP采樣計算有效值；VSH1表示輸入電壓有效值U為UHVl時的單片機或DSP采樣計算有效值；VSH2表示輸入電壓有效值U為UHV2時的單片機或DSP采樣計算有效值；VS0V表示輸入電壓有效值U為UOV時的單片機或DSP采樣計算有效值;A表示離線測量時的基準點(VSLV3，0) ；B表示離線測量時的基準點(VSLV2，ULV2) ;C表示離線測量時的基準點(VSLV，ULV) ;D表示離線測量時的基準點(VSLV1，ULVI) ;E表示離線測量時的基準點(VSN，UN)疋表示離線測量時的基準點(VSHV1，UHVI) ;G表示離線測量時的基準點(VSOV，UOV) ;H表示離線測量時的基準點(VSHV2, UHV2) ;N表示半個電網周期內A/D轉換采樣點數。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0019]根據本發明實施例，如圖1、圖2和圖3所示，提供了一種車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統。
[0020]本實施例的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，針對光伏并網逆變器控制系統的電網電壓采集電路，先利用離線測量標準正弦輸入信號方法建立8個標準電網電壓有效值基準點，然后相鄰2點之間連線，從而建立該2點之間的電網電壓有效值插值方程，最后在線測量實際電網電壓有效值，通過判定所測量的電網電壓有效值大小處于8個標準電網電壓有效值基準點的哪2點之間，根據相應的2點間插值方程來進行修正所測量的電網電壓有效值。
[0021]光伏并網逆變器控制系統會根據測量的電網電壓頻率和半個電網周期內A/D轉換采樣點數N，確定采樣周期，通過采樣周期定時中斷來保證半個電網周期內A/D轉換采樣點數N恒定。
[0022]精確測量電壓有三個步驟如下:
[0023]第一步，進行單相電網電壓測量準備。由標準正弦波信號發生器模擬輸出不同有效值(例如，O、ULV2 = 20% UN、ULVl = 90% UN、ULV = 80%, UN = 220V、UHVl = 105%UN、UHV2 = 140% UN,UOV = 110% UN)對應的低壓信號代替單相電網電壓經過電壓傳感器轉換的低壓信號，使其經過由普通的運算放大器、電阻和電容等組成信號調理電路，經過單片機或DSP的A/D轉換采樣，經過低通濾波算法(采用典型的有限沖擊響應濾波器實現)得到第k個電壓采樣值u (k)，利用公式(I)和(2)進行半個電網電壓周期的電壓平均值Uavg和有效值Vs計算(例如，基準點采樣計算的有效值分別為VSLV3、VSLV2、VSLVU VLV, VSN、VSHU VSH2、VS0V)，將標準正弦波信號發生器模擬輸出的有效值和經過單片機或DSP計算的電網電壓有效值一對信號作為基準點進行存儲。同理，通過調節標準正弦波信號發生器模擬輸出不同電壓有效值的低壓信號，可以獲得8對標準正弦波信號發生器模擬輸出的有效值和經過單片機或DSP計算的電網電壓有效值信號，上述8對信號作為基準點進行存儲(即圖1中，A基準點(VSLV3，O)、B基準點(VSLV2，ULV2)、C基準點(VSLV，ULV)、D基準點(VSLV1, ULVI)、E 基準點(VSN，UN)、F 基準點(VSHV1，UHVI)、G 基準點(VSOV，U0V)、H 基準點(VSHV2，UHV2)。該過程完成了單相電網電壓檢測所需要的8對標準信號參考基準點。
I N
[。。24] Uavg = —^U(k)
Iy(I)；
γ - π u
[0025]s ~ ? ρ: av^
(2)。
[0026]第二步，進行單相電網電壓真正測量。單相電網電壓經過電壓傳感器轉換為低壓信號，該低壓信號經過與上述相同的處理步驟，即先經過信號調理電路進行信號調理，其次經過單片機或DSP的A/D轉換采樣，再經過低通濾波算法(采用典型的有限沖擊響應濾波器實現)濾除電網電壓諧波分量和噪聲，根據公式(I)和(2)進行計算半個電網電壓周期的電壓平均值和有效值。
[0027]第三步，進行電網電壓有效值修正計算。利用相關兩點插值公式(3)、(4)、(5)、
(6)、(7)、(8)、(9)對所計算得到的電網電壓有效值Vs進行修正，從而得出用于保護點判斷的電壓有效值U。公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、⑶、(9)具體如下:
UlV2 -O
[0028]U = ~——VsLV3 )條件:VsLV3Vslv2 (3)；
V sLV2 — y SlV3.，
[0029]U = L> _(K — Klv2 ) + ULV2 條件:VsLV2 ^ Vs< Vslv (4)；
^ sLV — ^ sLV2
9
U , — u /
[0030]U = LV1 _ LV (K - Klv ) + uLV 條件:VsLV 彡 Vs < Vslvi (5)；
V sLV\ — V sLV，
U n — uLVl
[0031 ] U = —^^ (Vs — Vslvi ) + Ulvi 條件:VsLvi ^ vs< Vsn (6)；
^sN ~ ^sLVl
，
jj -U
[0032]U = HV1 N (Vs - VsN) + Un 條件:VsN ^vs< Vshi (7)；
^ SN，
[0033]U =........."^vl.....(Vs — Vsm )+ Uhvi 條件:vsm 彡 Vs < Vs0v (8)；
^sOV 一 ^sHl
?
U -Ti
f 廠一 HV 2 uOV /T/ T/ \.TT
[0034]^=--Vr^S ~VsOv) + Uov 條件:Vs0v < Vs < VsH2 (9)0
^ sHl — ^sOV
9
[0035]圖2是采樣周期定時中斷程序流程圖。先進行電網電壓A/D采樣，然后利用低通濾波算法(采用典型的有限沖擊響應濾波器實現)對第k(OKN)個電壓采樣值u(k)進行濾波。然后，判斷是否已經進行了 N次采樣，若沒有達到N次，則退出中斷服務程序；若達到N次，則對所計算得到的電網電壓有效值Vs進行所處區間判斷。當彡Vs < Vslv2時，利用公式(3)求出用于保護的電壓有效值U ;當Vslv2彡Vs < Vslv時，利用公式⑷求出用于保護的電壓有效值U ;當Vsw彡Vs < Vslvi時，利用公式(5)求出用于保護的電壓有效值U ;當Vslvi彡Vs < Vsn時，利用公式(6)求出用于保護的電壓有效值U ;當Vsn彡Vs < Vshi時，利用公式(7)求出用于保護的電壓有效值U ;當Vsm彡Vs < Vs0v時，利用公式⑶求出用于保護的電壓有效值U ;當Vsw彡Vs < Vsh2時，利用公式(9)求出用于保護的電壓有效值U。計算結束后，退出中斷服務程序。
[0036]本發明的技術方案，采用離線測量標準正弦輸入信號獲得標準電網電壓有效值基準點方法，修正在線測量的電網電壓有效值，克服了硬件調理電路受溫度、零漂等影響所導致的電壓A/D偏離真值問題，也在很大程度上濾除噪聲干擾的影響，可以實現準確的電網欠壓和過壓保護，具有良好的實用價值。
[0037]綜上所述，本發明上述各實施例的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，至少可以達到的有益效果是:針對光伏并網逆變器控制系統的電網電壓采集電路，采用一次性離線測量標準正弦輸入信號獲得標準電網電壓有效值基準點方法，修正在線測量的電網電壓有效值，從而克服調理電路中的運算放大器存在零漂、溫漂以及電阻、電容的誤差導致采樣的電壓A/D偏離真值問題，也在很大程度上濾除噪聲干擾的影響，實現準確的電網欠壓和過壓保護。
[0038]最后應說明的是:以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，其特征在于，包括安裝在預測監測區域的車輛信息采集裝置，該車輛洗洗寧采集裝置采用UPS電源為主、光伏電源和蓄電池供電為輔的供電方式；其中，與光伏電源匹配設置的電壓測量系統包括基于光伏并網逆變器控制系統設置的電網電壓采集電路，利用離線測量標準正弦輸入信號方法建立、且相鄰2點之間連線的8個標準電網電壓有效值基準點，用于在線測量實際電網電壓有效值的電網電壓有效值測量模塊，以及用于判定電網電壓有效值測量模塊測量所得電網電壓有效值位于8個標準電網電壓有效值基準點中哪2個標準電網電壓有效值基準點之間、并根據相應的2個標準電網電壓有效值基準點間插值方程修正測量所得電網電壓有效值的結果判定及調理模塊； 所述電網電壓采集電路、電網電壓有效值測量模塊和結果判定及調理模塊依次連接，所述8個標準電網電壓有效值基準點分別與結果判定及調理模塊連接。
2.根據權利要求1所述的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，其特征在于，所述電網電壓采集電路的工作過程，包括: 光伏并網逆變器控制系統會根據測量的電網電壓頻率和半個電網周期內A/D轉換采樣點數N，確定采樣周期，通過采樣周期定時中斷來保證半個電網周期內A/D轉換采樣點數N恒定；N為自然數。
3.根據權利要求1或2所述的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，其特征在于，所述電網電壓有效值測量模塊進行電壓測量的過程，主要包括: a、進行單相電網電壓測量準備； b、進行單相電網電壓真正測量； c、進行電網電壓有效值修正計算。
4.根據權利要求3所述的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，其特征在于，所述步驟a具體包括: 由標準正弦波信號發生器模擬輸出不同有效值對應的低壓信號代替單相電網電壓經過電壓傳感器轉換的低壓信號，使其經過主要由運算放大器、電阻和電容組成的信號調理電路，經過單片機或DSP的A/D轉換采樣，經過低通濾波處理得到第k個電壓采樣值u (k)，利用公式(I)和(2)進行半個電網電壓周期的電壓平均值Uavg和有效值Vs計算，將標準正弦波信號發生器模擬輸出的有效值和經過單片機或DSP計算的電網電壓有效值一對信號作為基準點進行存儲； 同理，通過調節標準正弦波信號發生器模擬輸出不同電壓有效值的低壓信號，可以獲得8對標準正弦波信號發生器模擬輸出的有效值和經過單片機或DSP計算的電網電壓有效值信號，上述8對信號作為基準點進行存儲、C基準點、D基準點、E基準點、F基準點、G基準點、H基準點； 以上過程完成了單相電網電壓檢測所需要的8對標準信號參考基準點，公式(I)和公式(2)具體如下:iV H(I)；
π V =-US 2^2 - ⑵。
5.根據權利要求4所述的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，其特征在于，所述低通濾波處理的操作，具體是采用有限沖擊響應濾波器進行低通濾波處理。
6.根據權利要求4所述的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，其特征在于，所述步驟b具體包括: 單相電網電壓經過電壓傳感器轉換為低壓信號，該低壓信號經過與上述相同的處理步驟，即先經過信號調理電路進行信號調理； 其次經過單片機或DSP的A/D轉換采樣，再經過低通濾波處理濾除電網電壓諧波分量和噪聲，根據公式(I)和(2)進行計算半個電網電壓周期的電壓平均值和有效值。
7.根據權利要求6所述的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，其特征在于，所述步驟c具體為: 利用相關兩點插值公式⑶、⑷、(5)、(6)、(7)、⑶、(9)對所計算得到的電網電壓有效值Vs進行修正，從而得出用于保護點判斷的電壓有效值U ;公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)具體如下:
U, J79 — O U = v " I v^ (K " VsLV3 )條件:VsLV3 ^vs< Vslv2 (3)；
VsLVl — V sLV 3
TJ -TJ TT _U LV ULV2 n/ jr \ i 7 I U = yZv^ ( 5 " SLV1 ) + UU2 條件:彡 I < vSLV ⑷；
VsLV V sLV2
，
U = yLVl — yLV (G — V^LV ) + 11LV 條件:Vslv 彡 Vs < Vslvi (5)；
^sLVl ^sLV U -U.U =(匕 _ VsLV\ ) + uLVl 條件:VsLV1 <VS< Vsn (6);
^SN ~ ^sLFl U = VHVl _yN (K ~ + UN 條件:VsN d < Vsm (7);
^ sH\ ^ sN U = yV _yHJ[ ^ ~ U + UHVi 條件:VsH1 <VS < Vs0v (8)；
^sOV ^sHl
，
U -Ti r τ τ _ HV2OV /t/ t/ \ I T T U = i~~ (匕—v^OV ) + Uov 條件:Vsw 彡 Vs < vsH2 (9)。
VsH2 V sOV，
8.根據權利要求7所述的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，其特征在于，在步驟c中，還包括采樣周期定時中斷的操作。
9.根據權利要求8所述的車輛智能監測用光伏電源的電壓測量系統，其特征在于，所述采樣周期定時中斷的操作，具體包括: 先進行電網電壓A/D采樣，然后利用低通濾波處理對第k (0〈k < N)個電壓采樣值u (k)進行濾波； 然后，判斷是否已經進行了 N次采樣，若沒有達到N次，則退出中斷服務程序；若達到N次，則對所計算得到的電網電壓有效值Vs進行所處區間判斷； 當V^3彡Vs < Vslv2時，利用公式(3)求出用于保護的電壓有效值U ;當Vsw2彡Vs < Vslv時，利用公式⑷求出用于保護的電壓有效值U ;當Vsw彡Vs < Vslvi時，利用公式(5)求出用于保護的電壓有效值U ;當Vsm彡Vs < Vsn時，利用公式(6)求出用于保護的電壓有效值U ;當Vsn彡Vs < Vsm時，利用公式(7)求出用于保護的電壓有效值U ;當Vshi彡Vs < Vs0v時，利用公式⑶求出用于保護的電壓有效值U ;當Vsw彡Vs < Vsh2時，利用公式(9)求出用于保護的電壓有效值U。
【文檔編號】G01R19/25GK104280601SQ201410506267
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月27日 優先權日:2014年9月27日
【發明者】諸征斌 申請人:無錫市恒通智能交通設施有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
