专利名称：一种柔性直流输电系统子模块的直流电压检测方法
技术领域：
本发明属于柔性直流输电系统直流电压检测技术领域，具体讲涉及一种柔性直流输电系统子模块的直流电压检测方法。
背景技术：
柔性直流输电技术能够给风电场提供良好的动态无功支撑，避免风电场的无功补偿设备投资；同时提供优异的并网性能，防止风电场的电压波动对交流系统的影响，并同时改善风电场对系统波动的抗干扰能力。由于能够提供电压支撑作用，它还能大幅度提升风电场在交流系统发生故障情况下的低电压穿越能力；另外，由于柔性直流输电不受距离限制，因此也是国外大型远距离海上风电场并网的唯一选择。基于以上显著优势，柔性直流输电目前已成为国际上公认的风电场并网的最佳技术方案。柔性直流输电系统的子模块电压检测是柔性直流输电工程的关键技术之一。电压检测值是各种算法的基础，其电压检测值直接关系到电容平衡控制，系统控制等算法的实施。直流电压检测，一般综合考虑检测电压范围，检测精度，线性度等参数，根据各种器件的参数要求，选择最佳型号，使电压检测方案达到在经济上和检测参数的最优化。传统的直流电压检测，一般范围比较窄，精度比较低，大部分方案采用霍尔元件等器件，其成本高，并且霍尔元件的线性度不高。在模块化多电平柔性直流输电系统中，子模块的电压范围宽(从0-5000伏均需要提供高精度检测值)，同时对线性度和精度要求都比较高，因此传统的测量方法无法达到模块化多电平柔性直流输电系统对于子模块的电压检测参数要求。
发明内容
本发明目的是提供一种模块化多电平式柔性直流输电系统的子模块直流电压检测方法，该方法采用采样电阻，线性光耦，高精度运放，高精度模/数转换芯片相配合的新型电路拓扑，通过软件的处理，使检测电压具有更好的滤波效果和线性度，本发明的检测方法在电压范围为0-5000V内具有高线性度和高精度的优点，同时使得全系统的费用最省， 可用于指导相关技术人员高效地完成模块化多电平式柔性直流输电系统的子模块电压检测设计。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种柔性直流输电系统子模块的直流电压检测方法，其改进之处在于所述方法包括如下步骤1)电路器件选择，包括采样电阻、线性光耦、运算放大器和模/数转换芯片的选择；采样电阻选择采样电阻阻值R大于10倍柔性直流输电系统各子模块均压电阻的阻值，采样电阻功率P=￥，其中υ为柔性直流输电系统各子模块电压值，采样电阻耐压
K
值> U，采样电阻精度优于柔性直流输电系统对子模块电压检测的精度，采样电阻等效电感值< IOnH ；线性光耦选择线形光耦非线性度< 0. 01%，线性光耦原边副边的传输比误差在士 5%之内，隔离电压5kVrms/lmin，带宽范围> IMHz ；运算放大器选择运算放大器功率< lmW，精度> 95%，运放速率> IMHz ；模/数转换芯片选择模/数转换芯片转换时间< 500ns，采样频率> 1MHz，通道数彡1，位数彡12位；2)电路的设计；所述方法基于采样电阻，线性光耦，运算放大器，模/数转换芯片相配合的电路拓扑；3)提取电压检测值对步骤2中1个线路的电压值进行连续采样，将采样电压值的平均值作为电压检
测值Usi ；4)滤波、校正；将步骤3得到的电压检测值Usi经过二次滤波和线性度参数校正；5)经滤波校正的电压检测值发送到上级控制器。本发明的又一优选技术方案为所述步骤3中电压检测值Usi的检测过程为采样电压值经过运算放大器调理后经线性光耦隔离，经后级调理电路及滤波后变为0 5V的电压信号送入微处理器作为控制量使用；在微处理器中，对模/数转换结果设置有8级FIFO缓存，可以同时存储连续10次采样结果，每次存入新数据时，会同时将FIFO中最旧的数据挤出队列，将新的FIFO队列中存储的最大最小的数据剔除，并对剩余8次采样结果做算术平均，得到电压检测值U检”本发明的另一优选技术方案为所述步骤4中线性度参数校正过程为设直线方程如式(1)，Y = A+BX (1)其中A、B是任意实数；X为试验电压；Y为经模数转换后理论上应得到的数字量；Y*为经模/数转换后得到的实际数字量；应用最小二乘法原理，将实测值Y*与利用(式1-1)计算值Y = A+BX的偏差(Υ*_Υ)
的平方和最小为“优化判据”，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为第i次检测的试验电压；
Y*,为经模/数转换后得到的第i次检测实际数字量；当识=[(if 最小时，函数$对A、B求偏导数，令这两个偏导数等于零；
权利要求
1.一种柔性直流输电系统子模块的直流电压检测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤1)电路器件选择，包括采样电阻、线性光耦、运算放大器和模/数转换芯片的选择； 采样电阻选择采样电阻阻值R大于10倍柔性直流输电系统各子模块均压电阻的阻u*u值，采样电阻功率P=Y，其中υ为柔性直流输电系统各子模块电压值，采样电阻耐压值K> U，采样电阻精度优于柔性直流输电系统对子模块电压检测的精度，采样电阻等效电感值 < IOnH ；线性光耦选择线形光耦非线性度<0.01%，线性光耦原边副边的传输比误差在士 5%之内，隔离电压5kVrms/lmin，带宽范围> IMHz ；运算放大器选择运算放大器功率< lmW，精度> 95%，运放速率> IMHz ； 模/数转换芯片选择模/数转换芯片转换时间< 500ns，采样频率> 1MHz，通道数彡1，位数彡12位；2)电路的设计；所述方法基于采样电阻，线性光耦，运算放大器，模/数转换芯片相配合的电路拓扑；3)提取电压检测值对步骤2中1个线路的电压值进行连续采样，将采样电压值的平均值作为电压检测值 l^i ；4)滤波、校正；将步骤3得到的电压检测值Usi经过二次滤波和线性度参数校正；5)经滤波校正的电压检测值发送到上级控制器。
2.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统子模块的直流电压检测方法，其特征在于所述步骤3中电压检测值Usi的检测过程为采样电压值经过运算放大器调理后经线性光耦隔离，经后级调理电路及滤波后变为 0 5V的电压信号送入微处理器作为控制量使用；在微处理器中，对模/数转换结果设置有8级FIFO缓存，可以同时存储连续10次采样结果，每次存入新数据时，会同时将FIFO中最旧的数据挤出队列，将新的FIFO队列中存储的最大最小的数据剔除，并对剩余8次采样结果做算术平均，得到电压检测值USi。
3.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统子模块的直流电压检测方法，其特征在于所述步骤4中线性度参数校正过程为设直线方程如式(1)， Y = A+BX (1) 其中A、B是任意实数； X为试验电压；Y为经模数转换后理论上应得到的数字量； Y*为经模/数转换后得到的实际数字量；应用最小二乘法原理，将实测值Y*与利用(式1-1)计算值Y = A+BX的偏差(Y*-Y)的平方和最小为“优化判据”，令<ρ=Σ(υ*~υ ⑵把式⑴代入式⑵中得
全文摘要
本发明提供了一种柔性直流输电系统子模块的直流电压检测方法，属于柔性直流输电系统直流电压检测技术领域。本发明所述方法的采样电阻，线性光耦，高精度运放，高精度模/数转换芯片相配合的电路拓扑实用性高，可应用于多种需要直流电压检测的场合；通过软件滤波的处理，使检测电压具有更好的滤波效果和线性度；此方法介绍了电路各器件的参数要求和选型方法，可指导技术人员高效的完成模块化多电平式柔性直流输电系统子模块的电压检测设计。所述方法包括采样电阻设计、线性光耦设计、运算放大器设计、模/数转换芯片设计和滤波算法。所述检测方法在电压范围0-5000V具有高线性度、高精度，此方法使得全系统的费用最省。
文档编号G01R19/25GK102305890SQ201110207468
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者杨岳峰, 谢敏华, 贺之渊 申请人:中国电力科学研究院