一种分布式光伏发电并网电能质量监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及分布式光伏并网监测技术领域，尤其是一种分布式光伏发电并网电能质量监测装置。


背景技术：

2.分布式光伏发站建设速度不断加快、其容量也不断增大，出现了一系列并网问题，主要有下列问题：1、并网时的谐波增量对主网的干扰；2、主网断电时会形成孤岛效应；3、一个台区多个光伏发电站的并网容量对调度中心负荷调控带来难度；4、停电作业时带来倒送电的巨大安全风险。
3.目前光伏发电并网控制点主要是用带失压脱扣的断路器作为并网开关，很多光伏并网箱安装的并网断路器只有失压脱扣、重合闸功能，还不能解决上述问题和不满足标准要求。这种并网开关功能单一，需要依托逆变器本身的孤岛保护，如果逆变器的孤岛保护发生故障，就会有安全隐患。
4.在中国专利文献上公开的“一种分布式光伏并网监测系统”，其公开号为cn207573310u，该实用新型涉及电力系统技术领域，更具体地，涉及一种分布式光伏并网监测系统。分布式光伏并网监测系统应用于分布式光伏发电装置，包括控制后台及监测装置，控制后台与监测装置能进行无线通讯；监测装置包括控制装置和与控制装置电连接的环境信息采集装置、预估电量采集装置、无线通讯装置，控制装置与光伏发电计量表电连接。并网监测系统结合环境因素对发电量进行初步判断，经过初步判断存在窃电可能后，再将发电量与基于并网逆变器的输入和输出电流电压计算出的预估发电量进行比较，若比值超出预设的范围，则判断为窃电。但是该实用只能有效避免用户非法窃电，不能够消除其他安全隐患，且该实用未提出具体的装置结构。


技术实现要素：

5.本实用新型解决了上述的问题，提出一种分布式光伏发电并网电能质量监测装置，以重合闸智能断路器作为主体，集光伏专用的防孤岛保护功能、电能质量监控功能、精确计量功能和多模组通信功能，本实用新型解决了分布式光伏电站并网后产生的电站数据采集和电站控制难的问题，降低了配网检修的安全隐患，监测装置监测准确，保证分布式光伏电站与配网的同步安全、经济、低碳运行。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种分布式光伏发电并网电能质量监测装置，包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路和电流采样电路均连接于计量采样电路，所述电压采样电路和电流采样电路还连接于主控系统，所述主控系统连接于计量采样电路，所述主控系统还分别连接于剩余电流采样电路、脱扣器驱动电路、温度采样电路、电流调理电路和按键显示电路，所述计量采样电路包括计量芯片，所述计量芯片分别连接于计量电压采样电路和计量电流采样电路，所述主控系统包括有主控芯片。本实用新型中，主控系统内的主控芯片通过各个功能引脚连接于各个电路，各个电路和
主控芯片配合实现各自的功能，具体的，电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路以及剩余电流采样电路均通过采样到的信号处理后传至主控系统中，主控系统中的主控芯片进行工作处理；电压或者电流采样电路连接上计量采集电路，简单计量出电能的各项常规数据；主控芯片采用的是hc32f460kcta型号；本实用新型的装置能够实时监测电能数据。
7.作为优选，所述电压采样电路包括参考输入电路，所述参考输入电路分别连接于a相电压采样电路、b相电压采样电路和c相电压采样电路，所述a相电压采样电路、b相电压采样电路和c相采样电压电路内均包含有相同的电压降压电路、电压运放电路和电压滤波电路。本实用新型中，采样电压电路内部的电压降压电路具体由分压电阻来完成，之后进行信号放大，最后通过电压滤波电路的电容来实现滤波作用。
8.作为优选，所述a相电压采样电路包括运算放大器u3b，所述运算放大器u3b的反相输入端连接于电阻r11的一端，所述电阻r11的另一端连接a相电压输入端，所述电阻r11的一端连接于电阻r12的一端，所述电阻r12的另一端设置有7036_ua测压端，所述电阻r12的另一端连接于电阻r22的一端，所述运算放大器u3b的输出端也连接于电阻r22的一端，所述电阻r22的另一端连接于电容c15的一端，所述电容c15的另一端接地，所述电阻r22的另一端与主控芯片连接，所述运算放大器u3b的同相输入端与电阻r29的一端连接，所述电阻r29的另一端与参考输入电路1连接。在本实用新型中，7036_ua测压端用于和计量电压采样电路的连接。
9.作为优选，所述电流采样电路包括a相电流采样电路、b相电流采样电路和c相电流采样电路，所述a相电流采样电路、b相电流采样电路和c相电流采样电路内均包含有相同的电流降压电路、电流运放电路和电流滤波电路。在本实用新型中，电流运放电路中的运算放大器与电压运放电路中的运算放大器型号相同，电流采样电路接收到的信号具体为电流互感器输出的电流感应信号。
10.作为优选，所述a相电流采样电路包括运算放大器u4d，所述运算放大器u4d的同相输入端接地，所述运算放大器器u4d的反相输入端连接于电阻r38的一端，所述电阻r38的另一端连接a相电流输入端，所述电阻r38的一端连接于电阻r39的一端，所述电阻r39的另一端连接于电阻r74的一端，所述运算放大器u4d的输出端连接于电阻r74的一端，所述电阻r74的另一端连接主控芯片，所述电阻r74的另一端还连接于电容c14的一端，所述电容c14的另一端接地。本实用新型中，电流采样电路的电容c14具有滤波的作用。
11.作为优选，所述剩余电流采样电路包含电平转换电路，所述电平转换电路连接于运算放大电路，所述运算放大电路连接于滤波电路。本实用新型中，通过将开关内零序电流互感器的输出信号经电平转换、运算放大及滤波后传输给主控芯片处理。
12.作为优选，所述计量电压采样电路连接于电压采样电路，所述计量电流采样电路连接于电流采样电路。本实用新型中，计量芯片具体采用ht7036多功能高精度三相电能专用计量芯片，有效进行处理。
13.作为优选，所述计量电压采样电路包括有a相计量电压采样电路、b相计量电压采样电路和c相计量电压采样电路，所述a相计量电压采样电路的电容c20的一端连接于a相电压采样电路的7036_ua测压端，所述电容c20的另一端连接于计量芯片，所述电容c20的另一端连接于电阻r31的一端，所述电阻r31的另一端接地，所述电阻r31的另一端连接于电容c22的一端，所述电容c22的另一端连接于计量芯片，所述电容c22的另一端连接于电阻r32
的一端，所述电阻r32接地。本实用新型中，a相计量电压采样电路、b相计量电压采样电路和c相计量电压采样电路的内部结构基本相同。
14.作为优选，所述电流调理电路包括有三个整流桥，所述三个整流桥相互并联。在本实用新型中，电流调理电路具有为主控系统供电的功能。
15.作为优选，所述脱扣器驱动电路包含有三极管v10，所述三极管v10的基极分别与电阻r104的一端和电阻r105的一端连接，所述电阻r104的另一端与主控系统连接，所述电阻r105的另一端与三极管v10的发射极连接，所述三极管v10的发射极接地，所述三极管v10的集电极与二极管d16的正极连接，所述二极管d16的正极与插座的第一端口连接，所述二极管d16的负极与插座的第二端口连接。在本实用新型中，脱扣器驱动电路在接收到主控系统的触发分闸信号后驱动脱扣器进行动作。
16.本实用新型的有益效果是：1、本实用新型的监测装置实现了分布式光伏电站并网情况的可视、可测、可控；
17.2、本实用新型的装置能够实现分布式光伏电站运行状态的在线监测、智能分析与控制，并与光伏并网系统交互信息，上报故障、异常，接收上级发布的处理策略；
18.3、实时监测相关数据，解决分布式光伏电站并网后产生的电站数据采集和电站控制难的问题，解决配网检修安全的问题，监测更加准确。
附图说明
19.图1是本实用新型的结构示意图；
20.图2是本实用新型计量采样电路的示意图；
21.图3是本实用新型电压采样电路的电路图；
22.图4是本实用新型电流采样电路的电路图；
23.图5是本实用新型剩余电流采样电路的电路图；
24.图6是本实用新型电流调理电路的电路图；
25.图7是本实用新型计量电压采样电路的电路图；
26.图8是本实用新型计量电流采样电路的电路图；
27.图9是本实用新型计量芯片的电路图；
28.图10是本实用新型温度采样电路的电路图；
29.图11是本实用新型脱扣器驱动电路的电路图；
30.图12是本实用新型按键显示电路的电路图；
31.图13是本实用新型主控芯片的电路图；
32.1、参考输入电路
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2、a相电压采样电路
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3、b相电压采样电路
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4、c相采样电压电路
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5、a相电流采样电路
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6、a相电流采样电路
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7、c相电流采样电路。
具体实施方式
33.实施例：
34.本实施例提出一种分布式光伏发电并网电能质量监测装置，参考图1，包括电压采样电路和电流采样电路，电压采样电路和电流采样电路均与计量采样电路连接，电压采样电路和电流采样电路均与主控系统连接，主控系统与计量采样电路连接，主控系统还分别
与剩余电流采样电路、脱扣器驱动电路、温度采样电路、电流调理电路和按键显示电路连接，计量采样电路包括有计量芯片，计量芯片分别与计量电压采样电路和计量电流采样电路连接，主控系统包含有主控芯片。本实施例中，主控系统内的主控芯片通过各个功能引脚连接于各个电路，各个电路和主控芯片配合实现各自的功能，具体的，电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路以及剩余电流采样电路均通过采样到的信号处理后传至主控系统中，主控系统中的主控芯片进行工作处理；电压或者电流采样电路连接上计量采集电路，简单计量出电能的各项常规数据；主控芯片采用的是hc32f460kcta型号；本实用新型的装置能够实时监测电能数据。
35.参考图3，电压采样电路中，主要包括参考输入电路1，参考输入电路1分别与a相电压采样电路2、b相电压采样电路3和c相电压采样电路4连接，a相电压采样电路2、b相电压采样电路3和c相采样电压电路4之中均包括电压降压电路、电压运放电路和电压滤波电路。本实施例中，采样电压电路内部的电压降压电路具体由分压电阻来完成，之后进行信号放大，最后通过电压滤波电路的电容来实现滤波作用。
36.参考图3，在电压采样电路中，参考输入电路1主要包括运算放大器u3a，运算放大器u3a的同相输入端与电阻r28的一端连接，电阻r28的一端与电阻r21的一端连接，电阻r21的另一端与电源端连接，电阻r28的另一端接地，电阻r28与电容c19并联，运算放大器u3a的反相输入端连与参考电压端连接，运算放大器u3a的输出端与参考电压端vref_v连接。在本实施例中，运算放大器u3a具体采用mcp6004。
37.a相电压采样电路2包括运算放大器u3b，运算放大器u3b的反相输入端与电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端与a相电压输入端连接，电阻r11的一端与电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端有7036_ua测压端，电阻r12的另一端与电阻r22的一端连接，运算放大器u3b的输出端与电阻r22的一端连接，电阻r22的另一端与电容c15的一端连接，电容c15的另一端接地，电阻r22的另一端连接于主控芯片，运算放大器u3b的同相输入端连接于电阻r29的一端，电阻r29的另一端连接于参考输入电路1的参考电压端vref_v。在本实施例中，参考图3，b相电压采样电路2和c相电压采样电路4的电路图结构和a相电压采样电路2基本相同。在本实用新型中，7036_ua测压端用于和计量电压采样电路的连接。
38.参考图4，电流采样电路包括a相电流采样电路5、b相电流采样电路6和c相电流采样电路7，a相电流采样电路5、b相电流采样电路6和c相电流采样电路7之中均包括电流降压电路、电流运放电路和电流滤波电路。在本实用新型中，电流运放电路中的运算放大器与电压运放电路中的运算放大器型号相同，电流采样电路接收到的信号具体为电流互感器输出的电流感应信号。
39.电流采样电路中，a相电流采样电路5包括运算放大器u4d以及多个电阻，其中，运算放大器u4d的同相输入端接地，运算放大器器u4d的反相输入端与电阻r38的一端连接，电阻r38的另一端与a相电流输入端连接，电阻r38的一端与电阻r39的一端连接，电阻r39的另一端与电阻r74的一端连接，运算放大器u4d的输出端与电阻r74的一端连接，电阻r74的另一端与主控芯片连接，电阻r74的另一端还与电容c14的一端连接，电容c14的另一端接地。本实施例中，参考图4，b相电流采样电路6和c相电流采样电路7的电路图结构上述电路基本相同；三相电流采样电路接收的电流均为电流互感器输出的电流。本实用新型中，电流采样电路的电容c14具有滤波的作用。
40.参考图5，剩余电流采样电路包含电平转换电路，电平转换电路与运算放大电路连接，运算放大电路与滤波电路连接。本实用新型中，通过将开关内零序电流互感器的输出信号经电平转换、运算放大及滤波后传输给主控芯片处理。
41.参考图5，剩余电流采样电路连接于主控系统的主控芯片，具体的，电阻r48的一端与主控芯片的测试引脚连接，电阻r48的另一端与三极管q1的基极连接，三极管q1的发射极接地，三极管q1的集电极与电阻r46的一端连接，电阻r46的另一端与三极管v1的基极连接，三极管v1的基极还与电阻r47的一端连接，电阻r47的另一端连与三极管v1的发射极连接，三极管v1的集电极与电阻r45的一端连接，电阻r45的另一端与三组插座的第一端口连接，三组插座的第二端口接地，三组插座的第二端口与电阻r42的一端连接，电阻r42的另一端与二极管d1的正极连接，二极管d1的正极接地，二极管d1的负极与电阻r44的一端连接，电阻r44的一端与电阻r42的一端连接，电阻r44的另一端与电容c31的一端连接，电容c31的另一端接地，电阻r44的另一端还与电阻r40的一端连接，电阻r40的另一端与运算放大器u4c的反相输入端连接，运算放大器u4c的反相输入端还与电阻r41的一端连接，电阻r41的另一端与运算放大器u4c的输出端连接，运算放大器u4c的输出端与电阻r19的一端连接，电阻r19的另一端与主控芯片连接，电阻r19的另一端还与电容c9的一端连接，电容c9的另一端接地，运算放大器u4c的同相输入端也接地。
42.参考图2、图7、图8以及图9，计量电压采样电路与电压采样电路连接，计量电流采样电路与电流采样电路连接。本实用新型中，计量芯片具体采用ht7036多功能高精度三相电能专用计量芯片，有效进行处理。
43.参考图7，计量电压采样电路包括有三相计量电压采样电路，三相计量电压采样电路的电路结构均相同，a相计量电压采样电路中，电容c20的一端与a相电压采样电路的7036_ua测压端连接，电容c20的另一端与计量芯片连接，电容c20的另一端与电阻r31的一端连接，电阻r31的另一端接地，电阻r31的另一端与电容c22的一端连接，电容c22的另一端与计量芯片连接，电容c22的另一端与电阻r32的一端连接，电阻r32接地。本实用新型中，三相计量电压采样电路的内部结构基本相同。
44.参考图8，计量电流采样电路包括有a相计量电流采样电路、b相计量电流采样电路和c相计量电流采样电路，a相计量电流采样电路中的电阻r2的一端与计量芯片连接，电阻r2的另一端与电流采样电路连接，电阻r2的另一端还与电阻r53一端连接，电阻r53的另一端接地，电阻r53的另一端与电阻r54连接，电阻r54的另一端与电流采样电路连接，电阻r54的另一端与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端与计量芯片连接，电阻r7的另一端还与电容c6的一端连接，电容c6的另一端接地，电容c6的另一端与电容c3的一端连接，电容c3的另一端与电阻r2的另一端连接。
45.参考图9，计量芯片的电流通道1的正模拟输入引脚和负模拟输入引脚分别与a相计量电流采样电路的两端连接，计量芯片的电流通道3的正模拟输入引脚和负模拟输入引脚分别与b相计量电流采样电路的两端连接，计量芯片的电流通道5的正模拟输入引脚和负模拟输入引脚分别与c相计量电流采样电路的两端连接，计量芯片的电压通道2的正模拟输入引脚和负模拟输入引脚分别与a相计量电压采样电路的两端连接，计量芯片的电压通道4的正模拟输入引脚和负模拟输入引脚分别与b相计量电压采样电路的两端连接，计量芯片的电压通道6的正模拟输入引脚和负模拟输入引脚分别与c相计量电压采样电路的两端连
接，计量芯片的选择信号引脚、串行时钟引脚、串行接口的数据输入引脚和串行接口的数据输出引脚均连接于主控芯片，计量芯片的复位引脚与电阻r43的一端连接，电阻r43的另一端与主控芯片连接，电阻r43的一端还连接于电容c30的一端，电容c30的另一端接地。
46.参考图6，电流调理电路包括有三个整流桥，三个整流桥并联。电流调理电路中，三个整流桥，对三相输入电流起到整流的作用，电流调理电路具有为主控系统供电的功能。
47.电流调理电路包括有第一整流电路，第一整流电路中，a相电流输入端与电阻r51的一端连接，电阻r51的另一端连接于整流桥d3的直流正输出引脚，电阻r51的一端还与电容c80的一端连接，电容c80的另一端接地，电容c80的另一端与电阻r61的一端连接，电阻r61的另一端与整流桥d3的直流负输出引脚连接，电阻r61和电阻r60并联，整流桥d3的第一交流输入端与六组插座的第六端口连接，整流桥d3的第二交流输入端与六组插座的第五端口连接；电流调理电路还包括第二整流电路和第三整流电路，第二整流电路和第三整流电路与第一整流电路相同，三个整流电路并联后与整流二极管d8的正极连接，整流二极管d8的正极还与tvs二极管d14的一端连接，tvs二极管d14的另一端接地，整流二极管d8的正极还与mos管连接，mos管的一端接地，mos管的栅极与电阻r63的一端连接，电阻r63的另一端与监控和复位芯片d13的电压输出引脚连接，监控和复位芯片d13的电压输入引脚与电容c41的一端连接，电容c41的另一端接地，监控和复位芯片d13的接地引脚接地，电容c41的一端还与电阻r62的一端连接，电阻r62的另一端接地，电阻r62的一端与二极管d12的正极连接，二极管d12的负极与整流二极管d8的负极连接，整流二极管d8的负极与电容c39的一端连接，电容c39的一端与稳压器d11的电压输入引脚连接，稳压器d11的接地引脚接地，电容c39的另一端接地，稳压器d11的电压输出引脚与电源端连接，电源端与电容c40的一端连接，电容c40的另一端接地，电容c40的一端与x电容cx2的一端连接，x电容cx2的另一端接地，整流二极管d8的负极还与x电容cx1的一端连接，x电容cx1的另一端接地，x电容cx1的一端与电容c38的一端连接，电容c38的另一端接地，x电容cx1的一端与整流二极管d5的负极连接，整流二极管d5的正极与第一12v电压输入端连接，整流二极管d5的正极还与开关k1连接，开关k1与第二12v电压输入端连接。
48.参考图11，脱扣器驱动电路包含有三极管v10以及两个电阻，三极管的基极分别连接于电阻r104的一端和电阻r105的一端，电阻r104的另一端连接于主控系统，电阻r105的另一端连接于三极管的发射极，三极管的发射极接地，三极管的集电极连接于二极管的正极，二极管的正极连接于插座p5的第一端口，二极管的负极连接于插座p5的第二端口。在本实用新型中，脱扣器驱动电路在接收到主控系统的触发分闸信号后驱动脱扣器进行动作。
49.主控系统内的主控芯片的引脚如图13所示。
50.按键显示电路包括一个lcd液晶显示屏，具体结构参考图12。
51.温度采样电路用于将采集的电信号经电平调整后传输至主控系统，具体连接关系参考图10。
52.本实用新型的装置动态过程如下：电压采样电路和电流采样电路采集得到信号，其中采样电路通过降压电路，以及运放电路，最后通过滤波电路将电压以及电流信号处理后传至主控系统的主控芯片；剩余电流采样电路通过采集开关内零序电流互感器的输出信号，经过电平转换、运算放大以及滤波后传至主控系统中进行下一步处理；计量采样电路将采样电路的信号传至计量芯片进行处理，得到各相的电能参数；温度采样电路将电信号处
理后传至主控芯片，电流调理电路给主控系统供电；脱扣器驱动电路在接收到主控的触发分闸信号后驱动脱扣器进行动作；按键显示电路用于接收主控系统的控制信号以及控制显示和按键输入检测；主控芯片接收到信号后进行处理。
53.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。