专利名称：模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路及其实现方法
技术领域：
本发明涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路及其实现方法。
背景技术：
模块化多电平柔性直流输电的子模块电压的测量对整个输电系统的稳定运行至关重要。每个子模电压的测量范围会影响到整个直流输电的容量，对子模块故障旁路后评估过压情况也很重要。子模块电压的测量的精度对整个直流输电系统的电容平衡控制的效果有直接的影响。此外，子模块电压的测量要将子模块的主电路的电压传给子模块控制电路的中央处理器，为了避免电磁干扰要将主电路和控制单元分开，因此整个测量回路还要有隔离单元。现有的模块化多电平柔性直流输电的子模块电压的测量一般采用单个AD测量，精度比较低或者范围比较窄；隔离单元大部分采用线性光耦隔离，但是每个线性光耦之间的线性度不，造成的测量误差比较大。

发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路及其实现方法，本发明能很好的满足模块化多电平柔性直流输电对子模块电压测量的特殊要求，在子模块电压宽范围变化内能保证测量精度，同时通过隔离运放将控制电路和子模块的主电路很好的隔离开，避免主电路对控制电路的电磁干扰。本发明的目的是采用下述技术方案实现的一种模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路，所述电压采集电路包括隔离单元、测量通道控制单元和双AD测量单元；其改进之处在于，输入的子模块电压通过所述隔离单元的电阻分压器分压后，再依次通过隔离单元的隔离运算放大器和双AD测量单元，所述测量通道控制单元分别与双AD测量单元及子模块控制单元连接，采用双AD测量单元测量子模块的电压范围。其中，所述隔离单元包括电阻分压器、隔离运算放大器和滤波电路；所述电阻分压器通过滤波电路和隔离运算放大器连接；所述电阻分压器将子模块电压进行分压，所述滤波电路采用由阻容网络构成的低通滤波器；所述隔离运算放大器将子模块的主电路和控制电路隔离，所述控制电路包括微处理器和FPGA芯片；所述微处理器和FPGA芯片通过数据总线连接。其中，所述测量通道控制单元将子模块电压划分为两个电压值区间；测量通道控制单元对子模块的电压值的大小进行实时判断，通过判断电压值的大小确定其所在的测量电压区间，来控制通过测量通路对子模块电压进行测量。其中，所述测量通道控制单元在通道切换过程中采用滞环控制。其中，所述双AD测量单元采用两个AD测量通道；由所述两个AD测量通道分别对两个电压值区间进行测量。其中，在双AD测量单元中的每个AD测量通道均包括调理电路，其中一路调理电路测量低电压值区间，另一路调理电路测量高电压值区间；所述调理电路的选择由测量通道控制单元控制。本发明基于另一目的提供的一种模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路的实现方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤(I)对输入的子模块电压进行分压；(2)将分压后的电压经过滤波电路传输到所述隔离运算放大器；(3)隔离运算放大器将子模块的主电路和控制电路电气上隔离开，再将分压后的电压传输到双AD测量单元中；(4)所述测量通道控制单元判断子模块电压值的电压值区间并选择其中一个AD测量通道对其进行测量；(5)由所述双AD测量单元的两个AD测量通道分别对两个电压值区间进行测量，并将测量得电压值传输到子模块控制单元中。其中，所述步骤(I)中，采用电阻分压器对输入的子模块电压进行分压。与现有技术比，本发明达到的有益效果是I)本发明的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路有很高的一致性，不需要人工后期来微调采样通道的比例。 2 )本发明的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路将子模块的主电路和控制电路完全隔离开，可以有效的减少控制电路受到的电磁干扰。3)本发明的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路可以对宽范围(0V-5000V)的子模块电压进行测量。4)本发明的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路可以对子模电压进行高精度的采集，在整个测量范围内可以保证测量精度保持2%内。5)为了防着测量通道在不同电压测量区间边界不停的切换，测量通道控制单元还在通道切换过程中采用了滞环控制，提高了切换效率。6)本发明采用了两个独立的AD分别用来测量子模块不同的电压区间，采用两个AD测量通道提高了子模块电压测量的精度和范围，同时两路AD测量通道独立实时对子模块电压进行测量可以避免测量范围切换的空白。


图1是本发明提供的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路整体设计框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。本发明提供的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路整体设计框图如图1所示，包括隔离单元、测量通道控制单元、双AD测量单元；输入的子模块电压通过所述隔离单元的电阻分压器分压后，再依次通过隔离单元的隔离运算放大器和双AD测量单元，所述测量通道控制单元分别与双AD测量单元及子模块控制单元连接，采用双AD测量单元测量子模块的电压范围。(一)隔离单元隔离单元包括高精度的(精度在千分之一内)电阻分压器、隔离运算放大器和滤波电路；电阻分压器通过滤波电路和隔离运算放大器连接；所述电阻分压器将子模块电压进行分压，所述隔离运算放大器将子模块的主电路和控制电路隔离；首先子模块电压经过高精度的电阻分压后；将分压后得电压通过滤波电路输入到隔离运算放大器，隔离运算放大器将子模块的主电路和控制电路电气上隔离开，以避免控制电路被主电路的电磁干扰。子模块的主电路主要由IGBT、急速真空开关、晶闸管等大功率器件构成，通过高电压和大电流，而控制电路主要由微处理器和FPGA的控制构成，通过物理上的隔离可以避免主电路对控制电路的干扰。(二)测量通控制单元为了满足模块化多电平柔性直流输电对子模块电压宽范围、高精度的测量要求，本发明增加了测量通道控制单元以确保子模块电压在宽范围内测量，都能满足其对精度要求。测量控制单元主要是控制将子模块电压分成两个不同的电压值区间，并控制由不同调理电路和AD测量通道进行测量，以确保测量精度，当切换时，同时通知中央控制器读取另一个AD测量结果。测量通道控制单元对子模块的电压值的大小进行实时判断，通过判断电压值的大小确定其所在的测量区间，来控制通过哪一条测量通路对子模块电压进行测量。为了防着测量通道在不同电压测量区间边界不停的切换，测量通道控制单元还在通道切换过程中采用了滞环控制；所述滞环控制可以采用逻辑判断电路或编程实现。(三)双AD测量单元本发明采用了两个独立的AD测量通道分别用来测量子模块不同的电压区间，采用两个AD测量通道提高了子模块电压测量的精度和范围，同时两路独立的AD测量通道实时对子模块电压进行测量可以避免测量范围切换的空白。每个AD测量通道都有自己的调理电路，其中一路调理电路适合测量相对较低的电压，另一路调理电路适合测量相对较高的电压。比如测量(T5000V的电压，将(T5000V的电压分成(T2500V和250(T5000V两个电压值区间，其中一路调理电路测量(T2500V的电压值，另一路调理电路测量250(T5000V的电压值。调理电路的选择是由测量通道控制单元完成的。AD表示模拟量转换为数字量。本发明还提供了一种模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路的实现方法，包括下述步骤(I)采用电阻分压器对输入的子模块电压进行分压；(2)将分压后的电压通过滤波电路传输到所述隔离运算放大器；(3)隔离运算放大器将子模块的主电路和控制电路电气上隔离开，再将分压后的电压传输到双AD测量单元中；(4)所述测量通道控制单元具有逻辑判断功能，判断子模块电压值的电压值区间并选择其中一个AD测量通路对其进行测量；(5)由所述双AD测量单元的两个AD测量通道分别对两个电压值区间进行测量，并将测量得电压值传输到子模块控制单元中。本发明能很好的满足模块化多电平柔性直流输电对子模块电压测量的特殊要求，在子模块电压宽范围变化内能保证测量精度，同时通过隔离运放将控制电路和子模块的主电路很好的隔离开，避免主电路对控制电路的电磁干扰。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路，所述电压采集电路包括隔离单元、测量通道控制单元和双AD测量单元；其特征在于，输入的子模块电压通过所述隔离单元的电阻分压器分压后，再依次通过隔离单元的隔离运算放大器和双AD测量单元，所述测量通道控制单元分别与双AD测量单元及子模块控制单元连接，采用双AD测量单元测量子模块的电压范围。
2.如权利要求1所述的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路，其特征在于，所述隔离单元包括电阻分压器、隔离运算放大器和滤波电路；所述电阻分压器通过滤波电路和隔离运算放大器连接；所述电阻分压器将子模块电压进行分压，所述滤波电路采用由阻容网络构成的低通滤波器；所述隔离运算放大器将子模块的主电路和控制电路隔离，所述控制电路包括微处理器和FPGA芯片；所述微处理器和FPGA芯片通过数据总线连接。
3.如权利要求1所述的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路，其特征在于，所述测量通道控制单元将子模块电压划分为两个电压值区间；测量通道控制单元对子模块的电压值的大小进行实时判断，通过判断电压值的大小确定其所在的测量电压区间，来控制通过测量通路对子模块电压进行测量。
4.如权利要求3所述的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路，其特征在于，所述测量通道控制单元在通道切换过程中采用滞环控制。
5.如权利要求1所述的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路，其特征在于，所述双AD测量单元采用两个AD测量通道；由所述两个AD测量通道分别对两个电压值区间进行测量。
6.如权利要求1所述的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路，其特征在于，在双AD测量单元中的每个AD测量通道均包括调理电路，其中一路调理电路测量低电压值区间，另一路调理电路测量高电压值区间；所述调理电路的选择由测量通道控制单元控制。
7.一种模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路的实现方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤 (1)对输入的子模块电压进行分压； (2)将分压后的电压经过滤波电路传输到所述隔离运算放大器； (3)隔离运算放大器将子模块的主电路和控制电路电气上隔离开，再将分压后的电压传输到双AD测量单元中； (4)所述测量通道控制单元判断子模块电压值的电压值区间并选择其中一个AD测量通道对其进行测量； (5)由所述双AD测量单元的两个AD测量通道分别对两个电压值区间进行测量，并将测量得电压值传输到子模块控制单元中。
8.如权利要求7所述的模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路的实现方法，其特征在于，所述步骤(I)中，采用电阻分压器对输入的子模块电压进行分压。
全文摘要
本发明涉及一种模块化多电平柔性直流子模块电压采集电路及其实现方法，所述电压采集电路包括隔离单元、测量通道控制单元和双AD测量单元；输入的子模块电压通过所述隔离单元的电阻分压器分压后，再依次通过隔离单元的隔离运算放大器和双AD测量单元，所述测量通道控制单元分别与双AD测量单元及子模块控制单元连接，采用双AD测量单元测量子模块的电压范围。本发明能很好的满足模块化多电平柔性直流输电对子模块电压测量的特殊要求，在子模块电压宽范围变化内能保证测量精度，同时通过隔离运放将控制电路和子模块的主电路很好的隔离开，避免主电路对控制电路的电磁干扰。
文档编号G01R19/25GK103048534SQ20121053011
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者吕铮, 杨卫刚, 李强, 客金坤, 冯静波, 何维国 申请人:国网智能电网研究院, 中电普瑞电力工程有限公司, 上海市电力公司, 国家电网公司