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一种车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，包括基于光伏并网逆变器控制系统设置的电网电压采集电路，利用离线测量标准正弦输入信号方法建立、且相邻2点之间连线的8个标准电网电压有效值基准点，在线测量用电网电压有效值测量模块，以及用于判定测量结果并在线修正的结果判定及调理模块；电网电压采集电路、电网电压有效值测量模块和结果判定及调理模块依次连接，8个标准电网电压有效值基准点分别与结果判定及调理模块连接。该车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，可以克服现有技术中硬件成本高、误差大和电网电压有效值检测准确度低等缺陷，以实现硬件成本低、误差小和电网电压有效值检测准确度高的优点。
【专利说明】
一种车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统

【技术领域】
[0001]本发明涉及智能交通【技术领域】，具体地，涉及一种车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统。

【背景技术】
[0002]近些年来，光伏并网技术获得了快速发展，各国标准都严格规定了光伏并网逆变器需要进行准确的过压和欠压保护功能以及低电压穿越功能，这就涉及到如何进行准确的电网电压有效值测量。
[0003]一些光伏逆变器厂家使用专用的电网电压真有效值芯片来获得电网电压有效值，该方法对畸变的电网电压来说所获得电网电压有效值准确度低，易引起系统误动作，而且硬件成本相对高。
[0004]为了不增加硬件成本，大多光伏逆变器厂家都采用电压传感器和普通的运算放大器、电阻和电容等组成信号调理电路，通过单片机或DSP的模数转换(A/D)采样电压瞬时值，通过算法计算电压有效值，从而进行电压保护，该方法不经过特殊算法处理，会由于调理电路中的运算放大器存在零漂、温漂以及电阻、电容的误差导致采样的电压A/D偏离真值，同时也存在噪声信号干扰，从而导致计算所的电网电压有效值不准确，从而影响保护电压动作点，达不到国家标准所规定的要求。
[0005]因此需要试图从计算方法上解决电网电压有效值检测不准确问题。
[0006]综上所述，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在硬件成本高、误差大和电网电压有效值检测准确度低等缺陷。


【发明内容】

[0007]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，以实现硬件成本低、误差小和电网电压有效值检测准确度高的优点。
[0008]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:(待拷贝权利要)
[0009]本发明各实施例的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，由于包括安装在预测监测区域的车辆信息采集装置，该车辆洗洗宁采集装置采用UPS电源为主、光伏电源和蓄电池供电为辅的供电方式；其中，与光伏电源匹配设置的电压测量系统包括基于光伏并网逆变器控制系统设置的电网电压采集电路，利用离线测量标准正弦输入信号方法建立、且相邻2点之间连线的8个标准电网电压有效值基准点，在线测量用电网电压有效值测量模块，以及用于判定测量结果并在线修正的结果判定及调理模块；电网电压采集电路、电网电压有效值测量模块和结果判定及调理模块依次连接，8个标准电网电压有效值基准点分别与结果判定及调理模块连接；可以采用离线测量标准正弦输入信号获得标准电网电压有效值基准点方法，修正在线测量的电网电压有效值；从而可以克服现有技术中硬件成本高、误差大和电网电压有效值检测准确度低的缺陷，以实现硬件成本低、误差小和电网电压有效值检测准确度高的优点。
[0010]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0011]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0013]图1为本发明车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统中含有离线测量标准正弦信号输入时标准电网电压有效值基准点的插值曲线示意图；
[0014]图2为本发明车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统中采样周期定时中断程序流程图；
[0015]图3为本发明车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统的工作原理示意图。
[0016]结合附图，本发明实施例中附图标记如下:
[0017]U-纵坐标，表示输入电压有效值；Vs_横坐标，表示单片机或DSP采样计算有效值；ULV2表示电网电压偏低有效值2 ;ULV1表示电网电压偏低有效值I ;ULV表示国标规定的电网电压欠压有效值；UN表示国标规定的电网额定电压有效值；UHV1表示电网电压偏高有效值I ;UHV2表示电网电压偏高有效值2 ;U0V表示国标规定的电网电压过压有效值；VSLV3表示输入电压有效值U为O时的单片机或DSP采样计算有效值；VSLV2表示输入电压有效值U为ULV2时的单片机或DSP采样计算有效值；VSLV表示输入电压有效值U为ULV时的单片机或DSP采样计算有效值；VSLVl表示输入电压有效值U为ULVl时的单片机或DSP采样计算有效值；VSN表示输入电压有效值U为UN时的单片机或DSP采样计算有效值；VSH1表示输入电压有效值U为UHVl时的单片机或DSP采样计算有效值；VSH2表示输入电压有效值U为UHV2时的单片机或DSP采样计算有效值；VS0V表示输入电压有效值U为UOV时的单片机或DSP采样计算有效值;A表示离线测量时的基准点(VSLV3，0) ；B表示离线测量时的基准点(VSLV2，ULV2) ;C表示离线测量时的基准点(VSLV，ULV) ;D表示离线测量时的基准点(VSLV1，ULVI) ;E表示离线测量时的基准点(VSN，UN)疋表示离线测量时的基准点(VSHV1，UHVI) ;G表示离线测量时的基准点(VSOV，UOV) ;H表示离线测量时的基准点(VSHV2, UHV2) ;N表示半个电网周期内A/D转换采样点数。

【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]根据本发明实施例，如图1、图2和图3所示，提供了一种车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统。
[0020]本实施例的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，针对光伏并网逆变器控制系统的电网电压采集电路，先利用离线测量标准正弦输入信号方法建立8个标准电网电压有效值基准点，然后相邻2点之间连线，从而建立该2点之间的电网电压有效值插值方程，最后在线测量实际电网电压有效值，通过判定所测量的电网电压有效值大小处于8个标准电网电压有效值基准点的哪2点之间，根据相应的2点间插值方程来进行修正所测量的电网电压有效值。
[0021]光伏并网逆变器控制系统会根据测量的电网电压频率和半个电网周期内A/D转换采样点数N，确定采样周期，通过采样周期定时中断来保证半个电网周期内A/D转换采样点数N恒定。
[0022]精确测量电压有三个步骤如下:
[0023]第一步，进行单相电网电压测量准备。由标准正弦波信号发生器模拟输出不同有效值(例如，O、ULV2 = 20% UN、ULVl = 90% UN、ULV = 80%, UN = 220V、UHVl = 105%UN、UHV2 = 140% UN,UOV = 110% UN)对应的低压信号代替单相电网电压经过电压传感器转换的低压信号，使其经过由普通的运算放大器、电阻和电容等组成信号调理电路，经过单片机或DSP的A/D转换采样，经过低通滤波算法(采用典型的有限冲击响应滤波器实现)得到第k个电压采样值u (k)，利用公式(I)和(2)进行半个电网电压周期的电压平均值Uavg和有效值Vs计算(例如，基准点采样计算的有效值分别为VSLV3、VSLV2、VSLVU VLV, VSN、VSHU VSH2、VS0V)，将标准正弦波信号发生器模拟输出的有效值和经过单片机或DSP计算的电网电压有效值一对信号作为基准点进行存储。同理，通过调节标准正弦波信号发生器模拟输出不同电压有效值的低压信号，可以获得8对标准正弦波信号发生器模拟输出的有效值和经过单片机或DSP计算的电网电压有效值信号，上述8对信号作为基准点进行存储(即图1中，A基准点(VSLV3，O)、B基准点(VSLV2，ULV2)、C基准点(VSLV，ULV)、D基准点(VSLV1, ULVI)、E 基准点(VSN，UN)、F 基准点(VSHV1，UHVI)、G 基准点(VSOV，U0V)、H 基准点(VSHV2，UHV2)。该过程完成了单相电网电压检测所需要的8对标准信号参考基准点。
I N
[。。24] Uavg = —^U(k)
Iy(I)；
γ - π u
[0025]s ~ ? ρ: av^



(2)。
[0026]第二步，进行单相电网电压真正测量。单相电网电压经过电压传感器转换为低压信号，该低压信号经过与上述相同的处理步骤，即先经过信号调理电路进行信号调理，其次经过单片机或DSP的A/D转换采样，再经过低通滤波算法(采用典型的有限冲击响应滤波器实现)滤除电网电压谐波分量和噪声，根据公式(I)和(2)进行计算半个电网电压周期的电压平均值和有效值。
[0027]第三步，进行电网电压有效值修正计算。利用相关两点插值公式(3)、(4)、(5)、
(6)、(7)、(8)、(9)对所计算得到的电网电压有效值Vs进行修正，从而得出用于保护点判断的电压有效值U。公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、⑶、(9)具体如下:
UlV2 -O
[0028]U = ~——VsLV3 )条件:VsLV3Vslv2 (3)；

V sLV2 — y SlV3.，
[0029]U = L> _(K — Klv2 ) + ULV2 条件:VsLV2 ^ Vs< Vslv (4)；

^ sLV — ^ sLV2






9
U , — u /
[0030]U = LV1 _ LV (K - Klv ) + uLV 条件:VsLV 彡 Vs < Vslvi (5)；
V sLV\ — V sLV，
U n — uLVl
[0031 ] U = —^^ (Vs — Vslvi ) + Ulvi 条件:VsLvi ^ vs< Vsn (6)；
^sN ~ ^sLVl





，
jj -U
[0032]U = HV1 N (Vs - VsN) + Un 条件:VsN ^vs< Vshi (7)；
^ SN，
[0033]U =........."^vl.....(Vs — Vsm )+ Uhvi 条件:vsm 彡 Vs < Vs0v (8)；
^sOV 一 ^sHl





?
U -Ti
f 厂一 HV 2 uOV /T/ T/ \.TT
[0034]^=--Vr^S ~VsOv) + Uov 条件:Vs0v < Vs < VsH2 (9)0

^ sHl — ^sOV





9
[0035]图2是采样周期定时中断程序流程图。先进行电网电压A/D采样，然后利用低通滤波算法(采用典型的有限冲击响应滤波器实现)对第k(OKN)个电压采样值u(k)进行滤波。然后，判断是否已经进行了 N次采样，若没有达到N次，则退出中断服务程序；若达到N次，则对所计算得到的电网电压有效值Vs进行所处区间判断。当彡Vs < Vslv2时，利用公式(3)求出用于保护的电压有效值U ;当Vslv2彡Vs < Vslv时，利用公式⑷求出用于保护的电压有效值U ;当Vsw彡Vs < Vslvi时，利用公式(5)求出用于保护的电压有效值U ;当Vslvi彡Vs < Vsn时，利用公式(6)求出用于保护的电压有效值U ;当Vsn彡Vs < Vshi时，利用公式(7)求出用于保护的电压有效值U ;当Vsm彡Vs < Vs0v时，利用公式⑶求出用于保护的电压有效值U ;当Vsw彡Vs < Vsh2时，利用公式(9)求出用于保护的电压有效值U。计算结束后，退出中断服务程序。
[0036]本发明的技术方案，采用离线测量标准正弦输入信号获得标准电网电压有效值基准点方法，修正在线测量的电网电压有效值，克服了硬件调理电路受温度、零漂等影响所导致的电压A/D偏离真值问题，也在很大程度上滤除噪声干扰的影响，可以实现准确的电网欠压和过压保护，具有良好的实用价值。
[0037]综上所述，本发明上述各实施例的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，至少可以达到的有益效果是:针对光伏并网逆变器控制系统的电网电压采集电路，采用一次性离线测量标准正弦输入信号获得标准电网电压有效值基准点方法，修正在线测量的电网电压有效值，从而克服调理电路中的运算放大器存在零漂、温漂以及电阻、电容的误差导致采样的电压A/D偏离真值问题，也在很大程度上滤除噪声干扰的影响，实现准确的电网欠压和过压保护。
[0038]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，其特征在于，包括安装在预测监测区域的车辆信息采集装置，该车辆洗洗宁采集装置采用UPS电源为主、光伏电源和蓄电池供电为辅的供电方式；其中，与光伏电源匹配设置的电压测量系统包括基于光伏并网逆变器控制系统设置的电网电压采集电路，利用离线测量标准正弦输入信号方法建立、且相邻2点之间连线的8个标准电网电压有效值基准点，用于在线测量实际电网电压有效值的电网电压有效值测量模块，以及用于判定电网电压有效值测量模块测量所得电网电压有效值位于8个标准电网电压有效值基准点中哪2个标准电网电压有效值基准点之间、并根据相应的2个标准电网电压有效值基准点间插值方程修正测量所得电网电压有效值的结果判定及调理模块； 所述电网电压采集电路、电网电压有效值测量模块和结果判定及调理模块依次连接，所述8个标准电网电压有效值基准点分别与结果判定及调理模块连接。
2.根据权利要求1所述的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，其特征在于，所述电网电压采集电路的工作过程，包括: 光伏并网逆变器控制系统会根据测量的电网电压频率和半个电网周期内A/D转换采样点数N，确定采样周期，通过采样周期定时中断来保证半个电网周期内A/D转换采样点数N恒定；N为自然数。
3.根据权利要求1或2所述的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，其特征在于，所述电网电压有效值测量模块进行电压测量的过程，主要包括: a、进行单相电网电压测量准备； b、进行单相电网电压真正测量； c、进行电网电压有效值修正计算。
4.根据权利要求3所述的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，其特征在于，所述步骤a具体包括: 由标准正弦波信号发生器模拟输出不同有效值对应的低压信号代替单相电网电压经过电压传感器转换的低压信号，使其经过主要由运算放大器、电阻和电容组成的信号调理电路，经过单片机或DSP的A/D转换采样，经过低通滤波处理得到第k个电压采样值u (k)，利用公式(I)和(2)进行半个电网电压周期的电压平均值Uavg和有效值Vs计算，将标准正弦波信号发生器模拟输出的有效值和经过单片机或DSP计算的电网电压有效值一对信号作为基准点进行存储； 同理，通过调节标准正弦波信号发生器模拟输出不同电压有效值的低压信号，可以获得8对标准正弦波信号发生器模拟输出的有效值和经过单片机或DSP计算的电网电压有效值信号，上述8对信号作为基准点进行存储、C基准点、D基准点、E基准点、F基准点、G基准点、H基准点； 以上过程完成了单相电网电压检测所需要的8对标准信号参考基准点，公式(I)和公式(2)具体如下:iV H(I)；
π V =-US 2^2 - ⑵。
5.根据权利要求4所述的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，其特征在于，所述低通滤波处理的操作，具体是采用有限冲击响应滤波器进行低通滤波处理。
6.根据权利要求4所述的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，其特征在于，所述步骤b具体包括: 单相电网电压经过电压传感器转换为低压信号，该低压信号经过与上述相同的处理步骤，即先经过信号调理电路进行信号调理； 其次经过单片机或DSP的A/D转换采样，再经过低通滤波处理滤除电网电压谐波分量和噪声，根据公式(I)和(2)进行计算半个电网电压周期的电压平均值和有效值。
7.根据权利要求6所述的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，其特征在于，所述步骤c具体为: 利用相关两点插值公式⑶、⑷、(5)、(6)、(7)、⑶、(9)对所计算得到的电网电压有效值Vs进行修正，从而得出用于保护点判断的电压有效值U ;公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)具体如下:
U, J79 — O U = v " I v^ (K " VsLV3 )条件:VsLV3 ^vs< Vslv2 (3)；
VsLVl — V sLV 3
TJ -TJ TT _U LV ULV2 n/ jr \ i 7 I U = yZv^ ( 5 " SLV1 ) + UU2 条件:彡 I < vSLV ⑷；
VsLV V sLV2





，
U = yLVl — yLV (G — V^LV ) + 11LV 条件:Vslv 彡 Vs < Vslvi (5)；
^sLVl ^sLV U -U.U =(匕 _ VsLV\ ) + uLVl 条件:VsLV1 <VS< Vsn (6);
^SN ~ ^sLFl U = VHVl _yN (K ~ + UN 条件:VsN d < Vsm (7);
^ sH\ ^ sN U = yV _yHJ[ ^ ~ U + UHVi 条件:VsH1 <VS < Vs0v (8)；
^sOV ^sHl




，
U -Ti r τ τ _ HV2OV /t/ t/ \ I T T U = i~~ (匕—v^OV ) + Uov 条件:Vsw 彡 Vs < vsH2 (9)。
VsH2 V sOV，
8.根据权利要求7所述的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，其特征在于，在步骤c中，还包括采样周期定时中断的操作。
9.根据权利要求8所述的车辆智能监测用光伏电源的电压测量系统，其特征在于，所述采样周期定时中断的操作，具体包括: 先进行电网电压A/D采样，然后利用低通滤波处理对第k (0〈k < N)个电压采样值u (k)进行滤波； 然后，判断是否已经进行了 N次采样，若没有达到N次，则退出中断服务程序；若达到N次，则对所计算得到的电网电压有效值Vs进行所处区间判断； 当V^3彡Vs < Vslv2时，利用公式(3)求出用于保护的电压有效值U ;当Vsw2彡Vs < Vslv时，利用公式⑷求出用于保护的电压有效值U ;当Vsw彡Vs < Vslvi时，利用公式(5)求出用于保护的电压有效值U ;当Vsm彡Vs < Vsn时，利用公式(6)求出用于保护的电压有效值U ;当Vsn彡Vs < Vsm时，利用公式(7)求出用于保护的电压有效值U ;当Vshi彡Vs < Vs0v时，利用公式⑶求出用于保护的电压有效值U ;当Vsw彡Vs < Vsh2时，利用公式(9)求出用于保护的电压有效值U。
【文档编号】G01R19/25GK104280601SQ201410506267
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月27日 优先权日:2014年9月27日
【发明者】诸征斌 申请人:无锡市恒通智能交通设施有限公司