一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)，包括：分壓器、高壓側(cè)低通濾波放大器、積分增量調(diào)制器、隔離傳輸裝置和串行位流接收轉(zhuǎn)換器；分壓器采集發(fā)電機轉(zhuǎn)子的電壓信號，并將電壓信號傳輸至高壓低通濾波放大器；高壓低通濾波放大器將電壓信號進行處理，衰減電流信號的諧波分量，放大電流信號的有用信號，并將放大后的有用信號傳輸至積分增量調(diào)制器；積分增量調(diào)制器將放大后的有用信號的電壓幅值轉(zhuǎn)換為串行位流，并將串行位流傳輸至隔離傳輸裝置；隔離傳輸裝置根據(jù)串行位流輸出電脈沖，并將電脈沖傳輸至串行位流接收轉(zhuǎn)換器；串行位流接收轉(zhuǎn)換器將電脈沖信號經(jīng)過低通濾波處理，濾除高頻信號，并將低頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號為轉(zhuǎn)子電壓信號。
【專利說明】
一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及發(fā)電機轉(zhuǎn)子技術領域，特別涉及一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，針對發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓，一般采用高壓電纜直接傳輸?shù)姆绞交蛘卟捎弥绷髯兯推鲗⑵渥儞Q后再經(jīng)電纜傳輸。由于監(jiān)控設備距離發(fā)電機都有較遠的距離，而發(fā)電機轉(zhuǎn)子上有上千伏的高壓，采用高壓金屬電纜傳輸?shù)姆绞?，存在安全隱患，并且發(fā)電機轉(zhuǎn)子的一些勵磁參數(shù)也并非單純的直流量，而是在直流量上疊加了一些脈動信號;此外，在各種勵磁參數(shù)特性測試試驗中，也存在暫態(tài)過程。這種情況下，由于普通的直流變送器耐高壓性能差(耐壓小于1000V)，暫態(tài)特性差(響應時間大于300ms)，在要求較高的場合，無法安全、準確地反映發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁參數(shù)的變化。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]為解決現(xiàn)有技術的問題，本實用新型提出一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)，避免了高壓測量所帶來的安全隱患。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)，包括:
[0005]分壓器、高壓側(cè)低通濾波放大器、積分增量調(diào)制器、隔離傳輸裝置和串行位流接收轉(zhuǎn)換器;其中，
[0006]所述分壓器與所述高壓側(cè)低通濾波放大器的一端相連，所述高壓側(cè)低通濾波放大器的另一端與所述積分增量調(diào)制器的一端相連，所述積分增量調(diào)制器的另一端與所述隔離傳輸裝置的一端相連，所述隔離傳輸裝置的另一端與所述串行位流接收轉(zhuǎn)換器相連；
[0007]所述分壓器，用于采集發(fā)電機轉(zhuǎn)子的電壓信號，并將所述電壓信號傳輸至所述高壓側(cè)低通濾波放大器；
[0008]所述高壓側(cè)低通濾波放大器，用于將所述電壓信號進行處理，衰減電流信號的諧波分量，放大電流信號的有用信號，并將放大后的有用信號傳輸至所述積分增量調(diào)制器；
[0009]所述積分增量調(diào)制器，用于將放大后的有用信號的電壓幅值轉(zhuǎn)換為串行位流，并將所述串行位流傳輸至所述隔離傳輸裝置;其中，所述串行位流中的高電平密度根據(jù)輸入積分增量調(diào)制器的信號電壓幅值確定；
[0010]所述隔離傳輸裝置，用于根據(jù)所述串行位流輸出電脈沖，并將所述電脈沖傳輸至所述串行位流接收轉(zhuǎn)換器;其中，所述電脈沖的波形與所述串行位流的波形一樣；
[0011]所述串行位流接收轉(zhuǎn)換器，用于將所述電脈沖信號經(jīng)過低通濾波處理，濾除高頻信號，并將低頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述電信號為轉(zhuǎn)子電壓信號。
[0012]優(yōu)選地，還包括:隔離電源;所述隔離電源同時與所述高壓側(cè)低通濾波放大器、所述積分增量調(diào)制器相連;其中，
[0013]所述隔離電源，用于給所述高壓側(cè)低通濾波放大器、所述積分增量調(diào)制器提供工作電壓。
[0014]上述技術方案具有如下有益效果:本技術方案可以安全測量發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓，經(jīng)隔離的測量信號可以無損的傳輸至遠端，系統(tǒng)抗高壓，抗干擾能力強。用于發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓的監(jiān)測，可評估勵磁系統(tǒng)的動態(tài)性能，提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性水平。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為本實用新型提出的一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)框圖之一；
[0017]圖2為本實用新型提出的一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)框圖之二；
[0018]圖3為分壓器電路原理圖；
[0019]圖4為高壓側(cè)低通濾波器電路原理圖；
[0020]圖5為積分增量調(diào)制器電路原理圖；
[0021 ]圖6為串行位流位接收轉(zhuǎn)換器電路原理圖；
[0022]圖7為積分增量調(diào)制器工作原理波形示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0024]如圖1所示，為本實用新型提出的一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)框圖之一。包括:
[0025]分壓器101、高壓側(cè)低通濾波放大器102、積分增量調(diào)制器103、隔離傳輸裝置104和串行位流接收轉(zhuǎn)換器105;其中，
[0026]所述分壓器101與所述高壓側(cè)低通濾波放大器102的一端相連，所述高壓側(cè)低通濾波放大器102的另一端與所述積分增量調(diào)制器103的一端相連，所述積分增量調(diào)制器103的另一端與所述隔離傳輸裝置104的一端相連，所述隔離傳輸裝置104的另一端與所述串行位流接收轉(zhuǎn)換器105相連；
[0027]所述分壓器101，用于采集發(fā)電機轉(zhuǎn)子的電壓信號，并將所述電壓信號傳輸至所述高壓側(cè)低通濾波放大器102;
[0028]所述高壓側(cè)低通濾波放大器102，用于將所述電壓信號進行處理，衰減電流信號的諧波分量，放大電流信號的有用信號，并將放大后的有用信號傳輸至所述積分增量調(diào)制器103；
[0029]所述積分增量調(diào)制器103，用于將放大后的有用信號的電壓幅值轉(zhuǎn)換為串行位流，并將所述串行位流傳輸至所述隔離傳輸裝置104;其中，所述串行位流中的高電平密度根據(jù)輸入積分增量調(diào)制器的信號電壓幅值確定；
[0030]所述隔離傳輸裝置104，用于根據(jù)所述串行位流輸出電脈沖，并將所述電脈沖傳輸至所述串行位流接收轉(zhuǎn)換器105;其中，所述電脈沖的波形與所述串行位流的波形一樣；
[0031]所述串行位流接收轉(zhuǎn)換器105，用于將所述電脈沖信號經(jīng)過低通濾波處理，濾除高頻信號，并將低頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述電信號為轉(zhuǎn)子電壓信號。
[0032]如圖2所示，為本實用新型提出的一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)框圖之二。在圖1的還包括:隔離電源106;所述隔離電源106同時與所述高壓側(cè)低通濾波放大器102、所述積分增量調(diào)制器103相連;其中，
[0033]所述隔離電源106，用于給所述高壓側(cè)低通濾波放大器102、所述積分增量調(diào)制器103提供工作電壓。
[0034]分壓器由多個電阻串聯(lián)組成，電阻個數(shù)應足夠多，以保證每個電阻上的分壓不超過其絕緣強度。分壓器的輸出電壓應控制在積分增量調(diào)制器允許的輸入電壓范圍內(nèi)。如圖3所示，為分壓器電路原理圖。其由串接于發(fā)電機轉(zhuǎn)子正端和負端之間的Rl?R6電阻組成，R6電阻的兩端接高壓側(cè)低通濾波器。分壓器的分壓比(Rl?R6電阻阻值之和和R6電阻阻值之比)可根據(jù)要獲得的分壓情況進行設置或改變，例如可設為1600:1。本實用新型的一個實施例中，電阻Rl?R5的阻值均為319.8kQ，低壓臂電阻R2的阻值為Ik Ω，分壓比k=(Rl+R2+R3+R4+R5+R6) /R6 = 1600，電阻精度為0.1%,每個電阻的耐壓值均大于300V。
[0035]如圖4所示，為高壓側(cè)低通濾波器電路原理圖。高壓側(cè)低通濾波放大器采用運放為核心的有源濾波器，電路結(jié)構為二階巴特沃斯低通濾波器，設計合適的電路參數(shù)可得到符合要求的頻率響應。對于本實施來說，高壓側(cè)低通濾波放大器結(jié)構和參數(shù)如下:電阻采用1%精度的金屬膜電阻，電容采用10%精度的聚丙乙烯薄膜電容，運算放大器采用ADI公司0P-27E。其中，電阻R7、R8均取值5千歐姆。電容C1、C2均取值10η。
[0036]如圖5所示，為積分增量調(diào)制器電路原理圖。積分增量調(diào)制器是整個系統(tǒng)的核心，它把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為對應的一段時間內(nèi)數(shù)字“I”的數(shù)量，即積分增量調(diào)制器輸出串行位流(由O和I兩種電平組成)中“I”的密度代表了輸入模擬電壓的幅值。積分增量調(diào)制器由一個比較器、一個基準電壓源、一個開關以及一個或以上的積分器與模擬求和電路組成。結(jié)構原理圖如下，直觀而言，積分增量調(diào)制器的工作方式如下:假定在Vin處施加直流輸入。積分器在節(jié)點A處持續(xù)斜升或斜降。比較器的輸出通過一個I位DAC反饋至節(jié)點B處的求和輸入。比較器輸出通過I位DAC的回到求和點的負反饋環(huán)路強制將節(jié)點B處的平均直流電壓設為Vin。這表不平均DAC輸出電壓必須等于輸入電壓Vin。平均DAC輸出電壓由比較器輸出的I位數(shù)據(jù)流中的I的密度來控制。隨著輸入信號增加到+VREF，串行位流中的"Γ數(shù)量增加，而"0〃數(shù)量則減少。類似地，隨著信號負向趨近-VREF，串行位流中的〃1〃數(shù)量減少，而"O"數(shù)量則增加。從非常簡單的角度來看，輸入電壓的平均值包含在比較器輸出的串行位流中。
[0037]對于本實施例來說，積分增量調(diào)制器采用ADI公司的AD7401A1，它是一款二階積分增量調(diào)制器，片上的數(shù)字隔離采用ADI公司的iCoupler技術，能將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為高速I位數(shù)據(jù)流。AD7401A采用5V電源供電，可輸入±200mV的差分信號(滿量程±320mV)。模擬調(diào)制器對模擬輸入信號連續(xù)采樣，因而無需外部采樣保持電路。輸入信息以數(shù)據(jù)流密度的形式包含在輸出數(shù)據(jù)流內(nèi)，該數(shù)據(jù)流的最高數(shù)據(jù)速率可到20Mhz。通過適當?shù)臑V波器可重構原始信息。
[0038]積分增量調(diào)制器的工作原理為:在理想狀態(tài)下，OV輸入電壓信號可以使調(diào)制器輸出高電平“I”、低電平“O”狀態(tài)的時間相等，即信號處于高電平狀態(tài)的時間占50% ^OOmV輸入電壓信號可使調(diào)制器生成由0、1組成的數(shù)據(jù)流，信號處于高電平狀態(tài)的時間占81.25%;對+250mV輸入來說，輸出流為高的時間占89.06 % ; _200mV差分輸入也可生成由O、I組成的數(shù)據(jù)流;信號處于高電平狀態(tài)的時間占18.75 % ;對_250mV輸入來說，輸出流為高的時間占10.94%。+320mV輸入電壓，調(diào)制器輸出全“I” ； _320mV輸入電壓，調(diào)制器輸出全“O”。如圖7所示，為積分增量調(diào)制器工作原理波形示意圖。
[0039]隔離傳輸裝置用于接收、隔離并傳輸積分增量調(diào)制器輸出串行位流，針對不同的傳輸距離和隔離電壓要求，可選擇多種方案。如果需要傳輸?shù)竭h端，可采用光收發(fā)系統(tǒng)，即首先電光轉(zhuǎn)換，將電信號的串行位流轉(zhuǎn)換為對應的光脈沖，通過光纖傳輸?shù)竭h端，光纖同時實現(xiàn)了高等級的隔離電壓要求，在遠端光電轉(zhuǎn)換，將光脈沖轉(zhuǎn)換為對應的電信號的串行位流。如果不需要傳輸?shù)竭h方，可采用芯片級的隔離方式，可采用光耦芯片，磁耦合芯片和電容耦合芯片等方式。對于本實施例來說，隔離傳輸裝置采用光纖傳輸方式，由電光轉(zhuǎn)換器、光纖、光電轉(zhuǎn)換器組成。其中電光轉(zhuǎn)換器采用的是Agilent(安捷倫)公司的HFBR1416T。光纖采用的普通通信用光纖芯徑為125/62.5μπι的多模鎧裝光纜。光電轉(zhuǎn)換器采用的是Agilent公司的HFBR2416。
[0040]如圖6所示，為串行位流位接收轉(zhuǎn)換器電路原理圖。串行位流位接收轉(zhuǎn)換器用于將接收到的串行位流信號轉(zhuǎn)換為電信號并輸出該電信號。為了重構模擬電壓信號，串行數(shù)據(jù)流之后應連接低通濾波器，即為串行位流位接收轉(zhuǎn)換器。為了更好地衰減噪聲，使用一個四階切比雪夫濾波器。當濾波器階數(shù)相同時，相比于其它濾波器響應(巴特沃茲、貝塞爾等)，切比雪夫響應提供最為陡峭的滾降，由兩個采用Sallen-Key結(jié)構的二階濾波器組成。對于本實施例來說，串行位流位接收轉(zhuǎn)換器的參數(shù)為:電阻采用I %精度的金屬膜電阻，電容采用5%精度的聚丙乙烯薄膜電容，運算放大器采用ADI公司AD8464。其中，電阻Rll、R12均取值24千歐姆，R13、R16均取值22歐姆，電阻R14、R15均取值51千歐姆。電容C3取值為6.8pF，電容C4、C6均取值100pF，電容C5取值8.2pF。
[0041 ] 對于本實施例來說，隔離電源采用C&D Technologies公司的匪S1205隔離輸出DC-DC轉(zhuǎn)換器。
[0042]本實用新型提出的發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流測量系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術比較，有如下優(yōu)點:
[0043](I)本實用新型中，將積分增量調(diào)制技術用于發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓信號的測量，由于此調(diào)制方法具有耐高壓隔離，設計簡易、抗干擾能力的特點，所以本實用新型具有好的耐高壓特性和抗干擾能力。
[0044](2)本實用新型裝置可以實現(xiàn)光的形式進行遠距離的信號傳遞，具有優(yōu)良的抗電磁干擾特性，傳輸過程中不易受電磁干擾的影響。
[0045]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 分壓器、高壓側(cè)低通濾波放大器、積分增量調(diào)制器、隔離傳輸裝置和串行位流接收轉(zhuǎn)換器;其中， 所述分壓器與所述高壓側(cè)低通濾波放大器的一端相連，所述高壓側(cè)低通濾波放大器的另一端與所述積分增量調(diào)制器的一端相連，所述積分增量調(diào)制器的另一端與所述隔離傳輸裝置的一端相連，所述隔離傳輸裝置的另一端與所述串行位流接收轉(zhuǎn)換器相連； 所述分壓器，用于采集發(fā)電機轉(zhuǎn)子的電壓信號，并將所述電壓信號傳輸至所述高壓側(cè)低通濾波放大器； 所述高壓側(cè)低通濾波放大器，用于將所述電壓信號進行處理，衰減電流信號的諧波分量，放大電流信號的有用信號，并將放大后的有用信號傳輸至所述積分增量調(diào)制器； 所述積分增量調(diào)制器，用于將放大后的有用信號的電壓幅值轉(zhuǎn)換為串行位流，并將所述串行位流傳輸至所述隔離傳輸裝置;其中，所述串行位流中的高電平密度由根據(jù)輸入積分增量調(diào)制器的信號電壓幅值確定； 所述隔離傳輸裝置，用于根據(jù)所述串行位流輸出電脈沖，并將所述電脈沖傳輸至所述串行位流接收轉(zhuǎn)換器;其中，所述電脈沖的波形與所述串行位流的波形一樣； 所述串行位流接收轉(zhuǎn)換器，用于將所述電脈沖信號經(jīng)過低通濾波處理，濾除高頻信號，并將低頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述電信號為轉(zhuǎn)子電壓信號。2.如權利要求1所述的發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括:隔離電源;所述隔離電源同時與所述高壓側(cè)低通濾波放大器、所述積分增量調(diào)制器相連;其中， 所述隔離電源，用于給所述高壓側(cè)低通濾波放大器、所述積分增量調(diào)制器提供工作電壓。
【文檔編號】G01R15/22GK205506901SQ201620249443
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】姚謙, 吳濤, 謝歡, 蘇為民, 李善穎, 曹天植, 趙炎, 付宏偉
【申請人】華北電力科學研究院有限責任公司, 國家電網(wǎng)公司