專利名稱：雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及一種雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置。
背景技術(shù)：
近年來隨著風(fēng)力發(fā)電不斷地發(fā)展，風(fēng)電場裝機容量逐年上升，風(fēng)力發(fā)電所占的比例越來越大，尤其是在歐美的一些發(fā)達(dá)國家，風(fēng)力發(fā)電所占電網(wǎng)供電比例已經(jīng)非常高，如丹麥已經(jīng)超過了 20%，逐漸成為了一種常規(guī)能源。因此積極發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢，將有利于電網(wǎng)質(zhì)量的提高。在傳統(tǒng)電廠的無功調(diào)節(jié)中，往往通過投放SVC(Static Var Compensator 靜止無功補償器)和SVG (Static Var Generator靜止無功發(fā)生器)等無功調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行電網(wǎng)的無功調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)，但是此類設(shè)備成本較高，且較難實現(xiàn)動態(tài)的投放，不利于電廠電壓協(xié)調(diào)的動態(tài)控制。雙饋風(fēng)電機組具有發(fā)大容量容性無功和感性無功的能力且便于動態(tài)控制，因此，積極發(fā)揮雙饋風(fēng)電場風(fēng)電機組的無功調(diào)節(jié)能力，實現(xiàn)風(fēng)電場內(nèi)部的電壓協(xié)調(diào)控制，有利于提高電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。在風(fēng)電場電壓協(xié)調(diào)控制時，為了降低場級控制的復(fù)雜程度，提高場級控制效率和精度，首先應(yīng)該針對每個獨立的風(fēng)機采用電壓閉環(huán)控制策略，然后再由場級控制器協(xié)調(diào)控制。對于每個獨立的風(fēng)機，可以通過采集風(fēng)電機組機端電壓作為反饋信號，然后控制風(fēng)電機組的發(fā)出相應(yīng)的容性或者感性無功對電壓進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。然而由于電網(wǎng)的原因， 在該閉環(huán)控制系統(tǒng)中，風(fēng)電機組發(fā)出較大的無功量只能對機端電壓進(jìn)行較小的電壓幅值調(diào)節(jié)，即前向通道增益較小。同時，對應(yīng)于反饋通道，機端電壓有較小變化時，通過計算得到的無功輸入給定變化會很大，即反饋通道增益較大，易造成風(fēng)電機組無功輸入給定出現(xiàn)頻繁的大幅值波動，不僅使得電壓調(diào)節(jié)精度降低，而且對風(fēng)電機組的壽命造成危害。因此，研究合理的軟硬件方案，提高反饋低增益信號的測量精度，對于提高風(fēng)電場電壓協(xié)調(diào)控制的精度以及保護風(fēng)電機組都有較為重要的意義，同時，低增益信號的高精度濾波測量方法具有較為普遍的推廣意義。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，使其提高雙饋風(fēng)電場單個風(fēng)電機組在電壓協(xié)調(diào)控制時的控制精度和穩(wěn)定性，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型一種雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，包括主要采集風(fēng)電機組機端電壓信號，并將該信號調(diào)理為單片機系統(tǒng)可采集的電壓信號的信號采集調(diào)理電路；對調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行采集，并根據(jù)數(shù)字濾波算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波并輸出的單片機；以及對單片機輸出的電壓信號進(jìn)行調(diào)理并輸出的信號輸出調(diào)理電路。作為本實用新型的一種改進(jìn)，所述的信號輸出調(diào)理電路與參考電壓給定構(gòu)成電壓閉環(huán)。所述的單片機采用FIR濾波器。所述的單片機通過ADC轉(zhuǎn)換器對信號采集調(diào)理電路調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行采集。所述的單片機通過DAC轉(zhuǎn)換器將經(jīng)數(shù)字濾波后的信號輸出。所述的單片機采用C8051F005單片機。所述的單片機采用片外25MHz晶振，同時采用片外高精度基準(zhǔn)電壓2. 5V。所述的單片機片內(nèi)設(shè)置12位ADC、12位DAC。所述的信號采集調(diào)理電路包括采集風(fēng)電機組機端電壓信號的電流互感器；對采集的信號進(jìn)行光電隔離的光電隔離單元；對采集的信號進(jìn)行調(diào)理，將信號調(diào)理為單片機能夠采集的信號并進(jìn)行保護的輸入信號調(diào)理單元。采用這樣的設(shè)計后，本實用新型具有以下有益效果1、風(fēng)電場電壓協(xié)調(diào)控制可以有效的提高電網(wǎng)的質(zhì)量，單片機與數(shù)字濾波相結(jié)合的信號測量裝置與現(xiàn)有的PLC測量模塊相比，有效的降低了噪聲對測量的影響，提高了電壓測量精度；2、機端電壓反饋信號測量精度的提高，有利于提高電壓協(xié)調(diào)控制的精度；3、單片機與數(shù)字濾波相結(jié)合的信號測量裝置，成本低，編程靈活，實施效果好。

上述僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術(shù)手段，
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本實用新型雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置的單個風(fēng)電機組電壓調(diào)節(jié)控制框圖。圖2是本實用新型雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置的組成框圖。圖3是本實用新型雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置的FIR數(shù)字濾波器波特圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。本實用新型雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，主要包括信號采集調(diào)理電路、單片機和信號輸出調(diào)理電路。其中，信號采集調(diào)理電路主要采集風(fēng)電機組機端電壓信號，并將該信號調(diào)理為單片機系統(tǒng)可采集的電壓信號。單片機對調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行采集，然后根據(jù)數(shù)字濾波算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波并輸出。采用數(shù)字濾波算法主要對采集的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，以降低噪聲的影響，提高機端電壓信號的測量精度。信號輸出調(diào)理電路對單片機輸出的電壓信號進(jìn)行調(diào)理然后輸出。[0030]較佳的，信號輸出調(diào)理電路對單片機輸出的電壓信號進(jìn)行調(diào)理并輸出后，使之與參考電壓量級相當(dāng)，與參考電壓給定構(gòu)成閉環(huán)控制。請參閱圖1所示，無功/電壓控制器通過計算無功指令，將指令發(fā)給變流器，由變流器驅(qū)動雙饋風(fēng)電機組發(fā)出相應(yīng)的無功功率調(diào)節(jié)機端電壓。同時，由電壓采集濾波單元對機端電壓進(jìn)行采集，并作為反饋信號與參考電壓形成電壓閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)機端電壓的自動調(diào)節(jié)。請參閱圖2所示，信號采集調(diào)理電路通常包括電流互感器、光電隔離單元和輸入信號調(diào)理單元。電流互感器完成傳感器的功能，采集機端電壓信號。光電隔離單元對采集的信號進(jìn)行光電隔離，減小信號的干擾。輸入信號調(diào)理單元對采集的信號進(jìn)行調(diào)理，將信號調(diào)理為單片機能夠采集的信號，并進(jìn)行相應(yīng)的保護設(shè)計。本實用新型的單片機優(yōu)選采用C8051F005單片機，通過ADC轉(zhuǎn)換器對信號采集調(diào)理電路調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行采集，主要完成信號的濾波運算并通過DAC轉(zhuǎn)換器輸出。需要補充說明的是C8051F005單片機雖然依然是51的架構(gòu)體系，但是其指令可達(dá)25MIPS，計算速度足以滿足本實用新型的要求。同時，片上系統(tǒng)的設(shè)計，包括片內(nèi)12位 ADC和12位DAC，簡化了設(shè)計過程和硬件結(jié)構(gòu)同時提高了系統(tǒng)可靠性，JTAG接口便于程序的下載和更新。另外，雖然單片機有片內(nèi)的晶振電路和電壓基準(zhǔn)源，但是為了提高系統(tǒng)的速度，本實用新型采用片外25MHz晶振，同時采用片外高精度的穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓2. 5V為ADC和 DAC提供轉(zhuǎn)換的參考基準(zhǔn)電壓源，以提高信號采集和輸出的精度和穩(wěn)定性。請參閱圖3所示，本實用新型中的數(shù)字濾波算法采用較為常用的FIR(Finite Impulse Re sponse)濾波器實現(xiàn)，即有限長單位沖激響應(yīng)濾波器。FIR可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。下面詳細(xì)介紹一下本實用新型的濾波器設(shè)計過程數(shù)字濾波器傳遞函數(shù)可以寫為
權(quán)利要求1.一種雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，其特征在于包括主要采集風(fēng)電機組機端電壓信號，并將該信號調(diào)理為單片機系統(tǒng)可采集的電壓信號的信號采集調(diào)理電路；對調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行采集，并根據(jù)數(shù)字濾波算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波并輸出的單片機；以及對單片機輸出的電壓信號進(jìn)行調(diào)理并輸出的信號輸出調(diào)理電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，其特征在于所述的信號輸出調(diào)理電路與參考電壓給定構(gòu)成電壓閉環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，其特征在于所述的單片機采用FIR濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，其特征在于所述的單片機通過ADC轉(zhuǎn)換器對信號采集調(diào)理電路調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行采集。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，其特征在于所述的單片機通過DAC轉(zhuǎn)換器將經(jīng)數(shù)字濾波后的信號輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，其特征在于所述的單片機采用C8051F005單片機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，其特征在于所述的單片機采用片外25MHz晶振，同時采用片外高精度基準(zhǔn)電壓2. 5V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，其特征在于所述的單片機片內(nèi)設(shè)置12位ADC、12位DAC。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，其特征在于所述的信號采集調(diào)理電路包括采集風(fēng)電機組機端電壓信號的電流互感器；對采集的信號進(jìn)行光電隔離的光電隔離單元；對采集的信號進(jìn)行調(diào)理，將信號調(diào)理為單片機能夠采集的信號并進(jìn)行保護的輸入信號調(diào)理單元。
專利摘要本實用新型是有關(guān)于一種雙饋風(fēng)電場電壓測量的單片機數(shù)字濾波裝置，包括主要采集風(fēng)電機組機端電壓信號，并將該信號調(diào)理為單片機系統(tǒng)可采集的電壓信號的信號采集調(diào)理電路；對調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行采集，并根據(jù)數(shù)字濾波算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波并輸出的單片機；以及對單片機輸出的電壓信號進(jìn)行調(diào)理并輸出的信號輸出調(diào)理電路。本實用新型可以有效的提高電網(wǎng)的質(zhì)量，單片機與數(shù)字濾波相結(jié)合的信號測量裝置與現(xiàn)有的PLC測量模塊相比，有效的降低了噪聲對測量的影響，提高了電壓測量精度；機端電壓反饋信號測量精度的提高，有利于提高電壓協(xié)調(diào)控制的精度；單片機與數(shù)字濾波相結(jié)合的信號測量裝置，成本低，編程靈活，實施效果好。
文檔編號H02J3/01GK202260458SQ201120383348
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者原美琳, 徐佳園, 汪正軍, 潘磊 申請人:國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司