[發明專利]有源電力濾波器電參數計算/液晶顯示的系統及方法

有效

• 申請號: 201310330330.2
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103454519A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 孟金嶺;趙偉;孫衛明;肖勇;張永旺
• 申請（專利權）人: 廣東電網公司電力科學研究院
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

1.有源電力濾波器電參數計算/液晶顯示的系統，其特征是：包括依次連接的信號采樣調理電路、STM32F103核心板、RS232和觸摸液晶屏；所述的信號采樣調理電路共采集10路信號，包括三相電網電壓、三相逆變器輸出電流、三相電網側電流和直流側電壓；

所述的采集電壓的調理電路為：交流電壓輸入信號（U_i）經第一電阻（R1）、第二電阻（R2）后輸入第一運放（U1）的負極，第一運放（U1）的正極輸入電壓1.65V、輸出和負極之間接有第三電阻（R3），第一電阻（R1）、第二電阻（R2）之間經第一電容（C1）濾波后接地，第一運放（U1）輸出至第四電阻（R4）后輸出，輸出同時經第一二極管（VT1）的正極接電壓3.3V、經第二二極管（VT2）的負極后接地，第二二極管（VT2）的正負極之間接有第二電容（C2）；

所述的采集電流的調理電路為：經過霍爾傳感器輸出的采樣的交流電流信號（I_i）經并聯的第三電容（C3）和第五電阻（R5）接地、同時還經第六電阻（R6）后至第二運放（U2）的負極，第二運放（U2）的輸出和負極之間接有第七電阻(R7)、正極經第八電阻后接地，第二運放U2的輸出經第九電阻R9后接入第三運放的正極、同時還經第十電阻(R10)后接電壓3.3V，第二運放(U2)的輸出除直接接回負極外、還經第十一電阻(R11)后輸出，輸出還同時經第三二極管(VT3)的正極接電壓3.3V、經第四二極管(VT4)的負極后接地，第四二極管(VT4)的正負極之間接有第四電容(C4)；

所述的采集直流側電壓的調理電路為：直流側電壓經過傳感器轉換為電流信號I_dci，I_dci經第十四電阻(R14)后輸入第四運放(U4)的正極、并經第十六電阻(R16)接電壓1.65V，I_dci還經第十二電阻(R12)后接地，第四運放(U4)的負極經第十三電阻(R13)后接地、同時經第十五電阻(R15)接第四運放(U4)的輸出，第四運放(U4)的輸出經第十七電阻(R17)后輸出，輸出同時還經第五二極管(VT5)的正極接電壓3.3V、經第六二極管(VT6)的負極后接地，第六二極管(VT6)的正負極之間接有第五電容(C5)。

2.根據權利要求1所述的有源電力濾波器電參數計算/液晶顯示的系統，其特征是：所述的STM32F103核心板低速外部時鐘源采用32.768kHz的外部晶振，高速外部時鐘源采用8MHz的外部晶振，啟動模式選用戶閃存或者系統閃存，當SW1上拉接3.3V時，啟動模式為系統閃存；當SW1接地時，啟動模式為用戶閃存；參考電壓VREF+和VREF-分別為3.3V和0V，ADC輸入信號電壓范圍為0V～3.3V；最小系統所需的5V電壓由外部接入，3.3V電壓由穩壓芯片D4AMS1117-3.3產生；

所述的STM32F103核心板ADC配置采用雙ADC同步規則模式，同時設置軟件出發中斷，每156.25us采樣一次，設置定時器每156.25us產生上溢中斷，觸發ADC開始轉換；另外配置ADC時鐘頻率為12MHz，轉換時間為1.67us，轉換后的數據將存入相應的數據寄存器中，并通過DMA將數據傳送到相應的內存空間保存；

所述的有源電力濾波器的液晶顯示方案中，配置了2個通用定時器，定時器2配置為每156.25us產生一次溢出中斷，來觸發ADC開始轉換；定時器3配置為每20ms產生一次溢出中斷，來讀取觸摸屏的按鍵值；

所述的STM32F103核心板與液晶屏通信通過USART。

3.一種采用如權利要求1或2所述系統的有源電力濾波器參數計算和液晶顯示的方法，包括以下步驟：

S1程序經過系統初始化之后，進行AD采樣，AD采樣的數據經過DMA進行存儲，不占用系統總線；在主菜單中設置5個觸摸按鍵，即電網電壓顯示、逆變器輸出電流顯示、電網電流顯示、直流側電壓顯示、諧波電流分析，按鍵值分別對應2、3、4、5和6，利用定時器每20ms進行一次按鍵值掃描和讀取，當有相應的按鍵按下，進入相應的子程序；當子程序結束時，如果鍵值為1，返回主菜單，等待新的按鍵值，重新進入相應子程序；

S2在電網電壓顯示程序中設置5個按鍵，包括A相，B相,C相，刷新，返回，按鍵值分別為11，12，13，0，1；按返回鍵將回到主菜單，按刷新鍵將刷新波形曲線、有效值和頻率；當進入電網電壓顯示子程序時，使Key的值為11，當Key的值為11時進入A相電網電壓的顯示程序中，當顯示完波形、有效值和頻率時進行一次按鍵判斷；當鍵值為11時，繼續循環顯示；當鍵值為12時，顯示B相，其流程與A相相同；當鍵值為13時顯示C相，其流程與A相相同；當鍵值為0時，使Key＝2，結束子程序；當鍵值為1時，結束子程序；其它顯示子程序與電網電壓顯示子程序流程相同；

S3初始化完成后，定時器開始工作，采樣頻率6.4KHz，同時將數據通過DMA存入內存中，當一個周期的數據采集完成后，DMA產生一個中斷；當DMA中斷產生后對數據進行基本處理：包括對采集后的數據進行壞點處理、零點漂移處理、頻率計算，一個周波有效值計算，處理完成后清除DMA中斷；

對一個周波內的有效值計算需要對50個周波內的有效值取平均值，也就是有效值每1s刷新一次；

S4顯示系統參數時，對數據進行有效值計算、功率因數計算和諧波電流計算：在程序進行初始化時置標志位CACL_dataFlag=0，如果50個周波的有效值累加計算完成，則CACL_dataFlag=1，對50個周波有效值的累加和進行平均值計算，更新液晶顯示的有效值數據；功率因數計算采用公式其中P為有功功率，Q為無功功率；諧波電流的計算采用FFT，對128點數據進行計算，計算出63次諧波電流，顯示2～25次諧波電流。