[發(fā)明專利]一種自適應(yīng)電網(wǎng)頻率的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集方法與裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510552690.6
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN105137241A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉煒;許伶俐;高師湃;崔夢雨;齊永龍;余俊祥;廖鈞;金安旭;黃玲美;馬超
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電能質(zhì)量檢測領(lǐng)域，特別是一種自適應(yīng)電網(wǎng)頻率的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集方法。

背景技術(shù)

對電網(wǎng)中諧波進行實時、準確的測量很有必要。針對電力系統(tǒng)的諧波分析，通常都是通過快速傅里葉變換(FFT)來實現(xiàn)的，然而電力系統(tǒng)的頻率并不是時刻都為額定工頻這一恒定值，它會在額定工頻左右的一個范圍內(nèi)發(fā)生變化。、如若沒有進行整周波采樣，采樣頻率和信號頻率不同步，便會產(chǎn)生頻譜泄漏，使計算出的信號參數(shù)(頻率、幅值和相位)不準確，尤其是相位的誤差很大，無法滿足測量精度的要求。

在實際測量中，采用加窗插值算法對快速傅里葉算法進行修正可減少頻譜泄漏，但是需采集多周期數(shù)據(jù)進行分析，實時性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)電網(wǎng)頻率的電能質(zhì)量采集方法，通過二階低通濾波器和過零比較器組成的采樣頻率自適應(yīng)模塊實現(xiàn)采樣頻率自動跟蹤電網(wǎng)頻率，保證采集數(shù)據(jù)的完整性、準確性，提高系統(tǒng)的測量精度。

本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種自適應(yīng)電網(wǎng)頻率的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集方法。通用電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集模塊對來自互感器的電壓、電流信號進行數(shù)據(jù)采集；采樣頻率自適應(yīng)模塊采用二階有源低通濾波器和過零比較器將輸入的電力信號轉(zhuǎn)換成方波輸入至FPGA的采樣頻率控制器；采樣頻率控制器通過100MHz時鐘實時地測量被測電信號基波周期和頻率，基波周期的測量誤差控制在±20ns范圍。

進一步地，電能質(zhì)量參數(shù)的基本測量要求時間間隔為10(50Hz電力系統(tǒng))或12周期(60Hz電力系統(tǒng))，自適應(yīng)電網(wǎng)頻率的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集裝置每10周期(50Hz電力系統(tǒng))或者12周期(60Hz電力系統(tǒng))調(diào)整一次采樣頻率；采樣頻率控制器實時調(diào)整ADC的采樣頻率為基波頻率的整數(shù)倍，實現(xiàn)采樣頻率的自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整，最大限度的減小頻譜泄漏，提高諧波分析等電能質(zhì)量參數(shù)測量的精確性。

本發(fā)明的目的還在于提供一種自適應(yīng)電網(wǎng)頻率的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集裝置。

所述裝置包括通用電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集模塊和采樣頻率自適應(yīng)模塊；通用電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集模塊主要包括低通濾波器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM和USB通信模塊；采樣頻率自適應(yīng)模塊主要包括二階有源低通濾波器、過零比較器和采樣頻率控制器。

采用本發(fā)明的方案，電壓、電流互感器的電信號經(jīng)過低通濾波器過濾掉高頻干擾和噪聲信號。經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過FPGA實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和USB通信。同時，互感器的電信號也會經(jīng)二階低通濾波器濾波，該二階低通濾波器具有較低的截止頻率僅保留基波附近的頻譜信號。濾波后的信號通過過零比較器轉(zhuǎn)換成方波信號傳輸至FPGA內(nèi)部的采樣頻率控制器。采樣頻率控制器通過100MHz時鐘實時地測量信號基波的周期T和頻率f，將ADC的采樣頻率設(shè)置為當前電網(wǎng)頻率f的整數(shù)倍。由此實現(xiàn)在電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集時采樣頻率的自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)采用二階低通濾波器和過零比較器將輸入的電力信號轉(zhuǎn)換成方波，F(xiàn)PGA內(nèi)部采用100MHz時鐘，使測量到的周期誤差控制在±20ns范圍內(nèi)，提高了測量精度。

(2)自適應(yīng)電網(wǎng)頻率的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集裝置能夠?qū)崟r調(diào)整采樣頻率，并同步輸出采樣值和電網(wǎng)頻率。

(3)通過采樣頻率自適應(yīng)模塊實現(xiàn)采樣頻率自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整，減小頻譜泄漏，確保采集數(shù)據(jù)的完整性。同時，本發(fā)明不僅適用于電力系統(tǒng)，還可以廣泛應(yīng)用于空氣動力學(xué)領(lǐng)域測試，振動、應(yīng)變、沖擊結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域的測試等其他數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工作框圖。

圖2是本發(fā)明實施例自適應(yīng)電網(wǎng)頻率的8通道電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集裝置的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進一步的詳述。

如圖1所示，來自電壓、電流互感器的電信號經(jīng)過低通濾波器輸入至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸至FPGA內(nèi)部，由FPGA實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、處理及USB通信功能。同時，互感器的電信號又經(jīng)過二階有源低通濾波器濾波，濾波后的信號通過過零比較器轉(zhuǎn)換成方波信號傳輸至FPGA內(nèi)部的采樣頻率控制器。采樣頻率控制器通過100MHz時鐘實時地測量信號基波的頻率值f，并將ADC的采樣頻率設(shè)置為當前電網(wǎng)頻率f的整數(shù)倍，對采樣頻率進行自適應(yīng)的動態(tài)調(diào)整。

實施例