CN101424714B

CN101424714B - 基于北斗卫星的电力周波测量方法及装置

Info

Publication number: CN101424714B
Application number: CN2007101898820A
Authority: CN
Inventors: 贾小波; 杨玉清; 吴淑琴; 张筱南; 李波; 王文瑜
Original assignee: ZHENGZHOU WEIKEMU TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Vcom Technology Co., Ltd.
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: CN101424714A

Abstract

本发明公开了一种基于北斗卫星的电力周波测量方法，其特征在于：它包括：(1)将待测模拟周波信号转换为数字周波信号；(2)确定周波测量采样时钟；(3)测量所需数值，包括：a、单位时间内的数字周波信号整周期数；b、数字周波信号在单位时间的起始时刻相位；c、数字周波信号在单位时间的结束时刻相位；(4)计算周波值。采用上述技术方案的北斗卫星的高精度电力周波测量方法及装置，无需大量复杂数值计算，通过提高采样钟的频率和性能直接提高周波测量精度，采用北斗卫星授时型接收机提供的1PPS信号作为统计时间间隔，保证测量值的精度、安全性和可靠性，采用数字逻辑器件，通过硬电路实现周波测量，测量值分辨率高。

Description

基于北斗卫星的电力周波测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种测量电力周波的方法及装置，特别是涉及一种基于北斗卫星的高精度电力周波的测量方法及装置。

背景技术

随着我国电力系统自动化管理水平的快速发展，电力系统对电能指标的测量也有了更高的要求。高精度的电能指标测量是电力系运行监控和故障分析的前提。

电力周波测量是指测量标准正弦交流电每秒变化的周期数，是电能指标测量的基础。采用卫星时钟提供的准确时间信号，能够有效的提高周波测量精度。采用基于北斗一号卫星导航定位系统的时间信号，可避免采用GPS系统导致的安全隐患，保证测量的安全可靠。

发明内容

本发明旨在提供一种基于北斗卫星的高精度电力周波测量方法及装置，在保证测量的安全性和可靠性的同时，降低运算量，使之更易于实现和维护。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于北斗卫星的电力周波测量方法，它包括：

(1)、将待测模拟周波信号转换为数字周波信号；

(2)、确定周波测量采样时钟；

(3)、测量所需数值，包括：a、单位时间内的数字周波信号整周期数；b、数字周波信号在单位时间的起始时刻相位；c、数字周波信号在单位时间的结束时刻相位；

(4)、计算周波值。

在步骤(1)中，模拟信号经隔离降压、电流电压变换和光藕隔离整形后输出数字周波信号。

在步骤(2)中，采取北斗信号作为采样点的统计时间基准。

在步骤(3)中，各种测量所需的数值通过PLD器件来获得。

一种为实施该方法的基于北斗卫星的电力周波测量装置，它包括北斗卫星授时接收机、周波信号采集电路和时钟电路，其特征在于：所述的北斗卫星授时接收机、周波信号采集电路和时钟电路都与周波测量电路相连接，周波测量电路与周波计算单元相连接。

所述的周波信号采集电路为：模拟信号先经过互感器，互感器与电流电压变换电路相连，所述电流电压变换电路又与光藕隔离整形电路相连接。

所述的周波测量电路为由PLD器件实现的同步化的数字逻辑电路。

所述的数字逻辑电路为：时钟信号、数字周波信号，北斗1PPS信号与单位时间内数字周波信号整周期数的累加器连接，单位时间内数字周波信号整周期数的累加器输出和北斗1PPS信号与单位时间内数字周波信号整周期数的触发器连接；时钟信号、北斗1PPS信号与数字周波信号在单位时间的起始时刻相位的累加器连接，数字周波信号在单位时间的起始时刻相位的累加器输出和数字周波信号与数字周波信号在单位时间的起始时刻相位的触发器连接；时钟信号、数字周波信号与数字周波信号在单位时间的结束时刻相位的累加器连接，数字周波信号在单位时间的结束时刻相位的累加器输出和北斗1PPS信号与数字周波信号在单位时间的结束时刻相位的触发器连接。

采用上述技术方案的北斗卫星的高精度电力周波测量方法及装置，与传统的周波测量方法相比，本方法无需大量复杂数值计算，可简单的通过提高采样钟的频率和性能直接提高周波测量精度。采用北斗卫星授时型接收机提供的1PPS信号作为统计时间间隔，保证测量值的精度、安全性和可靠性。并且采用数字逻辑器件，通过硬电路实现周波测量，测量值分辨率高、运算简单。

附图说明

图1为本发明的测量方法原理图；

图2为本发明装置的整体结构框图；

图3为本发明的周波信号采集电路原理图；

图4为本发明的周波测量电路原理图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示的本发明的测量方法原理图，一种基于北斗卫星的电力周波测量方法，它包括：

(1)、将待测模拟周波信号转换为数字周波信号；

(2)、确定周波测量采样时钟；

(4)、计算周波值。

如图2所示的本发明装置的整体结构框图，一种为实施该方法的基于北斗卫星的电力周波测量装置，它包括北斗卫星授时接收机、周波信号采集电路和时钟电路，所述的北斗卫星授时接收机、周波信号采集电路和时钟电路都与周波测量电路相连接，周波测量电路与周波计算单元相连接。

北斗卫星授时接收机接收“北斗一号”卫星信号，提供稳定可靠、高精度的秒脉冲信号，即北斗1PPS信号，作为周波采样点的统计时间基准。

时钟电路为周波测量电路提供稳定的采样时钟，时钟的频率fs与周波测量的最高分辨率R相对应，分辨率：R＝1/fs。通过提升采样时钟的频率和精度，可以直接有效的提高测量的精度。

CPU周波计算单元，实现单位时间的周波值计算，提供后端进行进一步的处理分析。

如图3所示的本发明的周波信号采集电路原理图，周波信号采集电路为：模拟信号先经过互感器，互感器与电流电压变换电路相连，所述电流电压变换电路又与光藕隔离整形电路相连接。

周波信号采集电路采将220V模拟周波信号转换为0～5V的数字周波信号。交流信号经互感器隔离降压后，输入到电流电压变换电路，其中互感器正边电阻起到限流保护作用、副边TVS管起起到保护作用。由运算计算放大器及周边电阻电容组成的电流电压变换电路起到相位补偿、滤波和驱动作用。驱动后的交流信号经光藕隔离整形为LVTTL电平的数字周波信号，供给测量电路。

实施例二

(1)、将待测模拟周波信号转换为数字周波信号；

(2)、确定周波测量采样时钟；

(4)、计算周波值。

在步骤(2)中，采取北斗信号作为采样点的统计时间基准。

在步骤(3)中，各种测量所需的数值通过PLD器件，即可编程逻辑器件来获得。

具体地说，将模拟的周波信号转换为数字电路可测的数字周波信号；确定周波测量采样时钟，时钟频率fs＞1/周波测量分辨率R；测量单位时间，即北斗1PPS周期内的数字周波信号整周期数，也即第n个1PPS上升沿和第n+1个1PPS上升沿之间周波信号的上升沿个数Z(n)；测量数字周波信号在单位时间的起始时刻相位，即第n个1PPS的上升沿与该上升沿后第一个周波信号上升沿之间的采样钟周期数P1(n)；测量数字周波信号在单位时间的结束时刻相位，即第n+1个1PPS的上升沿与该上升沿前第一个周波信号上升沿之间的采样钟周期数P2(n)；结合数字周波信号第n-1秒的结束时刻相位的相位P2(n-1)和第n+1秒起始时刻的相位P1(n+1)，计算第n秒的周波值，公式如下：

C (n) = Z (n) - 1 + [\frac{P 1}{P 2 (n - 1) + P 1 (n)} + \frac{P 2}{P 2 (n) + P 1 (n + 1)}] \times \frac{1}{f_{s}}

如图2所示的本发明装置的整体结构框图，一种为实施该方法而专门设计的基于北斗卫星的电力周波测量装置，它包括北斗卫星授时接收机、周波信号采集电路和时钟电路，所述的北斗卫星授时接收机、周波信号采集电路和时钟电路都与周波测量电路相连接，周波测量电路与周波计算单元相连接。

如图4所示的本发明的周波测量电路原理图，周波测量电路为由PLD器件实现的同步化的数字逻辑电路。

周波测量电路是实现高精度测量方法的核心电路，由PLD器件实现。该电路是同步化数字逻辑电路，可通过硬件描述语言或原理图输入来实现。电路主要由3组累加器和触发器构成，其中P1和P2两组相位测量电路位宽n＞log₂(fs/50)，整周数Z测量电路位宽m≥6bits，可采用CPLD器件，即复杂可编程逻辑器件来实现，其参数由时钟频率和测量电路的位宽m和n决定。采样时钟(fs)是累加器和触发器的时钟输入信号，累加器的步进值均为‘1’。

实施例三

如图1所示，一种基于北斗卫星的电力周波测量方法，其特征在于：它包括：

(1)、将待测模拟周波信号转换为数字周波信号；

(2)、确定周波测量采样时钟；

(4)、计算周波值。

在步骤(2)中，采取北斗信号作为采样点的统计时间基准。

在步骤(3)中，各种测量所需的数值通过PLD器件来获得。

如图2所示，一种为实施该方法的基于北斗卫星的电力周波测量装置，它包括北斗卫星授时接收机、周波信号采集电路和时钟电路，其特征在于：所述的北斗卫星授时接收机、周波信号采集电路和时钟电路都与周波测量电路相连接，周波测量电路与周波计算单元相连接。

Claims

1.一种基于北斗卫星的电力周波测量方法，其特征在于：它包括：

(1)、将待测模拟周波信号转换为数字周波信号；

(2)、确定周波测量采样时钟，时钟频率fs＞1/周波测量分辨率R；

(3)、测量所需数值，包括：a、单位时间内的数字周波信号整周期数，即第n个1PPS上升沿和第n+1个1PPS上升沿之间周波信号的上升沿个数Z(n)；b、数字周波信号在单位时间的起始时刻相位，即第n个1PPS的上升沿与该上升沿后第一个周波信号上升沿之间的采样时钟周期数P1(n)；c、数字周波信号在单位时间的结束时刻相位，即第n+1个1PPS的上升沿与该上升沿前第一个周波信号上升沿之间的采样时钟周期数P2(n)，其中n为正整数；

(4)、结合数字周波信号第n-1秒的结束时刻的相位P2(n-1)和第n+1秒起始时刻的相位P1(n+1)，计算第n秒的周波值，公式如下：

C (n) = Z (n) - 1 + [\frac{P 1 (n)}{P 2 (n - 1) + P 1 (n)} + \frac{P 2 (n)}{P 2 (n) + P 1 (n + 2)}] \times \frac{1}{f_{s}} .

2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的电力周波测量方法，其特征在于：在所述的步骤(1)中，模拟周波信号经隔离降压、电流电压变换和光耦隔离整形后输出数字周波信号。

3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的电力周波测量方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，采取北斗信号作为采样点的统计时间基准。

4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的电力周波测量方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中，各种测量所需的数值通过PLD器件来获得。

5.一种为实施如权利要求1所述的方法的基于北斗卫星的电力周波测量装置，它包括北斗卫星授时接收机、周波信号采集电路和时钟电路，其特征在于：所述的北斗卫星授时接收机、周波信号采集电路和时钟电路都与周波测量电路相连接，周波测量电路与周波计算单元相连接；所述的周波测量电路为由PLD器件实现的同步化的数字逻辑电路；所述的数字逻辑电路为：时钟信号、数字周波信号，北斗1PPS信号与单位时间内数字周波信号整周期数的累加器连接，单位时间内数字周波信号整周期数的累加器输出和北斗1PPS信号与单位时间内数字周波信号整周期数的触发器连接；时钟信号、北斗1PPS信号与数字周波信号在单位时间的起始时刻相位的累加器连接，数字周波信号在单位时间的起始时刻相位的累加器输出和数字周波信号与数字周波信号在单位时间的起始时刻相位的触发器连接；时钟信号、数字周波信号与数字周波信号在单位时间的结束时刻相位的累加器连接，数字周波信号在单位时间的结束时刻相位的累加器输出和北斗1PPS信号与数字周波信号在单位时间的结束时刻相位的触发器连接。

6.根据权利要求5所述的基于北斗卫星的电力周波测量装置，其特征在于：所述的周波信号采集电路为：模拟信号先经过互感器，互感器与电流电压变换电路相连，所述电流电压变换电路又与光耦隔离整形电路相连接。