CN102539912B - 一种负荷监测仪的电网频率检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种负荷监测仪的电网频率检测方法，属测量领域。包括与控制模块单片机相连的频率检测模块对电网频率进行检测，其所述的频率检测模块由第一至第三电压接入电路、叠加电路和一个运放输出电路构成；第一至第三电压接入电路对三相电源的电压采样值进行放大，经叠加电路进行叠加，通过运放输出电路与参考电压端进行比较，从而得到电网的频率参数。其不仅实现了在单相电压情况下的频率检测，也可满足三相电压情况的频率检测要求，为智能电网的模块化、通用化创造了良好的先决条件，可广泛用于电力负荷监测仪的频率检测领域。
Description
技术领域
本发明属于测量领域，尤其涉及一种用于电力负荷监测的检测方法。
背景技术
随着技术的发展和产品性能的提高，在电能质量/供电管理的监测过程中，负荷监测仪的使用日益普及。
现有的负荷监测仪，通常用于电压、电流、有功功率、功率因素、视在功率、无功功率、电能、频率等参数的测量、计算和显示。
现有负荷监测仪，一般均配有强大的测量和数据处理软件，来完成各种测量参数的测量、计算和显示，尤其适用于现场电力设备以及供电线路的测量和检修。
在进行负荷监测和计量过程中，需要将被监控电网的频率参数引入到负荷监测仪的中心控制模块中，以便进行相关参数的检测、记录、运算和测量结果的存储。
现有负荷监测仪对频率参数的采集，多采用脉冲计数的方式，其通过两片采样芯片同时采集三相电压和三相电流量，通过锁相环(PLL)对所采信号频率进行同步采样，使采样频率和信号基波频率同步变化。
上述频率采集方式虽然已经广泛得到采用，但由于其需要将电网电压信号(是一个模拟量)进行数字化后(即通常所说的A/D变换)，再送入中央控制模块的单片机中，进行相应的处理和应用，且通常只能检测三相电源中某一相的频率，不能同时适应单相双线制、三相三线制和三相四线制的供电线路，需要针对被监测电网的实际具体情况来确定负荷监测仪的具体频率检测电路形式。
上述技术方案使得现有负荷监测仪产品的应用范围受到限制，不能适应现代化智能电网对测量装置“模块化”、“通用化”的要求，无形之中增加了何种监测装置和备件的种类和最低存储数量要求，也影响到电力运行管理部分的综合经济效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种负荷监测仪的电网频率检测方法，其采用电压叠加的方式进行频率检测，不仅实现了在只有单相电压情况下的频率检测，而且也可同时满足三相电压情况的频率检测。
本发明的技术方案是：提供一种负荷监测仪的电网频率检测方法，包括与控制模块单片机相连的频率检测模块对电网频率进行检测，其特征是：
所述的频率检测模块由第一至第三电压接入电路、一个叠加电路和一个运放输出电路构成；
所述第一至第三电压接入电路的输入端，与A、B、C三相电压采样端分别对应连接；
所述第一至第三电压接入电路的输出端，经过叠加电路的三个对应输入端，与运放输出电路的输入端连接；
所述运放输出电路的输出端，与控制模块单片机的I/O端口连接；
其所述的第一至第三电压接入电路对三相电源的电压采样值进行放大，经叠加电路进行叠加，通过运放输出电路与参考电压端进行比较，从而得到电网的频率参数；
其中，所述的ABC三相电压采样值经三倍放大后叠加，作为运放输出电路的正输入端；
在所述的三个电压接入运放正端前分别接上叠加电阻，三个叠加电阻的阻值至少有一项与其他两项不同。
具体的，所述的第一至第三电压接入电路为电压放大电路，其所述的电压放大电路为运放电路。
所述的叠加电路是电压叠加电路，其所述的电压叠加电路由第一至第三叠加电阻构成，所述第一至第三叠加电阻的末端并联，与运放输出电路的“正”输入端连接；所述第一至第三叠加电阻的首端，分别与第一至第三电压接入电路的输出端对应连接。
所述的运放输出电路是电压放大电路，其所述的电压放大电路是运算放大电路。
与现有技术比较，本发明的优点是：
1.将ABC三相电压采样值经三倍放大后(由图2中的U3B、U3C、U3D三个运放实现)叠加，作为运放U3A的正输入端，运放U3A的负输入端与参考电压VREF连接，这样得到的一个方波的频率就是电网的频率；
2.整个频率检测电路结构简洁，元器件少，工作稳定，便于维修，有助于降低制造和维护成本；
3.采用本技术方案不仅适用于只有单相电压的情况，而且也可满足三相电压的使用场合，使得整个频率检测模块具有了通用性。
附图说明
图1是现有负荷监测仪之功能模块的结构示意图；
图2是本技术方案中频率检测模块实施例的线路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1中，现有射频负荷监测仪主要包括电源电路、计量单元电路、频率检测电路、谐波处理、MCU核心电路(亦称中央控制模块，下同)、看门狗电路、数据存储及时钟电路、阻抗检测输出电路、485通讯电路。
由背景技术的内容可知，现有频率检测电路多为直接采用A/D变换电路来得到电网的电压变化，再进行数字化后，再送入中央控制模块的单片机中，进行相应的处理和应用，且通常只能检测三相电源中某一相的频率，不能同时适应单相双线制、三相三线制和三相四线制的供电线路，不利于模块化、通用化的现代化电网管理要求和实际工作的需要。
图2中，本技术方案包括与控制模块单片机相连的频率检测模块，其所述的频率检测模块由第一至第三电压接入电路、一个叠加电路和一个运放输出电路构成；所述第一至第三电压接入电路的输入端，与A、B、C三相电压采样端分别对应连接；所述第一至第三电压接入电路的输出端，经过叠加电路的三个对应输入端，与运放输出电路的输入端连接；所述运放输出电路的输出端，与控制模块单片机的I/O端口连接。
其所述的第一至第三电压接入电路对三相电源的电压采样值进行放大，经叠加电路进行叠加，通过运放输出电路与参考电压端进行比较，从而得到电网的频率参数。
具体的，所述的第一至第三电压接入电路为电压放大电路，上述的电压放大电路为运放电路。
其所述的叠加电路是电压叠加电路，上述的电压叠加电路由第一至第三叠加电阻构成，所述第一至第三叠加电阻的末端并联，与运放输出电路的“正”输入端连接；所述第一至第三叠加电阻的首端，分别与第一至第三电压接入电路的输出端对应连接。
其所述的运放输出电路是电压放大电路，上述的电压放大电路是运算放大电路。
更进一步的，如图所示，所述的第一电压接入电路包括第一运放U3B、第A4、第A7和第A8电阻；所述的第二电压接入电路包括第二运放U3D、第B4、第B8和第B27电阻；所述的第三电压接入电路包括第三运放U3C、第C4、第C7和第C26电阻；所述的叠加电路包括第N7、第N8、第N9和第N10电阻；所述的运放输出电路包括第四运放U3A、第N11、第76电阻和第N3和N4电容。
其中，第一运放U3B的正输入端经第A7电阻与A相采样电压端连接，其负输入端经第A8电阻与参考电压端VREF连接，第A4电阻两端与第一运放U3B的负输入端和输出端连接。
第二运放U3D的正输入端经第B27电阻与B相采样电压端连接，其负输入端经第B8电阻与参考电压端VREF连接，第B4电阻两端与第二运放U3D的负输入端和输出端连接。
第三运放U3C的正输入端经第C26电阻与C相采样电压端连接，其负输入端经第C7电阻与参考电压端VREF连接，第C4电阻两端与第三运放U3C的负输入端和输出端连接。
第一至第三运放的输出端，分别经过第N8、第N7、第N9电阻与第四运放U3A的正输入端连接，第四运放U3A的负输入端经电阻N10与参考电压端VREF连接，第四运放U3A的输出端经第76电阻输出频率信号。
第N11电阻和第N4电容的两端，与第四运放U3A的负输入端和输出端对应连接，在第四运放U3A的正输入端和地之间，串接第N3电容。
本频率检测模块用于检测电网频率信号，整个频率检测模块是通过一个运放集成电路芯片来实现的(图中的U3)。
ABC三项电压采样值经三倍放大后(由图中的U3B、U3C、U3D三个运放实现)叠加，作为运放U3A的正输入端。
三个电压接入运放正端前需要分别接上叠加电阻(RN7、RN8、RN9)，三个叠加电阻的阻值起码有一项与其他两项不同，因为如果取相同的电阻阻值的话，三线四线制的A、B、C相电压叠加结果为0，例如，A、B两相可取数十k级的阻值，C相取数百K级的阻值。
运放U3A的负输入端接参考电压VREF，其中放大倍数为2M/1.2K，所以输出端是正端电压的饱和放大值。其实其输出波形是一个方波，通过理论推导可以知道方波的频率就是电网的频率。只要检测到这个频率就可以确定电网的频率了。
本技术方案采用上述方法，不仅实现了只有一相电压情况下的频率检测，而且也可同时满足三相电压情况的频率检测要求，为智能电网的模块化、通用化创造了良好的先决条件。
本发明可广泛用于电力负荷监测仪的频率检测领域。
Claims (7)
1.一种负荷监测仪的电网频率检测方法，包括与控制模块单片机相连的频率检测模块对电网频率进行检测，其特征是：
所述的频率检测模块由第一至第三电压接入电路、一个叠加电路和一个运放输出电路构成；
所述第一至第三电压接入电路的输入端，与A、B、C三相电压采样端分别对应连接；
所述第一至第三电压接入电路的输出端，经过叠加电路的三个对应输入端，与运放输出电路的输入端连接；
所述运放输出电路的输出端，与控制模块单片机的I/O端口连接；
其所述的第一至第三电压接入电路对三相电源的电压采样值进行放大，经叠加电路进行叠加，通过运放输出电路与参考电压端进行比较，从而得到电网的频率参数；
其中，所述的ABC三相电压采样值经三倍放大后叠加，作为运放输出电路的正输入端；
在所述的三个电压接入运放正端前分别接上叠加电阻，三个叠加电阻的阻值至少有一项与其他两项不同。
2.按照权利要求1所述的负荷监测仪的电网频率检测方法，其特征是所述的第一至第三电压接入电路为电压放大电路。
3.按照权利要求2所述的负荷监测仪的电网频率检测方法，其特征是所述的电压放大电路为运放电路。
4.按照权利要求1所述的负荷监测仪的电网频率检测方法，其特征是所述的叠加电路是电压叠加电路。
5.按照权利要求4所述的负荷监测仪的电网频率检测方法，其特征是所述的电压叠加电路由第一至第三叠加电阻构成，所述第一至第三叠加电阻的末端并联，与运放输出电路的“正”输入端连接；所述第一至第三叠加电阻的首端，分别与第一至第三电压接入电路的输出端对应连接。
6.按照权利要求1所述的负荷监测仪的电网频率检测方法，其特征是所述的运放输出电路是电压放大电路。
7.按照权利要求6所述的负荷监测仪的电网频率检测方法，其特征是所述的电压放大电路是运算放大电路。
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