CN102707106B - 电力次谐波数字信号源 - Google Patents
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Abstract
电力次谐波数字信号源，包括幅值单元、8位正弦波表格、乘法单元，乘法单元输出作为信号源输出波形的瞬时幅值点；一基准频率模块、倍频电路，倍频电路得到扫描频率；一16位正弦波表格，折算单元进行折算后得到一个完整周期的量化正弦波数据，一扫描单元对波形缓冲RAM中的数据进行扫描后发送至第一数/模转换单元，从而得到动态的基波模拟数据，一分频电路将扫描频率F扫描进行分频从而得到次谐波量化点的输出频率，基波模拟数据和动态次谐波模拟数据合成，形成具有次谐波的电力信号波形模拟信号，经运放组合模块进行滤波后输出谐波。本发明提供了一种具有输出次谐波功能的电力信号源产品，从而能够对电网畸变中的次谐波电能进行计量。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力次谐波数字信号源。
背景技术
目前国内较为先进的电力数字信号源，均用扫描方式读取储存器单元中正弦波（基波）波形的数据量化点，从而生成输出波形信号。储存器的波形量化点越多，则输出波形的相位调节细度越小，移相能力就越强，这是衡量电力信号源的一个主要指标。因此，一般存储器只存放一个电压正弦波波形和一个电流正弦波波形，目的是使波形的横向量化点最大化。在高精度信号源中，波形的纵向量化数据是16位的，在8位数据总线的存储器中占2个地址单元，因此，每个量化点的电压、电流波形数据总共占4个地址单元。若基波频率为F0(=50Hz),波形量化点为N量化点(为整数)，则扫描频率：
F扫描＝4×N量化点×F0
N量化点受存储器容量制约，F扫描受扫描单元最高频率制约。一般扫描单元由硬件锁相环模块组合而成，取其稳定和可靠之优点，它的最高频率一般在4MHz左右，使用时须留有适当裕量。
当N量化点=7200时， F扫描＝4×7200×50Hz＝1.44MHz
这个频率已趋进于极限，同时，锁相环的利用率已发挥到了极致。
见图1，请看基波、谐波、次谐波曲线，根据电力波形的定义，谐波的周期均小于基波，而次谐波的周期均大于基波。
（1）当电力信号源需要输出谐波时，由于一个基波周期内有若干个完整谐波波形，能真实反映谐波状态。所以可以将谐波波形的量化点与基波波形的量化点叠加，存放在波形存储器中，此时，存储器中的基波波形仍为一个，不影响基波移相的精度；
（2）当电力信号源需要输出次谐波时，由于一个基波周期内不能包含一个完整次谐波波形，不能真实反映次谐波状态。所以，若存储器中的基波波形仍为一个，则输出的次谐波将残缺；若存储器中的基波波形有若干个，且若干个基波周期正好等于一个次谐波周期，这样才能能真实反映次谐波状态。可是每个基波的N量化点将明显减少，移相精度明显减低，牺牲信号源重要指标的方法，不足取。
因此，迄今为止具有输出次谐波功能的电力信号源产品一直空白。
发明内容
鉴于目前还没有一种具有输出次谐波功能的电力信号源产品，本发明提供一种具有输出次谐波功能的电力次谐波数字信号源。
本发明解决其技术问题的技术方案是：电力次谐波数字信号源，包括：
存有幅值数据的幅值单元、存有一个完整周期次谐波的波形数据的8位正弦波表格；
一乘法单元，所述幅值单元的输出端、8位正弦波表格的输出端与所述乘法单元的输入端连接，所述乘法单元将幅值单元中的数据和8位正弦波表格中的数据进行乘法运算，作为信号源输出波形的瞬时幅值点；
一用于将高度稳定的高频基准转化成基波频率电力工频脉冲的基准频率模块；
一倍频电路，所述的基准频率模块的输出端与所述倍频电路的输入端连接，该倍频电路将基准频率模块输出的基波频率电力工频脉冲进行N量化点倍频从而得到扫描频率F扫描；
一存有1/4周期正弦基波的波形数据的16位正弦波表格；
一折算单元，所述16位正弦波表格的输出端与所述折算单元的输入端连接，所述的折算单元对16位正弦波表格输出的波形数据进行折算后得到一个完整周期的量化正弦波数据；
一波形缓冲RAM，所述折算单元的输出端与所述波形缓冲RAM的输入端连接；
一扫描单元，所述倍频电路的第一输出端与所述扫描单元的输入端连接从而将扫描频率脉冲传递给扫描单元；
一含基准输入端口的第一数/模转换单元，所述波形缓冲RAM中的输出端与所述的第一数/模转换单元连接，所述扫描单元对波形缓冲RAM中的数据进行扫描后发送至所述的第一数/模转换单元，从而得到动态的基波模拟数据；
一分频电路，所述倍频电路的第二输出端与所述的分频电路连接，所述的分频电路将扫描频率F扫描进行分频从而得到次谐波量化点的输出频率；
一传送单元，所述乘法单元的输出端以及分频电路的输出端与所述的传送单元连接；
一含基准输入端口的第二数/模转换单元，所述传送单元的输出端与所述的第二数/模转换单元连接；一硬件电压基准模块，所述硬件电压基准模块的输出端与所述第二数/模转换单元的输入端连接；所述第二数/模转换单元的输出端连接所述第一数/模转换单元的基准输入端；
传送单元接收乘法单元输入的作为信号源输出波形的瞬时幅值点，并定时传送至含基准输入端口的第二数/模转换单元，通过分频电路得出的次谐波量化点的输出频率实现次谐波波形点的定时输出；第二数/模转换单元将得到的数据在硬件电压基准模块提供的电压范围内转化为连续、实时的动态次谐波模拟数据，该信号通过第二数/模转换单元的输出端传送至第一数/模转换单元的基准输入端；
一运放组合模块，所述第一数/模转换单元的输出端与所述运放组合模块的输入端连接，所述第一数/模转换单元将数据输入端口的动态的基波模拟数据和基准输入端的动态次谐波模拟数据合成，形成具有次谐波的电力信号波形模拟信号，该信号输出至运放组合模块进行滤波后输出。
本发明的基本原理是：含有次谐波的电力信号源输出波形的合成波的周期一般远大于一个基波的周期。如果将合成波的各个顶点连起来，它合成的波，实际上就是其中的次谐波。
本发明的具体工作原理为：16位正弦波表格存放着1/4周期的正弦波，它的数据输出连接到折算单元模块的输入端，经折算得到1个完整周期的量化正弦波数据，这个数据经折算单元的输出端传送至波形缓冲RAM中，波形缓冲RAM中的数据经扫描单元的高速地址扫描，依次发送至含基准输入端口的第一数/模转换单元中，从而得到动态的基波模拟波形。
基准频率模块将高稳定度的高频基准，转化成F0（一般＝50Hz）电力工频脉冲，传送到倍频电路，倍频电路将F0进行N量化点倍频，得到的扫描频率F扫描，倍频电路的输出口与扫描单元的输入口连接，将扫描频率脉冲传递给扫描单元，从而实现基波波形的扫描任务；倍频电路另一输出口与分频电路的输入口连接，分频电路将频率F扫描进行分频，得到次谐波量化点的输出频率，该频率信号通过分频电路的输出口与传送单元的输入口连接，从而实现次谐波波形点的定时输出任务。
幅值单元的幅值数据和8位正弦波表格的波形数据，均通过其输出口与乘法单元的输入口连接，乘法单元将两个数据做乘法，作为信号源输出波形的瞬时幅值点，该幅值数据通过传送单元定时传送到含基准输入端口的第二数/模转换单元的输入端，第二数/模转换单元将得到的数据在硬件电压基准模块提供的电压范围内转化为连续、实时的次谐波模拟信号，该信号通过第二数/模转换单元的输出口传递到含基准输入端口的第一数/模转换单元的基准输入端。
第一数/模转换单元将数据输入端口的动态基波数据和基准输入端口的动态次谐波数据综合，形成具有次谐波的电力信号波形，该波形为模拟信号，通过第一数/模转换单元的输出口连接到运放组合模块，最后输出谐波；运放组合模块具有滤波和驱动功能。
本发明的有益效果在于：提供了一种具有输出次谐波功能的电力信号源产品，从而能够对电网畸变中的次谐波电能进行计量。
附图说明
图1是基波、谐波、次谐波曲线的定义图。
图2是含有次谐波的电力信号源输出波形图。
图3是本发明的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参照图3，电力次谐波数字信号源，包括：
存有幅值数据的幅值单元1、存有一个完整周期次谐波的波形数据的8位正弦波表格2；
一乘法单元3，所述幅值单元1的输出端、8位正弦波表格2的输出端与所述乘法单元3的输入端连接，所述乘法单元3将幅值单元1中的数据和8位正弦波表格2中的数据进行乘法运算，作为信号源输出波形的瞬时幅值点；
一用于将高度稳定的高频基准转化成基波频率电力工频脉冲的基准频率模块4；
一倍频电路5，所述的基准频率模块4的输出端与所述倍频电路5的输入端连接，该倍频电路5将基准频率模块4输出的基波频率电力工频脉冲进行N量化点倍频从而得到扫描频率F扫描；
一存有1/4周期正弦基波的波形数据的16位正弦波表格6；
一折算单元7，所述16位正弦波表格6的输出端与所述折算单元7的输入端连接，所述的折算单元7对16位正弦波表格输出的波形数据进行折算后得到一个完整周期的量化正弦波数据；
一波形缓冲RAM8，所述折算单元7的输出端与所述波形缓冲RAM8的输入端连接；
一扫描单元9，所述倍频电路5的第一输出端与所述扫描单元9的输入端连接从而将扫描频率脉冲传递给扫描单元9；
一含基准输入端口的第一数/模转换单元10，所述波形缓冲RAM8中的输出端与所述的第一数/模转换单元10连接，所述扫描单元9对波形缓冲RAM8中的数据进行扫描后发送至所述的第一数/模转换单元10，从而得到动态的基波模拟数据；
一分频电路11，所述倍频电路5的第二输出端与所述的分频电路11连接，所述的分频电路11将扫描频率F扫描进行分频从而得到次谐波量化点的输出频率；
一传送单元12，所述乘法单元3的输出端以及分频电路11的输出端与所述的传送单元12连接；
一含基准输入端口的第二数/模转换单元13，所述传送单元12的输出端与所述的第二数/模转换单元13连接；一硬件电压基准模块14，所述硬件电压基准模块14的输出端与所述第二数/模转换单元13的输入端连接；所述第二数/模转换单元13的输出端连接所述第一数/模转换单元10的基准输入端；
传送单元12接收乘法单元3输入的作为信号源输出波形的瞬时幅值点，并定时传送至含基准输入端口的第二数/模转换单元13，通过分频电路11得出的次谐波量化点的输出频率实现次谐波波形点的定时输出；第二数/模转换单元13将得到的数据在硬件电压基准模块14提供的电压范围内转化为连续、实时的动态次谐波模拟数据，该信号通过第二数/模转换单元13的输出端传送至第一数/模转换单元10的基准输入端；
一运放组合模块15，所述第一数/模转换单元10的输出端与所述运放组合模块15的输入端连接，所述第一数/模转换单元10将数据输入端口的动态的基波模拟数据和基准输入端的动态次谐波模拟数据合成，形成具有次谐波的电力信号波形模拟信号，该信号输出至运放组合模块15进行滤波后输出谐波。
参照图2，本发明的基本原理是：含有次谐波的电力信号源输出波形的合成波的周期一般远大于一个基波的周期。如果将合成波的各个顶点连起来，它合成的波，实际上就是其中的次谐波。
本发明的具体工作原理为：16位正弦波表格6存放着1/4周期的正弦波，它的数据输出连接到折算单元7的输入端，经折算得到1个完整周期的量化正弦波数据，这个数据经折算单元的输出端传送至波形缓冲RAM8中，波形缓冲RAM8中的数据经扫描单元9的高速地址扫描，依次发送至含基准输入端口的第一数/模转换单元10中，从而得到动态的基波模拟波形。
基准频率模块4将高稳定度的高频基准，转化成F0（一般＝50Hz）电力工频脉冲，传送到倍频电路5，倍频电路5将F0进行N量化点倍频，得到的扫描频率F扫描，倍频电路5的输出口与扫描单元10的输入口连接，将扫描频率脉冲传递给扫描单元10，从而实现基波波形的扫描任务；倍频电路5另一输出口与分频电路11的输入口连接，分频电路11将频率F扫描进行分频，得到次谐波量化点的输出频率，该频率信号通过分频电路11的输出口与传送单元12的输入口连接，从而实现次谐波波形点的定时输出任务。
幅值单元1的幅值数据和8位正弦波表格2的波形数据，均通过其输出口与乘法单元3的输入口连接，乘法单元3将两个数据做乘法，作为信号源输出波形的瞬时幅值点，该幅值数据通过传送单元12定时传送到含基准输入端口的第二数/模转换单元13的输入端，第二数/模转换单元13将得到的数据在硬件电压基准模块14提供的电压范围内转化为连续、实时的次谐波模拟信号，该信号通过第二数/模转换单元13的输出口传递到含基准输入端口的第一数/模转换单元10的基准输入端。
第一数/模转换单元10将数据输入端口的动态基波数据和基准输入端口的动态次谐波数据综合，形成具有次谐波的电力信号波形，该波形为模拟信号，通过第一数/模转换单元10的输出口连接到运放组合模块15，最后输出谐波；运放组合模块具有滤波和驱动功能。
Claims (1)
1.电力次谐波数字信号源，包括：
存有幅值数据的幅值单元、存有一个完整周期次谐波的波形数据的8位正弦波表格；
一乘法单元，所述幅值单元的输出端、8位正弦波表格的输出端与所述乘法单元的输入端连接，所述乘法单元将幅值单元中的数据和8位正弦波表格中的数据进行乘法运算，作为信号源输出波形的瞬时幅值点；
一用于将高度稳定的高频基准转化成基波频率电力工频脉冲的基准频率模块；
一倍频电路，所述的基准频率模块的输出端与所述倍频电路的输入端连接，该倍频电路将基准频率模块输出的基波频率电力工频脉冲进行N量化点倍频从而得到扫描频率F扫描；
一存有1/4周期正弦基波的波形数据的16位正弦波表格；
一折算单元，所述16位正弦波表格的输出端与所述折算单元的输入端连接，所述的折算单元对16位正弦波表格输出的波形数据进行折算后得到一个完整周期的量化正弦波数据；
一波形缓冲RAM，所述折算单元的输出端与所述波形缓冲RAM的输入端连接；
一扫描单元，所述倍频电路的第一输出端与所述扫描单元的输入端连接从而将扫描频率脉冲传递给扫描单元；
一含基准输入端口的第一数/模转换单元，所述波形缓冲RAM中的输出端与所述的第一数/模转换单元连接，所述扫描单元对波形缓冲RAM中的数据进行扫描后发送至所述的第一数/模转换单元，从而得到动态的基波模拟数据；
一分频电路，所述倍频电路的第二输出端与所述的分频电路连接，所述的分频电路将扫描频率F扫描进行分频从而得到次谐波量化点的输出频率；
一传送单元，所述乘法单元的输出端以及分频电路的输出端与所述的传送单元连接；
一含基准输入端口的第二数/模转换单元，所述传送单元的输出端与所述的第二数/模转换单元连接；一硬件电压基准模块，所述硬件电压基准模块的输出端与所述第二数/模转换单元的输入端连接；所述第二数/模转换单元的输出端连接所述第一数/模转换单元的基准输入端；
传送单元接收乘法单元输入的作为信号源输出波形的瞬时幅值点，并定时传送至含基准输入端口的第二数/模转换单元，通过分频电路得出的次谐波量化点的输出频率实现次谐波波形点的定时输出；第二数/模转换单元将得到的数据在硬件电压基准模块提供的电压范围内转化为连续、实时的动态次谐波模拟数据，该信号通过第二数/模转换单元的输出端传送至第一数/模转换单元的基准输入端；
一运放组合模块，所述第一数/模转换单元的输出端与所述运放组合模块的输入端连接，所述第一数/模转换单元将数据输入端口的动态的基波模拟数据和基准输入端的动态次谐波模拟数据合成，形成具有次谐波的电力信号波形模拟信号，该信号输出至运放组合模块进行滤波后输出谐波。
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