CN108037359B - 一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路，所述测量电路包括电压转换单元、基准源单元、有源滤波单元、比较电路单元和数据计算单元；所述电压转换单元与有源滤波单元连接，所述有源滤波单元与比较电路单元连接，所述比较电路单元与数据计算单元连接，所述基准源单元分别与所述有源滤波单元和比较电路单元连接。本发明采用硬件滤波的形式，将电网中工频两侧的频率信息滤除，得到稳定的模拟信号，通过平均计算得到电网频率值。可大大减少CPU的计算量，也能有效的消除间谐波，闪变影响。

Description

一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路
技术领域
本发明涉及电力计量、智能表计量和测量领域，特别涉及一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路。
背景技术
电网频率是电能质量的重要指标，需要准确的测量，电网频率也是各种电力设备安全稳定运行的重要测量数据。由于用电设施的多样性，电网负载变化的复杂性，往往存在闪变、谐波和间谐波等不良影响，对电网频率测量的准确度存在较大影响，对电力设备正常运行造成干扰，或者破坏。电网频率也是计算闪变、谐波和间谐波等电能质量参数的重要依据，电网频率测量不准确，会导致电能质量参数计算不准确。因此，测量准确的频率值是重要因素，频率的准确测量也越来越被人们所关注。
现有技术是通过AD(模数转换器)，采集电网电压的模拟信号，对采集数据进行复杂的数学计算，及运用多种软件算法，完成频率测量。其会大大的增加CPU的计算量，适用环境也有一定的局限性。现有硬件频率测量，通过过零检测电路实现电网频率测量，其在间谐波，闪变影响下，会造成波形过零点检测不准确，造成频率测量偏差。
发明内容
本发明为了解决现有的技术问题，而提出一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路，所述测量电路包括电压转换单元、基准源单元、有源滤波单元、比较电路单元和数据计算单元；所述电压转换单元与有源滤波单元连接，所述有源滤波单元与比较电路单元连接，所述比较电路单元与数据计算单元连接，所述基准源单元分别与所述有源滤波单元和比较电路单元连接。
进一步地，所述电压转换单元包括电压型电压互感器和偏置电路，所述基准源单元包括基准源电压；所述电压型电压互感器将电网电压转换为系统可识别的电压信号，所述偏置电路将电压型电压互感器采样的以GND为基准的电网电压抬升到以基准源电压为基准。
进一步地，所述有源滤波单元为八阶带通滤波器，所述八阶带通滤波器包括第一运放器和第二运放器，所述电压转换单元的输出信号输出到所述第一运放器，所述第一运放器的输出信号经第二运放器输出到比较电路单元。
进一步地，所述八阶带通滤波器还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；电压转换单元的输出信号作为八阶带通滤波器的输入信号与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电阻R5、电容C1和电容C3的一端连接，所述电阻R5的另一端接地，所述电容C1的另一端分别与电阻R1和电阻R4的一端连接，所述电容C1的另一端还与第一运放器的OUTA端口连接，所述电容C3的另一端即与电阻R1的另一端连接又与第一运放器的-INA端口连接，所述电阻R4的另一端分别与电阻R6、电容C2和电容C4的一端连接连接，所述电阻R6的另一端接地，所述电容C4的另一端分别接电阻R2的一端以及第一运放器的-INB端口，所述电阻R2的另一端接第一运放器的OUTB端口，所述第一运放器的V-端口接地，所述第一运放器的V+端口接AVCC，所述第一运放器的+INA端口和+INB端口接基准源电压REF，所述电阻R2的另一端还与中间输出端BandPass4_8连接，所述电容C2的另一端与中间输出端BandPass4_8连接，中间输出端BandPass4_8输出信号作为输入信号与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与电阻R10、电容C6和电容C7的一端连接，所述电阻R10的另一端接地，所述电容C6的另一端分别与电阻R7和电阻R11的一端连接，所述电容C6的另一端还与第二运放器的OUTA端口连接，所述电容C7的另一端即与电阻R7的另一端连接又与第二运放器的-INA端口连接，所述电阻R11的另一端分别与电阻R12、电容C5和电容C8的一端连接，所述电阻R12的另一端接地，所述电容C8的另一端分别接电阻R8的一端以及第二运放器的-INB端口，所述电阻R8的另一端接第二运放器的OUTB端口，所述第二运放器的V-端口接地，所述第二运放器的V+端口接AVCC，所述第二运放器的+INA端口和+INB端口接基准源电压REF，所述电阻R8的另一端还与输出端连接，所述电容C5的另一端与输出端连接；所述输出端输出电压信号到比较电路单元。
进一步地，所述电阻R1和电阻R2取值均为1M，所述电阻R3、电阻R4、电阻R9和电阻R11取值均为240K，所述电阻R5和电阻R6取值均为10K，所述电阻R7和电阻R8取值均为1M5，所述电阻R10和电阻R12取值均为7K5，所述电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C8取值均为33nF,所述电容C6和电容C7取值均为27nF。
进一步地，所述比较电路单元为电压比较器，所述电压比较器由一个运算放大器组成；所述有源滤波单元的输出信号经电压比较器输出方波信号到数据计算单元；所述电压比较器的参考电压为基准源电压。
进一步地，所述数据计算单元对方波信号进行采集，计算方波两个上升沿的时间差，通过公式f＝1/△t得出频率，测得电网频率。
本发明具有以下技术优点：
1、本发明采用硬件滤波的形式，消除电网中的闪变和间谐波信息，得到稳定的电网频率信号，通过平均计算得到电网频率。能有效的消除间谐波，闪变对频率测量的影响。
2、只依靠硬件电路滤波，不通过ADC采样，就能够得到连续的，稳定的电网频率信号。通过平均计算得到电网频率。
3、通过平均计算得到电网频率，没有复杂的算法，可大大减少CPU的计算量。
附图说明
图1为一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路的功能单元框图；
图2为八阶带通滤波器结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了提高频率测量精度，消除闪变和间谐波对频率测量的干扰，减少CPU的计算量，本发明提出一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路。该电路能够实现对电网频率的准确测量，消除闪变和间谐波的干扰。
结合图1，一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路，所述测量电路包括电压转换单元、基准源单元、有源滤波单元、比较电路单元和数据计算单元；所述电压转换单元与有源滤波单元连接，所述有源滤波单元与比较电路单元连接，所述比较电路单元与数据计算单元连接，所述基准源单元分别与所述有源滤波单元和比较电路单元连接。
所述电压转换单元包括电压型电压互感器和偏置电路，所述基准源单元包括基准源电压；所述电压型电压互感器将电网电压(220V)转换为系统可识别的电压信号(1.45V)，所述偏置电路将电压型电压互感器采样的以GND为基准的电网电压抬升到以基准源电压为基准。
结合图2，所述有源滤波单元为八阶带通滤波器，所述八阶带通滤波器包括第一运放器和第二运放器，所述电压转换单元的输出信号输出到所述第一运放器，所述第一运放器的输出信号经第二运放器输出到比较电路单元。所述八阶带通滤波器对电压信号滤波，将闪变间谐波的干扰消除，输出稳定的电压信号，其滤波中心频率为50Hz，带宽-3dB为8Hz，带阻-40dB为34Hz。所述第一运放器和第二运放器选用AD8657或LM2904。
所述八阶带通滤波器还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；电压转换单元的输出信号作为八阶带通滤波器的输入信号与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电阻R5、电容C1和电容C3的一端连接，所述电阻R5的另一端接地，所述电容C1的另一端分别与电阻R1和电阻R4的一端连接，所述电容C1的另一端还与第一运放器的OUTA端口连接，所述电容C3的另一端即与电阻R1的另一端连接又与第一运放器的-INA端口连接，所述电阻R4的另一端分别与电阻R6、电容C2和电容C4的一端连接连接，所述电阻R6的另一端接地，所述电容C4的另一端分别接电阻R2的一端以及第一运放器的-INB端口，所述电阻R2的另一端接第一运放器的OUTB端口，所述第一运放器的V-端口接地，所述第一运放器的V+端口接AVCC，所述第一运放器的+INA端口和+INB端口接基准源电压REF，所述电阻R2的另一端还与中间输出端BandPass4_8连接，所述电容C2的另一端与中间输出端BandPass4_8连接，中间输出端BandPass4_8输出信号作为输入信号与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与电阻R10、电容C6和电容C7的一端连接，所述电阻R10的另一端接地，所述电容C6的另一端分别与电阻R7和电阻R11的一端连接，所述电容C6的另一端还与第二运放器的OUTA端口连接，所述电容C7的另一端即与电阻R7的另一端连接又与第二运放器的-INA端口连接，所述电阻R11的另一端分别与电阻R12、电容C5和电容C8的一端连接，所述电阻R12的另一端接地，所述电容C8的另一端分别接电阻R8的一端以及第二运放器的-INB端口，所述电阻R8的另一端接第二运放器的OUTB端口，所述第二运放器的V-端口接地，所述第二运放器的V+端口接AVCC，所述第二运放器的+INA端口和+INB端口接基准源电压REF，所述电阻R8的另一端还与输出端连接，所述电容C5的另一端与输出端连接；所述输出端输出电压信号到比较电路单元。
所述电阻R1和电阻R2取值均为1M，所述电阻R3、电阻R4、电阻R9和电阻R11取值均为240K，所述电阻R5和电阻R6取值均为10K，所述电阻R7和电阻R8取值均为1M5，所述电阻R10和电阻R12取值均为7K5，所述电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C8取值均为33nF,所述电容C6和电容C7取值均为27nF。
所述比较电路单元为电压比较器，所述电压比较器由一个运算放大器组成；所述有源滤波单元的输出信号经电压比较器输出方波信号到数据计算单元；所述电压比较器的参考电压为基准源电压。
所述数据计算单元对方波信号进行采集，计算方波两个上升沿的时间差，通过公式f＝1/△t得出频率，测得电网频率。
本发明采用硬件滤波的形式，将电网中工频两侧的频率信息滤除，得到稳定的模拟信号，通过平均计算得到电网频率值。可大大减少CPU的计算量，也能有效的消除间谐波，闪变影响。
以上对本发明所提供的一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种消除闪变和间谐波干扰的电网频率测量电路，其特征在于：所述测量电路包括电压转换单元、基准源单元、有源滤波单元、比较电路单元和数据计算单元；所述电压转换单元与有源滤波单元连接，所述有源滤波单元与比较电路单元连接，所述比较电路单元与数据计算单元连接，所述基准源单元分别与所述有源滤波单元和比较电路单元连接，
其中，所述电压转换单元包括电压型电压互感器和偏置电路，所述基准源单元包括基准源电压；所述电压型电压互感器将电网电压转换为系统可识别的电压信号，所述偏置电路将电压型电压互感器采样的以GND为基准的电网电压抬升到以基准源电压为基准，
所述有源滤波单元为八阶带通滤波器，所述八阶带通滤波器包括第一运放器和第二运放器，所述电压转换单元的输出信号输出到所述第一运放器，所述第一运放器的输出信号经第二运放器输出到比较电路单元，
其中，所述八阶带通滤波器还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；电压转换单元的输出信号作为八阶带通滤波器的输入信号与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电阻R5、电容C1和电容C3的一端连接，所述电阻R5的另一端接地，所述电容C1的另一端分别与电阻R1和电阻R4的一端连接，所述电容C1的另一端还与第一运放器的OUTA端口连接，所述电容C3的另一端即与电阻R1的另一端连接又与第一运放器的-INA端口连接，所述电阻R4的另一端分别与电阻R6、电容C2和电容C4的一端连接连接，所述电阻R6的另一端接地，所述电容C4的另一端分别接电阻R2的一端以及第一运放器的-INB端口，所述电阻R2的另一端接第一运放器的OUTB端口，所述第一运放器的V-端口接地，所述第一运放器的V+端口接AVCC，所述第一运放器的+INA端口和+INB端口接基准源电压(REF)，所述电阻R2的另一端还与中间输出端(BandPass4_8)连接，所述电容C2的另一端与中间输出端(BandPass4_8)连接，中间输出端(BandPass4_8)输出信号作为输入信号与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与电阻R10、电容C6和电容C7的一端连接，所述电阻R10的另一端接地，所述电容C6的另一端分别与电阻R7和电阻R11的一端连接，所述电容C6的另一端还与第二运放器的OUTA端口连接，所述电容C7的另一端即与电阻R7的另一端连接又与第二运放器的-INA端口连接，所述电阻R11的另一端分别与电阻R12、电容C5和电容C8的一端连接，所述电阻R12的另一端接地，所述电容C8的另一端分别接电阻R8的一端以及第二运放器的-INB端口，所述电阻R8的另一端接第二运放器的OUTB端口，所述第二运放器的V-端口接地，所述第二运放器的V+端口接AVCC，所述第二运放器的+INA端口和+INB端口接基准源电压(REF)，所述电阻R8的另一端还与输出端连接，所述电容C5的另一端与输出端连接；所述输出端输出电压信号到比较电路单元。
2.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于：所述电阻R1和电阻R2取值均为1M，所述电阻R3、电阻R4、电阻R9和电阻R11取值均为240K，所述电阻R5和电阻R6取值均为10K，所述电阻R7和电阻R8取值均为1M5，所述电阻R10和电阻R12取值均为7K5，所述电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C8取值均为33nF,所述电容C6和电容C7取值均为27nF。
3.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于：所述比较电路单元为电压比较器，所述电压比较器由一个运算放大器组成；所述有源滤波单元的输出信号经电压比较器输出方波信号到数据计算单元；所述电压比较器的参考电压为基准源电压。
4.根据权利要求3所述的测量电路，其特征在于：所述数据计算单元对方波信号进行采集，计算方波两个上升沿的时间差，通过公式f＝1/Δt得出频率，测得电网频率。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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