CN108957174B - 一种电压暂降检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电压暂降检测装置及方法，通过采用测频、M倍频，实行了频率跟踪采样，保证每一周期内获取相同的整数个采样点数，提高了电压计算精度，由于每采样一个数据即进行电压暂降的监测计算，从而实现了电压暂降特征量的快速、准确监测，提高了监测精度和响应速率。
Description
技术领域
本发明涉及电能质量检测领域，特别是针对电力系统出现电压暂降现象，对其进行精确的检测。
背景技术
电压暂降是电力系统不可避免的电能质量扰动事件，被认为是最严重的电能质量问题。安装电能质量监测装置是获取电压暂降信息，进行相关问题分析的重要手段。电能质量的指标—电压和频率若偏离正常水平过大，会给发电、输变电和用电带来不同程度的危害。电力系统中，一般为了节省测频回路，频率的测量传统上都是利用电压的采样瞬时值来计算频率，这种方法由于采样精度和谐波的原因，虽然采用了各种补偿措施，实际测量精度仍然不能满足像自动准同期等以频率或频差作为动作判据的装置的要求。当被测信号频率变化时会带来较大的测量误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种对电压暂降信号进行检测的装置，提高电压暂降检测的精度。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种电压暂降检测装置，包括，
信号隔离模块，与外部被监测信号相连接，用于对连续电压信号按一定的时间间隔采集相应的瞬时值，并将采集的瞬时值分别送到滤波整形模块和信号调理模块；
滤波整形模块，用于对信号隔离模块送来的信号进行低通滤波，然后整形为方波，滤波整形后结果分别送到测频模块和M倍频模块；
测频模块，测量每个周期时间内方波信号的脉冲个数，以测量被测信号的频率，该频率用于对每个周期内的数据采样点数进行计数或进行软件倍频；
M倍频模块，根据滤波整形模块传送过来方波信号，对被测信号进行锁相倍频，产生为被测信号M倍频的脉冲信号，以保证每一信号周期内获取M个采样点，M倍频模块具有两路输出，第一路输出的脉冲信号控制A/D转换模块的采样，使每个被测信号周期内对信号采样M点，第二路输出的脉冲信号送至计数器；
计数器，计数器有两个输入信号，其中来自于测频模块的输入信号用于对计数器清零，根据来自于M倍频模块的输入信号，该计数器实现对M倍频模块的脉冲计数，计算后结果输送至整周期序列绝对值窗，以指明数据存放的位置；
信号调理模块，对信号隔离模块采集的电压信号进行调理，从而变成A/D转换模块可识别的信号，然后将调理后的电压信号送至A/D转换模块；
A/D转换模块，以M倍频模块传送的脉冲启动采样，将信号调理模块传送过来的模拟信号转化为数字信号，并把转换得到的数字信号送至绝对值计算模块；
绝对值计算模块，用于对A/D转换部分的数据进行绝对值计算，并将计算结果送到整周期序列绝对值窗；
整周期序列绝对值窗，以计数器传送的数据作为地址指针，将绝对值计算模块传过来的采样绝对值存放在绝对值计算模块对应的位置；
结果计算模块，用于分别计算整周期序列绝对值窗前半窗和后半窗的平均值以及前半窗与后半窗对应时刻采样点的差值；
结果显示单元，用于显示结果计算模块的计算结果。
本发明还提供了一种电压暂降检测方法，包括如下步骤，
1)由信号隔离模块对外部连续的电压信号进行隔离，同时信号隔离模块按一定的时间间隔采集相应的瞬时值，并将采集的瞬时值分别送到滤波整形模块和信号调理模块；
2)由滤波整形模块对信号隔离模块送来的信号进行低通滤波，然后整形为方波，滤波整形后结果分别送到测频模块和M倍频模块；
3)由测频模块接收来自滤波整形模块滤波整形后的方波，测量每个周期时间内方波信号的脉冲个数，计算被测信号频率，然后分两路输出，第一路输出至M倍频模块，第二路输出至计数器；
4)M倍频模块将滤波整形模块传来的方波信号进行倍频，产生的脉冲信号频率为被测信号的M倍频的脉冲信号，然后分两路输出，第一路输出的脉冲信号控制A/D转换模块的采样，第二路输出的脉冲信号送至计数器；
5)计数器对M倍频模块的脉冲信号进行计数，并在整形信号的下降沿清零，这样，其计数值在每个被测信号周期内从0-(M-1)变化，其值送至整周期序列绝对值窗，用于指明采样值存放的位置；
6)由信号调理模块对被测电压信号进行消抖、滤波、平移，并将其转换为A/D口可识别的信号，调理后的电压信号送至A/D转换模块；
7)A/D转换模块在M倍频模块启动下进行数据转换，将信号调理模块传送过来的模拟信号转化为数字信号，并把转换得到的数字信号送至绝对值计算模块；
8)绝对值计算对A/D转换模块的数据进行绝对值计算，并将计算结果送到整周期序列绝对值窗；
9)整周期序列绝对值窗内有M个存储单元，对应地址为0-(M-1)，以计数器传送的数据作为地址指针，将绝对值计算模块传过来的采样绝对值存放在绝对值计算模块对应的存储单元；
10)结果计算模块循环接收来自整周期序列绝对值窗一个周期的值，每接收一个周期的值进行一次差值和平均值计算；
11)由结果显示单元显示测量结果。
优选的，步骤10)中，一个周期采样M个点，对于前半窗:
差值为
ΔUu-DN-DN+M/2
平均值为
对于后半窗：
差值为
ΔUd＝DN-DN-M/2
平均值为
优选的，当ΔUu＝0或ΔUd＝0或
时，表明电压信号稳定无暂降；当|ΔUu|＞ε或|ΔUd|＞ε或
时，表明发生电压暂降。
本发明与传统的方法相比，由于通过采用测频、M倍频，实行了频率跟踪采样，保证每一周期内获取相同的整数个(M)采样点数，提高了电压计算精度，由于每采样一个数据即进行电压暂降的监测计算，从而实现了电压暂降特征量的快速、准确监测，提高了监测精度和响应速率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本发明电压暂降检测装置原理框图。
具体实施方式
实施例一，如图1所示，本发明提供了一种电压暂降检测装置，包括：
信号隔离模块1，与外部被监测信号相连接，用于对连续电压信号按一定的时间间隔采集相应的瞬时值，并将采集的瞬时值分别送到滤波整形模块和信号调理模块；采样时间间隔等于一个周期的时间除以M，M>＝64。
滤波整形模块2，用于对信号隔离模块送来的信号进行低通滤波，然后整形为方波，滤波整形后结果分别送到测频模块和M倍频模块；
测频模块3，测量每个周期时间内方波信号的脉冲个数，以测量被测信号的频率，该频率用于对每个周期内的数据采样点数进行计数或进行软件倍频；
M倍频模块4，根据滤波整形模块传送过来方波信号，对被测信号进行锁相倍频，产生为被测信号M倍频的脉冲信号，以保证每一信号周期内获取M个采样点，M倍频模块具有两路输出，第一路输出的脉冲信号控制A/D转换模块的采样，使每个被测信号周期内对信号采样M点，第二路输出的脉冲信号送至计数器；
计数器5，计数器有两个输入信号，其中来自于测频模块的输入信号用于对计数器清零，根据来自于M倍频模块的输入信号，该计数器实现对M倍频模块的脉冲计数，计算后结果输送至整周期序列绝对值窗，以指明数据存放的位置；
信号调理模块6，对信号隔离模块采集的电压信号进行调理，从而变成A/D转换模块可识别的信号，然后将调理后的电压信号送至A/D转换模块；
A/D转换模块7，以M倍频模块传送的脉冲启动采样，将信号调理模块传送过来的模拟信号转化为数字信号，并把转换得到的数字信号送至绝对值计算模块；
绝对值计算模块8，用于对A/D转换部分的数据进行绝对值计算，并将计算结果送到整周期序列绝对值窗；
整周期序列绝对值窗9，以计数器传送的数据作为地址指针，将绝对值计算模块传过来的采样绝对值存放在绝对值计算模块对应的位置；例如计数器传送计数1、2、3……,而采样绝对值依次存放到1、2、3……对应位置。
结果计算模块10，用于分别计算整周期序列绝对值窗前半窗和后半窗的平均值以及前半窗与后半窗对应时刻采样点的差值；
结果显示单元11，用于显示结果计算模块的计算结果。
其中，信号隔离部信号隔离模块1由测量变压器和运算放大器(LM358)组成。滤波整形模块2由运算放大器(TL082)与相应电阻实现。测频模块3为ARM芯片(LPC1778)内部软件。M倍频模块4由锁相环(CD4046)和分频电路(CD4024)组成，本实施例方案中实现了32倍频，当然，M倍频模块4也可由FPGA实现或由软件实现。计数器5由ARM内部的软件功能实现。信号调理模块6由运算放大器(LM358)组成。A/D转换模块7由ADS8332完成。绝对值计算模块8由软件功能实现。整周期序列绝对值窗9为ARM内部的一片存储区域。结果计算模块10由软件功能实现。结果显示单元显示11与人机接口部分采用触摸屏(DMT48270)。
此外，在本实施例中，还设计有通信电路，用于与其它计算机系统交互传送检测结果与波形。
另外，本发明还提供了一种电压暂降检测方法，该方法具体步骤如下：
1)由信号隔离模块1对外部连续的电压信号进行隔离，其结果送至滤波整形模块2和信号调理模块6；
2)滤波整形模块2将信号隔离模块1送来的数据进行低通滤波，然后整形为方波，将结果送至测频模块3和M倍频模块4；
3)测频模块3接收来自滤波整形模块2滤波整形后的方波，测量每个周期时间内方波信号的脉冲个数，计算被测信号频率，并清零计数器5的值；
4)M倍频模块4将滤波整形模块2传来的方波信号进行倍频，产生的脉冲信号频率为被测信号的M倍用于启动A/D转换模块7，保证每一信号周期内获取M个采样点，并将M倍频信号送至计数器5，进行增1计数；
5)计数器5对M倍频模块4的脉冲信号进行计数，并在整形信号的下降沿清零，这样，其计数值在每个被测信号周期内从0-(M-1)变化，其值送至整周期序列绝对值窗9，用于指明采样值存放的位置；
6)信号调理模块6对被测电压信号进行消抖、滤波、平移，并将其转换为标准信号，即对采集的电压信号进行硬件上的定标，变成A/D口可识别的信号，将调理后的电压信号送至A/D转换模块7；
7)A/D转换模块7以M倍频模块启动下进行数据转换，将信号调理模块6中模拟信号转化为数字信号，并把数字信号送至绝对值计算模块8，以便于系统的数据处理；
8)绝对值计算模块8将A/D转换模块7送来的数据进行绝对值计算，即
Di＝|Ui|
其中，i为计数器5的值，i＝0…M-1；Ui为对应点的采样值。
计算结果送整周期序列绝对值窗9；
9)整周期序列绝对值窗9内有M个存储单元，对应地址为0-(M-1)，用于按计数器的值作为指针将采样到的绝对值存入对应的存储单元；
10)结果计算模块10循环接收来自整周期序列绝对值窗一个周期的值，每接收一个周期的值进行一次差值和平均值计算，即先计算前半窗与后半窗对应位置电压信号的差值以及前半窗电压信号的平均值，再计算后半窗与前半窗对应位置电压信号的差值以及后半窗电压信号的平均值。
11)结果显示单元11用于显示测量结果。
所述方法中，步骤10)中，一个周期采样M个点，前半窗:
差值为
ΔUu=DN-DN+M/2
平均值为
后半窗：
差值为
ΔUd＝DN-DN-M/2
平均值为
DN为采样绝对值，
当ΔUu＝0或ΔUd＝0或
时，表明电压信号稳定无暂降；当|ΔUu|＞ε或|ΔUd|＞ε或
时，表明发生电压暂降，ε′、ε1预先设定，表示判定电压暂降的阈值。本方法每采样一个数据，即进行上述计算，可知，当发生电压暂降时，在1/M个被测信号周期内即可检测出电压暂降现象。
本发明采用M倍频采样触发电路的方法，可以保证每一信号周期内获取相同的采样点数，提高计算精度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (3)
1.一种电压暂降检测装置，其特征在于包括，
信号隔离模块，与外部被监测信号相连接，用于对连续电压信号按一定的时间间隔采集相应的瞬时值，并将采集的瞬时值分别送到滤波整形模块和信号调理模块；
滤波整形模块，用于对信号隔离模块送来的信号进行低通滤波，然后整形为方波，滤波整形后结果分别送到测频模块和M倍频模块；
测频模块，测量每个周期时间内方波信号的脉冲个数，以测量被测信号的频率，该频率用于对每个周期内的数据采样点数进行计数或进行软件倍频；
M倍频模块，根据滤波整形模块传送过来方波信号，对被测信号进行锁相倍频，产生为被测信号M倍频的脉冲信号，以保证每一信号周期内获取M个采样点，M倍频模块具有两路输出，第一路输出的脉冲信号控制A/D转换模块的采样，使每个被测信号周期内对信号采样M点，第二路输出的脉冲信号送至计数器；
计数器，计数器有两个输入信号，其中来自于测频模块的输入信号用于对计数器清零，根据来自于M倍频模块的输入信号，该计数器实现对M倍频模块的脉冲计数，计数后结果输送至整周期序列绝对值窗，以指明数据存放的位置；
信号调理模块，对信号隔离模块采集的电压信号进行调理，从而变成A/D转换模块可识别的信号，然后将调理后的电压信号送至A/D转换模块；
A/D转换模块，以M倍频模块传送的脉冲启动采样，将信号调理部分传送过来的模拟信号转化为数字信号，并把转换得到的数字信号送至绝对值计算模块；
绝对值计算模块，用于对A/D转换部分的数据进行绝对值计算，并将计算结果送到整周期序列绝对值窗；
整周期序列绝对值窗，以计数器传送的数据作为地址指针，将绝对值计算模块传过来的采样绝对值存放在绝对值计算模块对应的位置；
结果计算模块，用于分别计算整周期序列绝对值窗前半窗和后半窗的平均值以及前半窗与后半窗对应时刻采样点的差值；
一个周期采样M个点，对于前半窗:
差值为
ΔUu＝DN-DN+M/2
平均值为
对于后半窗：
差值为
ΔUd＝DN-DN-M/2
平均值为
其中，DN为采样绝对值，ΔUu为前半窗差值，
为前半窗平均值，ΔUd为后半窗差值，
为后半窗平均值；
结果显示单元，用于显示结果计算模块的计算结果。
2.一种电压暂降检测方法，其特征在于包括如下步骤，
1)由信号隔离模块对外部连续的电压信号进行隔离，同时信号隔离模块按一定的时间间隔采集相应的瞬时值，并将采集的瞬时值分别送到滤波整形模块和信号调理模块；
2)由滤波整形模块对信号隔离模块送来的信号进行低通滤波，然后整形为方波，滤波整形后结果分别送到测频模块和M倍频模块；
3)由测频模块接收来自滤波整形模块滤波整形后的方波，测量每个周期时间内方波信号的脉冲个数，计算被测信号频率，然后输出至计数器；
4)M倍频模块将滤波整形模块传来的方波信号进行倍频，产生的脉冲信号频率为被测信号的M倍频的脉冲信号，然后分两路输出，第一路输出的脉冲信号控制A/D转换模块的采样，第二路输出的脉冲信号送至计数器；
5)计数器对M倍频模块的脉冲信号进行计数，并在整形信号的下降沿清零，这样，其计数值在每个被测信号周期内从0-(M-1)变化，其值送至整周期序列绝对值窗，用于指明采样值存放的位置；
6)由信号调理模块对被测电压信号进行消抖、滤波、平移，并将其转换为A/D转换模块可识别的信号，调理后的电压信号送至A/D转换模块；
7)A/D转换模块在M倍频模块启动下进行数据转换，将信号调理部分传送过来的模拟信号转化为数字信号，并把转换得到的数字信号送至绝对值计算模块；
8)绝对值计算模块对A/D转换模块的数据进行绝对值计算，并将计算结果送到整周期序列绝对值窗；
9)整周期序列绝对值窗内有M个存储单元，对应地址为0-(M-1)，以计数器传送的数据作为地址指针，将绝对值计算模块传过来的采样绝对值存放在绝对值计算模块对应的存储单元；
10)结果计算模块循环接收来自整周期序列绝对值窗一个周期的值，每接收一个周期的值进行一次差值和平均值计算；
一个周期采样M个点，对于前半窗:
差值为
ΔUu＝DN-DN+M/2
平均值为
对于后半窗：
差值为
ΔUd＝DN-DN-M/2
平均值为
11)由结果显示单元显示测量结果。
3.根据权利要求2所述的一种电压暂降检测方法，其特征在于，当ΔUu＝0或ΔUd＝0或
时，表明电压信号稳定无暂降；当|ΔUu|＞ε或|ΔUd|＞ε或
时，表明发生电压暂降。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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