CN110596456A - 一种电网频率测试方法 - Google Patents

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张世权
宋晓峰
关建国
卢少标
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/175—Indicating the instants of passage of current or voltage through a given value, e.g. passage through zero
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis

Abstract

本发明属于电网监测领域，公开了一种电网频率测试方法，包括如下步骤：步骤1：通过采样电路对电网电压进行采样，采样频率M≥1*104Hz；采样时长T＞N，N为一个周波时长；步骤2：分析步骤1所采集到的数据，获取第一个过零点电压所在时间点T1，同时，从时间点T2开始获取时间点T2之后的第一个过零点电压所在时间点T3；其中，T1+0.9N＞T2＞T1+0.6N；步骤3：计算得到电网频率X，X＝1/(T3‑T1)Hz。该方法简单可靠，能够有效提高电网频率测试方法。

Description

一种电网频率测试方法
技术领域
本发明涉及电网监测领域，特别是一种电网频率测试方法。
背景技术
申请人华中科技大学于2017年申报了一项发明专利ZL 201710253941.X,其公开了一种降采样频率的电网谐波测量方法，该方法通过对电网信号进行降采样获得第一频谱，第二频谱，第三频谱以及第四频谱，且第一频谱与第二频谱的采样频率相同，第二频谱的采样起始时刻滞后第一频谱的采样起始时刻τ个采样周期，第三频谱和第四频谱的采样频率相同，第四频谱的采样起始时刻滞后第三频谱的采样起始时刻τ个采样周期。通过对第一频谱和第二频谱或第三频谱和第四频谱进行频谱冲突检测，利用未发生频谱冲突的分量重构电网信号，并更新第一频谱至第四频谱，如此循环，实现重构电网信号。可在保证谐波测量精度的同时突破Nyquist采样定理的限制，有效降低采样频率，该方法适合用于高频谐波的检测。
该方法通过采集第一频谱，第二频谱，第三频谱以及第四频谱并经过分析实现对于高频谐波的检测。
在电网监测方面，电网的精确频率的检测也是我们需要测量的一个参数。
但是由于高频谐波的存在，当基波在过零点位置时，在叠加高频谐波的情况下，会在过零点位置附近产生多个过零点，现有方法无法精准测量基波的频率。
本申请所要解决的技术问题是：如何提高电网频率的测量精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种电网频率测试方法，该方法简单可靠，能够有效提高电网频率测试方法。
本发明提供的技术方案为：一种电网频率测试方法，包括如下步骤：
步骤1：通过采样电路对电网电压进行采样，采样频率M≥1*104Hz；采样时长T＞N，N为一个周波时长；
步骤2：分析步骤1所采集到的数据，获取第一个过零点电压所在时间点T1，同时，从时间点T2开始获取时间点T2之后的第一个过零点电压所在时间点T3；其中，T1+0.9N＞T2＞T1+0.6N；
步骤3：计算得到电网频率X，X＝1/(T3-T1)Hz。
在上述的电网频率测试方法中，所述采样时长T＝2N。
在上述的电网频率测试方法中，所述采样电路包括电压互感器PT、第一电阻R1、第二电阻R2、电容C，所述电压互感器PT的一次侧和电网连接；所述电压互感器PT的二次侧的两端分别连接单片机和接地端，所述第一电阻R1和电容C并联且第一电阻R1和电容C均串联于电压互感器PT的二次侧的两端；所述电压互感器PT的二次侧和单片机之间串联第二电阻R2；所述第二电阻R2和第一电阻R1、电容C串联。
在上述的电网频率测试方法中，第一电阻R1为330Ω，第二电阻R2为1000Ω，电容C为0.01uF；电网电压经过采样电路采样，电压互感器PT二次侧地平面抬高到1.2V；电压互感器PT二次侧地平面抬高到1.2V的意思是：电压互感器PT的参考地GND1要比mcu的参考地GND2的电压高出1.2V，即GND1与GND2之间的电势差为1.2V
所述步骤2中，过零点电压判断方法为：第Y-1个采样点电压＜1.2V且第Y个采样点电压≥1.2V时，确定第Y个采样点为第一个过零点电压的采样点。
通过这种方式，可以达到如下效果：
本发明通过找到第一个过零点电压所在时间和在经过大半个周波之后的第一过零点的时间，来计算这两个时间点的时间差，可以精确的计算电网一个周波的精确时长，进而得到其频率，该方法简单可靠，测量精度高。
附图说明
图1是本发明实施例1的含有高频谐波的电网电压波形图；
图2是本发明实施例1的电路图；
图3是本发明实施例1的流程方框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1：
本方法需要经过多次电压采样，在阐述本发明的方法之前，先阐述本发明所用采样电路，当然在本领域中与本采样电路具有相同的作用的电路变化有很多，对此不作过多限制。本实施例的采样电路不作为对本发明保护范围的限制。
如图2，采样电路包括电压互感器PT、第一电阻R1、第二电阻R2、电容C，所述电压互感器PT的一次侧和电网连接；所述电压互感器PT的二次侧的两端分别连接单片机AD0和接地端，所述第一电阻R1和电容C并联且第一电阻R1和电容C均串联于电压互感器PT的二次侧的两端；所述电压互感器PT的二次侧和单片机之间串联第二电阻R2；所述第二电阻R2和第一电阻R1、电容C串联；
第一电阻R1为330Ω，第二电阻R2为1000Ω，电容C为0.01uF；电网电压经过采样电路采样，电压互感器PT二次侧地平面抬高到1.2V；
采用本采样电路，确定在过零点电压判断方法为：第Y-1个采样点电压＜1.2V且第Y个采样点电压≥1.2V时，确定第Y个采样点为第一个过零点电压的采样点。
参考图3，本发明的方法具体为：
步骤1：通过采样电路对电网电压进行采样，采样频率M＝1*104Hz；采样时长T＝2N，N为一个周波时长；
含有高频谐波的电网电压波形图如图1，高频谐波如图示标识1，基波的标识为2。
中国的电网频率为50Hz，理论的周波时长为1/50s，所以采样时长为1/25s，采样点为400个。
在实际应用中，采样点多多益善，但是基于减少计算量的目的，1*104Hz足以判断过零点电压，所以，本发明采用1*104Hz的频率采样。
步骤2：分析步骤1所采集到的数据，获取第一个过零点电压所在时间点T1，同时，从时间点T2开始获取时间点T2之后的第一个过零点电压所在时间点T3；其中，T2＞T1+0.75N；
过零点电压判断方法如上所述，在此不过多阐述；
在本实施例中，在获取第一个过零点电压所在时间点T1后，在0.015s后开始分析采样数据，直至得到时间点T2之后的第一个过零点电压所在时间点T3。
步骤3：计算得到电网频率X，X＝1/(T3-T1)Hz。
本方法简单可靠，能够快速、精准的计算一个周波时长，进而得到电网电压频率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电网频率测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：通过采样电路对电网电压进行采样，采样频率M≥1*104Hz；采样时长T＞N，N为一个周波时长；
步骤2：分析步骤1所采集到的数据，获取第一个过零点电压所在时间点T1，同时，从时间点T2开始获取时间点T2之后的第一个过零点电压所在时间点T3；其中，T1+0.9N＞T2＞T1+0.6N；
步骤3：计算得到电网频率X，X＝1/(T3-T1)Hz。
2.根据权利要求1所述的电网频率测试方法，其特征在于，所述采样时长T＝2N。
3.根据权利要求1所述的电网频率测试方法，其特征在于，所述采样电路包括电压互感器PT、第一电阻R1、第二电阻R2、电容C，所述电压互感器PT的一次侧和电网连接；所述电压互感器PT的二次侧的两端分别连接单片机和接地端，所述第一电阻R1和电容C并联且第一电阻R1和电容C均串联于电压互感器PT的二次侧的两端；所述电压互感器PT的二次侧和单片机之间串联第二电阻R2；所述第二电阻R2和第一电阻R1、电容C串联。
4.根据权利要求3所述电网频率测试方法，其特征在于，第一电阻R1为330Ω，第二电阻R2为1000Ω，电容C为0.01uF；电网电压经过采样电路采样，电压互感器PT二次侧地平面抬高到1.2V；
所述步骤2中，过零点电压判断方法为：第Y-1个采样点电压＜1.2V且第Y个采样点电压≥1.2V时，确定第Y个采样点为第一个过零点电压的采样点。
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