CN207662962U - 一种用于预测微电网频率的变送器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于预测微电网频率的变送器，用于解决目前尚没有能够快速获取到微电网设备的频率的测量装置或系统的技术问题。本实用新型设置了电信号采集模块、信号调理模块、数据处理模块、单片机计算模块和数据输出显示模块，在对微电网的电信号进行采集、滤波处理后，进行等间隔采样处理并获得时域离散的电信号，最后基于时域离散的电信号获取到相邻的两个半波周期内的电信号的频率，并通过单片机计算模块进行简单的线性拟合，预测得到下一个半波周期的频率并输出显示。
Description
技术领域
本实用新型涉及微电网频率测量技术领域，尤其涉及一种用于预测微电网频率的变送器。
背景技术
在电力系统中，微电网是一种包含一种或多种分布式电源及负荷的小型供配电系统，可以实现孤岛或并网运行，并网模式下接入配电网络运行，旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。由于微电网中包含的新能源发电设备较多，因此其频率的稳定性备受关注；同时，有别于传统配电网，微电网的频率需要更为快速的实时测量。
目前，尚没有能够快速获取到微电网设备的频率的测量装置或系统，因此亟需一种能够快速获取微电网的频率的装置，以便于实时了解微电网设备的频率变化情况，为微电网设备异动提供预警基础。
实用新型内容
本实用新型公开了一种用于预测微电网频率的变送器，用于解决目前尚没有能够快速获取到微电网设备的频率的测量装置或系统的技术问题。
本实用新型提供了一种用于预测微电网频率的变送器，包括：
电信号采集模块、信号调理模块、数据处理模块、单片机计算模块和数据输出显示模块；
所述电信号采集模块的输入端与微电网中的设备连接，用于采集所述微电网中的设备的电信号；
所述信号调理模块的输入端与所述电信号采集模块的输出端连接，用于过滤所述电信号中的高频干扰信号，获得滤波后的电信号；
所述数据处理模块的输入端与所述信号调理模块的输出端连接，用于将所述滤波后的电信号转换为时域离散的电信号；
所述单片机计算模块的输入端与所述数据处理模块的输出端连接，用于对所述时域离散的电信号中相邻的两个半波周期的频率进行线性拟合，并预测得到后一个半波周期的频率；
所述数据输出显示模块与所述单片机计算模块的输出端连接，用于接收所述单片机计算模块的计算结果，并显示预测得到的所述后一个半波周期的频率。
优选地，所述电信号采集模块包括：
电压信号采集电路和电流信号采集电路，用于采集所述微电网中的设备的三相电压信号和三相电流信号；
所述电压信号采集电路包括电压互感器，所述电流信号采集电路包括电流互感器。
优选地，所述信号调理模块包括低通滤波电路。
优选地，所述数据处理模块包括：采样通道、缓冲通道和等间隔采样模数转换器；
所述等间隔采样模数转换器经所述缓冲通道和采样通道与所述信号调理模块连接，用于等间隔读取所述滤波后的电信号，形成时域离散的电信号。
优选地，所述数据输出显示模块包括数码显示管。
本发明提供的用于预测微电网频率的变送器，还包括：供电电源，所述供电电源分别与所述数据处理模块和所述单片机计算模块连接，用于给所述数据处理模块和所述单片机计算模块供电。
从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：
本实用新型中设置了电信号采集模块、信号调理模块、数据处理模块、单片机计算模块和数据输出显示模块，在对微电网的电信号进行采集、滤波处理后，进行等间隔采样处理并获得时域离散的电信号，最后基于时域离散的电信号获取到相邻的两个半波周期内的电信号的频率，并通过单片机计算模块进行简单的线性拟合，预测得到下一个半波周期的频率并输出显示。其中，输出显示的频率结果为基于测量得到的两个半波周期的频率进行线性拟合所预测得到的频率，由于本实用新型中是加入了能够对所测量得到的电信号的频率进行简单的提前预测的单片机计算模块，使得所获得的频率结果更具有实时性，更能快速获得微电网设备的当前频率，有利于实时了解微电网设备的频率变化情况，为微电网设备异动提供预警基础。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种用于预测微电网频率的变送器的一个实施例的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种用于预测微电网频率的变送器的另一个实施例的结构示意图。
图示说明，1为电信号采集模块，1a为电压信号采集电路，1b为电流信号采集电路，2为信号调理模块，3为数据处理模块，4为单片机计算模块，5为数据输出显示模块，6为供电电源。
具体实施方式
本实用新型实施例公开了一种用于预测微电网频率的变送器，解决了目前尚没有能够快速获取到微电网设备的频率的测量装置或系统的技术问题。
请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种用于预测微电网频率的变送器的一个实施例的结构示意图。
本实用新型实施例中提供的一种用于预测微电网频率的变送器的一个实施例包括：
电信号采集模块1、信号调理模块2、数据处理模块3、单片机计算模块4和数据输出显示模块5；电信号采集模块1的输入端与微电网中的设备连接，用于采集微电网中的设备的电信号；信号调理模块2的输入端与电信号采集模块1的输出端连接，用于过滤电信号中的高频干扰信号，获得滤波后的电信号；数据处理模块3的输入端与信号调理模块2的输出端连接，用于将滤波后的电信号转换为时域离散的电信号；单片机计算模块4的输入端与数据处理模块3的输出端连接，用于对时域离散的电信号中相邻的两个半波周期的频率进行线性拟合，并预测得到后一个半波周期的频率；数据输出显示模块5与单片机计算模块4的输出端连接，用于接收单片机计算模块4的计算结果，并显示预测得到的后一个半波周期的频率。其中，单片机计算模块4具体可以采用数字处理能力较强的数字信号处理器(DigitalSignal Processing，DSP)。
请参阅图2，图2为本实用新型实施例提供的一种用于预测微电网频率的变送器的另一个实施例的结构示意图。
进一步地，电信号采集模块1包括：电压信号采集电路1a和电流信号采集电路1b，用于采集微电网中的设备的三相电压信号和三相电流信号。电压信号采集电路1a包括电压互感器，电流信号采集电路1b包括电流互感器，即电信号采集模块1通过互感器实现电信号的采集。需要说明的是，电信号采集模块1还用于将采集得到的电信号通过比例运放电路转变为模拟量电信号，再输入到信号调理模块2中进行处理。
其中，信号调理模块2包括低通滤波电路，通过RC低通滤波环节可以实现对微电网中高频干扰信号的过滤。
具体的，数据处理模块3包括：采样通道、缓冲通道和等间隔采样模数转换器；等间隔采样模数转换器经缓冲通道和采样通道与信号调理模块2连接，用于等间隔读取滤波后的电信号，即每两次采样之间的时间间距相等，形成时域离散的电信号。
进一步地，数据输出显示模块5包括数码显示管。其中，数据输出显示模块5包含数据输出模块及数码显示管，数据输出采用4～20mA标准输出，输出范围在49.5HZ～50.5HZ，超出范围按照边界值输出。数码显示管可以为多段设计的数码管，按照实时数据进行实时刷新。
进一步地，本发明提供的用于预测微电网频率的变送器，还包括：供电电源6，供电电源6分别与数据处理模块3和单片机计算模块4连接，用于给数据处理模块3和单片机计算模块4供电。
为了便于理解，以下将对单片机计算模块进行运算的过程进行详细描述。
具体的，首先由电信号采集模块采集得到两个相邻的半波周期的频率。记测得的第一个半周波频率为f1，并以此频率作为第一个半周波范围内任意时刻的频率，即认定第一个半周波频率恒为f1；记第二个半周波频率为f2，并以此频率作为第二个半周波范围内任意时刻的频率，即认定第二个半周波频率恒为f2；考虑到频率变化是有趋势的，因此使用线性拟合公式对其进行拟合，公式为y(t)＝at+b，t1为第一个半周波的时间，t2为第二个半周波的时间，分别代入两个点(t1,f1)，(t1+t2,f2)，求得a＝(f2-f1)/t2，b＝(2*t2*f1-t1*f2)/t2，则公式变为y(t)＝(f2-f1)/t2*t+(2*t2*f1-t1*f2)/t2，时间t的实时取值为t1+t2+fs/(n-1)，其中n为第二个半波计数终止后第三个半波开始计数后的计数器实时计数值。
需要说明的是，在新一个半波结束后(如第二半波之后的第三半波)，更新所测得的频率并刷新测量。在第三个半波周期没有结束前，第三个半波周期的测量结果是通过使用线性拟合公式进行拟合预测所得的，而在第三半波出现过零点结束后，使用实际测量的值作为该时刻的频率测量值，即利用实际测量得到的频率值取代之前预测得到的结果值。在下一时刻来临前，将前述的第二个半波为下一计算周期的第一个半波，第三个半波为下一计算周期的第二个半波，更新线性拟合公式，并继续按照更新后的线性拟合公式计算下一个半波的实时频率，以此类推，可以进行半波周期的预测。
本实用新型中基于微电网中的频率具有一定的惯性，在较短时间内不会发生无规则的突变的特性，通过电信号测量模块对两个相邻的半波周期内的频率进行了测量，并基于这两个相邻的半波周期的频率，通过单片机计算模块线性拟合预测，求取出下一个半波周期的预测频率，由于微电网频率在较短时间内不会发生无规则的突变，因此使用线性拟合的方法基于已测量得到的两个半波周期的频率去预测下一个半波周期的未知的频率较为合理，准确度相应的也较高，此外，由于仅仅采用了较为简单的线性拟合的运算方法，其复杂程度不高，易于实现实时计算，能够满足微电网的实时性测量的需求。
以上对本实用新型所提供的一种用于预测微电网频率的变送器进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，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实用新型的限制。
Claims (6)
1.一种用于预测微电网频率的变送器，其特征在于，包括：
电信号采集模块、信号调理模块、数据处理模块、单片机计算模块和数据输出显示模块；
所述电信号采集模块的输入端与微电网中的设备连接，用于采集所述微电网中的设备的电信号；
所述信号调理模块的输入端与所述电信号采集模块的输出端连接，用于过滤所述电信号中的高频干扰信号，获得滤波后的电信号；
所述数据处理模块的输入端与所述信号调理模块的输出端连接，用于将所述滤波后的电信号转换为时域离散的电信号；
所述单片机计算模块的输入端与所述数据处理模块的输出端连接，用于对所述时域离散的电信号中相邻的两个半波周期的频率进行线性拟合，并预测得到后一个半波周期的频率；
所述数据输出显示模块与所述单片机计算模块的输出端连接，用于接收所述单片机计算模块的计算结果，并显示预测得到的所述后一个半波周期的频率。
2.根据权利要求1所述的用于预测微电网频率的变送器，其特征在于，所述电信号采集模块包括：
电压信号采集电路和电流信号采集电路，用于采集所述微电网中的设备的三相电压信号和三相电流信号；
所述电压信号采集电路包括电压互感器，所述电流信号采集电路包括电流互感器。
3.根据权利要求1所述的用于预测微电网频率的变送器，其特征在于，所述信号调理模块包括低通滤波电路。
4.根据权利要求1所述的用于预测微电网频率的变送器，其特征在于，所述数据处理模块包括：采样通道、缓冲通道和等间隔采样模数转换器；
所述等间隔采样模数转换器经所述缓冲通道和采样通道与所述信号调理模块连接，用于等间隔读取所述滤波后的电信号，形成时域离散的电信号。
5.根据权利要求1所述的用于预测微电网频率的变送器，其特征在于，所述数据输出显示模块包括数码显示管。
6.根据权利要求1所述的用于预测微电网频率的变送器，其特征在于，还包括：供电电源，所述供电电源分别与所述数据处理模块和所述单片机计算模块连接，用于给所述数据处理模块和所述单片机计算模块供电。
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