CS273236B1

CS273236B1 - Analyzer of harmonics' spectrum

Info

Publication number: CS273236B1
Application number: CS269988A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Csc Chod; Karel Ing Mrhal; Petr Ing Csc Malik; Jaroslav Ing Csc Smid; Jaroslav Ing Csc Hruby
Original assignee: Jiri Ing Csc Chod; Karel Ing Mrhal; Petr Ing Csc Malik; Jaroslav Ing Csc Smid; Hruby Jaroslav
Priority date: 1988-04-20
Filing date: 1988-04-20
Publication date: 1991-03-12
Also published as: CS269988A1

Abstract

The analyser consists of the voltage isolation circuit (1), which is connected via the first amplifier (3) to the first input of the input switch (5), and of the current-voltage converter (2), which is connected via the input amplifier (4) with the second input switch (5), whose output is connected via the amplifier (6) both to the input of the antialiasing filter (7) and to the input of the band-stop filter (9). The output of the antialiasing filter (7) is connected with the input of the phase lock (8) and with the first input of the direction switch (10), whose second input connects with the output of the band-stop filter (9). The output of the direction switch (10) is connected via the memory circuit S/H (11) and A/D converter (12) to the input gate of the microcomputer (13). The first output of the phase lock (8) is connected with the control input of the direction switch (10) and its second output is connected with the control input of the memory circuit S/H (11).<IMAGE>

Description

Vynález se týká analyzátoru spektra harmonických, zejména pro měření elektrorozvodné sítě, výpočtem pomocí rychlé Fourierovy transformace FFT na mikropočítači.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a harmonic spectrum analyzer, in particular for the measurement of a power grid, by calculating by means of a fast Fourier FFT transformation on a microcomputer.

Dosud používaná řešení analyzátoru spektra harmonických používají řešení buí s přelaďitelnými, nebo pevně nastavitelnými filtry, popřípadě řešení výpočtem FFT na specializovaném mikropočítači. Pro analýzu signálů pomocí FFT musí být mikropočítač dostatečně rychlý, aby mohle být odezva v reálném čase; v opačném případě se jedná o analýzu jednorázového děje a toto řečení není možné využít například pro kontrolu maxima spektra harmonických v průběhu definovaného časového úseku.The harmonic spectrum analyzer solutions used up to now use solutions with either tunable or fixed filters or FFT calculations on a specialized microcomputer. For FFT signal analysis, the microcomputer must be fast enough for real-time response; otherwise it is an analysis of a one-time event and it is not possible, for example, to control the maximum of the harmonic spectrum over a defined period of time.

Uvedené nevýhody dosud užívaných řešení odstraňuje analyzátor spektra harmonických podle vynálezu. Analyzátor je tvořen oddělovacím obvodem, spojeným přes prvni vstupní zesilovač s prvním vstupem přepínače vstupů, ne jehož druhý vstup je přes druhý vstupní zesilovač napojen převodník proud-napěti a výstup přepínače vstupů je spojen se vstupem zesilovače. Dále je analyzátor tvořen mikropočítačem s ovládacími prvky a vyhodnocovacími obvody, jehož vstupní brána je spojena přes analogově číslicový převodník s paměťovým obvodem S/H. Podstata analyzátoru je, že výstup zesilovače, připojeného na výstup přepínače vstupů, je připojen jednak na vstup antialiasing filtru a jednak na vstup pásmové zádrže. Výstup antialiasing filtru je spojen jednak se vstupem fázového závěsu a jednak s prvním vstupem přepínače směrů. Na druhý vstup přepínače směrů je připojen výstup pásmové zádrže. Výetup přepínače směrů je připojen na vstup paměťového obvodu S/H. Jeden výstup fázového závěsu je spojen s řídícím vstupem přepínače směrů a druhý výetup fázového závěsu je spojen s řídicím vstupem paměťového obvodu S/H.These disadvantages of the solutions used so far are overcome by the harmonic spectrum analyzer according to the invention. The analyzer consists of a decoupling circuit connected through the first input amplifier to the first input of the input switch, not whose second input is connected to the current-voltage converter via the second input amplifier and the output of the input switch is connected to the input of the amplifier. Furthermore, the analyzer consists of a microcomputer with control elements and evaluation circuits, whose input gate is connected via an analog-to-digital converter with the memory circuit S / H. The essence of the analyzer is that the output of the amplifier, connected to the output of the input switch, is connected both to the antialiasing filter input and to the band-stop filter input. The anti-aliasing output of the filter is connected to both the phase locked input and the first input of the directional switch. The bandpass output is connected to the second input of the directional switch. The direction switch output is connected to the S / H memory circuit input. One phase lock output is coupled to the directional switch control input and the other phase lock output is coupled to the S / H memory input control.

Výhodou analyzátorů podle vynálezu je možnost výpočtu spektra harmoniokýoh, například elektrorozvodné sítě, v reálném..čase při použiti standardních osmibitových mikropočítačů a dále možnost, ve apolupráoi a programovým vybavením, zjiětěni maxima nebo minima, popřípadě překročení určité hodnoty spektra, v definovaném čase.The advantage of the analyzers according to the invention is that it is possible to calculate the spectrum of a harmonic, for example a power distribution network, in real time using standard 8-bit microcomputers, and the ability to detect maximum or minimum or exceed a certain spectrum value in defined time.

Příklad uspořádání analyzátoru spektra harmonických podle vynálezu výpočtem rychlé Fourierovy transformace FFT na mikropočítači je schematicky uveden na připojeném výkrese.An example of the arrangement of the harmonic spectrum analyzer according to the invention by calculating the fast Fourier FFT transformation on a microcomputer is schematically shown in the attached drawing.

Oddělovací obvod 1 napětí je připojen na vstup prvního vstupního zesilovače 2» jehož výstup je připojen na první vstup přepínače 2 vstupů. Převodník 2 proud/napětí je připojen na vstup druhého vstupního'zesilovače 4, jehož výstup je připojen na druhý vstup přepínače 2 vstupů. Výetup přepínače 2 vstupů je přiveden na vstup zesilovače 6, jehož výstup je přiveden jednak na vstup antialiasing filtru χ a jednak na vstup pásmové zádrže 9. Výstup antialiasing filtru 7 je přiveden jednak na vstup fázového závěsu 8, jehož výstup je připojen na řídicí vstup paměťového obvodu S/H 11 a jednak na první vstup přepínače 10 směrů, na jehož druhý vstup je přiveden výetup pásmové zádržeThe voltage isolation circuit 1 is connected to the input of the first input amplifier 2, the output of which is connected to the first input of the input switch 2. The current / voltage converter 2 is connected to the input of the second input amplifier 4, the output of which is connected to the second input of the input switch 2. The output of the input switch 2 is connected to the input of the amplifier 6, the output of which is connected both to the antialiasing input of the filter χ and to the input of the bandpass filter 9. The output of the antialiasing filter 7 is connected to the input of the phase lock. circuit S / H 11 and on the other hand the first input of the directional switch 10, to the second input of which the band stop

9. Výstup přepínače 10 směrů je spojen se vstupem paměťového obvodu S/H 11. jahož výstup je připojen na vstup analogově-digitálního převodníku 12 s výstupem připojeným na vstupní bránu mikropočítače 13. Ovládací prvky 14 mikropočítače 13 Jsou napojeny na druhou vstupní bránu tohoto mikropočítače 13 a výstupní brány mikropočítače 13 jsou připojeny jednak na tiskárnu 15 a jednak na display 16. Přepínač 2 vstupů může být také ovládán ze svého řídicího vstupu výstupem z fázového závěsu 8.9. The output of the direction switch 10 is coupled to the input of the memory circuit S / H 11. whose output is connected to the input of the A / D converter 12 with the output connected to the microcomputer input gate 13. Controls 14 of microcomputer 13 13 and the output ports of the microcomputer 13 are connected both to the printer 15 and to the display 16. The input switch 2 can also be controlled from its control input by the phase locked output 8.

Při měření se přivádí na vstup oddělovacího obvodu 1 napětí napěťová úroveň analyzovaného signálu a převodník 2 proud/napětí může snímat proudovou úroveň měřeného okruhu. Tyto úrovně Jsou napěťově upraveny na hodnoty vhodné pro další zpracování pomocí prvního a druhého vstupního zesilovače 2 ^a í ⁸ P^^es přepínač 2 vstupů a zesilovač 6 přivedeny jednak na antialiasing filtr χ, který má za úkol frekvenčně omezit zpracovávané pásmo a jednak na pásmovou zádrž £, jejímž úkolem je potlačit základní harmonickou. Fázový závěs 8 je zavěšen na n-násobku frekvence základního signálu analyzovaného průběhu a řídí jednak odběr vzorků přes paměťový obvod S/H 11 a jednak &During the measurement, the voltage level of the analyzed signal is applied to the input of the isolation circuit 1 and the current / voltage converter 2 can sense the current level of the circuit under test. These levels are voltage-adjusted to the values suitable for further processing by the first and second input amplifiers 2 ^and ⁸ ^through the input switch 2 and the amplifier 6 connected both to the antialiasing filter χ, which has the task of frequency limiting the processed band and band band £, whose task is to suppress the fundamental harmonic. Phase hinge 8 is suspended at n times the frequency of the basic signal of the waveform analyzed and controls both sampling through the S / H 11 memory circuit and

OS 273236 Bl přepínání přepínače 10 směrů tak, aby poěet vzorků odebíraných z výstupu tohoto přepínaěe 10 směrů byl konstantní za periodu měřeného signálu. Na analogově-digitální převodník 12 tedy střídavě přicházejí jednak signál omezený antialiasing filtrem 2 a jednak signál získaný přes pásmovou zádrž j), který má vysoce potlačenu úroveň základní harmonické. Tyto signály jsou převedeny na číselnou hodnotu, kterou snímá mikropočítač 13 a zpracovává podle programu. Přitom mikropočítač 13 ukládá do paměti vždy získanou sedu vzorků z kanálu antialiasing filtru 7, aniž by provedl výpočet PPT a současně sadu vzorků získanou přea pásmovou zádrž 9. Současně ukládá i číslo, odpovídající časové hodnotě odebíraného vzorku. V reálném čase porovnává velikost vzorků získaných přes pásmovou zádrž £ a pokud Je hodnota nových vzorků vyěěí, přepisuje v paměti jejich údajem údaje původní, a to pro oba kanály. Pokud je hodnota nového vzorku nižší , ponechává v paměti původní údaj. Po čase určeném k měření, získaném zjištěním stavu hodnot ovládacích prvků 14 před, nebo v průběhu, měření, ukončí mikropočítač 1£ odběr vzorků do paměti a ze vzorků, zde zďstavěíoh, vypočte spektrum harmoniokýoh analyzovaného signálu pomocí programu pro výpočet PPT. Současně udá i časovou polohu vzorku. Timto způsobem i relativně pomalý mikropočítač získá skutečnou hodnotu nejvyěěí hodnoty naměřeného spektra harmoniokýoh analyzovaného signálu v průběhu určeného časového období. Programové zabezpečení mikropočítače potom data zobrazí na display nabo vytiskne na tiskárně.OS 273236 B1 toggle the directional switch 10 so that the number of samples taken from the output of this directional switch 10 is constant over the measured signal period. Thus, the analog-to-digital converter 12 alternately receives the signal limited by the anti-aliasing filter 2 and the signal obtained through the band-stop filter 1, which has a highly suppressed fundamental harmonic level. These signals are converted to a numerical value which is read by the microcomputer 13 and processed according to the program. In doing so, the microcomputer 13 stores in each case the obtained sample sediment from the anti-aliasing channel of the filter 7 without performing the PPT calculation and simultaneously the set of samples obtained from the band-stop 9. At the same time it stores the number corresponding to the time value of the sample. It compares in real time the size of the samples obtained through the band-pass filter 6 and, if the value of the new samples is higher, it overwrites the original data in their memory with both data. If the new sample value is lower, it retains the original value. After the time to be measured, obtained by detecting the status of the control elements 14 before or during the measurement, the microcomputer 18 terminates the sampling and stores, from the samples, here, the spectrum of the harmonic signal analyzed by the PPT calculation program. It also indicates the time position of the sample. In this way, even a relatively slow microcomputer obtains the true value of the highest value of the measured spectrum of the harmonic signal analyzed over a specified period of time. The microcomputer program security then displays the data on the display or prints it to the printer.

Použití zapojení pro měření spektra harmonických výpočtem FFT na mikropočítači je zejména pro kontrolu hodnot a analýzu rušivých napětí spektra harmoniokýoh elektrorozvodné sítě.The use of a circuit for measuring the harmonic spectrum by calculating the FFT on a microcomputer is mainly for checking the values and analyzing the interfering voltage spectrum of the harmonic power grid.

Claims

Harmonic spectrum analyzer, consisting of a voltage isolation circuit connected through the first input amplifier to the first input of the input switch and a converter! current-voltage connected via the second input amplifier to the second input of the input switch, the output of which is connected to the amplifier and from the microcomputer, to whose input gate the S / H memory circuit output is connected via an analog-to-digital converter. ) connected to the output of the input switch (5) is connected both to the input of the anti-aliasing filter (7) and to the input of the band-stop (9), the output of the anti-aliasing filter (7) connected to the input of phase lock (8) and the first input of the direction switch (10) to which the second input is connected to the output of the band tank (9) and the output of the direction switch (10) is connected to the input of the memory circuit S / H (11); with the control input of the direction switch (10) and the second phase lockout (8) being coupled to the control input of the S / H memory circuit (11),