專利名稱：電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行及電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，都要求測量控制裝置精確地測量電力系統(tǒng)狀態(tài)向量，包括電壓、電流相量，其測量的精確程度不僅影響到功率計算、電能計量的精度，而且與系統(tǒng)實(shí)時決策的準(zhǔn)確性與可靠性密切相關(guān)。由于數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，基于數(shù)字處理算法的交流采樣測控裝置已逐步取代采用直流變送器的測控裝置。目前，交流采樣應(yīng)用最多的數(shù)字處理算法就是離散傅立葉變換算法。離散傅立葉變換算法可以同時獲得被測相量的有效值與相角，因此，隨著同步測量技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用日趨廣泛。
但離散傅立葉變換算法的精度基于其每一個數(shù)據(jù)窗內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)是否反映被測信號的一個完整周波(指基波，下同)，因此受被測信號頻率(指基頻，下同)漂移的影響較大。通常采樣頻率與被測信號額定頻率成一定的倍數(shù)關(guān)系，因此，當(dāng)被測信號頻率與其額定頻率發(fā)生偏移時，離散傅立葉變換算法的計算誤差不容忽略，對基于其計算結(jié)果的控制準(zhǔn)確度有嚴(yán)重影響。然而，電力系統(tǒng)負(fù)荷變化的隨機(jī)性決定了電力系統(tǒng)的頻率變化是不可避免的。
提高離散傅立葉變換算法精度的關(guān)鍵在于采樣頻率隨輸入信號頻率的變化而變化，從而保證離散傅立葉變換算法的每一個采樣數(shù)據(jù)窗都能反映被測信號的一個完整周波。目前電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置具有A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器系統(tǒng)，控制A/D轉(zhuǎn)換器完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣脈沖一般由微處理器產(chǎn)生，其采樣頻率大部分是固定不變的，也有通過軟件根據(jù)被測信號頻率變化，由離散傅立葉變換算法所求得的電量誤差來修正采樣頻率，這種方法不僅實(shí)現(xiàn)起來復(fù)雜度高，而且由于離散傅立葉變換算法所得電量的誤差只是近似與頻率偏移量成正比，因而仍存在修正誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型旨在提供一種價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效地跟蹤并鎖定被測信號的基波頻率，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)等間隔采樣、可靠控制A/D轉(zhuǎn)換器完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，精度高的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置。
本實(shí)用新型采取的技術(shù)措施是在采樣裝置中設(shè)置自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器，把每個完整周波的360°電角度按采樣點(diǎn)數(shù)M等分，則不管被測信號的頻率如何變化，只要每隔360°/M電角度采樣一次，就能保證一個數(shù)據(jù)窗內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)反映一個完整的周波，而且所有的采樣點(diǎn)是等間隔的，從而實(shí)現(xiàn)采樣頻率能夠自動跟蹤被測信號頻率變化的自適應(yīng)等間隔采樣。具體技術(shù)解決方案有二個方案一本實(shí)用新型提供的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置，包括微處理器系統(tǒng)，A/D轉(zhuǎn)換器，其特征是還設(shè)置了自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器，該采樣脈沖發(fā)生器包括信號迭加電路，將輸入的三相交流模擬信號Va、Vb、Vc進(jìn)行迭加；隔直帶通濾波器，與信號迭加電路輸出端相連，用于濾除迭加信號中的直流成分和諧波分量；整形電路，將來自隔直帶通濾波器的交流信號的正負(fù)過零點(diǎn)檢出，并進(jìn)行倍頻形成方波脈沖信號fi；由鎖相環(huán)和1/N分頻器構(gòu)成的鎖相倍頻器，將輸入的fi方波脈沖信號N倍頻，輸出倍頻脈沖信號fo；計數(shù)器A，對鎖相倍頻器輸出的脈沖信號fo計數(shù)；單穩(wěn)態(tài)電路，其輸入端與計數(shù)器A的輸出端相連，產(chǎn)生采樣脈沖P1分二路輸出，其一路用于計數(shù)器A復(fù)位，與計數(shù)器A的計數(shù)復(fù)位端相連，另一路用于啟動A/D轉(zhuǎn)換器，與A/D轉(zhuǎn)換器的啟動采樣控制端相連。
通常，單穩(wěn)態(tài)電路采用可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。
方案二本實(shí)用新型的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置能同時對異地被測交流信號實(shí)現(xiàn)同步自適應(yīng)等間隔采樣，它包括微處理器系統(tǒng)，A/D轉(zhuǎn)換器，其特征是還設(shè)置了自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器，該采樣脈沖發(fā)生器包括信號迭加電路，將輸入的三相交流模擬信號Va、Vb、Vc進(jìn)行迭加；隔直帶通濾波器，與信號迭加電路輸出端相連，用于濾除迭加信號中的直流成分和諧波分量；整形電路，將來自隔直帶通濾波器的交流信號的正負(fù)過零點(diǎn)檢出，并進(jìn)行倍頻形成方波脈沖信號fi；由鎖相環(huán)和1/N分頻器構(gòu)成的鎖相倍頻器，將輸入的fi方波脈沖信號N倍頻，輸出倍頻脈沖信號fo；計數(shù)器A，對鎖相倍頻器輸出的脈沖信號fo計數(shù)；單穩(wěn)態(tài)電路，其輸入端與計數(shù)器A的輸出端相連，產(chǎn)生采樣脈沖P1輸入第二與門電路；GPS接收器，提供與時鐘同步的1PPS秒脈沖信號和nKHZ脈沖信號(n為正整數(shù))；計數(shù)器B，對GPS接收器輸出的nKHZ脈沖信號計數(shù)；第二單穩(wěn)態(tài)電路，輸入1PPS秒脈沖信號，輸出整秒同步采樣脈沖P2；第三單穩(wěn)態(tài)電路，其輸入端與計數(shù)器B的輸出端相連，輸出周期數(shù)據(jù)同步窗采樣脈沖P3；上述的整秒同步采樣脈沖P2和周期數(shù)據(jù)同步窗采樣脈沖P3一方面分別送往微處理器的中斷口，另一方面輸入第一與門電路；第一與門電路的輸出分二路，其一路輸入第二與門電路，另一路用于計數(shù)器B復(fù)位，與計數(shù)器B的計數(shù)復(fù)位端相連，第二與門電路的輸出分二路，其一路用于計數(shù)器A復(fù)位，與計數(shù)器A的計數(shù)復(fù)位端相連，另一路用于啟動A/D轉(zhuǎn)換器，與A/D轉(zhuǎn)換器的啟動采樣控制端相連，GPS的通訊口線與微處理器相連。
通常，單穩(wěn)態(tài)電路、第二單穩(wěn)態(tài)電路和第三單穩(wěn)態(tài)電路采用可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。
本實(shí)用新型構(gòu)成簡單，成本低，由于設(shè)置的自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器能跟蹤并鎖定被測信號的基波頻率，所以可以保證在信號基頻變化情況下具有高的測量精度，附表1是本實(shí)用新型采樣技術(shù)與常規(guī)采樣技術(shù)對測量精度影響的仿真試驗(yàn)結(jié)果比較，從表中結(jié)果可以明顯地看出，采用本實(shí)用新型技術(shù)可以大大提高對輸入交流信號的測量精度，特別在相角測量方面，當(dāng)被測信號頻率變化較快時，采用常規(guī)采樣技術(shù)所獲得的結(jié)果已經(jīng)失去意義，而采用本實(shí)用新型即使在輸入模型信號的第5個周期頻率變化較大的情況下，仍然保證了較高的采樣精度。此可見，采用本實(shí)用新型可以大大提高電力系統(tǒng)實(shí)時參數(shù)(特別是相角)的測量精度，而且引入GPS接收器還能實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的全網(wǎng)同步實(shí)時測量。


圖1是本實(shí)用新型方案一的原理框圖；圖2是本實(shí)用新型方案二的原理框圖；圖3是自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器的一種電路實(shí)例；圖4是自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器的另一種電路實(shí)例。
具體實(shí)施方式
參照附圖1，電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置包括微處理器系統(tǒng)1，A/D轉(zhuǎn)換器2，自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器3，該采樣脈沖發(fā)生器包括信號迭加電路4、隔直帶通濾波器5、整形電路6、由鎖相環(huán)7和1/N分頻器8構(gòu)成的鎖相倍頻器9、計數(shù)器A及可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路10，輸入的三相交流模擬信號va、vb、vc，經(jīng)過信號迭加電路4形成一個復(fù)合模擬信號vf(＝k1va+k2vb-k3vc)，此信號經(jīng)隔直帶通濾波器5濾除直流成分和諧波分量后，獲得一對稱的基波交流信號并送往整形電路6，由整形電路正確檢出來自隔直帶通濾波器的基波交流信號的正負(fù)過零點(diǎn)并對其進(jìn)行倍頻，形成具有足夠陡度和寬度的方波脈沖信號fi輸給鎖相倍頻器9，鎖相倍頻器對輸入信號fi進(jìn)行N倍頻，輸出倍頻脈沖信號fo，即fo＝N·fi。由于鎖相倍頻器能夠保證輸出信號fo頻率“跟隨、鎖定”在輸入信號fi頻率上，并與其成線性倍數(shù)關(guān)系，換句話說，在一個固定周波內(nèi)，fo脈沖個數(shù)總是fi脈沖個數(shù)的N倍并保持固定不變，因此每一個fo輸出脈沖都代表一個固定的電角度。計數(shù)器A是一可預(yù)置數(shù)自復(fù)歸(計數(shù)值自動重載)計數(shù)器，它按照預(yù)先設(shè)定的計數(shù)值對鎖相倍頻器輸出的fo脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到預(yù)置計數(shù)值時即輸出一脈沖，此脈沖經(jīng)可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路10產(chǎn)生陡度和寬度都滿足要求的采樣脈沖p1(負(fù)脈沖)。p1脈沖一方面用于啟動A/D轉(zhuǎn)換器開始模數(shù)轉(zhuǎn)換，與A/D轉(zhuǎn)換器控制端STRT相連，另一方面用于復(fù)歸計數(shù)器A，使其重新開始計數(shù)，如此周而復(fù)始，從而形成自動跟蹤被測交流信號基波頻率變化的自適應(yīng)等間隔采樣脈沖序列信號fsamp。
顯然，由于鎖相倍頻器輸出的信號“跟隨、鎖定”被測交流基波信號并與其成固定的倍頻關(guān)系，因此，只要鎖相倍頻器的倍頻系數(shù)N足夠大(每個fo脈沖所代表的電角度足夠小)，同時根據(jù)采樣頻率要求調(diào)整計數(shù)器A的預(yù)置計數(shù)值，則利用fo作為計數(shù)器A的輸入計數(shù)脈沖，其計數(shù)精度就能得到保證。換句話說，計數(shù)器A輸出的采樣脈沖序列信號fsamp，能夠在“跟隨、鎖定”被測交流信號基波頻率的同時保證其等間隔性，因此利用該信號控制A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，能夠保證每個采樣數(shù)據(jù)窗內(nèi)被測信號采樣數(shù)據(jù)的完整性和等間隔性，從而實(shí)現(xiàn)了對被測信號的頻率跟蹤自適應(yīng)等間隔采樣。
圖2是本實(shí)用新型的另一構(gòu)成原理框圖，與圖1構(gòu)成的區(qū)別在于引入了全球定位系統(tǒng)GPS，從而能實(shí)現(xiàn)對異地被測交流信號的同步自適應(yīng)等間隔采樣，它包括微處理器系統(tǒng)1，A/D轉(zhuǎn)換器2，自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器3，其中采樣脈沖發(fā)生器包括信號迭加電路4，隔直帶通濾波器5，整形電路6，由鎖相環(huán)7和1/N分頻器8構(gòu)成的鎖相倍頻器9，計數(shù)器A，可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路10，GPS接收器11，計數(shù)器B，第二可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路12，第三可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路13及第一與門電路14，第二與門電路15。輸入的三相交流模擬信號va、vb、vc經(jīng)信號迭加電路4迭加，又經(jīng)隔直帶通濾波器5濾除直流成分和諧波分量后送往整形電路6，整形電路輸出的方波脈沖信號fi輸給鎖相倍頻器9，由計數(shù)器A按照預(yù)先設(shè)定的計數(shù)值對鎖相倍頻器輸出的fo脈沖進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)器A的輸出經(jīng)可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路10產(chǎn)生采樣脈沖p1輸入第二與門電路15，GPS接收器11提供兩路與時鐘同步的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號1pps秒脈沖信號和10kHz(或其它nkHz)脈沖信號。1pps秒脈沖信號經(jīng)第二可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路12后形成寬度和陡度都符合要求的“整秒同步”采樣脈沖p2(負(fù)脈沖)；10kHz脈沖信號經(jīng)計數(shù)值自動重載的計數(shù)器B分頻計數(shù)，輸入第三可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路13，形成寬度和陡度都符合要求的“周期數(shù)據(jù)窗同步”采樣脈沖p3(負(fù)脈沖)。整秒同步采樣脈沖P2和周期數(shù)據(jù)窗同步采樣脈沖P3一方面分別送往微處理器的中斷口線INT1和INT2，以請求其響應(yīng)中斷并分別記錄“整秒同步”和“周期數(shù)據(jù)窗同步”采樣開始時刻，另一方面作為控制A/D轉(zhuǎn)換器啟動采樣的兩個采樣脈沖信號源輸入第一與門電路14，第一與門電路14的輸出分二路，其一路輸入第二與門電路15，另一種用于復(fù)歸計數(shù)器B，第二與門電路15的輸出，一方面用于復(fù)歸計數(shù)器A，另一方面用于啟動A/D轉(zhuǎn)換器，與A/D轉(zhuǎn)換器的控制端STRT相連，GPS的通訊口線TD、RD端分別與微處理器的RxD、TxD端相連，傳送實(shí)時時鐘信息給微處理器系統(tǒng)。
工作時，由整秒同步采樣脈沖p2保證全網(wǎng)的整秒同步采樣；周期數(shù)據(jù)窗同步采樣脈沖p3保證全網(wǎng)的周期數(shù)據(jù)窗同步采樣；采樣脈沖p1保證周期數(shù)據(jù)窗內(nèi)的等間隔采樣。這三個采樣脈沖信號在任一時刻都只有一個發(fā)揮作用，而且其優(yōu)先級為p2高于p3高于p1。這一功能是通過兩個與門14和15實(shí)現(xiàn)的與門14對p2、p3實(shí)現(xiàn)邏輯“與”后的輸出，一方面送往與門15進(jìn)一步與p1相“與”以產(chǎn)生采樣脈沖序列fsamp，另一方面送往計數(shù)器B的計數(shù)復(fù)位端RST，以實(shí)現(xiàn)對其預(yù)置計數(shù)值的重裝載；與門15的輸出fsamp實(shí)際上就是p1、p2、p3邏輯“與”后的輸出，一方面控制A/D轉(zhuǎn)換器完成對被測信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，另一方面送往計數(shù)器A的計數(shù)復(fù)位端RST，以實(shí)現(xiàn)對其預(yù)置計數(shù)值的重裝載。顯然，由于產(chǎn)生p1的計數(shù)器A的計數(shù)復(fù)位端受與門15的輸出負(fù)脈沖控制，因此其預(yù)置計數(shù)值可被p2、p3、p1脈沖中的任一個復(fù)歸而重新裝載開始計數(shù)；同樣地，由于產(chǎn)生p3的計數(shù)器B的計數(shù)復(fù)位端受與門14的輸出負(fù)脈沖控制，因此其預(yù)置計數(shù)值可被p2、p3脈沖中的任一個復(fù)歸而重新裝載開始計數(shù)。因此，本實(shí)用新型能夠產(chǎn)生既同步于GPS標(biāo)準(zhǔn)時鐘、同時又自動跟蹤并鎖定于被測交流信號基波頻率上的頻率跟蹤自適應(yīng)等間隔采樣脈沖序列fsamp。
本實(shí)用新型不論采用圖1所示方案1，還是圖2所示方案2，利用自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器輸出的采樣脈沖序列fsamp，控制A/D轉(zhuǎn)換器完成對被測信號的頻率跟蹤自適應(yīng)等間隔采樣。A/D轉(zhuǎn)換器每完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，就產(chǎn)生一個“采樣結(jié)束”信號ENDS，該信號送入微處理器的某一中斷口線(圖中為INTO)并引起相應(yīng)中斷，請求讀取采樣數(shù)據(jù)；微處理器及時響應(yīng)這一中斷并讀走A/D轉(zhuǎn)換器中的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存盤等。A/D轉(zhuǎn)換器的ENDS信號在微處理器讀取數(shù)據(jù)后自動復(fù)歸，為下一次的采樣結(jié)束中斷微處理器讀取數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)了對被測信號連續(xù)的頻率跟蹤自適應(yīng)等間隔采樣。
圖3是關(guān)于本實(shí)用新型方案二的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置中的自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器的一種電路實(shí)例，此例中信號迭加電路由集成運(yùn)算放大器芯片U7(可用LM741)及電阻R2、R5、R8、R9和R10構(gòu)成，完成對被測交流信號va、vb、vc的信號迭加并輸出vf至隔直帶通濾波器進(jìn)行隔直和帶通濾波。隔直帶通濾波器由R12、C1和C2、R13構(gòu)成。其中整形電路由過零比較器、高速光耦、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及或門電路構(gòu)成。過零比較器由集成運(yùn)算放大器芯片U8(可用LM741)與調(diào)零電位器RV1構(gòu)成，負(fù)責(zé)將隔直帶通濾波器輸出的對稱基波信號轉(zhuǎn)換成占空比為50％的矩形波信號，高速光耦芯片U10為帶施密特觸發(fā)器功能的6N137，其作用是對U8輸出的矩形波進(jìn)行模-數(shù)信號隔離與整形，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U11A和U11B由一片54HC123(或74HC123)及其輔助外接電阻、電容元件R3、C7和R4、C22(確定單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈寬)組成，其作用是提取光耦芯片U10輸出的矩形波信號的上升沿(由U11A和R3、C7完成)和下降沿(由U11B和R4、C22完成)并形成寬度和陡度均滿足要求的兩個正脈沖，這兩個脈沖分別代表被測信號基波分量的正、負(fù)兩個過零點(diǎn)，或門U9對U11A和U11B輸出的兩個正脈沖信號進(jìn)行合成，從而獲得與被測信號基波分量頻率成倍頻關(guān)系的方波脈沖信號fi，并進(jìn)一步送往鎖相倍頻器進(jìn)行鎖相倍頻處理。鎖相倍頻器由鎖相環(huán)和1/N分頻器構(gòu)成，其中鎖相環(huán)是由集成芯片U13(可用HC4046)及由電阻R6、R7，電容C24構(gòu)成的低通濾波器和確定鎖相環(huán)中心頻率的電阻R1、電容C23組成；1/N分頻器由三片4位可預(yù)置數(shù)增/減計數(shù)器U1、U2、U3(可用54HC191或74HC191)和1/2片單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器芯片U18A(可用1/2片54HC123或74HC123)等構(gòu)成，U1、U2、U3按同步減計數(shù)器方式級聯(lián)，它們的CLK端為計數(shù)脈沖輸入端，并聯(lián)后接鎖相環(huán)芯片U13之管腳4輸出的鎖相倍頻信號f0，LD端為計數(shù)復(fù)位端，并聯(lián)后接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器芯片U18A的負(fù)脈沖輸出端，U/D端為增/減計數(shù)選擇端，全部接電源VCC以選擇減計數(shù)工作方式，低位芯片U1的計數(shù)使能端CE接地以保證其一直處于計數(shù)態(tài)，其進(jìn)位輸出端RC與U2的CE端相連，保證U2在U1有進(jìn)位時才能計數(shù)；同樣地，U2的RC端與U3的CE端相連，保證U3在U2有進(jìn)位時才能計數(shù)；高位芯片U3的RC端所輸出的信號，即為1/N分頻器對輸入信號f0的N分頻輸出，送往單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U18A的負(fù)脈沖輸入端A作脈寬處理，從而構(gòu)成一個12位減計數(shù)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U18A的作用是為了控制反饋給1/N分頻計數(shù)器之計數(shù)復(fù)位端的脈沖寬度，使之既不過寬而導(dǎo)致U1、U2、U3“漏計”或“吃掉”輸入至其CLK端的計數(shù)脈沖f0，又不會因過窄而導(dǎo)致不能可靠復(fù)位U1、U2、U3使它們重新裝載預(yù)置計數(shù)值。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U18A的正脈沖輸出端即管腳13輸出的脈沖信號，反饋至鎖相環(huán)芯片HC4046的管腳3，鎖相環(huán)就是利用該信號和另一個由管腳14輸入的反映被測信號基波頻率的信號(fi)進(jìn)行相位比較并實(shí)現(xiàn)鎖相的。此例可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，第二可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，第三可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路分別采用54HC123，計數(shù)器A和計數(shù)器B分別用54HC191構(gòu)成，圖中P2、P3端接微處理器中斷口，GPSTxD和GPSRxD端分別與微處理器的RxD、TxD端相連，fsamp端與A/D轉(zhuǎn)換器的控制端相連。
圖4是關(guān)于本實(shí)用新型方案一的電路實(shí)例，此例中的信號迭加電路、隔直帶通濾波器、整形電路、鎖相倍頻器、計數(shù)器、可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路與圖3實(shí)例相同。附表1
權(quán)利要求1.電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置，包括微處理器系統(tǒng)[1]，A/D轉(zhuǎn)換器[2]，其特征是還設(shè)置了自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器[3]，該采樣脈沖發(fā)生器包括信號迭加電路[4]，將輸入的三相交流模擬信號Va、Vb、Vc進(jìn)行迭加；隔直帶通濾波器[5]，與信號迭加電路[4]輸出端相連，用于濾除迭加信號中的直流成分和諧波分量；整形電路[6]，將來自隔直帶通濾波器[5]的交流信號的正負(fù)過零點(diǎn)檢出，并進(jìn)行倍頻形成方波脈沖信號fi；由鎖相環(huán)[7]和1/N分頻器[8]構(gòu)成的鎖相倍頻器[9]，將輸入的fi方波脈沖信號N倍頻，輸出倍頻脈沖信號fo；計數(shù)器[A]，對鎖相倍頻器[9]輸出的脈沖信號fo計數(shù)；單穩(wěn)態(tài)電路[10]，其輸入端與計數(shù)器[A]的輸出端相連，產(chǎn)生采樣脈沖P1分二路輸出，其一路用于計數(shù)器[A]復(fù)位，與計數(shù)器[A]的計數(shù)復(fù)位端相連，另一路用于啟動A/D轉(zhuǎn)換器，與A/D轉(zhuǎn)換器[2]的啟動采樣控制端相連。
2.按權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置，其特征在于所說的單穩(wěn)態(tài)電路[10]是可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。
3.按權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置，其特征是所說的整形電路[6]由過零比較器、高速光耦、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及或門電路構(gòu)成，其中過零比較器由集成運(yùn)算放大芯片LM741與調(diào)零電位器[RV1]構(gòu)成，高速光耦芯片[U10]是帶施密特觸發(fā)器功能的6N137，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器[U11A]和[U11B]是由一片54HC123及相應(yīng)的阻容元件組成。
4.按權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置，其特征在于1/N分頻器[8]由3片4位可預(yù)置數(shù)增/減計數(shù)器54HC191和1/2片單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器芯片54HC123構(gòu)成。
5.電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置，包括微處理器系統(tǒng)[1]，A/D轉(zhuǎn)換器[2]，其特征是還設(shè)置了自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器[3]，該采樣脈沖發(fā)生器包括信號迭加電路[4]，將輸入的三相交流模擬信號Va、Vb、Vc進(jìn)行迭加；隔直帶通濾波器[5]，與信號迭加電路[4]輸出端相連，用于濾除迭加信號中的直流成分和諧波分量；整形電路[6]，將來自隔直帶通濾波器[5]的交流信號的正負(fù)過零點(diǎn)檢出，并進(jìn)行倍頻形成方波脈沖信號fi；由鎖相環(huán)[7]和1/N分頻器[8]構(gòu)成的鎖相倍頻器[9]，將輸入的fi方波脈沖信號N倍頻，輸出倍頻脈沖信號fo；計數(shù)器[A]，對鎖相倍頻器[9]輸出的脈沖信號fo計數(shù)；單穩(wěn)態(tài)電路[10]，其輸入端與計數(shù)器[A]的輸出端相連，產(chǎn)生采樣脈沖P1輸入第二與門電路[15]；GPS接收器[11]，提供與時鐘同步的1PPS秒脈沖信號和nKHZ脈沖信號(n為正整數(shù))；計數(shù)器[B]，對GPS接收器[11]輸出的nKHZ脈沖信號計數(shù)；第二單穩(wěn)態(tài)電路[12]，輸入1PPS秒脈沖信號，輸出整秒同步采樣脈沖P2；第三單穩(wěn)態(tài)電路[13]，其輸入端與計數(shù)器[B]的輸出端相連，輸出周期數(shù)據(jù)窗同步采樣脈沖P3；上述的整秒同步采樣脈沖P2和周期數(shù)據(jù)窗同步采樣脈沖P3一方面分別送往微處理器[1]的中斷口，另一方面輸入第一與門電路[14]；第一與門電路[14]的輸出分二路，其一路輸入第二與門電路[15]，另一路用于計數(shù)器[B]復(fù)位，與計數(shù)器[B]的計數(shù)復(fù)位端相連，第二與門電路[15]的輸出分二路，其一路用于計數(shù)器[A]復(fù)位，與計數(shù)器[A]的計數(shù)復(fù)位端相連，另一路用于啟動A/D轉(zhuǎn)換器，與A/D轉(zhuǎn)換器[2]的啟動采樣控制端相連，GPS的通訊口線與微處理器相連。
6.按權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置，其特征在于所說的單穩(wěn)態(tài)電路[10]、第二單穩(wěn)態(tài)電路[12]和第三單穩(wěn)態(tài)電路[13]是可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。
7.按權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置，其特征是所說的整形電路[6]由過零比較器、高速光耦、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及或門電路構(gòu)成，其中過零比較器由集成運(yùn)算放大芯片LM741與調(diào)零電位器[RV1]構(gòu)成，高速光耦芯片[U10]是帶施密特觸發(fā)器功能的6N137，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器[U11A]和[U11B]是由一片54HC123及相應(yīng)的阻容元件組成。
8.按權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置，其特征在于1/N分頻器[8]由3片4位可預(yù)置數(shù)增/減計數(shù)器54HC191和1/2片單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器芯片54HC123構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型的電力系統(tǒng)交流信號的數(shù)字化采樣裝置包括微處理器系統(tǒng),A/D轉(zhuǎn)換器,自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器,其中自適應(yīng)等間隔采樣脈沖發(fā)生器不論被測信號的頻率如何變化,能自動跟蹤并鎖定被測信號的基波頻率,并實(shí)現(xiàn)等間隔采樣,本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低,應(yīng)用本實(shí)用新型能大幅度提高電力系統(tǒng)實(shí)時參數(shù),特別是相角的測量精度。
文檔編號G01R19/25GK2491850SQ01230339
公開日2002年5月15日 申請日期2001年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月12日
發(fā)明者江道灼 申請人:浙江大學(xué)