[实用新型]电力系统交流信号的数字化采样装置

说明书

                    技术领域

本实用新型涉及电力系统交流信号的数字化采样装置。

                    背景技术

电力系统的安全可靠运行及电能质量标准，都要求测量控制装置精确地测量电力系统状态向量，包括电压、电流相量，其测量的精确程度不仅影响到功率计算、电能计量的精度，而且与系统实时决策的准确性与可靠性密切相关。由于数字处理技术的发展，基于数字处理算法的交流采样测控装置已逐步取代采用直流变送器的测控装置。目前，交流采样应用最多的数字处理算法就是离散傅立叶变换算法。离散傅立叶变换算法可以同时获得被测相量的有效值与相角，因此，随着同步测量技术的发展，其应用日趋广泛。

但离散傅立叶变换算法的精度基于其每一个数据窗内的采样数据是否反映被测信号的一个完整周波(指基波，下同)，因此受被测信号频率(指基频，下同)漂移的影响较大。通常采样频率与被测信号额定频率成一定的倍数关系，因此，当被测信号频率与其额定频率发生偏移时，离散傅立叶变换算法的计算误差不容忽略，对基于其计算结果的控制准确度有严重影响。然而，电力系统负荷变化的随机性决定了电力系统的频率变化是不可避免的。

提高离散傅立叶变换算法精度的关键在于采样频率随输入信号频率的变化而变化，从而保证离散傅立叶变换算法的每一个采样数据窗都能反映被测信号的一个完整周波。目前电力系统交流信号的数字化采样装置具有A/D转换器、微处理器系统，控制A/D转换器完成模数转换的采样脉冲一般由微处理器产生，其采样频率大部分是固定不变的，也有通过软件根据被测信号频率变化，由离散傅立叶变换算法所求得的电量误差来修正采样频率，这种方法不仅实现起来复杂度高，而且由于离散傅立叶变换算法所得电量的误差只是近似与频率偏移量成正比，因而仍存在修正误差。

                    发明内容

本实用新型旨在提供一种价格低廉、结构简单，能够有效地跟踪并锁定被测信号的基波频率，实现自适应等间隔采样、可靠控制A/D转换器完成模数转换，精度高的电力系统交流信号的数字化采样装置。

本实用新型采取的技术措施是在采样装置中设置自适应等间隔采样脉冲发生器，把每个完整周波的360°电角度按采样点数M等分，则不管被测信号的频率如何变化，只要每隔360°/M电角度采样一次，就能保证一个数据窗内的采样数据反映一个完整的周波，而且所有的采样点是等间隔的，从而实现采样频率能够自动跟踪被测信号频率变化的自适应等间隔采样。具体技术解决方案有二个：

方案一：本实用新型提供的电力系统交流信号的数字化采样装置，包括微处理器系统，A/D转换器，其特征是还设置了自适应等间隔采样脉冲发生器，该采样脉冲发生器包括：

信号迭加电路，将输入的三相交流模拟信号V_a、V_b、V_c进行迭加；

隔直带通滤波器，与信号迭加电路输出端相连，用于滤除迭加信号中的直流成分和谐波分量；

整形电路，将来自隔直带通滤波器的交流信号的正负过零点检出，并进行倍频形成方波脉冲信号f_i；

由锁相环和1/N分频器构成的锁相倍频器，将输入的f_i方波脉冲信号N倍频，输出倍频脉冲信号f_o；

计数器A，对锁相倍频器输出的脉冲信号f_o计数；

单稳态电路，其输入端与计数器A的输出端相连，产生采样脉冲P1分二路输出，其一路用于计数器A复位，与计数器A的计数复位端相连，另一路用于启动A/D转换器，与A/D转换器的启动采样控制端相连。

通常，单稳态电路采用可重触发单稳态电路。

方案二：本实用新型的电力系统交流信号的数字化采样装置能同时对异地被测交流信号实现同步自适应等间隔采样，它包括微处理器系统，A/D转换器，其特征是还设置了自适应等间隔采样脉冲发生器，该采样脉冲发生器包括：

信号迭加电路，将输入的三相交流模拟信号V_a、V_b、V_c进行迭加；

隔直带通滤波器，与信号迭加电路输出端相连，用于滤除迭加信号中的直流成分和谐波分量；

整形电路，将来自隔直带通滤波器的交流信号的正负过零点检出，并进行倍频形成方波脉冲信号f_i；