[发明专利]一种小型发电机构成的电网电参数测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电网电参数测量领域，特别是小型发电机构成的电网电参数测量方法。

背景技术

现有的电网参数测量是以电参数专用芯片、运放、比较器、电压互感器、电流互感器等组成电网综合参数的测量。其不仅成本高，而且电路复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电网电参数测量方法和装置，特别是为了解决小型发电机在谐波大、波形畸变严重情况下的交流电压、电流、频率、功率、功率因素的测量方法，本装置可測量完整的电参数数据，同时为发电机的电压自动控制（AVR)提供准确的电压电流取样数据。

本发明采用以下方案实现：一种电网电参数测量方法，其特征在于：提供一MCU；提供一频率采样电路与所述MCU连接；采用分流取样，经运放调理成过零点电位为Vcc/2的电压信号，其幅值范围调理到与被测电流量程范围相适应的检测信号给MCU的AD1口；采用分压取样，经运放调理成过零点电位为Vcc/2的电压信号，其幅值范围调理到与被测电压量程范围相适应的检测信号给MCU的AD2口；所述MCU将接收的数据经FFT运算，获得电网的频率、电压、电流、功率因素及有功功率参数。

在本发明一实施例中，所述的频率采样电路包括一交流输入端、电阻R11、电阻R12、电阻R13、二极管D1、二极管D2以及一输出端；所述的交流输入端经电阻R11、电阻R12、电阻R13与所述二极管D2的正极、二极管D1的负极连接；所述二极管D2的负极接VCC；二极管D1的正极接地；所述的输出端与所述二极管D2的正极连接。

在本发明一实施例中，所述电压计算是根据所述MCU配合所述频率采样电路测出的频率，作为定时器采样依据，连续4个周波128个点采样；将AD采样到的数组经数字滤波，并进行快速傅里叶变换；变换数组的模值即电压基波及各次谐波的有效值；具体算法如下：

VolAmplitude=sqrt(VolComplex[n].Real*VolComplex[n].Real+VolComplex[n].Imag*VolComplex[n].Imag);

Voltage = VolAmplitude/(FFT_N>>1);

其中：FFT_N：总共采样点数；Voltage：第n次谐波电压有效值；VolComplex[n].Real：快速傅里叶变换后，第n个数组的实数部分；VolComplex[n].Imag：快速傅里叶变换后，第n个数组的虚数部分。

在本发明一实施例中，所述电流计算是根据所述MCU配合所述频率采样电路测出的频率，作为定时器采样依据，连续4个周波128个点采样；将AD采样到的数组经数字滤波，并进行快速傅里叶变换；变换数组的模值即电流基波及各次谐波的有效值；具体算法如下：

CurAmplitude=sqrt(CurComplex[n].Real*CurComplex[n].Real+CurComplex[TAn].Imag*CurComplex[n].Imag); Current = CurAmplitude/(FFT_N>>1);

其中：FFT_N：总共采样点数；Current ：第n次谐波电流有效值；CurComplex[n].Real：快速傅里叶变换后，第n个数组的实数部分；CurComplex[n].Imag：快速傅里叶变换后，第n个数组的虚数部分。

在本发明一实施例中，所述功率因素即当前瞬时功率因数，具体算法如下：

VolAngle=atan2(VolComplex.Imag,VolComplex.Real); CurAngle=atan2(CurComplex.Imag,CurComplex.Real);

DeltaAngle=cos(VolAngle-CurAngle);其中VolAngle：电压的初始相位；CurAngle：电流的初始相位；DeltaAngle：电压电流的相差既当前瞬时功率因数。

在本发明一实施例中，所述有功功率为视在功率与功率因素的乘积；具体算法如下： Power=Voltage*Current*DeltaAngle；其中Power：有功功率。

在本发明一实施例中，所述的电流取样与电压取样电路采用单电源供电，所述Vcc是3.3V或5V。

在本发明一实施例中，所述 MCU的ADC是12位以上，采样速率是300K以上，具备32位浮点运算能力。

在本发明一实施例中，分流取样是采用非隔离康铜丝电阻分流取样。