[发明专利]一种通用电压输入的工频信号频率测量系统

说明书

一种通用电压输入的工频信号频率测量系统，主要由电压转换电路、转换电压自调整放大电路、带通滤波电路、比较器电路、数字信号处理电路、供电电路组成；其中电压转换电路可以适用于0～300V的交流工频信号输入，能够满足电力系统大部分应用场合；转换电压自调整放大电路可以根据电压转换电路输出电压的幅值自动调整输出电压放大倍数，以满足弱工频信号频率检测的需求；带通滤波电路实现对中心频率在50Hz附近的工频信号具有较好的选择性，抑制高频信号的干扰；比较器电路把输入的交流信号转换为直流信号，比较器电路输出的信号无需信号隔离，可以直接接到数字信号处理器，完成频率计算。本发明具有电路简单、相位延时小、适用范围广、可靠性高等特点。

技术领域

本申请属于电气系统技术领域，尤其涉及继电保护装置频率测量技术。

背景技术

在传统电力系统继电保护装置中，输入信号都是二次互感器传送来的工频(50Hz)信号，电压值可能是几十伏到几百伏，继电保护装置每周波(20mS)要采集固定点数(24点或40点)实时数据，根据这些数据继电保护装置要进行实时保护算法运算，判断电网是否有短路或接地等各种故障。为了保证保护算法的精确性和可靠性，每周波采集的数据要是实际频率(50Hz)的整倍数，并且相位延时要尽量小。这样就需要每个装置有一个工频信号频率测量功能，根据测量的频率确定采样点的时刻。目前国内绝大部分微机保护装置都具有频率测量功能，比如对交流输入信号A相电压测量，通过互感器转换为0-5V的信号，再通过光耦器件或者比较器处理后送给单片机测量频率，这些频率测量方法都只能对固定输入电压的信号检测，如果输入信号是变化的，或者输入信号范围跨度较大，比如从0V到220V。这需要检测电路能同时满足对小信号输入、宽电压范围检测的要求，目前的测量方法都很难实现，又或者通过复杂电路得以实现上述检测需求，但是对输入信号延时较长，精度难以保证，电路可靠性低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中电力系统测频方法电路复杂、对输入信号延时较长、精度难以保证或者适用范围较窄等问题，提出了一种通用电压输入的工频信号频率测量系统。

本发明具体采用以下技术方案：

一种通用电压输入的工频信号频率测量系统，由电压转换电路、转换电压自调整放大电路、带通滤波电路、比较器电路、数字信号处理电路、供电电路组成；其特征为：

所述电压转换电路、转换电压自调整放大电路、带通滤波电路、比较器电路、数字信号处理电路依次连接；所述供电电路为转换电压自调节放大电路、带通滤波电路、比较器电路、数字信号处理电路供电。

本发明进一步包括以下优选方案：

其中，所述的电压转换电路由电压变换器、TVS器件、去耦电容组成；所述电压变换器一次侧连接通用工频交流信号，电压变换器二次侧连接转换电压自调整放大电路的输入侧；所述TVS器件、去耦电容并联连接在电压变换器输出侧与地之间。

所述电压变换器选择DIS-PT300/3.53型，满足0～300V的宽范围交流工频信号输入。

所述的转换电压自调整放大电路，是由比例放大电路U1A在回路中串联不同阻值的电阻，且并联NMOS管组成；当电压转换电路输出电压小于0.7V的情况下，NMOS管处于关闭状态，而在电压转换电路输出电压大于0.7V的情况下，NMOS管导通。

比例放大电路的同相输入端与电压变换器二次侧相连，比例放大电路的反相输入端与地之间连接第一电阻R1，第二电阻R2、第三电阻R3串联连接在比例放大电路的反相输入端和输出端之间，NMOS管的源极和漏极连接第二电阻R2的两端，栅极与比例放大电路的输出端相连，其中，NMOS管的源极连接在第二电阻R2和比例放大电路的反相输入端之间。

所述第一电阻R1＝1K欧姆，第二电阻R2＝4.7K欧姆，第三电阻R3＝1K欧姆。