[发明专利]一种提供电能参数分析的频率跟踪方法

说明书

本发明提出了一种提供电能参数分析的频率跟踪方法，通过基波捕获ADC单元和FFT+FT测频模块提取电网的基波频率，然后通过FPGA发送到DDS频率合成器得到时钟频率，进而由第一时间同步驱动单元和第二时间同步驱动单元根据时钟频率对多路同步采样ADC单元进行时间窗同步采样控制，从而实现对电网的电能参数的采集分析。本发明选用DDS来作为频率发生器，DDS可以支持数KHz到数十MHz并且频率间隔可以达到20000000/16777216≈1.2Hz甚至20000000/4294967296≈0.005Hz精度。并且整个反应时间在数十ms内，因此本发明可以有效解决之前的时间窗同步采样技术时钟合成时的困难。

技术领域

本发明属于电能参数采集分析技术领域，具体地说，涉及一种提供电能参数分析的频率跟踪方法。

背景技术

电能参数分析中，涉及到电参数基波频率和谐波、间谐波分析的问题。在采集分析电能参数的过程中，需要对输入的电网参数频率进行跟踪，并且对采样器AD (Anolog toDigital)器件的采样率进行设置。通常AD采样率由PCB(Printed Circuit Board)上专门的时钟发生器来提供。由于通常现有技术的工频不超过400Hz(例如在机场电源)，但是有些电动机设备需要变频器输出高达500Hz以上频率的交流电或者是30Hz的交流电。因此这里测量电能参数谐波或者间谐波就需要获得30Hz~500Hz甚至更大频率范围的同步采样。

电能参数同步采样意味着对输入的电能进行基波跟踪，然后按照基波进行倍频，再将倍频后的时钟输入到AD器件进行基波时间窗同步采样。由于一直以来人们大都只针对常用的工频如50Hz电网(欧洲和中国)，60Hz电网(北美地区)，400Hz(航空设备)做跟踪和时间窗同步采样。但是由于现代技术对环保的要求，交流电能用得越来越多，因此各种电机和变频器也得到广泛的应用和发展。

之前的电网频率跟踪和时间窗同步采样技术存在跟踪技术一般但是时间窗同步技术很差，甚至一些仪器没用做真正的同步采样，只是随便采样若干点数然后计算谐波和间谐波的问题。

常用的基波频率跟踪技术有FFT+FT频谱细化技术结合锁相环方式，包括数字锁相环倍频方法和模拟锁相环方法等。常用的模拟锁相环方法太贵，太占PCB，太难调试。数字锁相环倍频方法无法做到真正的逼近，并且数字倍频方法属于类似小数分频的方式，这样在频率高达数十MHz时无法做到精确频率输出。除此以外，小数分频是逼近的方式，仅限于数字器件工作频率最高数百MHz的影响会导致采样时钟有ns级别的抖动，而这种方式的精确度无法满足精确测量的要求。此外为了满足以上需求，还需要采用专用的时钟生成器，但是时钟生成器功耗大并且昂贵。

发明内容

本发明针对上述现有技术在电网频率跟踪和时间窗同步采样技术中的时间窗同步采样效果差，精确度低、功耗大且成本高等问题，提出了一种提供电能参数分析的频率跟踪方法使用DDS作为频率发生器，这里为了方便和节约资源采用FFT+FT来进行频率跟踪。DDS输出的信号经过整形后提供给ADC,作为采样控制，并通过第一时间同步驱动单元和第二时间同步驱动单元实现高精度的同步采样，相比于模拟锁相环技术，成本更低，调试更简单，相比于数字锁相环倍频方法精度更高。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种提供电能参数分析的频率跟踪方法，基于同步采样系统，将同步采样系统连接多路电参数调理通道和电网电压调理通道，用于接收电网信号并进行频率测量从而实现对接收的电网信号在时间窗对齐的情况下进行倍频采样，具体包括以下步骤：

步骤一：使用基波捕获ADC单元接收电网参数的基波频率，并将采样到的基波频率通过串行SPI接口发送到FPGA单元的FFT+FT测频模块；

步骤二：通过FPGA单元的FFT+FT测频模块快速响应，对接收到的基波频率串行数据进行串并转换，合成为12bit数据，并以2048点为一帧送入FFT+FT测频模块进行FFT运算；