[发明专利]一种低成本配电网PMU及其工作方法

权利要求书

1.一种低成本配电网PMU，其特征在于：包括有源文氏桥滤波电路、斯密特触发器电路、有源单相全波整流电路、带反向逆止二极管的RC滤波器电路、同步时间脉冲接口电路、串行模数转换器、微处理器和通信接口电路；

所述有源文氏桥滤波电路包括运算放大器U₁、二极管D₁、D₂、输入端口串联电阻R₁、电容C₁，输出端口并联的电阻R₂、电容C₂，直流电源VCC、VSS，电阻R₁的一端连接输入信号u_i，另一端与二极管D₁的阴极、二极管D₂的阳极及电容C₁的一端连接在一起，二极管D₁的阳极连接正电源VCC，二极管D₂的阴极连接负电源VSS，电容C₁的另一端、电容C₂的一端及电阻R₂的一端连接运算放大器U₁的反相输入端，运算放大器U₁的正相输入端接至电源参考0V；电容C₂的另一端和电阻R₂的另一端与运算放大器U₁的输出端接在一起；经所述有源文氏桥滤波电路滤波后的电压信号为u_o；所述有源文氏桥滤波电路的输入信号为低成本配电网PMU内置的电压互感器的二次侧输出的电压信号以及内置的电流互感器二次侧输出的电流信号经过I/V转换后得到的电压信号，所述有源文氏桥滤波电路的输出信号连接至所述斯密特触发器电路的输入端和所述有源单相全波整流电路的输入端；

所述斯密特触发器电路包括比较器U₂、二极管D₃、比较器输入端电阻R₃、上拉电阻R₄、平衡电阻R₅、反馈电阻R₆，输出端口并联电阻R₇、R₈，直流电源VCC、VSS，电阻R₃的一端连接滤波后的输入信号u_s，另一端连接比较器U₂的输入端口低电平节点，比较器U₂的正电源输入节点、负电源输入节点分别连接直流电源VCC的正极及直流电源VSS的负极，电阻R₄的一端连接直流电源VCC的正极，电阻R₄的另一端连接电阻R₆的一端及二极管D₃的阳极，电阻R₆的另一端连接电阻R₅的一端及比较器U₂的输入端口高电平节点，二极管D₃的阴极连接电阻R₇、R₈的一端，电阻R₅、R₇、R₈的另一端共同连接参考地，整形后的测量信号u_sp从二极管D₃、电阻R₇、R₈的公共端输出；所述斯密特触发器电路的输入信号来自所述有源文氏桥滤波电路的输出，所述斯密特触发器电路的输出信号接入所述微处理器的信号捕获输入端；

所述有源单相全波整流电路、带反向逆止二极管的RC滤波器电路包括运算放大器U₃、二极管D₄、D₅、D₆、D₇、D₈，电路输入端电阻R₉、运算放大器输入输出端电阻R₁₀、R₁₁、R₁₂、R₁₃，电路输出端并联滤波电阻R₁₄、滤波电容C₃，直流电压源VCC、VSS，电阻R₉的一端连接滤波后的输入信号u_s，另一端分别连接二极管D₄的阴极及二极管D₅的阳极，二极管D₄的阳极分别连接运算放大器U₃的输入端口低电平节点、电阻R₁₀的一端、二极管D₆的阳极及二极管D₇的阴极，二极管D₅的阴极分别连接运算放大器U₃的输入端口高电平节点及电阻R₁₁的一端，运算放大器U₃的正电源输入节点、负电源输入节点分别连接直流电源VCC的正极及直流电源VSS的负极，电阻R₁₀、R₁₁的另一端共同连接参考地，二极管D₆、D₇的另一端共同连接电阻R₁₂的一端，电阻R₁₂的另一端分别连接运算放大器U₃的输出节点及电阻R₁₃的一端，电阻R₁₃的另一端连接二极管D₈的阳极，二极管D₈的阴极连接电容C₃的一端及电阻R₁₄的一端，电容C₃和电阻R₁₄的另一端共同连接参考地，全波整流后的测量信号u_o从二极管D₈、电容C₃、电阻R₁₄的公共端输出；所述有源单相全波整流电路的输入信号来自所述有源文氏桥滤波电路的输出，所述有源单相全波整流电路的输出信号为所述带反向逆止二极管的RC滤波器电路的输入信号，所述带反向逆止二极管的RC滤波器电路的输出接入所述串行模数转换器的输入端；

所述同步时间脉冲接口电路包括二极管D₉、光耦隔离元件OC₁、电路输入端电阻R₁₅、电路输出端电阻R₁₆、直流电压源VDD，电阻R₁₅的一端连接时间同步装置脉冲信号输出端，另一端连接二极管D₉的阴极及光耦隔离器件OC₁的输入端口高电平节点，二极管D₉的阳极、光耦隔离器件OC₁的输入端口低电平节点共同连接参考地，光耦隔离器件OC₁的输出端口高电平节点连接直流电压源VDD的正极，光耦隔离器件OC₁的输出端口低电平节点连接电阻R₁₆的一端，电阻R₁₆的另一端连接直流电源VDD的负极，输出脉冲电压u_o从光耦隔离器件OC₁和电阻R₁₆的公共端输出；所述同步时间脉冲接口电路的输入信号为与低成本配电网PMU配套使用的时间同步装置输出的同步时间信号，所述同步时间脉冲接口电路的输出信号接入所述微处理器的信号捕获输入端；

所述微处理器采用信号过零检测法来计算被测的三相交流电压、三相交流电流的频率和相位，其中，包含被测三相交流电压、三相交流电流信号频率和相位信息的方波电压信号与同步时间信号一起接入微处理器STM32F103的TIM2和TIM3的8个不同的信号捕获输入端；

所述串行模数转换器对包含被测三相交流电压、三相交流电流信号幅值信息的6路含纹波的直流电压信号进行固定采样周期T_S采样；

所述通信接口电路将微处理器STM32F103发出的含三相交流电压、三相交流电流信号的幅值、频率和相位信息的TTL电平转换为RS485串口电平；

所述微处理器内部内置有通用异步串行收发器，作为通用数据总线负责将微处理器计算得到的被测电压、电流信号的幅值、频率和相位传输至通信接口电路。