專利名稱：一種電網(wǎng)諧波測量裝置及電網(wǎng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電網(wǎng)諧波測量裝置及電網(wǎng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電網(wǎng)設(shè)備包括電網(wǎng)終端(比如電能量采集終端、配變負(fù)控終端)和電能表。其中，進(jìn)入電網(wǎng)終端和電能表中的電壓或者電流，除了含有基波電壓或者基波電流以外，還含有諧波電壓或者諧波電流。目前，在針對電網(wǎng)中部分電能表或電網(wǎng)終端的技術(shù)規(guī)范中已經(jīng)提出測量公用電網(wǎng)中諧波電壓或者諧波電流含量的要求，但是，市場上具有諧波含量測量的電能表或者電網(wǎng)終端類設(shè)備只能測量電壓頻率波動小和電流大小變化范圍窄時的諧波電壓和諧波電流含量，仍然沒有針對寬頻率范圍時和寬電流范圍時，對電壓和電流中的諧波含量進(jìn)行測量的電能表或電網(wǎng)終端類設(shè)備。綜上所述，當(dāng)電網(wǎng)具有寬頻率范圍和寬電流范圍時，現(xiàn)有的電網(wǎng)設(shè)備不能測量電壓和電流中的諧波含量。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種電網(wǎng)諧波測量裝置及電網(wǎng)設(shè)備，旨在解決當(dāng)電網(wǎng)具有寬頻率范圍和寬電流范圍時，現(xiàn)有的電網(wǎng)設(shè)備不能測量電壓和電流中的諧波含量的問題。本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種電網(wǎng)諧波測量裝置，所述電網(wǎng)諧波測量裝置包括電壓采樣單元、電流采樣單元和微處理器，所述電壓采樣單元與所述微處理器連接，所述電網(wǎng)諧波測量裝置還包括連接于所述電壓采樣單元和所述微處理器之間，用于將由所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號和由外部輸入的參考電壓進(jìn)行運放比較，得到方波信號，并輸出所述方波信號至所述微處理器的測頻電路；連接于所述電流采樣單元和所述微處理器之間，用于對由所述電流采樣單元輸入的電流采樣信號進(jìn)行放大，得到一級電流放大信號，并輸出所述一級電流放大信號至所述微處理器的一級放大電路；所述微處理器包括與所述測頻電路連接，用于根據(jù)所述測頻電路輸入的方波信號，計算所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號的頻率的電網(wǎng)頻率獲取單元；與所述頻率獲取單元連接，用于根據(jù)所述頻率獲取單元計算得到的頻率，計算所述電壓米樣單兀輸入的電壓米樣信號和所述一級放大電路輸入的一級電流放大信號中的諧波含量的第一諧波含量計算單元。進(jìn)一步地，所述電網(wǎng)諧波測量裝置還包括連接于所述一級放大電路與所述微處理器之間，用于對由所述一級放大電路輸入的一級電流放大信號進(jìn)行放大，得到二級電流放大信號，并輸出所述二級電流放大信號至所述微處理器的二級放大電路；所述微處理器還包括與所述二級放大電路連接，用于根據(jù)所述頻率獲取單元計算得到的頻率，計算所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號和所述二級放大電路輸入的二級電流放大信號中的諧波含量的第二諧波含量計算單元。進(jìn)一步地，所述微處理器還包括與所述二級放大電路連接，用于對所述二級放大電路輸入的二級電流放大信號按照所述頻率獲取單元計算出的頻率進(jìn)行失真檢測的失真檢測單元。本實用新型還提供一種電網(wǎng)設(shè)備，所述電網(wǎng)設(shè)備包括電網(wǎng)諧波測量裝置，所述電網(wǎng)諧波測量裝置包括電壓采樣單元、電流采樣單元和微處理器，所述電壓采樣單元與所述微處理器連接，所述電網(wǎng)諧波測量裝置還包括連接于所述電壓采樣單元和所述微處理器之間，用于將由所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號和由外部輸入的參考電壓進(jìn)行運放比較，得到方波信號，并輸出所述方波信號至所述微處理器的測頻電路；連接于所述電流采樣單元和所述微處理器之間，用于對由所述電流采樣單元輸入的電流采樣信號進(jìn)行放大，得到一級電流放大信號，并輸出所述一級電流放大信號至所述微處理器的一級放大電路；所述微處理器包括與所述測頻電路連接，用于根據(jù)所述測頻電路輸入的方波信號，計算所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號的頻率的電網(wǎng)頻率獲取單元；與所述頻率獲取單元連接，用于根據(jù)所述頻率獲取單元計算得到的頻率，計算所述電壓米樣單兀輸入的電壓米樣信號和所述一級放大電路輸入的一級電流放大信號中的諧波含量的第一諧波含量計算單元。進(jìn)一步地，所述電網(wǎng)諧波測量裝置還包括連接于所述一級放大電路與所述微處理器之間，用于對由所述一級放大電路輸入的一級電流放大信號進(jìn)行放大，得到二級電流放大信號，并輸出所述二級電流放大信號至所述微處理器的二級放大電路；所述微處理器還包括與所述二級放大電路連接，用于根據(jù)所述頻率獲取單元計算得到的頻率，計算所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號和所述二級放大電路輸入的二級電流放大信號中的諧波含量的第二諧波含量計算單元。進(jìn)一步地，所述微處理器還包括與所述二級放大電路連接，用于對所述二級放大電路輸入的二級電流放大信號按照所述頻率獲取單元計算出的頻率進(jìn)行失真檢測的失真檢測單元。進(jìn)一步地，所述電網(wǎng)設(shè)備是電能表。進(jìn)一步地，所述電網(wǎng)設(shè)備是電網(wǎng)終端。在本實用新型中，測頻電路首先將電壓采樣信號和由外部輸入的參考電壓進(jìn)行運放比較，得到方波信號，并輸出所述方波信號至所述微處理器，由微處理器的電網(wǎng)頻率獲取單元根據(jù)所述方波信號計算電壓采樣信號的頻率，可以得到電網(wǎng)中電壓采樣信號的實際頻率，可以針對頻率寬范圍變化的電壓采樣信號，并且使得諧波測量更加精確。對電壓采樣信號，微處理器根據(jù)電壓采樣信號以及計算出的電壓采樣信號的頻率可以計算出電壓采樣信號中的諧波含量；對電流采樣信號，通過一級放大電路對中大電流進(jìn)行放大后輸出至微處理器，通過微處理器根據(jù)電流采樣信號以及計算出的電壓采樣信號的頻率可以計算出電流采樣信號中的諧波含量，保證了最大電流信號中的諧波含量能被準(zhǔn)確測量。

圖I是本實用新型實施例提供的電網(wǎng)諧波測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。在本實用新型實施例中，測頻電路首先將電壓采樣信號和由外部輸入的參考電壓進(jìn)行運放比較，得到方波信號，并輸出所述方波信號至所述微處理器，由微處理器的電網(wǎng)頻率獲取單元根據(jù)所述方波信號計算出電壓采樣信號的頻率，可以得到電網(wǎng)中電壓采樣信號的實際頻率，可以針對頻率寬范圍變化的電壓采樣信號，并且使得諧波測量更加精確。對電壓采樣信號，微處理器根據(jù)電壓采樣信號以及計算出的電壓采樣信號的頻率可以計算出電壓采樣信號中的諧波含量；對電流采樣信號，通過一級放大電路對中大電流進(jìn)行放大后輸出至微處理器，通過微處理器根據(jù)電流采樣信號以及計算出的電壓采樣信號的頻率可以計算出電流采樣信號中的諧波含量，保證了最大電流信號中的諧波含量能被準(zhǔn)確測量。圖I是本實用新型實施例提供的電網(wǎng)諧波測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖，為了便于說明，僅示出了本實用新型實施例相關(guān)的部分，該電網(wǎng)諧波測量裝置可以是內(nèi)置于電網(wǎng)設(shè)備中的軟件單元、硬件單元或者軟、硬件結(jié)合的單元，其中，電網(wǎng)設(shè)備可以是電能表，也可以是電網(wǎng)終端(比如電能量采集終端、配變負(fù)控終端)。在本實施例中，該電網(wǎng)諧波測量裝置包括電壓采樣單元11、電流采樣單元12、微處理器13、測頻電路14和一級放大電路15。電壓采樣單元11用于從電網(wǎng)的電網(wǎng)線上采集A、B、C相電壓，得到電壓采樣信號CHPA, CHPB和CHPC，將CHPA、CHPB和CHPC連接到微處理器13的A/D檢測口。作為本實用新型的一個優(yōu)選實施例，為了隔離電壓采樣單元11和微處理器13之間的影響，在電壓采樣單元11和微處理器13之間還可以連接電壓跟隨器16，通過電壓跟隨器16實現(xiàn)隔離電壓采樣單元11和微處理器13之間的影響。測頻電路14連接于電壓采樣單元11和微處理器13之間，用于將由電壓采樣單元11輸入的電壓采樣信號和由外部輸入的參考電壓進(jìn)行運放比較，得到方波信號，并輸出所述方波信號至微處理器13。由于公用電網(wǎng)的電壓采樣信號的頻率實際不是理想的50Hz，想要達(dá)到對交流信 號中諧波信號的準(zhǔn)確地分析，必須首先準(zhǔn)確地測量出電網(wǎng)中電壓采樣信號的實際頻率值才行。在本實用新型實施例中，由電壓采樣單元11輸入至測頻電路14的電壓采樣信號CHPA、CHPB和CHPC分別與由外部輸入至測頻電路14的參考電壓進(jìn)行運放比較，得到方波信號CHFA、CHFB和CHFC，這三個方波信號連接到微處理器13的三個外部中斷口，由微處理器13設(shè)定方波信號上升沿或下降沿中斷，測定兩次中斷之間所需的時間，該時間即為電壓采樣單元11采集的電壓采樣信號的周期，根據(jù)該周期可以計算出電壓采樣信號的頻率。[0040]電流采樣單元12從電網(wǎng)的電網(wǎng)線上采集A、B、C相電流，得到電流采樣信號IA+、IB+和IC+,并輸出該些電流米樣信號至一級放大電路15, —級放大電路15連接于電流米樣單元12和微處理器13之間，用于對由電流采樣單元12輸入的電流采樣信號進(jìn)行放大，得到一級電流放大信號CHIA、CHIB和CHIC，并輸出所述一級電流放大信號至微處理器13，在本實施例中，所述一級電流放大信號是輸入至微處理器13的A/D檢測口，輸入一級放大電路15的電流是中大電流信號。作為本發(fā)明的另一個實施例，由于公用電網(wǎng)中的電流根據(jù)負(fù)載的不同，電流值可能從50mA至幾十安培，如果要保證最大電流時測量準(zhǔn)確，那小電流值時就會因為電流過小，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確，所以在本實施例中采用了兩級放大電路，當(dāng)電流信號過小時，再對從一級放大電路15輸出的一級電流放大信號CHIA、CHIB和CHIC進(jìn)行二級放大，采用二級放大后的二級電流放大信號CHIAX、CHIBX、CHICX來分析電流中的諧波含量。微處理器13選擇一級電流放大信號還是二級電流放大信號取決于二級電流放大信號是否失真，如果二級電流放大信號失真，則表明電流過大，只需要采用一級電流放大信號即可，如果不失真，則可用二級電流放大信號來分析電流中的諧波含量。具體的實施方法是在一級放大電路15的輸出端和微處理器13的輸入端之間連接一個二級放大電路17，通過該二級放大電路17再對一級放大電路15輸出的一級電流放大信號進(jìn)行放大，生成二級電流放大信號，并輸出所述二級電流放大信號至微處理器13的A/D檢測口。在具體實施時，一級放大電路15輸出的一級電流放大信號和二級放大電路17輸出的二級電流放大信號是同時輸入至微處理器13的A/D檢測口的。微處理器13對輸入至A/D檢測口的二級電流放大信號按照電壓采樣信號的周期進(jìn)行定期檢測，如果檢測到二級電流放大信號失真，則表明電流過大，采用一級電流放大信號來分析電流中的諧波含量即可，如果檢測到二級電流放大信號不失真，則可用二級電流放大信號來分析電流中的諧波含量。下面再對微處理器13根據(jù)上述的描述，進(jìn)行一下功能劃分，進(jìn)行功能劃分后的微處理器13包括電網(wǎng)頻率獲取單元131和第一諧波含量計算單元132。其中，電網(wǎng)頻率獲取單元131與測頻電路14連接，用于根據(jù)所述測頻電路14輸入的方波信號，計算所述電壓采樣單元11輸入的電壓采樣信號的頻率，具體實施時，是先根據(jù)方波信號計算電壓采樣信號的周期，然后再根據(jù)該周期計算電壓采樣信號的頻率；第一諧波含量計算單元132與頻率獲取單元131連接，用于根據(jù)所述電網(wǎng)頻率獲取單元131計算得到的頻率，計算所述電壓采樣單元11輸入的電壓采樣信號和所述一級放大電路15輸入的一級電流放大信號中的諧波含量，該第一諧波含量計算單元22是用于計算中大電流中的諧波含量的。其中，具體實施時，可以根據(jù)所述電網(wǎng)頻率獲取單元131計算得到的頻率得到一個周期值，再根據(jù)該周期值計算出一個周期要實現(xiàn)64個采樣點的采樣時間間隔，根據(jù)該時間間隔設(shè)定中斷時間，分別對輸入微處理器13的電壓、電流采樣信號定期進(jìn)行A/D值采樣，得到數(shù)字化后的電壓、電流采樣信號，再通過傅立葉變換計算出所述數(shù)字化后的電壓、電流采樣信號中的諧波電壓和諧波電流，即可得到電壓和電流采樣信號中的諧波含量。 為了計算小電流中的諧波含量，微處理器13還包括第二諧波含量計算單元133。第二諧波含量計算單元133與二級放大電路17連接，用于根據(jù)所述電網(wǎng)頻率獲取單元131計算得到的頻率，計算所述電壓采樣單元11輸入的電壓采樣信號和所述二級放大電路17輸入的二級電流放大信號中的諧波含量。另外，由于一級放大電路15和二級放大電路17輸出的電流放大信號都是輸出至微處理器13的，為了判斷到底采用哪一種電流放大信號進(jìn)行電流的諧波含量計算，所述微處理器還包括失真檢測單元。失真檢測單元與所述二級放大電路17連接，用于對所述二級放大電路17輸入的二級電流放大信號按照所述電網(wǎng)頻率獲取單元131計算出的頻率進(jìn)行失真檢測，當(dāng)檢測到二級電流放大信號失真，則表明電流過大，則采用第一諧波含量計算單元132通過一級電流放大信號來分析電流中的諧波含量，如果檢測到二級電流放大信號不失真，則可用第二諧波含量計算單元133來分析電流中的諧波含量，在本實施例中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)檢測到的二級電流放大信號中有出現(xiàn)連續(xù)3個點相等的情況時，說明該信號已經(jīng)是一個放大失真了的電流信號，則采用第一諧波含量計算單元132通過一級電流放大信號來分析電流中的諧波含量。在本實用新型實施例中，測頻電路首先將電壓采樣信號和由外部輸入的參考電壓進(jìn)行運放比較，得到方波信號，并輸出所述方波信號至所述微處理器，由微處理器的電網(wǎng)頻率獲取單元根據(jù)所述方波信號計算電壓采樣信號的頻率，可以得到電網(wǎng)中電壓采樣信號的實際頻率，可以針對頻率寬范圍變化的電壓采樣信號，并且使得諧波測量更加精確，可以適合頻率在40-70HZ范圍內(nèi)的公用電網(wǎng)。對電壓采樣信號，微處理器根據(jù)電壓采樣信號以及計算出的電壓采樣信號的頻率可以計算出電壓采樣信號中的諧波含量；對電流采樣信號，通過一級放大電路對中大電流進(jìn)行放大后輸出至微處理器，通過微處理器根據(jù)電流采樣信號以及計算出的電壓采樣信號的頻率可以計算出電流采樣信號中的諧波含量，保證了最大電流信號中的諧波含量能被準(zhǔn)確測量。另外，為了保證小電流信號中的諧波含量能被準(zhǔn)確測量，在可以對一級放大后的電流采樣信號進(jìn)行二級放大，使得電流信號的測量范圍更加寬，能分析50mA至最大電流范圍內(nèi)的電流信號中的諧波含量。此外，本實用新型使用器件數(shù)量少，應(yīng)用成本低。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電網(wǎng)諧波測量裝置，所述電網(wǎng)諧波測量裝置包括電壓采樣單元、電流采樣單元和微處理器，所述電 壓采樣單元與所述微處理器連接，其特征在于，所述電網(wǎng)諧波測量裝置還包括 連接于所述電壓采樣單元和所述微處理器之間，用于將由所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號和由外部輸入的參考電壓進(jìn)行運放比較，得到方波信號，并輸出所述方波信號至所述微處理器的測頻電路； 連接于所述電流采樣單元和所述微處理器之間，用于對由所述電流采樣單元輸入的電流采樣信號進(jìn)行放大，得到一級電流放大信號，并輸出所述一級電流放大信號至所述微處理器的一級放大電路； 所述微處理器包括 與所述測頻電路連接，用于根據(jù)所述測頻電路輸入的方波信號，計算所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號的頻率的電網(wǎng)頻率獲取單元； 與所述頻率獲取單元連接，用于根據(jù)所述頻率獲取單元計算得到的頻率，計算所述電壓米樣單兀輸入的電壓米樣信號和所述一級放大電路輸入的一級電流放大信號中的諧波含量的第一諧波含量計算單元。
2.如權(quán)利要求I所述的電網(wǎng)諧波測量裝置，其特征在于，所述電網(wǎng)諧波測量裝置還包括 連接于所述一級放大電路與所述微處理器之間，用于對由所述一級放大電路輸入的一級電流放大信號進(jìn)行放大，得到二級電流放大信號，并輸出所述二級電流放大信號至所述微處理器的二級放大電路； 所述微處理器還包括 與所述二級放大電路連接，用于根據(jù)所述頻率獲取單元計算得到的頻率，計算所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號和所述二級放大電路輸入的二級電流放大信號中的諧波含量的第二諧波含量計算單元。
3.如權(quán)利要求2所述的電網(wǎng)諧波測量裝置，其特征在于，所述微處理器還包括 與所述二級放大電路連接，用于對所述二級放大電路輸入的二級電流放大信號按照所述頻率獲取單元計算出的頻率進(jìn)行失真檢測的失真檢測單元。
4.一種電網(wǎng)設(shè)備，所述電網(wǎng)設(shè)備包括電網(wǎng)諧波測量裝置，所述電網(wǎng)諧波測量裝置包括電壓采樣單元、電流采樣單元和微處理器，所述電壓采樣單元與所述微處理器連接，其特征在于，所述電網(wǎng)諧波測量裝置還包括 連接于所述電壓采樣單元和所述微處理器之間，用于將由所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號和由外部輸入的參考電壓進(jìn)行運放比較，得到方波信號，并輸出所述方波信號至所述微處理器的測頻電路； 連接于所述電流采樣單元和所述微處理器之間，用于對由所述電流采樣單元輸入的電流采樣信號進(jìn)行放大，得到一級電流放大信號，并輸出所述一級電流放大信號至所述微處理器的一級放大電路； 所述微處理器包括 與所述測頻電路連接，用于根據(jù)所述測頻電路輸入的方波信號，計算所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號的頻率的電網(wǎng)頻率獲取單元；與所述頻率獲取單元連接，用于根據(jù)所述頻率獲取單元計算得到的頻率，計算所述電壓米樣單兀輸入的電壓米樣信號和所述一級放大電路輸入的一級電流放大信號中的諧波含量的第一諧波含量計算單元。
5.如權(quán)利要求4所述的電網(wǎng)設(shè)備，其特征在于，所述電網(wǎng)諧波測量裝置還包括 連接于所述一級放大電路與所述微處理器之間，用于對由所述一級放大電路輸入的一級電流放大信號進(jìn)行放大，得到二級電流放大信號，并輸出所述二級電流放大信號至所述微處理器的二級放大電路； 所述微處理器還包括 與所述二級放大電路連接，用于根據(jù)所述頻率獲取單元計算得到的頻率，計算所述電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號和所述二級放大電路輸入的二級電流放大信號中的諧波含量的第二諧波含量計算單元。
6.如權(quán)利要求5所述的電網(wǎng)設(shè)備，其特征在于，所述微處理器還包括 與所述二級放大電路連接，用于對所述二級放大電路輸入的二級電流放大信號按照所述頻率獲取單元計算出的頻率進(jìn)行失真檢測的失真檢測單元。
7.如權(quán)利要求4至5任一項所述的電網(wǎng)設(shè)備，其特征在于，所述電網(wǎng)設(shè)備是電能表。
8.如權(quán)利要求4至5任一項所述的電網(wǎng)設(shè)備，其特征在于，所述電網(wǎng)設(shè)備是電網(wǎng)終端。
專利摘要本實用新型適用于電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種電網(wǎng)諧波測量裝置及電網(wǎng)設(shè)備，該電網(wǎng)諧波測量裝置包括用于將由電壓采樣單元輸入的電壓采樣信號和由外部輸入的參考電壓進(jìn)行運放比較，得到方波信號，并輸出所述方波信號至所述微處理器的測頻電路；用于對由所述電流采樣單元輸入的電流采樣信號進(jìn)行放大，得到一級電流放大信號，并輸出所述一級電流放大信號至所述微處理器的一級放大電路；所述微處理器包括用于根據(jù)所述方波信號計算電壓采樣信號的頻率的電網(wǎng)頻率獲取單元；用于根據(jù)所述頻率計算所述電壓采樣信號和所述一級電流放大信號中的諧波含量的第一諧波含量計算單元。本實用新型，可以精確測量寬頻率范圍和寬電流變化范圍的電網(wǎng)信號中的諧波含量。
文檔編號G01R23/16GK202362381SQ20112049369
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者姚禮本, 鄧彩云 申請人:深圳市航天泰瑞捷電子有限公司