專利名稱：一種基于軟件抗諧波干擾并自動換相測量電網(wǎng)頻率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于儀器儀表測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測量電網(wǎng)頻率的方法。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，數(shù)字化電力儀表廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、變電站自動化和配電網(wǎng)自動化的開關(guān)柜中。電力儀表的各類參數(shù)中基本上所有測量參數(shù)的計算都和頻率參數(shù)有關(guān)，如何準(zhǔn)確有效快速的計算出電網(wǎng)頻率成為計算其它電網(wǎng)參數(shù)的基礎(chǔ)。當(dāng)前，電力系統(tǒng)中頻率測量方法有硬件和軟件兩類。傳統(tǒng)的硬件測量由過零比較器、方波形成電路和計數(shù)器構(gòu)成，需要增加硬件測頻電路，容易受器件零點漂移和高次諧波的影響。在軟件測頻算法中，目前已經(jīng)提出了許多不同的頻率測量算法，它們各有優(yōu)缺點，這其中基本上都需要對三相電壓的頻率分別進(jìn)行計算，之后通過軟件判斷當(dāng)前相電壓是否出現(xiàn)缺相等問題，如果出現(xiàn)則放棄該相電壓計算的相關(guān)頻率。這造成了一個頻率數(shù)據(jù)必須要進(jìn)行三次測量(三相電壓)的問題，浪費大量處理器資源。同時電網(wǎng)中的諧波也時刻影響著頻率的測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于軟件抗諧波干擾并自動換相測量電網(wǎng)頻率的方法，通過矢量運算及數(shù)字低通濾波器保證軟件能夠自適應(yīng)用于計算頻率的輸入電壓，無需分別計算三相電壓的頻率，同時可避免諧波對頻率測量造成的影響。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于軟件抗諧波干擾并自動換相測量電網(wǎng)頻率的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)通過A/D采樣單元獲得三相電壓同步瞬時采樣值Ua，Ub, Uc ；(2)對所述步驟(1)中的同步瞬時采樣值進(jìn)行矢量運算(Ua-Ub-Uc)/2，生成新的瞬時值；(3)對所述步驟( 新生成的瞬時值通過低通濾波器進(jìn)行低通濾波；(4)判斷所述步驟(3)中的低通濾波器輸出的數(shù)據(jù)是否過零點，若沒有出現(xiàn)過零點則返回步驟(1)，若出現(xiàn)過零點則將過零點次數(shù)加1，繼續(xù)判斷過零點次數(shù)是否為1，若過零點次數(shù)為1，則開始計時并返回步驟(1)；(5)判斷所述步驟(4)中過零點的次數(shù)是否達(dá)到事先設(shè)定的數(shù)值N，N為正整數(shù)， 若過零點的次數(shù)沒有達(dá)到N，則返回所述步驟(1)，若過零點的次數(shù)等于N，則結(jié)束計時，計算間隔時間T ；(6)通過步驟(5)所述間隔時間T和該段時間經(jīng)過的過零點次數(shù)N計算電網(wǎng)頻率
f:f=N/2*T 所述低通濾波器可以為數(shù)字低通濾波器。
還可包括步驟(7)清除所述步驟( 統(tǒng)計的過零點次數(shù)N并繼續(xù)執(zhí)行步驟(1)。有益效果本發(fā)明對同步瞬時采樣值進(jìn)行矢量運算(Ua-Ub-Uc)/2可保證只要任何一相電壓有信號，該矢量運算數(shù)據(jù)就有信號，系統(tǒng)無需任何輔助判斷即可自動適應(yīng)電壓的相序。濾波器的采用可以保證最終用于測量頻率的信號基本為正弦波，無需考慮電網(wǎng)中諧波的干擾。


圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為傳遞函數(shù)的幅值圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于軟件抗諧波干擾并自動換相測量電網(wǎng)頻率的方法，包括以下步驟步驟(1)，通過A/D采樣單元獲得三相電壓同步瞬時采樣值fe，W3，Uc ；步驟O)，對同步瞬時采樣值進(jìn)行矢量運算(Ua-Ub-Uc)/2生成新的瞬時值；步驟(3)，對新生成的瞬時值進(jìn)行數(shù)字低通濾波，保證信號中基波頻率(50Hz或 60Hz)信號可以通過，大于該頻率的信號分量被濾除；步驟，對數(shù)字低通濾波器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行零點判斷，若出現(xiàn)第一次過零點時啟動處理器內(nèi)部定時器開始計時，若沒有出現(xiàn)過零點則返回步驟(1)；步驟(5)，判斷步驟中過零點的次數(shù)是否達(dá)到事先設(shè)定的數(shù)值N，N為正整數(shù)， 若過零點的次數(shù)沒有達(dá)到N，則返回步驟(1)，若過零點的次數(shù)等于N，則結(jié)束定時器計時， 計算間隔時間T ；步驟(6)，通過間隔時間T和該段時間經(jīng)過的過零點數(shù)量N計算出電網(wǎng)頻率f 步驟(7)，清除步驟(5)統(tǒng)計的過零點次數(shù)N并重復(fù)步驟(1)。在電力設(shè)備領(lǐng)域、特別是三相電力網(wǎng)絡(luò)儀表技術(shù)領(lǐng)域，頻率的測量至關(guān)重要，在某一相或某兩相電壓缺少的情況下儀表應(yīng)該能夠轉(zhuǎn)而測量出有電壓信號相的頻率，并以此作為電網(wǎng)的頻率。通常的做法是分別測量三相電壓的頻率，通過軟件判斷每一相的電壓是否小于限值來決定采用或者放棄該相測出的頻率。所謂自動換相即無需軟件的輔助判斷，無需分別測量三相電壓的頻率，可自動轉(zhuǎn)換用于測量電網(wǎng)頻率的電壓相序。低通濾波器的設(shè)計主要是為了解決電網(wǎng)諧波所帶來的干擾，做到根據(jù)電網(wǎng)諧波的特點盡量用階數(shù)低的濾波器且濾波器的參數(shù)可用16位定點數(shù)表示而不至于導(dǎo)致震蕩等問題。舉例如下理想的三相電壓的公式如下所示
Ua = u*sin (ω t)
權(quán)利要求
1. 一種基于軟件抗諧波干擾并自動換相測量電網(wǎng)頻率的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)通過A/D采樣單元獲得三相電壓同步瞬時采樣值fe，Ub,Uc ；(2)對所述步驟(1)中的同步瞬時采樣值進(jìn)行矢量運算(Ua-Ub-Uc)/2，生成新的瞬時值；(3)對所述步驟( 新生成的瞬時值通過低通濾波器進(jìn)行低通濾波；(4)判斷所述步驟(3)中的低通濾波器輸出的數(shù)據(jù)是否過零點，若沒有出現(xiàn)過零點則返回步驟(1)，若出現(xiàn)過零點則將過零點次數(shù)加1，繼續(xù)判斷過零點次數(shù)是否為1，若過零點次數(shù)為1，則開始計時并返回步驟(1)；(5)判斷所述步驟中過零點的次數(shù)是否達(dá)到事先設(shè)定的數(shù)值N，N為正整數(shù)，若過零點的次數(shù)沒有達(dá)到N，則返回所述步驟(1)，若過零點的次數(shù)等于N，則結(jié)束計時，計算間隔時間T ；(6)通過步驟(5)所述間隔時間T和該段時間經(jīng)過的過零點次數(shù)N計算電網(wǎng)頻率f:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于軟件抗諧波干擾并自動換相測量電網(wǎng)頻率的方法，其特征在于所述低通濾波器為數(shù)字低通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于軟件抗諧波干擾并自動換相測量電網(wǎng)頻率的方法，其特征在于還包括步驟(7)清除所述步驟( 統(tǒng)計的過零點次數(shù)N并繼續(xù)執(zhí)行步驟
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于軟件抗諧波干擾并自動換相測量電網(wǎng)頻率的方法，包括以下步驟通過A/D采樣單元獲得三相電壓同步瞬時采樣值；對同步瞬時采樣值進(jìn)行矢量運算，生成新的瞬時值；對新生成的瞬時值進(jìn)行低通濾波；對低通濾波器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行零點判斷，出現(xiàn)第一次過零點時開始計時；當(dāng)?shù)屯V波輸出的數(shù)據(jù)過零點的數(shù)量達(dá)到預(yù)定值后結(jié)束計時，計算間隔時間；通過間隔時間和該段時間經(jīng)過的過零點次數(shù)計算電網(wǎng)頻率。本發(fā)明對同步瞬時采樣值進(jìn)行矢量運算，可保證只要任何一相電壓有信號，該矢量運算數(shù)據(jù)就有信號，系統(tǒng)無需任何輔助判斷即可自動適應(yīng)電壓的相序。濾波器的采用可以保證最終用于測量頻率的信號基本為正弦波，無需考慮電網(wǎng)中諧波的干擾。
文檔編號G01R23/10GK102253281SQ20111010494
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者張鳳雛, 張守尚, 王小健, 祝臻 申請人:江蘇斯菲爾電氣股份有限公司