专利名称：一种谐波检测分析装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电力系统和用电设备的谐波检测分析装置及方法。
技术背景
随着电力电子技术的发展，谐波问题日益严重，成为国内外关注的重点。不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。谐波检测分析装置也得到了广泛的研究，其主要作用是，检测电力系统中的电流、电压信号，进行谐波分析，用以判断设备、装置或系统的谐波是否满足标准要求，用于分析系统谐波与运行负荷之间的变化关系，为改善和保证电力系统的正常运行提供依据。
现有谐波检测分析装置的主要缺点是检测精度不高。由于电网中的频率不是固定不变的，在采样过程中如果不能保证同步采样及不能保证一个测量周期内的采样点数保持恒定，则检测和分析将产生较大的误差。在可检索到的相关文献中，有的谐波检测分析装置未考虑信号采样的同步问题；有的虽然考虑了采样同步问题，但未考虑混叠信号产生的误差；有的虽然同时考虑了同步和抗混叠问题，但未考虑抗混叠电路因信号衰减和移相产生的误差。发明内容
本发明的目的是为了解决现有谐波检测分析装置精度差的问题，提供了一种高精度的、同时具有显示、存储和通信功能的谐波检测分析装置及方法。
本发明谐波检测分析装置采用的技术方案是包括信号调理电路和低通滤波器， 信号调理电路的一个输出端口分别连接低通滤波器和延时模块，低通滤波器的输出连接锁相环，延时模块和锁相环的输出分别连接第一 ADC模块的不同输入端口，第一 ADC模块的输出连接DSP最小系统，DSP最小系统以其不同的端口分别外接键盘、第一存储单元、LCD模块、日历时钟芯片、通信模块；所述延时模块由第二ADC模块、微处理器最小单元和DAC模块依次相串接及第二存储单元与微处理器最小单元相连组成。
本发明装置的谐波检测分析方法的技术方案包括检测信号经信号调理电路后， 先将模拟量信号经低通滤波器滤波得到基波信号，再经锁相环同步采样和固定采样点数后得到固定数目脉冲信号；同时将模拟量信号经延时模块延时，获得与所述基波信号同步的信号，然后将固定数目脉冲信号和与所述基波信号同步的信号同时输入第一 ADC模块，第一 ADC模块根据锁相环输出的固定数目脉冲信号和延时模块输出的与所述基波信号同步的信号进行模拟量到数字量的转换；最后将数字量输入至DSP最小系统，DSP最小系统根据读取的数字量进行谐波分析并实现存储、显示和人机交互。
本发明的有益效果是1、由低通滤波器、锁相环和延时模块相结合，实现高精度的同步采样，有效地提高了测量分析精度。
2、采用日历时钟芯片记录谐波产生的时间，为谐波与运行负载之间的关系提供准确的研究数据。
3、可通过通信模块将相关数据读取出来做进一步的分析研究。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明； 图1是本发明谐波检测分析装置的结构框图；图2是图1中延时模块6的结构框图； 图3是图1装置采样方法的实施例图；图中1. DSP最小系统；2.电源模块；3.信号调理；4.低通滤波器；5.锁相环；6.延时模块；7.第一 ADC模块；8.键盘；9.第一存储单元；10. IXD模块；11.日历时钟芯片；12.通信模块；13.微处理器最小单元；14.第二 ADC模块；15. DAC模块；16.第二存储单元。
具体实施方式
如图1，包括信号调理电路3、低通滤波器4、ADC模块、存储单元、DSP等，检测信号经信号调理电路3和低通滤波器4及延时模块6相连，信号调理电路3的一个输出端口分别连接低通滤波器4和延时模块6，低通滤波器4的输出连接锁相环5，延时模块6和锁相环5的输出分别连接第一 ADC模块7的不同输入端口，第一 ADC模块7的输出连接DSP最小系统1，DSP最小系统1以其不同的端口分别外接键盘8、第一存储单元9、IXD模块10、日历时钟芯片11、通信模块12。电源模块2分别连接DSP最小系统1、信号调理电路3、低通滤波器4、锁相环5、延时模块6、第一 ADC模块7、键盘8、第一存储单元9、IXD模块10、日历时钟芯片11和通信模块12。其中，信号调理电路3将其输入端的模拟信号转换至允许的范围内后一路输出至低通滤波器4，一路输出至延时模块6 ；低通滤波器4滤除输入信号中的谐波后输出基波信号，锁相环5根据低通滤波器4的输出信号输出脉冲信号到第一 ADC模块7 ；第一 ADC模块7根据锁相环5根据输出的固定数目脉冲信号和延时模块6输出的模拟量信号进行模拟量到数字量的转换；DSP最小系统1根据第一 ADC模块7的转换值进行谐波分析，并实现数据存储、人机交互、显示、通信等功能。通信模块12有标准配置的RS485 总线和CAN总线。
图2更详细地说明图1中的延时模块6，延时模块6由第二 ADC模块14、微处理器最小单元13、DAC模块15和第二存储单元16组成。其中，第二 ADC模块14、微处理器最小单元13和DAC模块15依次相串接，第二存储单元16与微处理器最小单元13相连。信号调理电路3的输出连接第二 ADC模块14，DAC模块15的输出连接第二 ADC模块14。微处理器最小单元13用于定时读取第二 ADC模块14的转换值和精确延时；第二 ADC模块14用于将输入的模拟信号转换为数字信号，第二存储单元16用于存储读自第二 ADC模块14的转换值；DAC模块15将其输入端口的数字信号转换为模拟信号输出至第一 ADC模块17的输入端。
本发明谐波检测分析装置的检测分析方法，装置首先检测需检测的模拟量信号， 通过信号调理电路将检测信号转换为第一 ADC模块7所需的信号类型和所允许的测量范围内，然后将模拟量信号经低通滤波器4滤波后得到基波信号，实现抗混叠干扰功能，再经过锁相环5同步采样和固定采样点数，得到固定数目脉冲信号；同时将模拟量信号经延时模块6实现精确延时，获得与基波信号同步的信号，将固定数目脉冲信号和与基波信号同步的信号同时输入第一 ADC模块7，第一 ADC模块7根据锁相环5输出的固定数目脉冲信号和延时模块6输出的模拟量信号进行模拟量到数字量的转换；然后将数字量输入至DSP最小系统1，DSP最小系统1根据读取的参数进行谐波分析及实现存储、显示、人机交互等功能。
图3以实例说明了本发明精确采样的方法。AD采样时，锁相环5电路被用来实现采样的同步和固定一个采样周期内的采样点数，但从图3a)的是基波叠加7次谐波后的波形图，可以看出混有谐波的基波信号在过零点处出现了多次过零点，信号零点与基波零点不一致，锁相环5会因得到变化不定的频率而无法得到正确的基波频率，从而产生采样误差； 为了解决混频带来的这种干扰，采用低通滤波器4来实现抗混叠干扰功能，图3b)是滤波后的波形与原波形图，其正弦信号是抗混叠后的信号，可以看出该信号与原信号存在相移并且幅值有很大的衰减，同样存在采样误差；为了解决抗混叠带来的干扰，本发明采用抗混叠后的信号经过锁相环4保证采样的同步和固定采样点数，将原信号经精确延时模块6补偿抗混叠电路产生的相移后送至第一 ADC模块7的输入端，这样第一 ADC模块7的输入端就是和抗混叠后的正弦信号同步的且无幅值衰减的信号，从图3c)是延时后波形与滤波后波形图，可以看出延时后的原信号与抗混叠后的正弦信号同步，从而可实现了精确的采样。
权利要求
1.一种谐波检测分析装置，包括信号调理电路(3)和低通滤波器(4)，其特征是信号调理电路(3)的一个输出端口分别连接低通滤波器(4)和延时模块(6)，低通滤波器(4)的输出连接锁相环(5)，延时模块(6)和锁相环(5)的输出分别连接第一 ADC模块(7)的不同输入端口，第一 ADC模块(7)的输出连接DSP最小系统(1 )，DSP最小系统(1)以其不同的端口分别外接键盘(8)、第一存储单元(9)、IXD模块(10)、日历时钟芯片(11)、通信模块(12); 所述延时模块(6)由第二 ADC模块(14)、微处理器最小单元(13)和DAC模块(15)依次相串接及第二存储单元(16)与微处理器最小单元(13)相连组成。
2.一种如权利要求1所述装置的检测分析方法，其特征是包括检测信号经信号调理电路(3)后，先将模拟量信号经低通滤波器(4)滤波得到基波信号，再经锁相环(5)同步采样和固定采样点数后得到固定数目脉冲信号；同时将模拟量信号经延时模块(6)延时，获得与所述基波信号同步的信号，然后将固定数目脉冲信号和与所述基波信号同步的信号同时输入第一 ADC模块(7)，第一 ADC模块(7)根据锁相环(5)输出的固定数目脉冲信号和延时模块(6)输出的与所述基波信号同步的信号进行模拟量到数字量的转换；最后将数字量输入至DSP最小系统(1)，DSP最小系统(1)根据读取的数字量进行谐波分析并实现存储、 显示和人机交互。
全文摘要
本发明公开一种谐波检测分析装置及方法，信号调理电路一个输出端口分别连接低通滤波器和延时模块，低通滤波器输出连接锁相环，延时模块和锁相环输出分别连接第一ADC模块不同输入端口，第一ADC模块输出连接DSP最小系统，检测信号经信号调理电路后将模拟量信号经低通滤波器滤波得到基波信号，经锁相环同步采样和固定采样点数后得到固定数目脉冲信号；同时将模拟量信号经延时模块延时获得与基波信号同步的信号，将固定数目脉冲信号和与基波信号同步的信号同时输入第一ADC模块，第一ADC模块进行模拟量到数字量的转换后输入DSP最小系统。本发明由低通滤波器、锁相环和延时模块相结合，实现高精度的同步采样，有效地提高测量分析精度。
文档编号G01R23/165GK102508028SQ20111030292
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者刘维亭, 曾庆军, 朱志宇, 王敏, 袁文华, 魏海峰, 黄巧亮 申请人:江苏科技大学