一种基于扫频法的配电网电容电流检测装置的制作方法

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种基于扫频法的配电网电容电流检测装置。

背景技术：

配电网对地电容电流是影响配电网规划设计和运行安全的重要参数。电容电流的大小不仅决定了是否需要装设消弧线圈以及消弧线圈的补偿容量，而且对于分析和抑制配电网铁磁谐振过电压等问题都具有重要意义。

传统的电容电流测量方法可以分为直接法和间接法。直接法主要指单相金属接地法，就是将配电网线路人为地进行单相接地试验，然后通过电流互感器直接测量对地的电容电流。这种方法操作繁杂、危险性高，并且容易引发事故，现在几乎不再采用。间接法主要包括中性点外加电容法、中性点外加电压法和中性点位移电压法等。间接法虽然比直接法简便，但仍然存在如下缺点：测量时涉及一次侧，人员与设备安全无保障；操作繁琐、准备工作耗时长、测量工作效率低，同时存在误操作危险。

扫频法是基于谐振原理的一种电容电流测量新方法，它是信号注入法的一种改进方法。这里介绍了扫频法测量对地电容电流的原理，基于该原理研制了一套对地电容电流的测量装置。

技术实现要素：

为了解决配电网传统电流检测方法操作繁杂、危险性高，并且容易引发事故、操作繁琐、准备工作耗时长、测量工作效率低，同时存在误操作危险等一系列问题，本发明目的是提供一种基于扫频法的配电网电容电流检测装置，达到了解决上述问题的目的。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于扫频法的配电网电容电流检测装置，所述装置主要包括控制芯片，电压、电流采样信号模块、信号调理模块、igbt控制信号模块、扫频信号源模块、lcd显示模块以及按键输入。所述控制芯片实现igbt控制信号的发出、电压电流信号的相位比较、对地电容电流计算，所述电压、电流采样信号模块将采集到的数据传递到信号调理模块中，所述信号调理模块对输入信号进行滤波和电平转换，所述igbt控制信号模块实现控制芯片发出的igbt控制信号传输到扫频信号源模块，所述扫频信号源模块实现向消弧线圈tv二次侧注入变频方波电压信号，对地电容电流的计算结果通过lcd显示模块显示出来，所述按键输入实现对控制芯片启停的控制。

所述的控制芯片采用完全集成的混合信号片上系统级mcu芯片c8051f020作为控制芯片，该芯片采用cip-51内核，可以与mcs-51内核及指令集完全兼容。

所述的电压、电流采样信号模块用于采集消弧线圈tv二次侧的电压、电流信号，并将其传递到信号调理模块。

所述的信号调理模块用于对输入信号进行滤波和电平转换，增强了电路的抗干扰能力并满足单片机对输入信号的要求。

所述的igbt控制信号模块实现控制芯片发出的igbt控制信号传输到扫频信号源模块。

所述的扫频信号源模块实现向消弧线圈tv二次侧注入一个变频的方波电压信号。

所述的lcd显示模块采用lcd12864，用来显示测量计算结果。

所述的按键输入模块包括复位按键和启停按键，用于复位控制以及测量计算的启停控制。

软件部分：实用c语言编制相应的计算程序和控制程序。主要包括初始化、设置参数、测量、显示计算结果几个部分。

软件程序主要是完成igbt控制信号的发出、电压和电流同相位判断、电容电流的计算与存储及其相关功能的软件实现。程序采用模块化的设计思路，即主程序调用模块子程序实现所需要的功能。主程序流程如图2所示，子程序主要包括：测量子程序、初始化子程序、显示与存储子程序、通信子程序等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）不受系统运行方式改变的影响,不影响系统的正常运行。

（2）对于配有多个消弧线圈的配电网,只需选定一个消弧线圈利用扫频法进行测量,即可实现对整个配电网电容电流的测量。

附图说明

图1是本发明电容电流检测装置功能框图。

图2是本发明电容电流检测装置软件程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1，本发明提供一种基于扫频法的配电网电容电流检测装置，所述装置主要包括控制芯片，电压、电流采样信号模块、信号调理模块、igbt控制信号模块、扫频信号源模块、lcd显示模块以及按键输入。所述控制芯片实现igbt控制信号的发出、电压电流信号的相位比较、对地电容电流计算，所述电压、电流采样信号模块将采集到的数据传递到信号调理模块中，所述信号调理模块对输入信号进行滤波和电平转换，所述igbt控制信号模块实现控制芯片发出的igbt控制信号传输到扫频信号源模块，所述扫频信号源模块实现向消弧线圈tv二次侧注入变频方波电压信号，对地电容电流的计算结果通过lcd显示模块显示出来，所述按键输入实现对控制芯片启停的控制。

所述控制芯片作为数据处理和控制核心主要实现igbt控制信号的发出、电压和电流信号的相位比较、对地电容电流计算。其采用完全集成的混合信号片上系统级mcu芯片c8051f020，该芯片采用cip-51内核，可以与mcs-51内核及指令集完全兼容，可外接25mhz晶振，指令执行速度高达25mips，单周期指令执行时间为40ns；采用符合ieee1149.1标准的jtag接口，支持flashrom的读/写操作及非侵入式在系统调试。片内集成了大量的i/o口和系统资源，使用方便灵活，且可以降低系统的设计成本。

所述电压、电流采样信号模块用于采集消弧线圈tv二次侧的电压、电流信号，并将其传递到信号调理模块。

所述信号调理模块实现消弧线圈tv二次侧电压和电流的采样，采样信号有采样电阻电压和消弧线圈tv二次侧电压，其中，采样电阻电压为消弧线圈tv二次侧电流流经采样电阻产生的该电流的等效信号，信号调理模块对输入信号进行滤波和电平转换(双极性转换为单极性)，增强了电路的抗干扰能力并满足单片机对输入信号的要求。

所述igbt控制信号模块实现控制芯片发出的igbt控制信号传输到扫频信号源模块，电路采用philippines公司的t-1521发送器和r-2521接收器，实现igbt控制信号的远距离光纤传送，并能有效地将控制部分和高压部分隔离。

所述扫频信号源模块的主电路是基于igbt的单相全桥逆变器，通过控制四个晶闸管的交替导通，分别使电路构成不同回路，将交流侧220v电压整流成直流电压，再通过基于igbt的单相全桥逆变器，又将直流逆变为周期等于交替导通周期的方波信号，即实现了频率的变化。

所述lcd显示模块将对地电容电流的计算结果显示出来。

所述按键输入实现对控制芯片启停的控制。

如图2，所述电容电流检测装置的软件程序流程图。软件程序主要是完成igbt控制信号的发出、电压和电流同相位判断、电容电流的计算与存储及其相关功能的软件实现。程序采用模块化的设计思路，装置启动后，首先调用初始化模块完成对内部资源状态寄存器的设定和自检，然后进入如下循环：查询测量参数是否变化，如参数有变化则需重新设置参数；再检测是否进行测量，如无测量命令，直接返回上一步，当有测量命令时，程序调用测量子程序，完成igbt控制信号的发出、电压和电流同相位判断、电容电流的计算，随后调用显示存储模块，对测量结果进行显示和存储。

最后应当说明的是：以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。