一种电力系统谐波检测系统的制作方法

本发明涉及电力系统分析技术领域，具体涉及一种电力系统谐波检测系统。

背景技术：

随着社会经济的发展，电能在各个行业和人民生活中变得越来越重要，同时电能本身的质量对整个电力系统的影响也越来越大。电力系统中的电压和电流的理想波形是工作频率在50h或者60hz的正弦波形，但是随着电力系统的规模越来越大，各种电力电子设备，电气化铁道等非线性负荷的剧增，导致电网电压和电流的波形偏离了标准的正弦波形，使得电压和电流的波形发生了畸变，即生成了谐波，由此，电力系统谐波的污染也变得日益严重。

由此，为了解决电力系统谐波的污染危害，可以应用谐波检测算法对谐波进行检测，而这仅限于针对整次谐波的检测。但是目前电力系统中不仅有整次谐波还包含着大量的间次谐波，因此目前广泛应用傅里叶变换检测方法分析和处理电力系统的谐波，但目前多数检测电力系统谐波的装置过程较复杂繁琐，效率低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电力系统谐波检测系统。解决了目前电力系统谐波检测系统过程繁琐，无法实时供用户检测与查看电力系统谐波的参数与幅值的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力系统谐波检测系统，包括：电流互感器，信号处理器，电平转换器，avr单片机，稳压电源，计算机；

所述电流互感器，与所述信号处理器通过导线相连，用于减小电力系统工作中的电流并减小所述电流，将减小后的电流传输到所述信号处理器；

所述信号处理器，与所述电平转换器通过导线相连，用于将接收到的所述减小后的电流转化为电压，并且再将所述电压放大，生成放大后的电压，并将所述放大后的电压进行滤波，得到低频电压信号，将所述低频电压信号传输至所述电平转换器；

所述电平转换器，与所述avr单片机通过导线相连，用于将所述低频电压限号转化为目标电压信号，并将所述目标电压信号传输至所述avr单片机；

所述avr单片机，与所述计算机通信连接，用于接收所述目标电压信号并将所述目标电压信号转化为数字标准电压，计算所述数字标准电压的各次谐波，得到所述数字标准电压的各次谐波的幅值，再发送所述各次谐波的幅值至所述计算机进行显示，供用户观察；

所述稳压电源与所述avr单片机通信连接，用于稳定所述目标电压信号转化为所述数字标准电压时的转化率。

可选的，所述信号处理器包括：电流电压转换器，电压放大器，低通滤波器；

所述电流电压转换器，分别与所述电流互感器、所述电压放大器相连，用于接收所述电流互感器发送的所述减小后的电流，并将所述减小后的电流转化为电压，再将所述电压输送至所述电压放大器；

所述电压放大器，还与所述低通滤波器相连，用于接收所述放大后的电压，并将所述放大后的电压进行滤波处理，得到低频电压信号，并将所述低频电压信号传输至所述电平转换器。

可选的，所述低频电压信号为交流电压信号。

可选的，所述低频电压信号的频率为30khz至300khz之间的频率。

可选的，所述信号处理器还用于将所述交流电压信号转化为响应的直流电压信号。

可选的，所述avr单片机包括：avr单片机最小系统；所述avr单片机最小系统分别与所述电平转换器、所述计算机相连，用于接收所述电平转换器发送来的所述数字标准电压并计算得到所述数字标准电压的各次谐波的幅值，再发送所述各次谐波的幅值至所述计算机进行显示。

可选的，所述avr单片机最小系统还包括avr单片机本体，avr单片机接口，时钟振荡模块，晶振接口；

所述avr单片机接口设置于所述avr单片机本体上，并且所述电平转换器通过所述avr单片机接口与所述avr单片机本体相连；

所述时钟振荡模块通过所述晶振接口与所述avr单片机本体相连，用于为所述avr单片机工作时提供时钟信号。

可选的，所述稳压电源器的输出稳压电压为证5伏和/或负5伏。

可选的，所述各次谐波的幅值至多为第七次谐波的幅值。

可选的，所述低通滤波器用于过滤掉电压高于400赫兹频率的电压。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

电力系统谐波检测系统包括：电流互感器，信号处理器，电平转换器，avr单片机，稳压电源，计算机；通过电流互感器与信号处理器相连，减小电力系统工作中的电流并将减小后的电流传输到信号处理器，信号处理器与电平转换器相连，接收减小后的电流并转化为电压，再将电压放大，生成放大后的电压，并将放大后的电压进行滤波，得到低频电压信号，并传输至点评转换器，且电平转换器与avr单片机相连，将低频电压信号的电压的大小转化为目标电压信号，并传输到avr单片机中，avr单片机再与计算机相连，在接收到目标电压信号后进行模数转换，将目标电压信号转化为数字标准电压，再计算数字标准电压的各次谐波，得到数字标准电压的各次谐波幅值后再发送各次谐波的幅值至计算机进行显示供用户观察，并且，稳压电源与avr单片机相连，稳定目标电压信号转化为数字标准电压时的转化率。通过上述电力系统谐波检测的系统所使用的avr单片机能够在进行电力系统谐波检测分析时减少对谐波幅值的计算量，且由于avr单片机与计算机相连，也实现了用户实时检测查看电力系统谐波的各项参数与幅值的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的一种电力系统谐波检测系统的结构图。

图中：101、电流互感器；102、信号处理器；103、电流电压转换器；104、电压放大器；105、低通滤波器；106、电平转换器；107、avr单片机；108、计算机；109、稳压电源。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

图1为本申请一实施例提供的一种电力系统谐波检测系统的结构图，如图1所示包括：电流互感器101、信号处理器102、电平转换器106、avr单片机107、计算机108、稳压电源109。

其中，信号处理器102具体包括：电流电压转换器103、电压放大器104、低通滤波器105；

电流互感器101与电流电压转换器103通过导线相连，用来减小电力系统中谐波检测工作中的电流，并且电流互感器101将减小后的电流传输到电流电压转换器103，电流电压转换器103与电压放大器104相连，用于接收所述电流互感器101输送来的减小后的电流，并将减小后的电流转化为电压，再将电压输送至电压放大器104；且电压放大器104与低通滤波器105相连，用于将电压进行放大，并生成放大后的电压，并将放大后的电压输送至低通滤波器105；低通滤波器105与电平转换器106相连，用于接收放大后的电压，并将放大后的电压进行滤波处理，得到低频电压信号，并将低频电压信号传输至电平转换器106。本实施例中的低频电压信号为交流电压信号，并且此电力系统中的低频电压信号的频率为30khz至300khz之间的频率。本实施例中，对减小后的电流进行转化，得到电压，并对电压进行放大，对放大后的电压进行滤波三者缺一不可，三者结合起来的过程为对电力系统中的电流电压信号的预处理，即电流电压转换器103，电压放大器104，低通滤波器105三者一起构成电力系统中的信号处理器102。并且信号处理器102还用于将交流电压信号转化为相应的直流电压信号。本实施例中，电力系统的工作频率为50hz，并且本实施例中在测量电力系统各次谐波的幅值时，最高只测量到第七次谐波的幅值。而且本实施例中采用的低通滤波器105能够过滤高于400赫兹的电压，留下低于400赫兹的电压。

本实施例中，电平转换器106与avr单片机107通过导线相连，用于将低频电压信号转化为目标电压信号，并将目标电压信号传输至avr单片机107中。本实施例中的电平转换器106采用的是rs-232电平转换器，用此电平转换器实现avr单片机107与计算机108的通信的，并且rs-232电平转换器采用的是max232集成电路。

本实施例中，avr单片机107与计算机108通信连接，用于接收目标电压信号并进行模数转换，将目标电压信号转化为数字标准电压，并计算数学标准电压的各次谐波，得到数字标准电压的各次谐波的幅值，再发送各次谐波的幅值至计算机108进行显示，供用户观察。并且，avr单片机107包括avr单片机最小系统；avr单片机最小系统分别与电平转换器106、计算机108相连，用于接收电平转换器106发送来的数字标准电压并计算得到数字标准电压的各次谐波的幅值，再发送所述各次谐波的幅值至所述计算机108进行显示。且所述avr单片机最小系统还包括avr单片机本体，avr单片机接口，时钟振荡模块，晶振接口；avr单片机接口设置于avr单片机本体上，并且电平转换器106通过所述avr单片机接口与所述avr单片机本体相连；时钟振荡模块通过晶振接口与avr单片机本体相连，用于为avr单片机107工作时提供时钟信号。本实施例中，在检测电力系统谐波时，用到的avr单片机107即为atmega32l单片机，atmega32l单片机为atmel公司的新一代mega系列8字节单片机，且此类型的单片机内核采用了功耗较其他品牌同类型产品更低，兼具多种节能控制方式的risc精简指令系统，并且其内部集成的isp可编程系统，使得单片机的开发更加便捷，削减了并行编程器的成本。同时，本实施例中的电力系统谐波检测系统还包括时钟振荡模块，晶振接口，且时钟振荡模块通过经侦借口与avr单片机107相连接。由于时钟振荡模块通过晶振接口与avr单片机本体相连接，由于内置在单片机内部的时钟振荡模块受电源电压和环境温度的影响很大，而本发明中要求有较为精确的时钟振荡频率，因此不可用单片机自身的时钟线路，更改为外置晶振线路，即本发明中的时钟振荡模块通过晶振接口与avr单片机本体相连。另外，avr单片机107还集成了包括：串行接口、看门狗定时器等众多结构，使得其可以满足更多情境下的工作要求。并且，本实施例中的avr单片机107还针对高级语言进行了优化，使得其代码的执行效率更高。当avr单片机107处于工作状态时，在其存储器停止工作的同时，复位接口、晶振接口、数字电源接口、模数转换器及中断系统仍然能够继续工作。avr单片机107上还同时集成了8位risc精简指令系统单片机，其可为avr单片机107提供强大的性能和功能支持，因此，采用avr单片机107能够以较低的成本实现对电力系统谐波的检测。本实施例中，由于avr单片机107内部已经集成有2kb大小的sram存储器和32kb大的flashrom的只读编程器，因此，其不需要外接计算机存储器也能够实现信号的采集与谐波的分析的功能。且本实施例中的avr单片机107的最小电路原理图仅包括单片机本身、上电复位模块、时钟震荡模块、模数转换模块。

本实施例中，avr单片机本体还包括：上电复位模块，复位接口，模数转换摸了，数字电源接口，并且上电复位模块通过复位接口与avr单片机本体相连，用于降低所述复位接口的电压。上电复位模块集成在avr单片机107的内部，这简化了avr单片机107的外部复位线路设计，并且拉取了一个10kω的电阻至电源vcc，并且为了整个电力系统的线路安全还设置了一个0.1uf的电容来去除杂波干扰。本实施例中，模数转换模块通过所述数字电源接口与avr单片机本体相连，用于将标准电压信号转化为数字标准电压。在电路实际工作过程中，系统内外数字电路中产生的电磁干扰在很大程度上会硬性本发明的模拟测量精度，因此，本发明在以下三个方面来减少噪声：(1)将模拟信号线与高速切换的数字信号线分开，且保证模拟通路尽可能短。(2)电源需要通过电导电容网络与数字电压源连接。(3)模数转换模块需使用adc噪声抑制器来减少cpu处理器发出的干扰噪声。由于avr单片机107内部的模数转化器的精度只有10位，虽然avr单片机107内部自带的参考电压以充足，但为保证整个电力系统的安全需要在aref基准电压外部输入引脚串联一个10uf的接地电容。

本实施例中，稳压电源109与avr单片机107通信连接，用于稳定目标电压信号转化时数字标准电压时的转化率，且稳压电源109的输出稳压电压为正5伏和/或负5伏。由于avr单片机107的工作电压的范围是2.7v至5.5v，但实际工作中为了消除不稳定电源对模数转换器的转换结果造成的影响，则在电力系统工作在通常会增加一个输出电压为正5伏和/或负5伏的稳压电源当作工作电源。由于avr单片机107系统的各个元件的工作电流仅为毫安级的工作电流，并且电力系统中的功耗极低，因此在电源变压器的选择上选择次级中间抽头且输出功率为5w变压器。

通过本实施例的电力系统谐波检测的系统所使用的avr单片机，实现了能够在进行电力系统谐波检测分析时减少对谐波幅值的计算量，并且还实现了降低系统的成本的效果，降低电力系统谐波检测的成本，且由于avr单片机与计算机相连，也实现了使用户实时的检测查看电力系统谐波的各项参数与幅值的效果。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。