一种高精度的电力二次系统测频电路的制作方法

1.本实用新型涉及电力系统中的频率监测技术领域，特别涉及一种高精度的电力二次系统测频电路。


背景技术：

2.发电厂和变电所的电力系统通常分为一次系统和二次系统。一次系统(也称主系统)是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配电能的系统。二次系统是对一次系统进行控制、调节、保护和监测的系统。在一次系统中，用交流电输送电力，以其高效和低损耗的优点成为现今主要的输电方式。然而交流电的频率在不同的国家和地区并不相同，例如中国、日本、泰国、印度、新加坡以及欧洲大部分国家是50赫兹，而美国、加拿大、墨西哥、韩国、菲律宾等则用60赫兹。在电力系统中，电网频率是电能质量的重要指标，需要准确的测量，电网频率也是各种电力设备安全稳定运行的重要测量数据。但是由于三相用电负荷不对称，供电系统不对称等因素，常会导致交流电频率的偏移，这对供电系统，配电系统以及用电设备都是非常有害的，有可能导致中性点的偏移，从而危及人身和设备安全。因此，对电网频率的监测是二次系统中的一项重要科目。
3.传统电网频率的监测电路的实现方式通常为：电压变换
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滤波
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比较电路
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数据计算。例如，公开号为cn207198238u的实用新型专利就介绍了一种电网频率检测电路。其中，该电网频率检测电路包括：有源滤波电路，输入端与电网采样电路的输出端相连接，有源滤波电路的输入端用于接收电网的电压采样信号，有源滤波电路用于电压采样信号滤除干扰噪声；比较器电路，比较器电路的输入端与有源滤波电路的输出端相连接，比较器电路用于对有源滤波电路输出的电压采样信号与参考电压进行比较；控制器，控制器与比较器电路的输出端相连接，用于根据比较器电路输出的信号计算电网的频率。
4.传统电网频率监测电路的缺点在于，其通常采用简单的电阻分压方式得到其需要的基准电压，这种直接电阻分压的方式会导致供电电源的抖动会传导到比较器的输入端，造成抖动干扰，同时当需要频繁切换电压的时候，还会容易造成尖峰输出干扰，影响测试精度。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种高精度的电力二次系统测频电路，提高了测量精度，解决了抖动和易受干扰的问题。
6.本实用新型采用的技术方案为，一种高精度的电力二次系统测频电路，包括：
7.电流互感器单元，输入端与待测电网连接，对待测电网的交流信号进行等比例转换，输出小电流信号；
8.采样单元，输入端连接所述电流互感器单元的输出端，将所述小电流信号转换为电压信号；
9.基准电压源单元，提供一参考电压；
10.比较器单元，输入端分别连接所述采样单元和基准电压源单元的输出端，对所述电压信号和参考电压进行比较，输出方波信号；
11.整形单元，输入端连接所述比较器单元的输出端，对所述方波信号进行整形处理；
12.处理器单元，输入端连接所述整形单元的输出端，对所述整形的方波信号进行采集获得所述待测电网的频率值。
13.由上，本实用新型通过基准电压源提供一较低的参考电压用于比较器单元的输入信号的电压参考点，满足测量精度的同时，还能提高抗干扰的能力，同时还采用整形单元对比较器单元输出的方波信号进行整形，可进一步去除抖动和干扰，提高测量精度。
14.优选的，所述整形单元包括施密特触发器整形电路。
15.由上，采用施密特触发器整形电路可去除前级比较器电路可能引入的尖峰干扰，进一步增强了抗干扰能力，降低了信号噪声。
16.优选的，所述施密特触发器整形电路包括：
17.施密特反相器，该施密特反相器的输入端连接所述比较器单元的输出端，该施密特反相器的输出端串联一电阻连接所述处理器单元的输入端。
18.由上，由于施密特反相器在输入电压的负向递减和正向递增两种不同变化方向有不同的阈值电压，从而使得它具有较强的抗干扰能力和波形整形的功能。
19.可选的，所述基准电压源单元包括ldo稳压芯片，其输入端连接电源，输出端串联一滤波电路后输出参考电压。
20.进一步改进，所述基准电压源单元还包括串联在所述滤波电路和接地之间的分压电路，该分压电路包括串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻的阻值大于第二电阻；
21.该第一电阻和第二电阻的公共引出端输出参考电压。
22.由上，本实用新型基准电压源可通过采用ldo稳压芯片来实现， ldo稳压芯片可对大部分的抖动和尖峰干扰进行滤除，然后通过后端的分压电路，可实现更低的参考电压的输出。
23.可选的，所述基准电压源单元包括基准电压芯片，其输入端连接电源，输出端串联一滤波电路后输出参考电压。
24.进一步改进，所述基准电压源单元还包括串联在所述滤波电路和接地之间的分压电路，该分压电路包括串联的第三电阻和第四电阻，第三电阻的阻值大于第四电阻；
25.该第三电阻和第四电阻的公共引出端输出参考电压。
26.由上，本实用新型基准电压源还可通过采用基准电压芯片来实现，可达到更为精确的基准电压，其输出端也可采用电阻分压的形式获取更低的基准电压。
27.优选的，所述采样单元包括温漂系数为10ppm的采样电阻。
28.由上，采样单元连接电流互感器的输出，将电流互感器输出的电流信号转换为电压信号，通过采用高精度、高稳定度(例如温漂系数为10ppm)的采样电阻，可保证采样的精度，以及不同环境温度时的测量稳定度。
附图说明
29.图1为本实用新型高精度的电力二次系统测频电路的模块图；
30.图2为本实用新型基准电压源单元的一种实现方式的电路图；
31.图3为本实用新型基准电压源单元的又一种实现方式的电路图；
32.图4为本实用新型施密特触发器整形电路的电路图。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
34.如图1所示，本实用新型提供了一种高精度的电力二次系统测频电路，该测频电路包括电流互感器单元100、采样单元200、基准电压源单元300、比较器单元400、整形单元500、处理器单元600。具体的，
35.上述电流互感器单元100采用电流互感器实现，其输入端与待测电网连接，对待测电网的交流信号进行等比例转换，输出小电流信号。例如，本实施例可选用变比为4000：1的电流互感器，当其输入端输入100安培的电流时，对应输出的电流为25毫安，从而实现更精确的等比例变换；
36.上述采样单元200的输入端连接上述电流互感器单元100的输出端，将电流互感器单元100转换后输出的电流信号转换为电压信号。本实施例中，该采样单元200可选用高精度、高稳定度(例如温漂系数为10ppm)的采样电阻，可保证采样的精度，以及不同环境温度时的测量稳定度；
37.上述基准电压源单元300用于提供一标准的参考电压，作为后端比较器单元400的输入信号的电压参考点。由于电网交流信号是正弦波，根据正弦波的原理可知，在波形接近0度和180度的时候，波形变化率最高，此时进行频率测量的精度最高，但是信号低会容易受到干扰，影响测试结果，因此本实用新型选用高精度、低电压的电压源作为基准，即可提供较低的参考电压，同时还能避免系统电源波动带来的干扰，导致测量偏差的问题，满足了高测量精度和抗干扰能力；
38.如图2所示为上述基准电压源单元的一种实现形式，在该实现形式中，上述基准电压源采用ldo稳压芯片进行构建，其输入端连接外部电源，其输出端输出的电压经过由电感l19和电容c317、c318 组成的滤波电路的滤波后可实现1.2v的稳压输出，如若需要更低的参考电压，此时再采用1kω的电阻r3657和100ω的电阻r3652串联组成的分压电路，其中滤波电路的输出端连接电阻r3657的输入端，电阻r3652的输出端接地，该电阻r3657和电阻r3652的公共引出端输出参考电压vref，可最低获取0.1v的电压作为基准电压，满足本测频电路的高精度、低电压的需求；
39.如图3所示为上述基准电压源单元的又一种实现形式，在该实现形式中，上述基准电压源采用基准电压芯片进行构建，电压基准芯片输出电压的稳定度可以更优于上述ldo稳压芯片，但是其输出只有固定的几个电压选型(例如1.25v、1.8v、2.048v、2.5v、3.0v、3.3v、 4.096v、5.0v)，最低只能达到1.2v，因此若需要更低的基准电压，可采用上述的分压电路进行分压实现，在此不再赘述；
40.上述比较器单元400的输入端分别连接上述采样单元200和基准电压源单元300的输出端，对采样的电压信号和参考电压信号进行比较，根据比较结果输出对应的高低状态的方波信号；
41.上述整形单元500采用施密特触发器整形电路，其输入端连接上述比较器单元400
的输出端，对其输出的方波信号进行整形处理，进一步增强了抗干扰能力，降低了信号噪声；
42.如图4所示为上述施密特触发器整形电路的电路图，该实施例中，选用施密特反相器，其输入端连接上述比较器单元400的输出端，电源端输入滤波处理后的3.3v电压，其输出端串联电阻r195后连接上述处理器单元600。施密特反相器在输入电压的负向递减和正向递增两种不同变化方向有不同的阈值电压，从而使得它具有较强的抗干扰能力和波形整形的功能。
43.上述处理器单元600主要采用处理器及外围电路构成，通过对上述整形后的方波信号进行采集、计数和计算处理，得到上述待测电网的输入信号的频率值。
44.综上所述，本实用新型通过采用高精度、低电压的基准电压源，提高测量精度的同时，还避开了比较器过零点易受干扰的问题，除此之外，还通过在比较器电路的后端电路增加施密特触发器整形电路，进一步去除了电路中的抖动和干扰，提高测量精度，经过实际测量，本实用新型提供的测频电路的精度可达到
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0.002hz，远远优于电力系统要求的
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0.2hz，也高于电力测量仪表要求的
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0.01hz的要求，进而解决了检测电网频率的精度比较低的技术问题，对保证电力系统的稳定运行具有深远意义。
45.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。