一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法
【专利摘要】本发明提供一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，包括：采用硬件电路采集馈线线路的电压，并进行电压跟随、方波化处理，通过装置CPU的GPIO上升沿触发中断，和CPU内部的Timer0定时器计时，可计算出馈线线路的实时频率，硬件测频占用CPU负荷少，精度高，误差小于±0.02Hz。采用CPU内部的Timer1定时器触发片内ADC采集馈线线路的电压电流，可以通过硬件实时测得的频率改变Timer1定时器的定时时间，实现全周波采集，保证每个周波都采集规定的模拟量点数，从而实现频率跟踪。从而提高了电流、电压采样码值的准确性，保证了电流、电压有效值的正确性。提高馈线装置的精度、性能。
【专利说明】
一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法
技术领域
[0001]本发明属于属于配电、馈电或发电监测、保护领域，具体涉及一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法。
【背景技术】
[0002]我国输电线路采用工频50Hz频率传输电能。随着电力系统的发展，影响输电线路频率特性的因素越来越多，导致线路过频、欠频的原因越来越复杂，例如功率缺额、转动惯性和负荷的频率调节都可能会影响到输电线路的频率。而系统工作在过频或欠频的状态下，会增加系统损耗，发、供、用电效率下降，有可能会损伤系统设备。随着电子技术的发展，使用馈线终端装置实时监测馈线线路的频率得到大力发展，现在多数产品采用软件测频的方式，监测电网线路的频率，这种方法计算量大，给装置的CPU带来了大量的计算负荷，且精度不够。馈线终端装置会对馈线线路的电压、电流等参数进行采样，根据相关的标准，每个采样周期采样64个点，如果线路是标准的50Hz，那么每个周期所用的时间为1000/50 =20ms，那么64个采样点的采样间隔为20/64 = 0.3125ms，但是如果线路的频率发生了改变，频率变大或者变小，而采样间隔时间不作调整的话，会导致馈线终端装置计算出来的电流、电压、有功、无功等参数出现较大的误差。所以需要根据馈线线路频率的变化，实时改变采样间隔的时间，进行频率跟踪。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，克服上述缺陷，解决上述问题。
[0004]本发明的目的是提供一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，包括:
[0006]通过电压互感器采集馈线线路的电压，
[0007]采用硬件测频电路将所述馈线线路的电压正弦波信号调整为同频率的方波信号，
[0008]通过CPU的GP1管脚的上升沿中断捕获所述方波信号，
[0009]通过TimerO定时器计算方波周期，得出实时的馈线线路频率，
[0010]通过改变所述CPU内部的定时器Timerl的定时时间，改变每个周波触发ADC采样次数，实现全周波采样。
[0011]作为本发明所述一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的一种优选方案，所述硬件测频电路包括电压跟随电路和方波化电路。
[0012]作为本发明所述一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的一种优选方案，所述通过TimerO定时器计算方波周期，得出实时的馈线线路频率具体为:采样定时器TimerO记录两次GP1管脚中断的时间间隔，计算出实时的馈线线路频率。
[0013]作为本发明所述一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的一种优选方案，所述通过改变所述CPU内部的定时器Timerl的定时时间，改变每个周波触发ADC采样次数，实现全周波采样具体为:采样内部定时器Timer I触发ADC采样，通过馈线线路的实时频率，改变Timer I的定时时间，实现实时频率跟踪。
[0014]与现有技术相比，本发明提出的一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，通过硬件电压跟随电路、方波化电路对信号进行处理，得到方波信号，通过CPU的GP1管脚监测方波信号的上升沿，并且进入中断，在中断中通过读取定时器TimerO的计时时间，得到馈线线路的频率，实现硬件测频。硬件测频占用CPU负荷少，精度高，误差小于±0.02Hz ο当馈线线路的频率发生变化时，进行频率跟踪，可以保证馈线装置进行全周波采样，即使每个周波周期不一样，也能够保证每个周波都采样64个点。从而提高了电流、电压采样码值的准确性，保证了电流、电压有效值的正确性，保证了功率计算的准确性，提高了馈线装置的精度、性能。
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，
[0016]图1是本发明的一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的系统示意图；
[0017]-图2是本发明的一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的正弦波转换为方波的示意图；
[0018]图3是本发明的一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的电压跟随电路原理图；
[0019]图4是本发明的一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的方波化电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]本发明所述的一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，采用硬件测频方案，通过电压跟随电路、方波化电路，将线路电压接入馈线终端的GP1管脚，GP1管脚通过电压方波信号的上升沿触发中断，在GP1管脚中断中计算定时器TimerO在两次中断中所用的时间，得出每个周波的周期，从而计算出馈线线路的频率。根据频率计算每个采样点的时间间隔，从而进行频率跟踪。
[0021]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0022]首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0023]其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。
[0024]实施例一
[0025]请参阅图1，图1是本发明的一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的系统示意图。如图1所示，所述适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，通过电压互感器将馈线线路的电压采集下来，再通过电压跟随电路、方波化电路对信号进行处理，得到方波信号，将方波信号接入馈线终端CPU的GP10，GP10管脚检测到电压方波信号的上升沿，就会进入中断，在GP1中断中通过定时器TimerO计算两次中断所用的时间，得出每个周波的实时周期、电压频率，根据这个周期，实时修改定时器T i m e r I的定时时间，定时器Timerl的作用是触发ADC采集馈线线路电压的，从而达到硬件测频、实时频率跟踪的目的。
[0026]所述电压互感器，将馈线线路的一次电压采集下来，互感下来的二次电压，符合电路要求，且很好的将一次设备和二次馈线终端设备隔离开。
[0027]请结合图1并参阅图3，图3是本发明的一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的电压跟随电路原理图。如图1和图3所示，所述电压跟随电路，主要由器件0PA4348AID和电阻电容搭建而成，电压放大倍数恒小于且接近1，起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。
[0028]请结合图1并参阅图2和图4，图2是本发明的一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的正弦波转换为方波的示意图；图4是本发明的一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法的方波化电路原理图。如图2和图4所示，所述方波化电路，主要由器件0PA4348AID和电阻电容搭建而成，搭建方式与电压跟随电路不同，方波化电路通过电压比较，将互感器采集下来的正弦波信号通过比较转换成方波信号，信号的频率不改变。
[0029]所述GP1管脚，配置成上升沿中断，当其检测到上升沿信号时，可以进入中断，在中断中通过定时器TimerO计算两次中断所用时间，得出方波周期。
[0030]所述TimerO定时器，未设置定时中断，只计时，计时时间为0.5s，每次GP1管脚中断时，读取一次TimerO定时器的值。
[0031 ]所述Timer I定时器，用于触发ADC采集馈线线路的电压、电流模拟信号，Timer I定时器定时时间由馈线线路每个周期的采样率决定，假设馈线线路周期为n，每个采样周期采样i次，则T imer I的定时时间为:n/ i毫秒。
[0032]在本实施例中，馈线线路的频率为50Hz，则每个周波的周期为l/50= 20ms，每个周波采样64个点。
[0033]馈线线路的电压信号，经过电压互感器采集，得到二次侧小电压信号，通过电压跟随电路、方波化电路对信号进行处理，得到方波信号，通过CPU的GP1管脚检测方波信号的上升沿，并进入中断，在中断中通过读取定时器TimerO的计时时间，得到相邻的中断记录的时间TimerOa和TimerOb，即这个周波的周期为:(TimerOb-TimerOa)ms，频率为:
[0034]l/(TimerOb-TimerOa)Hz，每当馈线线路的频率变化超过0.05Hz时，即(50_( I/(TimerOb-TimerOa)))的绝对值大于0.05Hz，一个周波内的采样点就不是64点了，需要进行频率跟踪，保证每个周期内都是完整的64点，即改变定时器Timerl的定时时间，50Hz时，定时器Timer I的定时时间为:(1/50 )/64，S卩0.3125ms，频率变化后，定时器Timer I的定时时间需要改成:(Timer0b-Timer0a)/64ms，这样就可以保证每个周期都是完整的64个采样点，从而提高了电流、电压采样码值的准确性，保证了电流、电压有效值的正确性，保证了功率计算的准确性。提高馈线装置的精度、性能。
[0035]所属领域内的普通技术人员应该能够理解的是，本发明的特点或目的之一在于:本发明所述的适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，采用硬件电路采集馈线线路的电压，并进行电压跟随、方波化处理，通过装置CPU的GP1上升沿触发中断，和CPU内部的TimerO定时器计时，可计算出馈线线路的实时频率，硬件测频占用CPU负荷少，精度高，误差小于±0.02Hz。采用CPU内部的Timerl定时器触发片内ADC采集馈线线路的电压电流，可以通过硬件实时测得的频率改变Timerl定时器的定时时间，实现全周波采集，保证每个周波都采集规定的模拟量点数，从而实现频率跟踪。从而提高了电流、电压采样码值的准确性，保证了电流、电压有效值的正确性，保证了功率计算的准确性。提高馈线装置的精度、性會K。
[0036]应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，其特征在于，包括: 通过电压互感器采集馈线线路的电压， 采用硬件测频电路将所述馈线线路的电压正弦波信号调整为同频率的方波信号， 通过CRJ的GP1管脚的上升沿中断捕获所述方波信号， 通过T imerO定时器计算方波周期，得出实时的馈线线路频率， 通过改变所述CPU内部的定时器TimerI的定时时间，改变每个周波触发ADC采样次数，实现全周波采样。2.如权利要求1所述的适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，其特征是:所述硬件测频电路包括电压跟随电路和方波化电路。3.如权利要求1所述的适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，其特征是:所述通过TimerO定时器计算方波周期，得出实时的馈线线路频率具体为:采样定时器TimerO记录两次GP1管脚中断的时间间隔，计算出实时的馈线线路频率。4.如权利要求1所述的适用于馈线终端装置的硬件测频及频率跟踪方法，其特征是:所述通过改变所述CPU内部的定时器Timerl的定时时间，改变每个周波触发ADC采样次数，实现全周波采样具体为:采样内部定时器Timerl触发ADC采样，通过馈线线路的实时频率，改变Timer I的定时时间，实现实时频率跟踪。
【文档编号】G01R23/10GK106018957SQ201610331521
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】方寿贤, 陈栩, 李进, 张官勇, 陈明恩, 邢志兵, 朱永进, 黄雨晴
【申请人】南京大全自动化科技有限公司