专利名称：一种电网谐波测量装置及电网设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电网技术领域，尤其涉及一种电网谐波测量装置及电网设备。
背景技术：
现有的电网设备包括电网终端(比如电能量采集终端、配变负控终端)和电能表。其中，进入电网终端和电能表中的电压或者电流，除了含有基波电压或者基波电流以外，还含有谐波电压或者谐波电流。目前，在针对电网中部分电能表或电网终端的技术规范中已经提出测量公用电网中谐波电压或者谐波电流含量的要求，但是，市场上具有谐波含量测量的电能表或者电网终端类设备只能测量电压频率波动小和电流大小变化范围窄时的谐波电压和谐波电流含量，仍然没有针对宽频率范围时和宽电流范围时，对电压和电流中的谐波含量进行测量的电能表或电网终端类设备。综上所述，当电网具有宽频率范围和宽电流范围时，现有的电网设备不能测量电压和电流中的谐波含量。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种电网谐波测量装置及电网设备，旨在解决当电网具有宽频率范围和宽电流范围时，现有的电网设备不能测量电压和电流中的谐波含量的问题。本实用新型是这样实现的，一种电网谐波测量装置，所述电网谐波测量装置包括电压采样单元、电流采样单元和微处理器，所述电压采样单元与所述微处理器连接，所述电网谐波测量装置还包括连接于所述电压采样单元和所述微处理器之间，用于将由所述电压采样单元输入的电压采样信号和由外部输入的参考电压进行运放比较，得到方波信号，并输出所述方波信号至所述微处理器的测频电路；连接于所述电流采样单元和所述微处理器之间，用于对由所述电流采样单元输入的电流采样信号进行放大，得到一级电流放大信号，并输出所述一级电流放大信号至所述微处理器的一级放大电路；所述微处理器包括与所述测频电路连接，用于根据所述测频电路输入的方波信号，计算所述电压采样单元输入的电压采样信号的频率的电网频率获取单元；与所述频率获取单元连接，用于根据所述频率获取单元计算得到的频率，计算所述电压米样单兀输入的电压米样信号和所述一级放大电路输入的一级电流放大信号中的谐波含量的第一谐波含量计算单元。进一步地，所述电网谐波测量装置还包括连接于所述一级放大电路与所述微处理器之间，用于对由所述一级放大电路输入的一级电流放大信号进行放大，得到二级电流放大信号，并输出所述二级电流放大信号至所述微处理器的二级放大电路；所述微处理器还包括与所述二级放大电路连接，用于根据所述频率获取单元计算得到的频率，计算所述电压采样单元输入的电压采样信号和所述二级放大电路输入的二级电流放大信号中的谐波含量的第二谐波含量计算单元。进一步地，所述微处理器还包括与所述二级放大电路连接，用于对所述二级放大电路输入的二级电流放大信号按照所述频率获取单元计算出的频率进行失真检测的失真检测单元。本实用新型还提供一种电网设备，所述电网设备包括电网谐波测量装置，所述电网谐波测量装置包括电压采样单元、电流采样单元和微处理器，所述电压采样单元与所述微处理器连接，所述电网谐波测量装置还包括连接于所述电压采样单元和所述微处理器之间，用于将由所述电压采样单元输入的电压采样信号和由外部输入的参考电压进行运放比较，得到方波信号，并输出所述方波信号至所述微处理器的测频电路；连接于所述电流采样单元和所述微处理器之间，用于对由所述电流采样单元输入的电流采样信号进行放大，得到一级电流放大信号，并输出所述一级电流放大信号至所述微处理器的一级放大电路；所述微处理器包括与所述测频电路连接，用于根据所述测频电路输入的方波信号，计算所述电压采样单元输入的电压采样信号的频率的电网频率获取单元；与所述频率获取单元连接，用于根据所述频率获取单元计算得到的频率，计算所述电压米样单兀输入的电压米样信号和所述一级放大电路输入的一级电流放大信号中的谐波含量的第一谐波含量计算单元。进一步地，所述电网谐波测量装置还包括连接于所述一级放大电路与所述微处理器之间，用于对由所述一级放大电路输入的一级电流放大信号进行放大，得到二级电流放大信号，并输出所述二级电流放大信号至所述微处理器的二级放大电路；所述微处理器还包括与所述二级放大电路连接，用于根据所述频率获取单元计算得到的频率，计算所述电压采样单元输入的电压采样信号和所述二级放大电路输入的二级电流放大信号中的谐波含量的第二谐波含量计算单元。进一步地，所述微处理器还包括与所述二级放大电路连接，用于对所述二级放大电路输入的二级电流放大信号按照所述频率获取单元计算出的频率进行失真检测的失真检测单元。进一步地，所述电网设备是电能表。进一步地，所述电网设备是电网终端。在本实用新型中，测频电路首先将电压采样信号和由外部输入的参考电压进行运放比较，得到方波信号，并输出所述方波信号至所述微处理器，由微处理器的电网频率获取单元根据所述方波信号计算电压采样信号的频率，可以得到电网中电压采样信号的实际频率，可以针对频率宽范围变化的电压采样信号，并且使得谐波测量更加精确。对电压采样信号，微处理器根据电压采样信号以及计算出的电压采样信号的频率可以计算出电压采样信号中的谐波含量；对电流采样信号，通过一级放大电路对中大电流进行放大后输出至微处理器，通过微处理器根据电流采样信号以及计算出的电压采样信号的频率可以计算出电流采样信号中的谐波含量，保证了最大电流信号中的谐波含量能被准确测量。
图I是本实用新型实施例提供的电网谐波测量装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。在本实用新型实施例中，测频电路首先将电压采样信号和由外部输入的参考电压进行运放比较，得到方波信号，并输出所述方波信号至所述微处理器，由微处理器的电网频率获取单元根据所述方波信号计算出电压采样信号的频率，可以得到电网中电压采样信号的实际频率，可以针对频率宽范围变化的电压采样信号，并且使得谐波测量更加精确。对电压采样信号，微处理器根据电压采样信号以及计算出的电压采样信号的频率可以计算出电压采样信号中的谐波含量；对电流采样信号，通过一级放大电路对中大电流进行放大后输出至微处理器，通过微处理器根据电流采样信号以及计算出的电压采样信号的频率可以计算出电流采样信号中的谐波含量，保证了最大电流信号中的谐波含量能被准确测量。图I是本实用新型实施例提供的电网谐波测量装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了本实用新型实施例相关的部分，该电网谐波测量装置可以是内置于电网设备中的软件单元、硬件单元或者软、硬件结合的单元，其中，电网设备可以是电能表，也可以是电网终端(比如电能量采集终端、配变负控终端)。在本实施例中，该电网谐波测量装置包括电压采样单元11、电流采样单元12、微处理器13、测频电路14和一级放大电路15。电压采样单元11用于从电网的电网线上采集A、B、C相电压，得到电压采样信号CHPA, CHPB和CHPC，将CHPA、CHPB和CHPC连接到微处理器13的A/D检测口。作为本实用新型的一个优选实施例，为了隔离电压采样单元11和微处理器13之间的影响，在电压采样单元11和微处理器13之间还可以连接电压跟随器16，通过电压跟随器16实现隔离电压采样单元11和微处理器13之间的影响。测频电路14连接于电压采样单元11和微处理器13之间，用于将由电压采样单元11输入的电压采样信号和由外部输入的参考电压进行运放比较，得到方波信号，并输出所述方波信号至微处理器13。由于公用电网的电压采样信号的频率实际不是理想的50Hz，想要达到对交流信 号中谐波信号的准确地分析，必须首先准确地测量出电网中电压采样信号的实际频率值才行。在本实用新型实施例中，由电压采样单元11输入至测频电路14的电压采样信号CHPA、CHPB和CHPC分别与由外部输入至测频电路14的参考电压进行运放比较，得到方波信号CHFA、CHFB和CHFC，这三个方波信号连接到微处理器13的三个外部中断口，由微处理器13设定方波信号上升沿或下降沿中断，测定两次中断之间所需的时间，该时间即为电压采样单元11采集的电压采样信号的周期，根据该周期可以计算出电压采样信号的频率。[0040]电流采样单元12从电网的电网线上采集A、B、C相电流，得到电流采样信号IA+、IB+和IC+,并输出该些电流米样信号至一级放大电路15, —级放大电路15连接于电流米样单元12和微处理器13之间，用于对由电流采样单元12输入的电流采样信号进行放大，得到一级电流放大信号CHIA、CHIB和CHIC，并输出所述一级电流放大信号至微处理器13，在本实施例中，所述一级电流放大信号是输入至微处理器13的A/D检测口，输入一级放大电路15的电流是中大电流信号。作为本发明的另一个实施例，由于公用电网中的电流根据负载的不同，电流值可能从50mA至几十安培，如果要保证最大电流时测量准确，那小电流值时就会因为电流过小，导致测量不准确，所以在本实施例中采用了两级放大电路，当电流信号过小时，再对从一级放大电路15输出的一级电流放大信号CHIA、CHIB和CHIC进行二级放大，采用二级放大后的二级电流放大信号CHIAX、CHIBX、CHICX来分析电流中的谐波含量。微处理器13选择一级电流放大信号还是二级电流放大信号取决于二级电流放大信号是否失真，如果二级电流放大信号失真，则表明电流过大，只需要采用一级电流放大信号即可，如果不失真，则可用二级电流放大信号来分析电流中的谐波含量。具体的实施方法是在一级放大电路15的输出端和微处理器13的输入端之间连接一个二级放大电路17，通过该二级放大电路17再对一级放大电路15输出的一级电流放大信号进行放大，生成二级电流放大信号，并输出所述二级电流放大信号至微处理器13的A/D检测口。在具体实施时，一级放大电路15输出的一级电流放大信号和二级放大电路17输出的二级电流放大信号是同时输入至微处理器13的A/D检测口的。微处理器13对输入至A/D检测口的二级电流放大信号按照电压采样信号的周期进行定期检测，如果检测到二级电流放大信号失真，则表明电流过大，采用一级电流放大信号来分析电流中的谐波含量即可，如果检测到二级电流放大信号不失真，则可用二级电流放大信号来分析电流中的谐波含量。下面再对微处理器13根据上述的描述，进行一下功能划分，进行功能划分后的微处理器13包括电网频率获取单元131和第一谐波含量计算单元132。其中，电网频率获取单元131与测频电路14连接，用于根据所述测频电路14输入的方波信号，计算所述电压采样单元11输入的电压采样信号的频率，具体实施时，是先根据方波信号计算电压采样信号的周期，然后再根据该周期计算电压采样信号的频率；第一谐波含量计算单元132与频率获取单元131连接，用于根据所述电网频率获取单元131计算得到的频率，计算所述电压采样单元11输入的电压采样信号和所述一级放大电路15输入的一级电流放大信号中的谐波含量，该第一谐波含量计算单元22是用于计算中大电流中的谐波含量的。其中，具体实施时，可以根据所述电网频率获取单元131计算得到的频率得到一个周期值，再根据该周期值计算出一个周期要实现64个采样点的采样时间间隔，根据该时间间隔设定中断时间，分别对输入微处理器13的电压、电流采样信号定期进行A/D值采样，得到数字化后的电压、电流采样信号，再通过傅立叶变换计算出所述数字化后的电压、电流采样信号中的谐波电压和谐波电流，即可得到电压和电流采样信号中的谐波含量。 为了计算小电流中的谐波含量，微处理器13还包括第二谐波含量计算单元133。第二谐波含量计算单元133与二级放大电路17连接，用于根据所述电网频率获取单元131计算得到的频率，计算所述电压采样单元11输入的电压采样信号和所述二级放大电路17输入的二级电流放大信号中的谐波含量。另外，由于一级放大电路15和二级放大电路17输出的电流放大信号都是输出至微处理器13的，为了判断到底采用哪一种电流放大信号进行电流的谐波含量计算，所述微处理器还包括失真检测单元。失真检测单元与所述二级放大电路17连接，用于对所述二级放大电路17输入的二级电流放大信号按照所述电网频率获取单元131计算出的频率进行失真检测，当检测到二级电流放大信号失真，则表明电流过大，则采用第一谐波含量计算单元132通过一级电流放大信号来分析电流中的谐波含量，如果检测到二级电流放大信号不失真，则可用第二谐波含量计算单元133来分析电流中的谐波含量，在本实施例中，当发现检测到的二级电流放大信号中有出现连续3个点相等的情况时，说明该信号已经是一个放大失真了的电流信号，则采用第一谐波含量计算单元132通过一级电流放大信号来分析电流中的谐波含量。在本实用新型实施例中，测频电路首先将电压采样信号和由外部输入的参考电压进行运放比较，得到方波信号，并输出所述方波信号至所述微处理器，由微处理器的电网频率获取单元根据所述方波信号计算电压采样信号的频率，可以得到电网中电压采样信号的实际频率，可以针对频率宽范围变化的电压采样信号，并且使得谐波测量更加精确，可以适合频率在40-70HZ范围内的公用电网。对电压采样信号，微处理器根据电压采样信号以及计算出的电压采样信号的频率可以计算出电压采样信号中的谐波含量；对电流采样信号，通过一级放大电路对中大电流进行放大后输出至微处理器，通过微处理器根据电流采样信号以及计算出的电压采样信号的频率可以计算出电流采样信号中的谐波含量，保证了最大电流信号中的谐波含量能被准确测量。另外，为了保证小电流信号中的谐波含量能被准确测量，在可以对一级放大后的电流采样信号进行二级放大，使得电流信号的测量范围更加宽，能分析50mA至最大电流范围内的电流信号中的谐波含量。此外，本实用新型使用器件数量少，应用成本低。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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种电网谐波测量装置，所述电网谐波测量装置包括电压采样单元、电流采样单元和微处理器，所述电 压采样单元与所述微处理器连接，其特征在于，所述电网谐波测量装置还包括 连接于所述电压采样单元和所述微处理器之间，用于将由所述电压采样单元输入的电压采样信号和由外部输入的参考电压进行运放比较，得到方波信号，并输出所述方波信号至所述微处理器的测频电路； 连接于所述电流采样单元和所述微处理器之间，用于对由所述电流采样单元输入的电流采样信号进行放大，得到一级电流放大信号，并输出所述一级电流放大信号至所述微处理器的一级放大电路； 所述微处理器包括 与所述测频电路连接，用于根据所述测频电路输入的方波信号，计算所述电压采样单元输入的电压采样信号的频率的电网频率获取单元； 与所述频率获取单元连接，用于根据所述频率获取单元计算得到的频率，计算所述电压米样单兀输入的电压米样信号和所述一级放大电路输入的一级电流放大信号中的谐波含量的第一谐波含量计算单元。
2.如权利要求I所述的电网谐波测量装置，其特征在于，所述电网谐波测量装置还包括 连接于所述一级放大电路与所述微处理器之间，用于对由所述一级放大电路输入的一级电流放大信号进行放大，得到二级电流放大信号，并输出所述二级电流放大信号至所述微处理器的二级放大电路； 所述微处理器还包括 与所述二级放大电路连接，用于根据所述频率获取单元计算得到的频率，计算所述电压采样单元输入的电压采样信号和所述二级放大电路输入的二级电流放大信号中的谐波含量的第二谐波含量计算单元。
3.如权利要求2所述的电网谐波测量装置，其特征在于，所述微处理器还包括 与所述二级放大电路连接，用于对所述二级放大电路输入的二级电流放大信号按照所述频率获取单元计算出的频率进行失真检测的失真检测单元。
4.一种电网设备，所述电网设备包括电网谐波测量装置，所述电网谐波测量装置包括电压采样单元、电流采样单元和微处理器，所述电压采样单元与所述微处理器连接，其特征在于，所述电网谐波测量装置还包括 连接于所述电压采样单元和所述微处理器之间，用于将由所述电压采样单元输入的电压采样信号和由外部输入的参考电压进行运放比较，得到方波信号，并输出所述方波信号至所述微处理器的测频电路； 连接于所述电流采样单元和所述微处理器之间，用于对由所述电流采样单元输入的电流采样信号进行放大，得到一级电流放大信号，并输出所述一级电流放大信号至所述微处理器的一级放大电路； 所述微处理器包括 与所述测频电路连接，用于根据所述测频电路输入的方波信号，计算所述电压采样单元输入的电压采样信号的频率的电网频率获取单元；与所述频率获取单元连接，用于根据所述频率获取单元计算得到的频率，计算所述电压米样单兀输入的电压米样信号和所述一级放大电路输入的一级电流放大信号中的谐波含量的第一谐波含量计算单元。
5.如权利要求4所述的电网设备，其特征在于，所述电网谐波测量装置还包括 连接于所述一级放大电路与所述微处理器之间，用于对由所述一级放大电路输入的一级电流放大信号进行放大，得到二级电流放大信号，并输出所述二级电流放大信号至所述微处理器的二级放大电路； 所述微处理器还包括 与所述二级放大电路连接，用于根据所述频率获取单元计算得到的频率，计算所述电压采样单元输入的电压采样信号和所述二级放大电路输入的二级电流放大信号中的谐波含量的第二谐波含量计算单元。
6.如权利要求5所述的电网设备，其特征在于，所述微处理器还包括 与所述二级放大电路连接，用于对所述二级放大电路输入的二级电流放大信号按照所述频率获取单元计算出的频率进行失真检测的失真检测单元。
7.如权利要求4至5任一项所述的电网设备，其特征在于，所述电网设备是电能表。
8.如权利要求4至5任一项所述的电网设备，其特征在于，所述电网设备是电网终端。
专利摘要本实用新型适用于电网技术领域，提供了一种电网谐波测量装置及电网设备，该电网谐波测量装置包括用于将由电压采样单元输入的电压采样信号和由外部输入的参考电压进行运放比较，得到方波信号，并输出所述方波信号至所述微处理器的测频电路；用于对由所述电流采样单元输入的电流采样信号进行放大，得到一级电流放大信号，并输出所述一级电流放大信号至所述微处理器的一级放大电路；所述微处理器包括用于根据所述方波信号计算电压采样信号的频率的电网频率获取单元；用于根据所述频率计算所述电压采样信号和所述一级电流放大信号中的谐波含量的第一谐波含量计算单元。本实用新型，可以精确测量宽频率范围和宽电流变化范围的电网信号中的谐波含量。
文档编号G01R23/16GK202362381SQ20112049369
公开日2012年8月1日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者姚礼本, 邓彩云 申请人:深圳市航天泰瑞捷电子有限公司