一种应用于电能质量监测的电网频率测量电路的制作方法

本实用新型涉及电能质量领域，具体涉及一种应用于电能质量监测的电网频率测量电路。

背景技术：

频率是衡量电能质量的一项重要指标，电力系统频率偏差是七大国家标准之一。电流谐波、功率因素等指标的计算与测量都离不开频率。当发生故障时，电力系统的工频会发生偏离，采样频率数据也会发生偏差，导致各项保护算法出现误差。

目前频率测量方式主要采用硬件或软件方式，软件方式主要采用过零点计算方式，并且与前端电路采样精度相关，在有谐波成分或者干扰的情况下计算误差较大。硬件方式对滤波器的精度要有很高要求，相对于软件方式，硬件方式的测量精度要高很多，因此电力系统频率计算主要还是采用硬件方式。

技术实现要素：

1、所要解决的技术问题：

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对在配电网中用于电能质量装置提取各变电站电网线路频率的需求，设计了这种应用于电能质量监测的电网频率测量电路，能够实现等间隔采样，提高设备计算精度，增加设备性能。

2、技术方案：

一种应用于电能质量监测的电网频率测量电路，其特征在于：包括低通滤波电路、电压跟随器电路、带通滤波电路和比较器电路；电网线路的交流信号通过低通滤波电路滤除交流信号中的高频分量，随后输入电压跟随器电路实现电压的跟随以及信号的隔离，再将得到的信号输入带通滤波电路从而提取电网的基波分量，提取出的基波分量输入比较器电路得到方波信号，最后将方波信号传输至FPGA测量电路中即可测量出频率值。

进一步地，在上述方法中所述低通滤波电路采用RC滤波方式滤除前端携带的高频干扰信号。

进一步地，在上述方法中所述电压跟随器电路采用四通道运算放大器OPA4244对前后级进行隔离，使其互不影响。

进一步地，在上述方法中所述带通滤波器电路采用四通道运算放大器OPA4244提取基波分量，衰减频带外频率分量。

进一步地，在上述方法中所述比较器电路采用运算放大器LM211实现正弦波到方波的转换。

进一步地，在上述方法中所述电网频率测量电路还包括：所述比较器电路采用双极性BAV199过压保护器件将后端点的电压控制在3.3V以内。

进一步地，所述电网频率测量电路的变电所监测点线路数量可以根据变电站实际电网电路的实际需求增加。

3、有益效果：

本实用新型的频率测量方法采用硬件方式，首端默认接入正弦波。所述的频率测量方法包括低通滤波器、电压跟随器、带通滤波器、比较器。获得信号后使用FPGA进行频率计算，具有高实时性、高可靠性、高精度的特点。

本实用新型的频率测量电路具有抗干扰能力强，叠加多次谐波分量后仍能可靠提取谐波分量，已投入全国各变电站使用，产生良好的经济效益。

本实用新型的频率测量电路可以实现对多条电网线路同时进行频率测量。

附图说明

图1为电网频率测量电路的系统构造图；

图2为低通滤波电路图；

图3为电压跟随器电路图；

图4为带通滤波器电路图；

图5为比较器电路图；

图6为仿真电路中添加的谐波分量图；

图7为首端基波与谐波总波形；

图8为同时刻电压跟随器前后波形及电压对比图；

图9为带通滤波器后端波形图；

图10为末端获得的方波波形图；

图11为电网频率测量电路总电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的分析：

如附图1所示，本实用新型包括：低通滤波电路2、电压跟随器电路3、带通滤波电路4和比较器电路5。其采集电路频率的过程为：前端传感器获得电网线路的交流信号后通过低通滤波电路滤除高频分量，由运放实现电压跟随以及信号隔离，使前后级互不影响，再通过带通滤波器提取电网基波分量，经过比较器后获得方波信号，送至FPGA进行频率计算。FPGA就可以依据此计算结果实现采样控制以及将结果送予后端处理器用于数据处理。

如附图2所示为低通滤波电路的电路图，所述低通滤波电路由电阻电容构成，采用RC滤波方式滤除前端的高频干扰信号，该电路结构简单，性能可靠稳定。

如附图3所示为电压跟随器电路，所述电压跟随器电路采用四通道运算放大器OPA4244对前后级进行隔离，有效避免后端电路汲取前端电路信号导致信号畸变引入的频率测量误差，从物理上形成前后级的信号隔离，使前后级互不影响。

如附图4所示为有源带通滤波器电路，所述有源带通滤波器电路采用四通道运算放大器OPA4244提取基波分量，可有效衰减频带外频率分量。为了防止温度变化造成有源滤波器的频带参数转移，本带通滤波器采用低温漂、高精度的阻容器件。

如附图5所示为比较器电路，所述比较器电路采用运算放大器LM211实现正弦波到方波的转换，采用双极性BAV199过压保护器件将后端点在控制在3.3V以内。比较器后端使用一个大约100欧姆的电阻防止由于运放以及电路中存在的分布参数而导致的信号震荡失真。

如附图6到附图10，为一仿真电路添加的谐波分量利用本实用新型的电路检测的各个部分产生的波形图，根据上述的波形图可以看出，本实用新型测量电网频率时具有高实时性、高可靠性、高精度的特点。

如附图11所示为本实用新型的总的电路图。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。