一种PMU的三相电压电流采集装置的制作方法

本实用新型涉及电力系统广域测量系统领域，特别涉及一种pmu的三相电压电流采集装置。

背景技术：

同步相量测量装置(phasormeasurementunit，pmu)应用于电力系统广域测量系统wams(wide-areameasurementsystem)是运用于电力系统实时监控的极其重要的手段，对电力系统安全稳定运行具有重要意义。

现有技术中，受到设备和技术等多方面因素的限制，国内对于三相电压电流采集技术普遍存在精度不高等问题。随着pmu技术的成熟，三相电压电流信号采集对精度和速度的要求也越来越高。

因此，如何能够提高三相电压电流信号采集的精度和速度，提升如微型同步相量测量装置的pmu的性能，是现今急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种pmu的三相电压电流采集装置，以提高三相电压电流信号采集的精度和速度，提升同步相量测量装置的性能。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种pmu的三相电压电流采集装置，包括：

设置有3路电压采集电路和3路电流采集电路的信号取样电路，用于利用每路所述电压采集电路采集各自对应的一相电压信号，利用每路所述电流采集电路采集各自对应的一相电流信号；

设置有6路电压电流调理电路的信号调理电路，用于利用每路所述电压电流调理电路对与其连接的1路所述电压采集电路或所述电流采集电路输出的信号进行调理；

与所述信号调理电路连接的ad转换设备，用于将所述信号调理电路输出的模拟量信号转换为数字量信号；

与所述ad转换设备连接的数字信号处理器，用于根据所述ad转换设备输出的所述数字量信号，测量三相电压电流相量值。

可选的，每路所述电压采集电路均包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管、第二二极管和第一运算放大器；

其中，所述第一电阻的第一端与对应的一相电压信号的正输出端连接，所述第二电阻的第一端与对应的一相电压信号的负输出端连接其公共端接地，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第二端连接其公共端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述第一运算放大器的同相输入端连接其公共端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极接地，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第三电阻的第一端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第三电阻的第二端连接其公共端作为所述电压采集电路的输出端。

可选的，每路所述电流采集电路均包括：第一功率继电器、第二功率继电器、第一熔断器、第二熔断器、电流互感器、第五电阻、第一电容和第二运算放大器；

其中，所述第一功率继电器和所述第二功率继电器的第一端均与对应的一相电流信号的正输出端连接，所述第一功率继电器的第二端与所述第一熔断器的第一端连接，所述第二功率继电器的第二端与所述第二熔断器的第一端连接，所述电流互感器的第一输入端与对应的一相电流信号的负输出端连接，所述电流互感器的第二输入端与所述第一熔断器的第二端连接，所述电流互感器的第三输入端与所述第二熔断器的第二端连接，所述电流互感器的第一输出端与所述第二运算放大器的同相输入端连接其公共端接地，所述电流互感器的第二输出端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第五电阻和所述第一电容的第一端均与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第五电阻和所述第一电容的第二端均与所述第二运算放大器的输出端连接其公共端作为所述电流采集电路的输出端。

可选的，每路所述电压电流调理电路均包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三二极管、第四二极管和第三运算放大器；

其中，所述第六电阻的第一端与对应的1路所述电压采集电路或所述电流采集电路的输出端连接其公共端依次与所述第七电阻的第一端、所述第三二极管的阳极、所述第八电阻的第一端和所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第六电阻的第二端与所述第七电阻的第二端连接其公共端接地，所述第三二极管的阴极与所述第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阳极与所述第八电阻的第二端连接其公共端接地，所述第三运算放大器的反相输入端与所述第三运算放大器的输出端连接其公共端作为所述电压电流调理电路的输出端，所述第三运算放大器的正电源端与正电压的输出端连接，所述第三运算放大器的正电源端与负电压的输出端连接。

可选的，每路所述电压电流调理电路还包括：第九电阻和第二电容；

其中，所述第九电阻的第一端与所述第三运算放大器的反相输入端和所述第三运算放大器的输出端连接的公共端连接，所述第九电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接其公共端作为所述电压电流调理电路的输出端。

可选的，该装置还包括：电平转换设备，用于对所述ad转换设备输出的所述数字量信号进行电平转换，并将转换后的数字量信号发送到所述数字信号处理器；

其中，所述ad转换设备通过所述电平转换设备与所述数字信号处理器连接。

可选的，该装置还包括：

与所述ad转换设备和所述数字信号处理器连接的时钟同步设备，用于向所述ad转换设备和所述数字信号处理器发送时钟信号。

本实用新型所提供的一种pmu的三相电压电流采集装置，包括：设置有3路电压采集电路和3路电流采集电路的信号取样电路，用于利用每路电压采集电路采集各自对应的一相电压信号，利用每路电流采集电路采集各自对应的一相电流信号；设置有6路电压电流调理电路的信号调理电路，用于利用每路电压电流调理电路对与其连接的1路电压采集电路或电流采集电路输出的信号进行调理；与信号调理电路连接的ad转换设备，用于将信号调理电路输出的模拟量信号转换为数字量信号；与ad转换设备连接的数字信号处理器，用于根据ad转换设备输出的数字量信号，测量三相电压电流相量值；

可见，本实用新型通过信号取样电路中的3路电压采集电路和3路电流采集电路以及信号调理电路中的6路电压电流调理电路，对输电线路中的三相电压信号和三相电流信号进行采集与信号调理，使各路信号之间相互独立且互不影响，提高了三相电压电流信号采集的精度和速度，提升了同步相量测量装置的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种pmu的三相电压电流采集装置的结构框图；

图2为本实用新型实施例所提供的另一种pmu的三相电压电流采集装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种电压采集电路的原理图；

图4为本实用新型实施例所提供的一种电流采集电路的原理图；

图5为本实用新型实施例所提供的一种电压电流调理电路的原理图；

图6为本实用新型实施例所提供的一种基准电压电路的原理图；

图7为本实用新型实施例所提供的一种供电电源电路的原理图；

图8为本实用新型实施例所提供的一种ad转换设备的原理图；

图9为本实用新型实施例所提供的一种电平转换设备的原理图；

图10为本实用新型实施例所提供的一种数字信号处理器的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的一种pmu的三相电压电流采集装置的结构框图。该装置可以包括：

设置有3路电压采集电路和3路电流采集电路的信号取样电路10，用于利用每路电压采集电路采集各自对应的一相电压信号，利用每路电流采集电路采集各自对应的一相电流信号；

设置有6路电压电流调理电路的信号调理电路20，用于利用每路电压电流调理电路对与其连接的1路电压采集电路或电流采集电路输出的信号进行调理；

与信号调理电路20连接的ad转换设备30，用于将信号调理电路输出的模拟量信号转换为数字量信号；

与ad转换设备30连接的数字信号处理器40，用于根据ad转换设备30输出的数字量信号，测量三相电压电流相量值。

可以理解的是，本实施例的目的可以为利用信号取样电路10中的3路电压采集电路分别对输电线路中三相电压信号中的一相电压信号(a相、b相或c相)进行采集，利用信号取样电路10中的3路电流采集电路分别对输电线路中三相电流信号中的一相电流信号进行采集，利用信号调理电路20中的6路电压电流调理电路分别对各自连接的1路电压采集电路或电流采集电路输出的信号进行信号调理，使各路信号之间相互独立且互不影响，实现高精度地传输信号到数字信号处理器40(dsp)。

具体的，对于信号取样电路10中的3路电压采集电路的具体电路结构，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如每路电压采集电路均可以选用电阻分压的方式进行一相电压信号采集，三相电压信号的采集过程可以相同，即3路电压采集电路的电路结构可以相同。如图3所示的进行a相电压信号采集的1路电压采集电路为例，该路电压采集电路可以包括：第一电阻(r1)、第二电阻(r2)、第三电阻(r3)、第四电阻(r4)、第一二极管(d1)、第二二极管(d2)和第一运算放大器(u1)；其中，第一电阻的第一端与对应的一相电压信号(a相)的正输出端连接，第二电阻的第一端与对应的一相电压信号(a相)的负输出端连接其公共端接地，第一电阻的第二端与第二电阻的第二端连接其公共端与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第一运算放大器的同相输入端连接其公共端与第一二极管的阴极连接，第一二极管的阳极与第二二极管的阳极连接，第二二极管的阴极接地，第一运算放大器的反相输入端与第三电阻的第一端连接，第一运算放大器的输出端与第三电阻的第二端连接其公共端作为该电压采集电路的输出端(in1)。也就是说，a相电压信号经过高精密电阻(r1和r2)分压，经过稳压二极管(d1和d2)的电压保护，进入如opa2277型运算放大器的第一运算放大器(u1)。只要信号取样电路10中的每路电压采集电路均可以实现对三相电压信号中各自对应的一相电压信号的采集，本实施例对此不做任何限制。

同样的，对于信号取样电路10中的3路电流采集电路的具体电路结构，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如每路电流采集电路均可以选用电流互感器进行一相电流信号采集，三相电流信号的采集过程可以相同，即3路电流采集电路的电路结构可以相同。如图4所示的进行a相电流信号采集的1路电流采集电路为例，该路电流采集电路可以包括：第一功率继电器(j1a)、第二功率继电器(j2a)、第一熔断器(f1)、第二熔断器(f2)、电流互感器(j0)、第五电阻(r5)、第一电容(c1)和第二运算放大器(u2)；其中，第一功率继电器和第二功率继电器的第一端均与对应的一相电流信号的正输出端连接，第一功率继电器的第二端与第一熔断器的第一端连接，第二功率继电器的第二端与第二熔断器的第一端连接，电流互感器的第一输入端与对应的一相电流信号的负输出端连接，电流互感器的第二输入端与第一熔断器的第二端连接，电流互感器的第三输入端与第二熔断器的第二端连接，电流互感器的第一输出端与第二运算放大器的同相输入端连接其公共端接地，电流互感器的第二输出端与第二运算放大器的反相输入端连接，第五电阻和第一电容的第一端均与第二运算放大器的反相输入端连接，第五电阻和第一电容的第二端均与第二运算放大器的输出端连接其公共端作为电流采集电路的输出端(in2)。也就是说，a相电流信号通过如g4w型功率继电器的功率继电器(j1a和j2a)来控制选取电流量程，经过熔断器(f1和f2)进入如inak型电流互感器的电流互感器(j0)输入端，进入如opa2277型运算放大器的第二运算放大器(u2)。只要信号取样电路10中的每路电流采集电路均可以实现对三相电流信号中各自对应的一相电流信号的采集，本实施例对此不做任何限制。

对应的，信号调理电路20的设置是为了对信号取样电路10输出的信号进行信号调理。对于信号调理电路20中的6路电压电流调理电路的具体电路结构，可以由设计人员自行设置，可以将6路电压电流调理电路设置为相同电路结构，如每路电压电流调理电路均可以设置为由运算放大器(如op4177型运算放大器)构成的跟随器，即如图5所示，每路电压电流调理电路均可以包括：第六电阻(r6)、第七电阻(r7)、第八电阻(r8)、第三二极管(v1)、第四二极管(v2)和第三运算放大器(u3)；其中，第六电阻的第一端与对应的1路电压采集电路或电流采集电路的输出端连接其公共端依次与第七电阻的第一端、第三二极管的阳极、第八电阻的第一端和第三运算放大器的同相输入端连接，第六电阻的第二端与第七电阻的第二端连接其公共端接地，第三二极管的阴极与第四二极管的阳极连接，第四二极管的阳极与第八电阻的第二端连接其公共端接地，第三运算放大器的反相输入端与第三运算放大器的输出端连接其公共端作为电压电流调理电路的输出端，第三运算放大器的正电源端与正电压的输出端连接，第三运算放大器的正电源端与负电压的输出端连接。每路电压电流调理电路还可以包括对跟随器输出的信号进行滤波的滤波电路，如图5所示，每路电压电流调理电路还可以第九电阻(r9)和第二电容(c2)；其中，第九电阻的第一端与第三运算放大器的反相输入端和第三运算放大器的输出端连接的公共端连接，第九电阻的第二端与第二电容的第一端连接其公共端作为电压电流调理电路的输出端(chi)。也就是说，信号取样电路10输出的信号经过运算放大器(u3)构成的跟随器，经过电容(c2)和电阻(r9)构成的滤波电路进行滤波。

需要说明的是，为了使本实施例所提供的三相电压电流采集装置中的电器元件可以正常使用，三相电压电流采集装置中还可以包括为ad转换设备30和数字信号处理器40等电器元件供电的供电电源电路和基准电压电路。对于基准电压电路和供电电源电路的具体电路结构，可以由设计人员自行设置，如基准电压电路的电路结构可以如图6所示，使电源电压vdd与dgnd之间串联一个电容(c125)，电源电压输入到正向低压降稳压器(as1117-3.3v)，输出电压与数字地之间串联电容，得到基准电压为3.3v；使电源电压vdd与dgnd之间串联一个电容(c131)，电源电压输入到正向低压降稳压器(as1117-2.5v)，输出电压与数字地之间串联电容，得到基准电压为2.5v；使电源电压vdd与dgnd之间串联一个电容(c137)，电源电压输入到正向低压降稳压器(as1117-1.2v)，输出电压与数字地之间串联电容，得到基准电压为1.2v。供电电源电路的电路结构可以如图7所示，为三相电压电流采集装置中需要用电的电器元件供电。本实施例对此不做任何限制。

具体的，ad转换设备30可以通过电平转换设备与数字信号处理器40连接，利用电平转换设备对ad转换设备30输出的数字量信号进行电平转换，并将转换后的数字量信号发送到数字信号处理器40。如图8所示的ad转换设备30(u4，ad7656芯片)，其输入端ch1.1至ch6.1为来自经过信号调理电路20调理的采集的三相电压和三相电流模拟量信号，在ad转换设备30的db0至db15输出端输出16位经过译码后的数字量信号，经过如图9所示的电平转换设备(u5，74fct163245cpa芯片)的电平转换，直接传输到图10所示的数字信号处理器40(u6，tms320f28335型dsp控制芯片)的输入端。

进一步的，如图2所示，本实施例所提供的三相电压电流采集装置还可以包括：与ad转换设备30和数字信号处理器40连接的时钟同步设备，用于向ad转换设备30和数字信号处理器40发送时钟信号。也就是说，通过时钟同步设备向ad转换设备30和数字信号处理器40发送如gps的实时授时信号脉冲的时钟信号，数字信号处理器40通过数据处理可计算出高精度的三相电压电流信号的相量值。

本实施例中，本实用新型实施例通过信号取样电路10中的3路电压采集电路和3路电流采集电路以及信号调理电路20中的6路电压电流调理电路，对输电线路中的三相电压信号和三相电流信号进行采集与信号调理，使各路信号之间相互独立且互不影响，提高了三相电压电流信号采集的精度和速度，提升了同步相量测量装置的性能。

以上对本实用新型所提供的一种pmu的三相电压电流采集装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。