基波同步测量电路的制作方法

1.本申请实施例涉及电力技术领域，尤其涉及一种基波同步测量电路。


背景技术：

2.基波是指在复杂的周期性振荡中与该振荡最长周期相等的正弦波分量，相应于这个周期的频率称为基波频率。基波是复合波的最低频率分量。在复杂的周期性振荡中，一般包含基波和谐波，频率等于基波频率的整倍数的正弦波分量称为 "谐波"。
3.在电力系统中，在系统中传输的电信号实质上可认为是一种复杂的周期性振荡信号，该振荡信号中包含基波和谐波，而由于基波是电能质量和电能计量评估的重要基础。但是，现有技术提供而基波测量方案中，无法准确地对振荡信号中的基波进行测量。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本申请实施例所解决的技术问题之一在于提供一种基波同步测量电路，用以克服或者缓解现有技术中上述部分或者全部缺陷。
5.本申请实施例提供了如下技术方案：
6.一种基波同步测量电路，其特征在于，包括：
7.第一低通滤波器101，用于对输入的模拟振荡电信号进行基于模拟信号的低通滤波处理得到第一模拟信号；
8.同步时钟电路104，用于生成同步时钟信号；
9.模数转换电路102，与所述第一低通滤波器101以及所述同步时钟电路104 电连接，用于在所述同步时钟信号的触发下对输入的所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号；
10.第二低通滤波器103，与所述模数转换电路102电连接，用于对输入的所述第一数字信号进行基于数字信号的低通滤波处理得到第二数字信号；
11.向量计算电路105，与所述第二低通滤波器103电连接，用于计算所述第二数字信号的向量，所述向量用于确定所述模拟振荡信号中的基波信号。
12.可选地，在本申请的一实施例中，所述模拟振荡电信号包括模拟振荡电压信号以及模拟振荡电流信号，所述第一低通滤波器101包括：电压信号低通滤波器以及电流信号低通滤波器，所述电压信号低通滤波器用于对输入的模拟振荡电压信号进行基于模拟信号的低通滤波处理得到第一模拟电压信号，所述电流信号低通滤波器用于对输入的模拟振荡电流信号进行基于模拟信号的低通滤波处理得到第一模拟电流信号，所述第一模拟信号包括所述第一模拟电压信号以及所述第二模拟电信号。
13.可选地，在本申请的一实施例中，所述模拟振荡电压信号以及模拟振荡电流信号均为三相电信号。
14.可选地，在本申请的一实施例中，所述电压信号低通滤波器为无源电压信号低通滤波器，所述电流信号低通滤波器为无源电流信号低通滤波器，所述无源电压信号低通滤
波器和所述无源电流信号低通滤波器均为二端网络结构。
15.可选地，在本申请的一实施例中，所述第二低通滤波器103为汉明窗低通滤波器。
16.可选地，在本申请的一实施例中，所述基波同步测量电路还包括：正交系数确定电路，用于利用参考正弦参考信号、余弦参考信号对所述第一数字信号进行正交处理，以使得正交处理后的所述第一数字信号输入到所述第二低通滤波器 103中进行低通滤波处理。
17.可选地，在本申请的一实施例中，所述正交系数确定电路接收所述同步时钟信号，以在所述同步时钟信号的触发下进行所述正交处理。
18.可选地，在本申请的一实施例中，所述基波同步测量电路还包括：向量补偿电路106，所述向量补偿电路与所述向量计算电路105电连接，用于对所述向量计算电路105计算出的所述向量进行补偿，补偿后的向量用于确定所述模拟振荡信号中的基波信号。
19.可选地，在本申请的一实施例中，所述基波同步测量电路还包括：功率计算电路，所述功率计算电路与所述向量补偿电路电连接，用于根据补偿后的向量计算所述基波信号的功率。
20.根可选地，在本申请的一实施例中，所述基波同步测量电路还包括：模拟信号采样电路107，所述模拟信号采样电路与所述第一低通滤波器101电连接，用于对待分析的模拟信号进行采样得到采样信号，并将所述采样信号作为模拟振荡电信号输入到所述第一低通滤波器101中进行处理。
21.本申请实施例中提供的技术方案可以达到如下技术效果：
22.本申请实施例提供的基波同步测量电路中，由于第一低通滤波器101首先对输入的模拟振荡电信号进行基于模拟信号的低通滤波处理得到第一模拟信号；同步时钟电路104生成同步时钟信号，使得模数转换电路102可在所述同步时钟信号的触发下对输入的所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号；之后，再通过第二低通滤波器103对输入的所述第一数字信号进行基于数字信号的低通滤波处理得到第二数字信号；最后，向量计算电路105计算所述第二数字信号的向量，所述向量用于确定所述模拟振荡信号中的基波信号。由此可见，由于同步时钟信号的存在，使得第一低通滤波器101在对输入的模拟振荡电信号进行基于模拟信号的低通滤波处理得到第一模拟信号的同时，模数转换电路102可在所述同步时钟信号的触发下对输入的所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号，从而保证了向量计算电路105可以准确地计算出所述第二数字信号的向量，进而可准确地确定出所述模拟振荡信号中的基波信号。
附图说明
23.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请实施例的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
24.图1a为本申请实施例中基波同步测量电路100的结构示意图；
25.图1b为本申请实施例中第一低通滤波器的结构示意图；
26.图1c为本申请实施例中同步时钟电路的结构示意图；
27.图1d为本申请实施例中第二低通滤波电路的结构示意图；
28.图2为本申请实施例中第一低通滤波器101的结构示意图；
29.图3为本申请实施例中基波同步测量电路的结构示意图；
30.图4为本申请实施例中基波同步测量电路的结构示意图。
具体实施方式
31.实施本申请实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。
32.为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。
33.下面结合本申请实施例附图进一步说明本申请实施例具体实现。
34.图1a为本申请实施例中基波同步测量电路100的结构示意图；如图1a所示，其包括：第一低通滤波器101，同步时钟电路104，模数转换电路102，第二低通滤波器103，以及向量计算电路105；其中，
35.第一低通滤波器101用于对输入的模拟振荡电信号进行基于模拟信号的低通滤波处理得到第一模拟信号；
36.同步时钟电路104用于生成同步时钟信号；
37.模数转换电路102与所述第一低通滤波器101以及所述同步时钟电路104电连接，用于在所述同步时钟信号的触发下对输入的所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号；
38.第二低通滤波器103与所述模数转换电路102电连接，用于对输入的所述第一数字信号进行基于数字信号的低通滤波处理得到第二数字信号；
39.向量计算电路105，与所述第二低通滤波器103电连接，用于计算所述第二数字信号的向量，所述向量用于确定所述模拟振荡信号中的基波信号。
40.本实施例中，基波信号具体按照频率来界定，不同国家的标准可能不同。在本实施例中，基波信号具体是指频率为50hz的电信号，而其中谐波信号的频率为50hz的整数倍。
41.本实施例中，第一低通滤波器101实际上是一种模拟信号滤波器，具体地，该模拟信号滤波器可以为巴特沃斯滤波器、或者贝塞尔滤波器、或者切贝雪夫滤波器，比如考虑到应用场景的需求，可以利用巴特沃斯滤波器具有较平坦的通带这一特性进行针对性的滤波处理，或者，利用贝塞尔滤波器具有较高线性度的相角位移这一特性进行针对性的滤波处理，或者，利用切贝雪夫滤波器具有较陡峭的过渡带这一特性进行针对性的滤波处理。当谐波信号的频率与基波信号的频率差距较小时，可采用切比雪夫滤波器或高阶的巴特沃斯滤波器。
42.图1b为本申请实施例中第一低通滤波器的结构示意图；如图1b所示，本实施例中，第一低通滤波器实际上包括一阶低通滤波器的基础上再增加一级rc电路(即rc2电路)就构成二阶有源低通滤波器，一阶低通滤波器包括rc1电路， r1rf反馈回路，以及差分放大器，电阻r1与放大器的反向端连接，rc2与rc1 形成级联的rc电路后与正向端连接，从而保证信号衰减的更快，确保了滤波的快速性。
43.图1c为本申请实施例同步时钟电路的结构示意图；如图1c所示，其包括两个d触发器、一个反相器以及一个乘法器，其连接关系如图1c所示，参考时钟信号和系统时钟信号经
过d触发器处理后再经过乘法器的逻辑乘法运算，从而得到同步时钟信号。
44.图1d为本申请实施例第二低通滤波电路的结构示意图；如图1d所示，该低筒滤波电路包括若干乘法器、乘法器以及延时器以及配置的滤波系数，示例性的连接关系如图1d所示，其实质上具体取决于实现数字低通滤波的模型。
45.本申请实施例中，相量计算电路具体可以采用arm9 lpc3250型号的电路来实现。而模数转换器具体采用ad7683armzrl7系列的结构。
46.图2为本申请实施例中第一低通滤波器101的结构示意图；如图2所示，当模拟振荡电信号包括模拟振荡电压信号以及模拟振荡电流信号时，所述第一低通滤波器101包括：电压信号低通滤波器以及电流信号低通滤波器，所述电压信号低通滤波器用于对输入的模拟振荡电压信号进行基于模拟信号的低通滤波处理得到第一模拟电压信号，所述电流信号低通滤波器用于对输入的模拟振荡电流信号进行基于模拟信号的低通滤波处理得到第一模拟电流信号，所述第一模拟信号包括所述第一模拟电压信号以及所述第二模拟电信号。
47.可选地，在本申请的一实施例中，所述模拟振荡电压信号以及模拟振荡电流信号均为三相电信号。
48.具体地，可选地，在本申请的一实施例中，所述电压信号低通滤波器为无源电压信号低通滤波器，所述电流信号低通滤波器为无源电流信号低通滤波器，所述无源电压信号低通滤波器和所述无源电流信号低通滤波器均为二端网络结构。
49.本实施例中，无源电压信号低通滤波器以及无源电流信号低通滤波器均实现无源滤波处理，实现无源滤波的滤波器通常通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻(调谐滤波)状态，给低次谐波信号构成一个低阻态通路，这样谐波信号就被过滤，从而降低了滤波的实现成本，同时具有稳定的运行状态。
50.当然，可替代地，在一些实施例中，也可以采用有源滤波的方式来实现上述滤波器，其具体在检测到谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉模拟振荡电信号中的谐波。
51.进一步地，在一些实施例中，对于模拟振荡电压信号和模拟振荡电流信号可以采用混合滤波方式，比如对模拟振荡电压信号采取有源滤波，而对模拟振荡电流信号采取无源滤波，或者对模拟振荡电流信号采取有源滤波，而对模拟振荡电压信号采取无源滤波，从而实现有源滤波和无源滤波的技术处理相互弥补，比如目无源进行大容量的滤波补偿，有源进行微调。
52.可选地，在一实施例中，所述第二低通滤波器103为汉明窗低通滤波器，从而可有效地滤除高频的谐波信号。
53.可选地，在一实施例中，所述基波同步测量电路还包括：正交系数确定电路，用于利用参考正弦参考信号、余弦参考信号对所述第一数字信号进行正交处理，以使得正交处理后的所述第一数字信号输入到所述第二低通滤波器103中进行低通滤波处理，从而实现了对数字信号进行定频处理，提高了后续向量计算的准确度。
54.可选地，在本一实施例中，所述正交系数确定电路接收所述同步时钟信号，以在所述同步时钟信号的触发下进行所述正交处理，以使得第一低通滤波器101 的滤波处理、模数转换电路102的模数变换处理以及正交系数确定电路得正交处理三者可同步进行，从而有效地提高滤波的效率和速度，同时保证滤波的准确性。
55.图3为本申请实施例中基波同步测量电路的结构示意图。与上述图1a相比，本实施例中，所述基波同步测量电路还包括：向量补偿电路106，所述向量补偿电路106与所述向量计算电路105电连接，用于对所述向量计算电路105计算出的所述向量进行补偿，补偿后的向量用于确定所述模拟振荡信号中的基波信号，从而补偿外界环境的谐波影响，使得得到的基波信号更加准确。
56.可选地，在本申请的一实施例中，所述基波同步测量电路还包括：功率计算电路(图中未示出)，所述功率计算电路与所述向量补偿电路电连接，用于根据补偿后的向量计算所述基波信号的功率，从而通过保证了基波信号的准确性。
57.图4为本申请实施例中基波同步测量电路的结构示意图；如图4所示，与上述图1a相比，本实施例中，所述基波同步测量电路还包括：模拟信号采样电路 107，所述模拟信号采样电路107与所述第一低通滤波器101电连接，用于对待分析的模拟信号进行采样得到采样信号，并将所述采样信号作为模拟振荡电信号输入到所述第一低通滤波器101中进行处理。
58.上述实施例中，各个电路的具体结构可以根据具体采取的算法模型，通过加法器、乘法器、比较器或者延时器或者一些半导体器件如三级管、二极管等组合实现。
59.本申请实施例中提供的技术方案可以达到如下技术效果：
60.本申请实施例提供的基波同步测量电路中，由于第一低通滤波器101首先对输入的模拟振荡电信号进行基于模拟信号的低通滤波处理得到第一模拟信号；同步时钟电路104生成同步时钟信号，使得模数转换电路102可在所述同步时钟信号的触发下对输入的所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号；之后，再通过第二低通滤波器103对输入的所述第一数字信号进行基于数字信号的低通滤波处理得到第二数字信号；最后，向量计算电路105计算所述第二数字信号的向量，所述向量用于确定所述模拟振荡信号中的基波信号。由此可见，由于同步时钟信号的存在，使得第一低通滤波器101在对输入的模拟振荡电信号进行基于模拟信号的低通滤波处理得到第一模拟信号的同时，模数转换电路102可在所述同步时钟信号的触发下对输入的所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号，从而保证了向量计算电路105可以准确地计算出所述第二数字信号的向量，进而可准确地确定出所述模拟振荡信号中的基波信号。
61.在本公开中，“第一”“第二”等表述仅仅为了区分，并非为具体数量的限定。
62.在本公开中，“连接”包括直接连接以及间接连接，间接连接即两个部件之间还连接有其他部件，直接连接即两个部件之间无任何其他部件。
63.在本公开中所使用的用语仅用于描述特定的实施方式而不旨在限制本公开。除非在上下文中明确另有所指，否则如在本文中所使用的单数形式也可包括复数形式。
64.除非另有限定，否则本文中使用的全部用语(包括技术用语和科学用语)具有与本公开所属领域的技术人员所通常理解的意思相同的意思。除非在本公开中明确限定，否则如在通常使用的词典中所限定的这种用语可被解释为具有与在相关技术领域的语境中的意思相同的意思，而不应被解释为具有理想化或过于形式的意思。在一些情况下，即使在本公开中限定的用语也不应被解释为排除本公开的实施方式。
65.以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同
替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。