基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置及其方法

2023-05-20 12:25:21

專利名稱：基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種電力系統中所用的同步採樣實時補償裝置和方法，尤其涉及一種基於鎖 相環的交錯同步採樣實時補償裝置及其方法。
背景技術：
在將模擬量轉換為數字量的過程中存在"地"通道的零點補償，即將"地"通道採樣的 數字量作為標準的數字零來校準補償採樣其他模擬量的數字量結果。傳統的補償方法一般為 在採樣其他模擬量之前先採樣"地"，然後以此值來作為以後採樣的參考，該值在以後的採樣 過程中一般不會變化。由於外界幹擾以及數字高頻信號對模擬地的幹擾等因素，模擬參考"地" 往往存在一波動，上述補償方式由於對採樣的模擬量不是實時動態補償，所以在一定程度上對 由於"地"的波動造成的採樣誤差的抑制效果不是很理想。

發明內容
本發明的目的就是為了解決目前在模數轉換時現有補償方式對採樣誤差抑制效果不好等 問題，同時兼顧同步採樣的要求，提供一種具有結構簡單，使用方便，可有效抑制採樣誤差， 實現實時補償等優點的基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置及其方法。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案
一種基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置，它包括二階低通濾波電路、過零電壓比 較電路、鎖相環電路、分頻電路、微處理器採樣控制電路、AD轉換電路以及模擬多路開關電 路；其中，二階低通濾波電路輸入端接收電網同步信號，其輸出端依次與過零電壓比較電路 和鎖相環電路連接，鎖相環電路與分頻電路雙向閉環連接；同時分頻電路輸出端還與微處理 器採樣控制電路連接，該電路輸出端與模擬多路開關連接，該模擬多路開關輸入端還與地信
號和電壓電路輸入通道連接，其輸出端與AD轉換器輸入端連接，AD轉換器輸出端與微處理
器採樣控制電路的輸入端連接。
所^二階低通濾波電路濾除電網中的二次及二次以上的諧波，得到純淨的基波信號。 所述過零電壓比較電路將二階低通濾波器的基波信號轉換為方波信號。 所述鎖相環電路和分頻電路對信號進行同步倍頻，其可為128或256或512等倍頻。 微處理器採樣控制電路為DSP電路，它依據鎖相環的同步倍頻信號控制模擬多路開關電
路交錯地切換地信號和有效電源電流信號，以進行交錯AD轉換。
一種基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置的補償方法，它的方法為，
1) 電網同步信號經過二階有源低通濾波器，濾除電網中的二次及二次以上的諧波，從而 得到純淨的基波信號，過零電壓比較電路負責將二階低通濾波器得到的基波信號轉換為方波 信號，輸出給後端的鎖相環及分頻電路進行基於電網頻率的倍頻；
2) 鎖相環對信號同步倍頻後觸發微控制器採樣中斷；
3) 判斷中斷是否為奇數次；如果是，則採樣"地信號"通道，通道切換；如果不是，則 採樣有效數據通道，通道切換；
4) 實時校正後得出新的校正採樣值進行計算。
所述步驟2)中，鎖相環將電網頻率同步倍頻到設定值後，微處理器採樣控制電路以該 方波信號作為採樣周期的控制信號，即在信號的上升沿進行數據採樣,通過上述交替採樣，微 控制器以當前次所採集的"地"信號的數字量來補償當前次採集的電壓電流信號，做到對"地" 的實時動態補償，消除"地"上的紋波對系統採樣精度的影響。
本發明提出了一種新型的補償方法，即基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償技術。整個 系統由二階低通濾波電路、過零電壓比較電路、鎖相環電路、分頻電路、微處理器採樣控制 電路、AD轉換電路以及模擬多路開關電路等七部分組成。
電網同步信號經過二階有源低通濾波器，濾除電網中的二次及二次以上的諧波，從而得 到純淨的基波信號；過零電壓比較電路負責將二階低通濾波器得到的基波信號轉換為方波信
號，輸出給後端的鎖相環及分頻電路進行基於電網頻率的同步倍頻，此倍頻信號(可以為128、 256、 512等倍頻)即做為AD採樣的周期信號；得到的倍頻信號輸出給微控制器部分電路， 從而控制AD轉換器的採樣，同時控制模擬多路開關電路交錯地切換"地信號"和"有效電壓 電流信號"，以進行交錯AD轉換。
鎖相環將電網頻率同步倍頻到12.8KHz (50HzX256)， DSP以該方波信號作為採樣周期的 控制信號，即在信號的上升沿進行數據採樣，在所採樣的256點中，交錯採樣系統的"地" 信號和電壓電流信號。
通過上述交替採樣，微控制器以當前次所採集的"地"信號的數字量來補償當前次採集 的電壓電流信號，做到對"地"的實時動態補償，從而能夠最大程度的消除"地"上的紋波 對系統採樣精度的影響。
本發明的有益效果是結構簡單，使用方便，.補償效果好，採用精度高，可滿足同步採 樣的要求。


圖1為本發明的鎖相環-同步採樣周期控制電路原理圖2為基於鎖相環的數據實時補償採樣中斷服務子程序流程圖。
其中，1、 二階低通濾波電路，2、過零電壓比較電路，3、鎖相環電路，4、分頻電路，5、 微處理器採樣控制電路，6、 AD轉換電路，7、模擬多路開關電路。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
圖i中，本發明包括二階低通濾波電路、過零電壓比較電路、鎖相環電路、分頻電路、 微處理器採樣控制電路、AD轉換電路以及模擬多路開關電路；其中，二階低通濾波電路輸入 端接收電網同步信號，其輸出端依次與過零電壓比較電路和鎖相環電路連接，鎖相環電路則 與分頻電路雙向連接；同時分頻電路輸出端還與微處理器採樣控制電路連接，該電路輸出端 與模擬多路開關連接，該模擬多路開關輸入端還與地信號和電壓電路輸入通道連接，其輸出 端與AD轉換器輸入端連接，AD轉換器輸出端與微處理器採樣控制電路的輸入端連接。二階 低通濾波電路濾除電網中的二次及二次以上的諧波，得到純淨的基波信號。過零電壓比較電 路將二階低通濾波器的基波信號轉換為方波信號。鎖相環電路和分頻電路對信號進行同步倍 頻，其可為128或256或512等倍頻。
本發明的補償方法為-
1) 電網同步信號經過二階有源低通濾波器，濾除電網中的二次及二次以上的諧波，從而 得到純淨的基波信號，過零電壓比較電路負責將二階低通濾波器得到的基波信號轉換為方波 信號，輸出給後端的鎖相環及分頻電路進行基於電網頻率的同步倍頻；
2) 鎖相環對信號同步倍頻後觸發微控制器採樣中斷；
3) 判斷中斷是否為奇數次；如果是，則採樣"地信號"通道，通道切換；如果不是，則 採樣有效數據通道，通道切換；
4) 實時校正後得出新的校正採樣值進行計算。
所述步驟2)中，鎖相環將電網頻率同步倍頻到設定值後，微處理器採樣控制電路以該 方波信號作為採樣周期的控制信號，即在信號的上升沿進行數據採樣,通過上述交替採樣，微 控制器以當前次所採集的"地"信號的數字量來補償當前次採集的電壓電流信號，做到對"地" 的實時動態補償，消除"地"上的紋波對系統採樣精度的影響。如圖2所示。
權利要求
1、一種基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置，其特徵是它包括二階低通濾波電路、過零電壓比較電路、鎖相環電路、分頻電路、微處理器採樣控制電路、AD轉換電路以及模擬多路開關電路；其中，二階低通濾波電路輸入端接收電網同步信號，其輸出端依次與過零電壓比較電路和鎖相環電路連接，鎖相環電路則與分頻電路雙向通訊；同時分頻電路輸出端還與微處理器採樣控制電路連接，該電路輸出端與模擬多路開關連接，該模擬多路開關輸入端還與地信號和電壓電路輸入通道連接，其輸出端與AD轉換器輸入端連接，AD轉換器輸出端與微處理器採樣控制電路的輸入端連接。
2、根據權利要求l所述的基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置，其特徵是所述二 階低通濾波電路濾除電網中的二次及二次以上的諧波，得到純淨的基波信號。
3、 根據權利要求l所述的基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置，其特徵是所述過 零電壓比較電路將二階低通濾波器的基波信號轉換為方波信號。
4、 根據權利要求l所述的基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置，其特徵是所述鎖相環電路和分別電路對信號進行倍頻，其可為128或256或512等倍頻。
5、 根據權利要求l所述的基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置，其特徵是微處理器採樣控制電路為DSP電路，它控制模擬多路開關電路交錯地切換地信號和有效電源電流信 號，以進行交錯AD轉換。
6、 一種採用權利要求1所述基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置的補償方法，其特徵是它的方法為，1)電網同步信號經過二階有源低通濾波器，濾除電網中的二次及二次以上的諧波，從而 得到純淨的基波信號，過零電壓比較電路負責將二階低通濾波器得到的基波信號轉換為方波信號，輸出給後端的鎖相環及分頻電路進行基於電網頻率的同步倍頻； —2)鎖相環對信號同步倍頻後觸發微控制器採樣中斷；3) 判斷中斷是否為奇數次；如果是，則採樣"地信號"通道，通道切換；如果不是，則 採樣有效數據通道，通道切換；4) 實時校正後得出新的校正採樣值進行計算。
7、 根據權利要求6所述的基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置的補償方法，其特徵 是所述步驟2)中，鎖相環將電網頻率同步倍頻到設定值後，微處理器採樣控制電路以該 方波信號作為採樣周期的控制信號，即在信號的上升沿進行數據採樣,通過上述交替採樣，微 控制器以當前次所採集的"地"信號的數字量來補償當前次採集的電壓電流信號，做到對"地" 的實時動態補償，消除"地"上的紋波對系統採樣精度的影響。
全文摘要
本發明公開了一種基於鎖相環的交錯同步採樣實時補償裝置及其方法。它解決了目前模數轉換時現有補償方式對採樣誤差抑制效果不好等問題，同時兼顧同步採樣，具有結構簡單，使用方便，可有效抑制採樣誤差，實現實時補償等優點。其結構為二階低通濾波電路輸入端接收電網同步信號，其輸出端依次與過零電壓比較電路和鎖相環電路連接，鎖相環電路則與分頻電路雙向通訊；同時分頻電路輸出端還與微處理器採樣控制電路連接，該電路輸出端與模擬多路開關連接，該模擬多路開關輸入端還與地信號和電壓電路輸入通道連接，其輸出端與AD轉換器輸入端連接，AD轉換器輸出端與微處理器採樣控制電路的輸入端連接。
文檔編號H03M1/10GK101188422SQ20071011482
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月29日 優先權日2007年11月29日
發明者徐家恆, 徐新光, 曲效武, 王運全, 王金亮, 袁紹軍, 陳偉斌, 鹿凱華 申請人:山東電力研究院