基于单片机和CPLD的同步发电机自动准同期装置中频率测量

对发电机和电力系统的频率进行精确测量是保证自动准同期装置正确动作的重要条件之一.本文提出了一种基于单片机和CPLD的同步发电机自动准同期装置中的频率测量方法,介绍了频率测量的基本原理,在该原理的基础上采用单片机和CPLD综合技术实现了频率测量,CPLD进行频率检测,单片机进行数据处理与智能控制,并给出了测频电路的硬件电路图和软件流程图.实验表明,单片机与CPLD结合进行测频,测量误差小于10-3,使测量精度得到了提高,而且测量装置的集成度也较高,具有一定的实用价值.     

EDA的新型器件及其应用

Altera公司的几种新型器件CPLD(max、maxII)、低成本FPGA(Cyclone,CycloneII)、高密度FPGA(StratixII、StratixGx),并利用CycloneII器件在QuartusII开发软件平台上设计了简易的频率测量计。该频率计可以测量频率大于1s的脉冲信号,并将结果显示在数码管上;并对频率小于1Hz的信号的测量提出了解决方法。     

工频电参数测量方法研究

用硬件同步法实现了工频电参数测量,提出了无功功率的测量方法,给出了测量系统电路.提出了测量频率的新方法,给出了频率线性转化为直流电压的数学表达式及测量电路.提出了系统数据通信串行通信定义并行通信的方法,给出了硬件电路.提出了硬件同步采样算法的理论误差估计公式,并对系统测量误差进行了分析.     

超低频信号的精密测量

超低频信号的振幅变化缓慢,周期较长,采用模拟方法测量时存在较大难度。本文提出采用微处理机的数字化测量方案,并对其关键——周期的精密测量作了介绍,即用有源低通滤波器和施密特比较器的组合电路克服了干扰带来的过零检测误差,再通过采用校正补偿方法使超低频信号测量达到了较高的水平:对于频率低于10Hz的信号,周期测量的相对误差可小于±5ppm,电压真有效值的相对测量误差小于0.1％。     

一种加三项余弦窗的加窗插值FFT算法

提出了一种基于三项余弦窗exact Blackman窗的插值FFT算法.讨论了exact Blackman窗的频率响应,详细推导了基于exact Blackman窗的插值FFT算法的计算公式,并采用三次样条插值函数计算频率修正系数和复振幅的修正系数.仿真计算结果表明,利用三次样条函数计算的谐波幅值误差小于0.1%,频率误差小于0.01 Hz,相位误差小于5%.新的插值FFT算法能够有效地提高电力系统谐波的测量精度,与其他四项余弦窗加窗插值FFT算法相比,具有较小的运算量和较好的实时性.     

非接触式电压相量测量算法

同步相量测量技术为电网动态安全监测提供了数据基础,非接触式电压传感技术具备安全、便捷、成本低的优势,有利于测量装置实现海量布点。现有非接触式电测量的缺陷在于复杂电压经探头传变后二次侧输出电压发生畸变,难以还原一次侧电压相量。为解决电压畸变问题,文中提出了一种对带内信号分频计算的相量测量算法。首先对探头输出电压进行预处理,滤除带外信号与噪声,随后采用矩阵束法计算带内信号频率,以此构建信号模型进行时域拟合求解带内信号相量,最后将带内信号相量还原至一次侧后合成得到综合相量。仿真结果表明,所提方法能够利用探头二次侧输出电压采样值计算一次侧电压相量。实验数据显示所提方法的幅值测量误差小于4.5%,相位误差小于1°,频率误差小于0.04 Hz,频率变化率误差小于4 Hz/s。     

一种利用相关性优化压缩感知测量矩阵的方法

传统的采样方法要求采样频率不小于奈奎斯特频率的2倍,然而采集到的数据存在很大程度的冗余。压缩感知方法则利用少量的非适应线性测量就能够实现对原始信号压缩采样,进而也能精确的恢复出原始信号,因此压缩感知中测量矩阵的研究具有重要的理论意义。提出了一种基于梯度迭代实现对测量矩阵的优化方法。实验表明利用梯度迭代方法优化的测量矩阵恢复得到图像的PSNR,高于Valid提出方法恢复图像的PSNR,以及未优化的测量矩阵恢复图像的PSNR。另外梯度迭代方法改善了G矩阵中非对角元素的分布情况,更集中分布在0附近,达到了测量矩阵与稀疏矩阵的互相关系数减小的目的。     

相角测量装置的同步测量精度问题

对基于全球定位系统 (GPS)、锁相环 (PLL)的相角测量装置 (PMU )主要误差因素进行了分析与仿真研究 ,结果表明 :幅值误差远小于角度误差 ;异地同步方法误差远小于同步测量环节本身的误差 ,后者主要由PMU的频率跟踪与测量、信号滤波延迟以及数值算法等环节引起 ;指出以PLL器件锁相跟踪被测信号基频时 ,在频率快速变化的情况下可能隐含的问题。最后得出 :在保证频率跟踪测量精度的前提下 ,PMU的相角测量精度可以达到 1°。     

准同步采样法在配电综合测控仪中的应用

通过研究准同步采样法,分析准同步采样法准确度与频率偏差的关系,提出通过减少频率偏差来提高准同步采样法准确度的两种方法,提出准确计算信号频率的公式.计算机仿真结果表明该方法能有效提高测量信号的有效值和谐波的准确度.最后把准同步采样法应用于配电综合测控仪中,进行硬件和软件设计,实现了仪器体积小,抗干扰能力强,而且测量速度快,测量精度高的目标.     

基于微分电路的频率／直流电压转换原理的频率测量计

根据正、负脉冲对电容的冲放电原理,提出了一种以被测信号电压在一个周期内对微分电路进行正向与反向冲放电,使电容上的电荷平衡,从而使被测频率线性地转化为直流电压的方法,从而达到测量频率连续变化的目的.提出了频率测量数学表达式及测量方法误差表达式.给出了测量电路硬件图及软件程序框图.     

基于Kaiser窗的改进傅氏测频算法

快速、准确测量电频率是电网及电气设备运行、控制、调节的重要基础。电压的谐波和噪声会影响频率的测量,特别是分布式发电引入了各种电力电子设备,产生的谐波较大,谐波中不仅包含整次谐波,还包含有大量的非整次谐波。常规傅氏测频法抗非整次谐波和噪声能力弱,测频精度会受到一定影响。提出了一种基于Kaiser窗的改进傅氏测频算法,提高了谐波和噪声环境下的测频精度。仿真结果显示改进测频算法的测量误差小于0．005Hz,优于常规傅氏算法。     

基于石英晶体传感器的凝血酶检测系统的实现

近些年来,石英晶体为生物传感器领域的重要方向。利用石英晶体对其表面物质变化的特性,构建出具有微小质量检测能力的新型生物传感器。搭建一套硬件系统对QC输出的10 MHz的基频信号进行分析研究。通过测量与分析输出信号的频率变化规律得到结果。实验结果表明,该测量系统空气中稳定后的频率误差波动小于10 Hz,在测量结束时频率误差波动小于30 Hz。     

用时域连续有限冲激响应滤波器进行过零测频的方法

根据时域连续有限冲激响应滤波器的原理设计了短窗窄带带通连续滤波器。该滤波器通过处理输入离散采样信号获得连续信号并抑制谐波噪声,改进了过零测频方法。对含有40%低频和高频谐波的500 kV线路的故障电压进行仿真,试验结果表明当采样数据的窗长为4个工频周期时,该方法的测频误差小于0.05 Hz,且延时仅为2个工频周期,其抗谐波、抗噪声和动态响应特性优于傅氏测频法,能够满足电子式互感器应用环境下实时测频的要求。     

一种基于时间数字转换器的瞬时测频技术

为了提高数字计数式瞬时测频的精度,提出了一种采用时间数字转换器（TDC）进行瞬时测频的新技术。通过对脉内的被测信号脉冲个数进行计数,并利用TDC测量输入信号的脉宽,可得到被测信号频率。在 FPGA 中设计了测频的基本时序,并完成了对TDC的控制和数据计算。为了提高瞬时测频机工作的稳定性,设计了TDC的校准方法,通过在测量间歇期插入标准脉宽信号进行测量,以修正T DC的漂移。经测试表明,对于脉宽1μs、载频频率为1～2GHz的输入信号,该技术的测量精度约为0．3MHz,测量时间小于1μs。     

基于嵌入式系统的接地网测量装置

探讨了一种基于嵌入式系统新型接地网特性测量装置的开发方案,采用变频测量方法,能在30～70Hz频段间1Hz步进,选择最佳测量频率,避开工频环境中的干扰信号,实现接地网特性参数的准确测量。设计的测量装置由变频电源、测量处理模块、嵌入式控制核心组成,其中处理器采用ARM7TDMI内核的32位高速处理器。系统软件包括准同步采样、数字滤波、电参量计算等,由固化在嵌入式ARM芯片中的程序实现。方案充分利用嵌入式技术特点,通过传感器、A/D转换器等较少硬件,完成接地网参数的测量,应用结果证明设计方案高效、可靠,满足测量要求。     

变频法测试电力线路工频参数的研究

研究采用变频法测试电力线路工频参数的抗干扰效果和可行性.分析了工频法测试电力线路工频参数的基本原理和现场干扰的影响,比较了采用工频法和变频法测量时现场干扰的影响程度和测试结果.测试结果比较表明,变频法测试有着较强的抗干扰性能.测试结果准确可靠,具有很高的现场应用价值.     

高频大电流测量

分析了Rogowski线圈的工作原理及其两种工作状态.针对高频大电流,设计了一套测量系统.给出了中心频率为50kHz、额定电流为600A的高频大电流试验结果.试验结果和实际运行情况表明,在10～100kHz范围内,其准确度可达0.5%.     

一种实用的接地电阻测量方法

基于接地电阻测量的基础原理，讨论了双频原理在测量接地电阻时选择两种频率的测量电源，成功地避开了工频环境中干扰信号的影响，提高了测量精度。同时确定了两种测量电源频率的最佳频率区间，低频电源选15－30Hz，高频电源选60－120Hz。最后给出双频原理测量接地电阻的硬件电路的基本框架，利用CPU先后产生两种频率的测量信号，通过测量单元采集测量值，然后计算求出接地电阻。用双变频技术测量接地电阻原理简单，消除干扰能力强，测量精度高，便于实际应用。     

高频信号注入法测量配电网电容电流及滤波的研究

为解决信号注入法测量配电网电容电流方法的频率选取和工频干扰等问题,分析了高频信号注入法的原理并对高频法进行改进。首先通过注入5 000 Hz高频信号求得电感值,然后通过扫频确定电网谐振频率,根据公式可计算出配电网对地电容值,并在扫频时通过串联电容的方法降低大对地电容系统的电容值,实现大对地电容系统电容电流的测量。同时运用数字信号处理器TMS320F28335,采用有限冲击响应滤波器(FIR)算法实现滤波功能,滤除扫频时注入信号中的工频干扰。通过理论分析和实验验证,该方法能够增加测量对地电容的范围,简化计算,滤除工频信号,使测量时的相对误差均不超过5%。