数字功率计谐波检测的方法技术

本发明专利技术提供一种数字功率计谐波检测的方法，通过包括模拟电路、DSP、CPLD和A/D的硬件电路进行谐波检测，包括如下检测步骤：首先 通过模拟电路对被测信号波形进行整形；再通过DSP测量被测信号整形后的波形并把被测信号频率fin在每个傅立叶计算周期开始之前定时发送给CPLD；然后用CPLD对被测信号频率fin进行锁频后输出同步的采样频率fs控制A/D采样；最后DSP对每个傅立叶计算周期内A/D采集的等间隔数据进行傅立叶分析，计算出被测信号中各谐波参数；实现提高数字功率计傅立叶分析的精度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种，通过包括模拟电路、DSP、CPLD和A/D的硬件电路进行谐波检测，包括如下检测步骤：首先?通过模拟电路对被测信号波形进行整形；再通过DSP测量被测信号整形后的波形并把被测信号频率fin在每个傅立叶计算周期开始之前定时发送给CPLD；然后用CPLD对被测信号频率fin进行锁频后输出同步的采样频率fs控制A/D采样；最后DSP对每个傅立叶计算周期内A/D采集的等间隔数据进行傅立叶分析，计算出被测信号中各谐波参数；实现提高数字功率计傅立叶分析的精度。【专利说明】
本专利技术涉及一种检测方法，特别是涉及一种。
技术介绍
由于电网中电压或电流的谐波波形通常都为非理想的正弦波，需要用专用的数字功率计等仪表进行测量，因此，为了获得更精确的谐波测量数据，提高数字功率计谐波测量的精度就显得尤为重要。 当前，市场上测量谐波的数字功率计为了提高测量精度也在不断的更新自身的测量电路和测量方法，现有技术普遍采用整数倍谐波测量方法，即使用傅立叶分析的方法来进行谐波测量，但是在使用傅立叶变换进行谐波分析时，为了使谐波测量更加精准，主要要在以下几个方面进行改进:1、采样频率；2、傅立叶变化的算法改进以及阶次；3、模拟电路中滤波电路改进。 目前数字功率计谐波测量的采样频率通过锁相产生，运用锁相技术虽然频率能实时跟踪，但是每个计算周期内采样点间的时间间隔不能保持相等，这样就导致傅立叶分析时的计算结果误差较大，进而造成谐波测量的不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，解决谐波测量采样频率通过锁相造成每个傅立叶计算周期内采样点间的时间间隔不等，导致傅立叶分析计算结果误差大的问题。 为了实现上述目的，本专利技术技术方案是:一种，通过包括模拟电路、DSP、CPLD和A/D的硬件电路进行谐波检测，首先通过模拟电路对被测信号波形进行整形；再通过DSP测量被测信号整形后的波形并把被测信号频率fin在每个傅立叶计算周期开始之前定时发送给CPLD ;然后用CPLD对被测信号频率fin进行锁频后输出同步的采样频率fs控制A/D采样；最后DSP对每个傅立叶计算周期内A/D采集的等间隔数据进行傅立叶分析，计算出被测信号中各谐波参数。 DSP对每个傅立叶计算周期的各次A/D数据相位进行修正，每个傅立叶计算周期都是从被测信号的基波过零点开始计算，设被测信号中基波的初始相位-90度为基准，得出基波的相位差公式为 Δ Φ = φ0- (-90)；线性修正第η次谐波相位修正公式为Φη’= Φη + η*ΛΦ ;其中Φ ο为计算出基波的相位，η为第η谐波次数，Φη为第η次谐波计算出的相位，Φη’为第η次谐波修正后的相位。 锁频后的采样频率fs为信号频率fin的2的N次方,锁频公式为fs= (2N) *fin ； 其中fs为锁频后的采样频率，fin为被测信号频率，N为正整数。 采样频率fs与被测信号频率fin之间的系数N随着被测信号的被测信号频率fin改变。 每个傅立叶计算周期长度为Len=1024。 模拟电路将被测信号整形为同频率的方波信号。 本专利技术的同步采样频率fs使用锁频技术，采样频率fs在一个傅立叶计算周期内保持固定值，使得每个傅立叶计算周期内采样点之间的时间间隔保持一致，同步采样频率fs在一个计算周期结束和下一个计算周期开始前做适当的相位调整。 本专利技术的有益效果是用DSP检测被测信号的频率，精度较高；同时DSP定时给CPLD发送被测信号频率fin，利用CPLD能保证快速锁频，保证傅立叶计算周期内采样间隔保持一致；提高傅立叶分析的精度。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术信号传递系统框图；图2为本专利技术利用傅立叶锁频环实现谐波检测的流程图。 【具体实施方式】 下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施例。 实施例如图1和图2所示，本实施例通过包括模拟电路、数字信号处理器DSP、复杂可编程逻辑器CPLD和模数转换器A/D的硬件电路进行谐波检测，模拟电路包括滤波电路和过零比较电路，被测信号经过滤波电路和过零比较电路，形成方波信号输入到DSP端口，DSP通过内部硬件电路检测被测信号的被测信号频率fin (信号的周期Tin，频率为fin)，被测信号量的周期误差小于0.03us。 当检测到被测信号频率fin后，通过CPLD进行锁频，产生一个频率为fs=(2N)*fin的信号，用频率为fs的信号作为采样频率信号，控制A/D采样，其中用CPLD产生采样频率fs的关键之处有两点:(I)、根据被测信号的被测信号频率fin适当的调整N的次数，同时满足fs=(2N)*fin进行锁频，此系统由于使用傅立叶FFT进行谐波分析，所以采样频率fs为被测信号频率fin的2的N次方；同时由于CPLD的时钟频率限制，采样频率fs不会无限制增大，N随着被测信号被测信号频率fin大小适当的调整，相应谐波分析最高次数也相对降低； (2)、DSP根据傅立叶的计算周期定时对CPLD发送被测信号的被测信号频率fin进行锁频，这样能够保证每个傅立叶计算周期采样点之间的时间间隔严格保持一致；以上两点是本实施例保证傅立叶变换进行谐波分析的前提；此处利用CPLD并行高速的特点，能快速锁频保证同步采样，如果此处采用现有技术选择CPLD锁相，利用CPLD的特点虽然能达到实时同步采样，但不能保证每个傅立叶计算周期内采样点之间的时间间隔保持一致。 当CPLD产生同步采样频率f s后去控制A/D采集数据，DSP对其A/D数据进行傅立叶变换，利用DSP进行傅立叶分析，同时兼顾到速度和精度，本实施例选取傅立叶计算周期长度为Len = 1024, Len=1024为每个计算周期内傅立叶长度,计算长度为1024个点,进而分析出各次谐波的幅值、相位差、有功、无功、谐波畸变率等参量，实现测量数据精度在0.1%以内。 由于采样频率fs不会无限制的增大或降低，即采样频率fs由于受到硬件条件和采样定理的综合限制会落在一个范围内，由采样频率fS= (2N) *fin可知，要使采样频率fs在上述范围内，根据输入被测信号频率fin需对N进行适当的调整，相应的采样频率f s也就作了适当的变化调整。同时，由于在此傅立叶分析的长度Len为固定值，所以DSP分析谐波次数的上限值根据被测信号频率fin做适当的调整。 此处检测到各次谐波的相位要做适当的修正，傅立叶每个计算周期都是从基波的过零点开始计算，目前被测信号中基波的初始相位理论上是-90度为基准，可得出基波的相位差为Δ Φ = φ0- (-90) ( 为计算出基波的相位)，对基波进行相位修正，基于锁频基础上相位偏差相对较小，本系统谐波相位做线性修正，第η次谐波相位修正为Φη’= Φη +η* Δ Φ (η为第η谐波次数，Φη为第η次谐波计算出的相位，Φη’为第η次谐波修正后的相位)。【权利要求】1.一种，通过包括模拟电路、DSP、CPLD和A/D的硬件电路进行谐波检测，其特征在于包括如下检测步骤:首先通过模拟电路对被测信号波形进行整形；再通过DSP测量被测信号整形后的波形并把被测信号频率fin在每个傅立叶计算周期开始之前定时发送给CPLD ;然后用CPLD对被测信号频率fin进行锁频后输出同步的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字功率计谐波检测的方法，通过包括模拟电路、DSP、CPLD和A/D的硬件电路进行谐波检测，其特征在于包括如下检测步骤：首先 通过模拟电路对被测信号波形进行整形；再通过DSP测量被测信号整形后的波形并把被测信号频率fin在每个傅立叶计算周期开始之前定时发送给CPLD；然后用CPLD对被测信号频率fin进行锁频后输出同步的采样频率fs控制A/D采样；最后DSP对每个傅立叶计算周期内A/D采集的等间隔数据进行傅立叶分析，计算出被测信号中各谐波参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董阿丽，王晓梅，
申请(专利权)人：艾德克斯电子南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32