一种提供电能参数分析的同步采样系统技术方案

本实用新型专利技术提出了一种提供电能参数分析的同步采样系统，包括FPGA单元、多路同步采样ADC单元、基波捕获ADC单元、DDS频率合成器、同步时间窗系统；采取逻辑器件FPGA来实现,该频率可以在数ms之内得到被测量电网的基波频率。并且该频率值会立即传递到FPGA之外的频率发生器件，本文选用DDS来作为频率发生器，DDS可以支持数KHz到数十MHz并且频率间隔可以达到20000000/16777216≈1.2Hz甚至20000000/4294967296≈0.005Hz精度。并且整个反应时间可以在数十ms内完成因此该方法可以有效解决之前的时间窗同步采样技术时钟合成遇到的困难。难。难。

【技术实现步骤摘要】
一种提供电能参数分析的同步采样系统


[0001]本技术属于电能参数分析
，具体地说，涉及一种提供电能参数分析的同步采样系统。

技术介绍

[0002]电能参数分析中，涉及到电参数基波频率和谐波、间谐波分析的问题。在采集分析电能参数的过程中，需要对输入的电网参数频率进行跟踪，并且对采样器AD (Anolog to Digital)器件的采样率进行设置。通常AD采样率由PCB(Printed Circuit Board)上专门的时钟发生器来提供。由于通常现有技术的工频不超过400Hz(例如在机场电源)，但是有些电动机设备需要变频器输出高达500Hz以上频率的交流电或者是30Hz的交流电。因此这里测量电能参数谐波或者间谐波就需要获得30Hz~500Hz甚至更大频率范围的同步采样。
[0003]电能参数同步采样意味着对输入的电能进行基波跟踪，然后按照基波进行倍频，再将倍频后的时钟输入到AD器件进行基波时间窗同步采样。由于一直以来人们大都只针对常用的工频如50Hz电网(欧洲和中国)，60Hz电网(北美地区)，400Hz(航空设备)做跟踪和时间窗同步采样。但是由于现代技术对环保的要求，交流电能用得越来越多，因此各种电机和变频器也得到广泛的应用和发展。
[0004]之前的电网频率跟踪和时间窗同步采样技术存在跟踪技术一般但是时间窗同步技术很差，甚至一些仪器没用做真正的同步采样，只是随便采样若干点数然后计算谐波和间谐波的问题。
[0005]常用的基波频率跟踪技术有FFT+FT频谱细化技术结合锁相环方式，包括数字锁相环倍频方法和模拟锁相环方法等。常用的模拟锁相环方法太贵，太占PCB，太难调试。数字锁相环倍频方法无法做到真正的逼近，并且数字倍频方法属于类似小数分频的方式，这样在频率高达数十MHz时无法做到精确频率输出。除此以外，小数分频是逼近的方式，仅限于数字器件工作频率最高数百MHz的影响会导致采样时钟有ns级别的抖动，而这种方式的精确度无法满足精确测量的要求。此外为了满足以上需求，还需要采用专用的时钟生成器，但是时钟生成器功耗大并且昂贵。

技术实现思路

[0006]本技术针对上述现有技术在电网频率跟踪和时间窗同步采样技术中的时间窗同步采样效果差，精度低、功耗大且成本高等问题，提出了一种提供电能参数分析的同步采样系统，使用DDS作为频率发生器，这里为了方便和节约资源采用FFT+FT来进行频率跟踪。DDS输出的信号经过整形后提供给ADC,作为采样控制，并通过第一时间同步驱动单元和第二时间同步驱动单元实现高精度的同步采样，相比于模拟锁相环技术，成本更低，调试更简单，相比于数字锁相环倍频方法精度更高。
[0007]本实验新型具体实现内容如下：
[0008]本技术提出了一种提供电能参数分析的同步采样系统，连接多路电参数调理
通道和电网电压调理通道，用于接收电网信号并进行频率测量从而实现对接收的电网信号在时间窗对齐的情况下进行倍频采样，所述同步采样系统包括FPGA单元、多路同步采样ADC单元、基波捕获ADC单元、DDS频率合成器、同步时间窗系统；
[0009]所述多路同步采样ADC单元的输入端连接多路电参数调理通道，所述多路电参数调理通道包括多路电网电压参数通道和多路电网电流参数通道；所述多路同步采样ADC单元的输出端与FPGA单元连接；
[0010]所述FPGA上设置DDS控制配置端口，并通过所述DDS控制配置端口与所述DDS频率合成器连接；
[0011]所述DDS频率合成器的输出端与所述多路同步采样ADC单元连接；
[0012]所述同步时间窗系统包括搭接在DDS频率合成器上的第一时间同步驱动单元和第二时间同步驱动单元，所述DDS频率合成器通过第一同步驱动单元与多路同步采样ADC单元连接，通过第二同步驱动单元与所述FPGA单元连接；
[0013]所述FPGA单元内置FFT+FT测频模块，所述基波捕获ADC的输入端连接电网电压调理通道，基波捕获ADC的输出端与FPGA单元的FFT+FT测频模块连接。
[0014]为了更好地实现本技术，进一步的，还包括DDS时钟输出及端接匹配缓冲单元，所述DDS时钟输出及端接匹配缓冲单元连接在所述DDS频率合成器输出端和多路同步采样ADC单元之间。
[0015]为了更好地实现本技术，进一步的，还包括供电单元，所述供电单元包括共模电感模块，所述共模电感模块输入端连接12V电源，输出端与FPGA单元、多路同步采样ADC单元、基波捕获ADC单元、DDS频率合成器、DDS时钟输出及端接匹配缓冲单元连接。在电子设备中，常用共模电感模块做电源噪声滤除。
[0016]为了更好地实现本技术，进一步的，所述基波捕获ADC单元包括电压跟随器TLV2462LD，所述电压跟随器TLV2462LD的3号输入端连接电网电压调理通道的UA_BW信号；电压跟随器TLV2462LD的1号输出端还与2号输入端连接；
[0017]所述基波捕获ADC单元还包括基波捕获ADC芯片，所述基波捕获ADC芯片采用AD7476ARTZ芯片，所述电压跟随器TLV2462LD的1号输出端还与基波捕获ADC芯片的3号VIN输入端连接；
[0018]所述基波捕获ADC单元还设置有驱动芯片TXB0102DCUR，所述基波捕获ADC芯片的5号SDATA接线端与所述驱动芯片TXB0102DCUR的8号B1接线端连接，所述驱动芯片TXB0102DCUR的5号S_DATA接线端与所述FPGA单元的FFT+FT测频模块连接，所述FFT+FT测评模块为FPGA芯片内部设计的跟踪测评模块。
[0019]为了更好地实现本技术，进一步的，所述基波捕获ADC单元还包括LTC1067lGN芯片和比较器LM2930D；所述LTC1067lGN芯片的8号INVA接线端连接UA_BW信号，11号BPB接线端与所述电压跟随器TLV2462LD的5号输入端连接，所述电压跟随器TLV2462LD的7号输出端连接比较器LM2903D的3号输入端，所述比较器LM2903D的1号输出端输出UA_F信号。
[0020]为了更好地实现本技术，进一步的，所述FPGA单元采用FPGA XC6SLX45
‑
2CSG3241芯片。
[0021]为了更好地实现本技术，进一步的，所述DDS频率合成器采用AD9832芯片构成DDS频率合成电路，所述DDS时钟输出及端接匹配缓冲单元采用比较器LTC6752，且在AD9832
芯片的14号IOUT接线端外搭接有三极管Q1 BCR503，所述三极管Q1 BCR503的发射极连接在比较器LTC6752的2号+IN接线端，所述AD9832芯片的14号IOUT接线端还与比较器LTC6752的3号
‑
IN接线端连接；所述比较器LTC6752的7号Q接线端与多路同步采样ADC单元连接。
[0022]为了更好地实现本技术，进一步的，所述多路同步采样ADC单元采用AD7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提供电能参数分析的同步采样系统，连接多路电参数调理通道和电网电压调理通道，用于接收电网信号并进行频率测量从而实现对接收的电网信号在时间窗对齐的情况下进行倍频采样，其特征在于，包括FPGA单元、多路同步采样ADC单元、基波捕获ADC单元、DDS频率合成器、同步时间窗系统；所述多路同步采样ADC单元的输入端连接多路电参数调理通道，所述多路电参数调理通道包括多路电网电压参数通道和多路电网电流参数通道；所述多路同步采样ADC单元的输出端与FPGA单元连接；所述FPGA上设置DDS控制配置端口，并通过所述DDS控制配置端口与所述DDS频率合成器连接；所述DDS频率合成器的输出端与所述多路同步采样ADC单元连接；所述同步时间窗系统包括搭接在DDS频率合成器上的第一时间同步驱动单元和第二时间同步驱动单元，所述DDS频率合成器通过第一同步驱动单元与多路同步采样ADC单元连接，通过第二同步驱动单元与所述FPGA单元连接；所述FPGA单元内置FFT+FT测频模块，所述基波捕获ADC的输入端连接电网电压调理通道，基波捕获ADC的输出端与FPGA单元的FFT+FT测频模块连接。2.如权利要求1所述的一种提供电能参数分析的同步采样系统，其特征在于，还包括DDS时钟输出及端接匹配缓冲单元，所述DDS时钟输出及端接匹配缓冲单元连接在所述DDS频率合成器输出端和多路同步采样ADC单元之间。3.如权利要求2所述的一种提供电能参数分析的同步采样系统，其特征在于，还包括供电单元，所述供电单元包括共模电感模块，所述共模电感模块输入端连接12V电源，输出端与FPGA单元、多路同步采样ADC单元、基波捕获ADC单元、DDS频率合成器、DDS时钟输出及端接匹配缓冲单元连接。4.如权利要求3所述的一种提供电能参数分析的同步采样系统，其特征在于，所述基波捕获ADC单元包括电压跟随器TLV2462LD，所述电压跟随器TLV2462LD的3号输入端连接电网电压调理通道的UA_BW信号；电压跟随器TLV2462LD的1号输出端还与2号输入端连接；所述基波捕获ADC单元还包括基波捕获ADC芯片，所述基波捕获ADC芯片采用AD7476ARTZ芯片，所述电压跟随器TLV2462LD的1号输出端还与基波捕获ADC芯片的3号VIN输入端连接；所述基波捕获ADC单元还设置有驱动芯片TXB0102DCUR，所述基波捕获ADC芯片的5号SDATA接线端与所述驱动芯片TXB0102DCUR的8号B1接线端连接，所述驱动芯片TXB0102DCUR的5号S_DATA接线端与所述FPGA单元的FFT+FT测频模块连接。5.如权利要求4所述的一种提供电能参数分析的同步采样系统，其特征在于，所述基波捕获ADC单元还包括LTC1067lGN芯片和比较器LM2930D；所述LTC1067lGN芯片的8号INVA接线端连接UA_BW信号，11号BPB接线端与所述电压跟随器TLV2462LD的5号输入端连接，所述电压跟随器TLV2462LD的7号输出端连接比较器LM2903D的3号输入端，所述比较器LM2903D的1号输出端输出UA...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴卓倚，万飞，陈祈星，袁吉顺，刘伟，
申请(专利权)人：成都能通科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：